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1、理想化方法,高中物理课堂辅导讲座高中部分,农一师高级中学 主讲人： 延洪波,.,2,物理学研究的一种方法-理想化方法,人们在观察自然现象时，常会发现要研究的对象中的一些性质，对于现象的过程及其最终结果具有决定性的影响，而另外的一些性质则起次要作用。为了便于研究，人们在观察和实验的基础上，运用抽象思维能力，忽略次要因素和过程，只考虑起决定作用的主要因素和过程，把研究对象形式化、纯粹化，这就是理想化的方法。,.,3,理想化方法是一种科学抽象，是研究物理学的重要方法，它根据所研究问题（一般都十分复杂，涉及诸多因素）的需要和具体情况，确定研究对象的主要因素和次要因素，保留主要因素，忽略次要因素，排除无
2、关干扰，从而简明扼要地揭示事物的本质。理想化的方法，在自然科学中的应用主要是：设计理想实验，建立理想模型。,.,4,1.理想实验：,理想实验又叫做假想实验或思想上的实验，它是人们在思想中塑造的一种理想实验，是逻辑推理的一种特殊形式，在实际中并不能进行，它可以使人们对实际的科学实验有更深刻的理解，可以进一步揭示出客观现象和过程之间内在的逻辑联系，并由此而得出重要的结论。,例如：作为经典力学基础的惯性定律，就是“理想实验”的一个重要结论。,.,5,伽利略发现，当一个球从一个斜面上滚下而又滚上第二斜面时，球在第二斜面上所达到的高度同它在第一斜面上开始滚下时的高度几乎相等，伽利略认为高度上的这一微小差
3、别是由于摩擦而产生的，如能将摩擦完全消除的话，高度将恰好相等。然后，他推论说，在完全没有摩擦的情况下，不管第二个斜面的倾斜度多么小，球在第二个斜面上总要达到相同的高度，如果第二个斜面的斜度完全消除了，那末球从第一个斜面上滚下来以后，将以恒定的速度，在无限长的平面上永远不停地运动下去。当然，这个实验是无法做的，因为无法完全消除摩擦，所以这是一个“理想实验”。后来这个结论被牛顿总结为力学第一定律，又称惯性定律。由此可见，“理想实验”在自然科学的理论研究中有着重要的作用。,.,6,2.理想模型：,所谓理想模型，就是为了便于研究而建立的一种高度抽象的理想对象。作为科学抽象的结果，“理想模型”也是一种科
4、学概念，但是它不同于一般科学概念。引入理想模型可以使问题的处理大为简化，而又不会发生多大的偏差。对于比较复杂的研究对象，可以先研究它的理想模型，然后对研究结果进行修正，使它与实际的对象相符合。 理想模型可分为对象模型、条件模型和过程模型三类。,.,7,(1)对象模型：,用来代替研究对象实体的理想化模型叫做对象模型，如质点、弹簧振子、单摆、理想气体、点电荷、理想变压器、点光源、光线、薄透镜以及关于原子结构的卢瑟福模型、玻尔模型等都属于对象模型。,如单摆：悬挂小球的细线的伸缩和质量可以忽略，线长比球的直径大得多。 应选用体积小密度大小球和不可伸长的细线组成单摆。,.,8,（2）条件模型：,把研究对
5、象所处的外部条件理想化建立的模型叫做条件模型。如光滑表面、轻杆、轻绳、均匀介质、匀强电场和匀强磁场都属于条件模型。,如用一轻绳拉一质量为M的物体，绳的右端施一水平向右的恒力F1 ，在光滑的水平面上向右运动。,.,9,对于轻绳受力分析，受到向右的拉力F1和物体对绳向左的拉力F2的作用，根据牛顿第二定律，F1-F2=ma，由于轻绳的质量m很小，可忽略为零，即m=0，所以F1-F2=0，F1=F2。可认为绳对物体的拉力大小等于F1。,又因为F1恒定，水平面光滑，物体所受合力不变，a=F1/m不变，所以物体做匀变速直线运动，可以用匀变速直线运动的规律求解所求的问题。,结论：在摩擦不计的情况下，同一轻绳
6、上的张力大小处处相等。,.,10,（3）过程模型：,实际的物理过程都是诸多因素作用的结果，忽略次要因素的作用，只考虑主要因素引起的变化过程叫做过程模型。例如：在空气中由静止开始下落的物体，若高度不大，速度不太快，空气阻力的作用可忽略不计时，可抽象为自由落体运动。 匀速直线运动、匀变速直线运动、抛体运动、匀速圆周运动、简谐运动、弹性碰撞、等温过程、绝热过程、稳恒电流等等都属于过程模型。,.,11,在认识和理解物理模型时，应注意每种模型都有限定的适用条件和适用范围。把一个实际问题抽象为什么样的模型，要具体问题具体分析，即使同一研究对象，在不同的研究中也可能需要抽象成不同的模型。,例如研究地球绕太阳
7、公转的时候，由于地球与太阳的平均距离（约为14960万公里）比地球的半径（约为6370公里）大得多，这时就可把地球当作一个“质点”来处理，而研究地球自转，就不能将地球看作质点了。,正确掌握理想化方法，有助于建立正确的物理模型，这是解决物体问题最关键的第一步。,.,12,例1：如图所示，长为5m的细线的两端分别系于竖立在地面上相距为4m 的两杆的顶端A、B。绳上挂一个光滑的轻质挂钩，其下连着一个重为12N的物体。平衡时，绳中的张力T= 。,.,13,y,1,2,.,14,例2：如图所示，物体A的质量大于B的质量绳子质量、绳与滑轮间的摩擦可不计，A、B恰好处在平衡状态。如果将悬点P移近Q少许，则物
8、体B的运动情况是： A、仍保持静止状态 B、向下运动 C、向上运动 D、无法判断,.,15,例2：如图所示，物体A的质量大于B的质量绳子质量、绳与滑轮间的摩擦可不计，A、B恰好处在平衡状态。如果将悬点P移近Q少许，则物体B的运动情况是： A、仍保持静止状态 B、向下运动 C、向上运动 D、无法判断,B,A,P,Q,B,A,P,.,16,例1：如图所示，长为5m的细线的两端分别系于竖立在地面上相距为4m 的两杆的顶端A、B。绳上挂一个光滑的轻质挂钩，其下连着一个重为12N的物体。平衡时，绳中的张力T= 。,若将细线的A端沿杆向下移动少许，绳上的张力T如何变化？,不变,.,17,例3：对于一定质量
9、的理想气体在等压变化过程中，下列说法哪个正确？ A、若气体膨胀，则对外作功，内能增加 B、因吸热而膨胀，对外做功，内能减小 C、边放热，边膨胀对外作功，内能减小 D、若气体收缩，则外界对气体做功，内能减小,.,18,例4：如图所示，有一理想变压器，原线圈匝数为n1，两个副线圈的匝数分别为n2和n3，原副线圈的电压分别为U1、U2、U3，电流分别为I1、I2、I3，两个副线圈负载电阻的阻值未知，下列结论中，正确的是： A、U1:U2=n1:n2 U2:U3=n2:n3 B、I1/I3=n3/n1 I1/I2=n2/n1 C、n1I1=n2I2+n3I3 D、I1U1=I2U2+I3U3,.,19
10、,解析：因为理想变压器忽略了线圈的电阻（铜损）、铁心的漏磁及涡流（铁损），输入功率等于输出功率，P1=P2+P3，所以I1U1=I2U2+I3U3 (1) 由于穿过原副线圈的磁通量相同，磁通量的变化率相同，所以各线圈的电压比总等于匝数比，U1:U2:U3=n1:n2:n3 (2) (1)式两边除以U1，得I1=I2U2 /U1 +I3U3 /U1 I1=I2n2 /n1 +I3n3 /n1,两边同乘以n1,得n1I1=n2I2+n3I3,.,20,例4：如图所示，有一理想变压器，原线圈匝数为n1，两个副线圈的匝数分别为n2和n3，原副线圈的电压分别为U1、U2、U3，电流分别为I1、I2、I3
11、，两个副线圈负载电阻的阻值未知，下列结论中，正确的是： A、U1:U2=n1:n2 U2:U3=n2:n3 B、I1/I3=n3/n1 I1/I2=n2/n1 C、n1I1=n2I2+n3I3 D、I1U1=I2U2+I3U3,.,21,例5：原子中的电子由离原子核较近的轨道跃迁到离核较远的轨道上时： A、核外电子受力变小 B、原子的能量增大 C、核外电子的动能减小 D、核外电子的势能减小,.,22,.,23,例5：原子中的电子由离原子核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时： A、核外电子受力变小 B、原子的能量增大 C、核外电子的动能减小 D、核外电子的势能减小,.,24,小结：学习理想化方法，可以掌握一种科学的研究方法，以利于尽快抓住事物的本质，认识事物发展规律。可以帮助我们正确审题，准确建立物理模型，有利于提高分析问题解决问题的能力。,.,25,谢谢,