蘇向英 孫紅章

摘 要 物理學(xué)中的理想實驗和真實物理實驗既有區(qū)別又有聯(lián)系，它的引入不僅能夠提高課堂效果，而且在物理學(xué)的發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用。

關(guān)鍵詞 理想實驗 真實實驗 創(chuàng)造性思維

中圖分類號：G632文獻標(biāo)識碼：A

1理想實驗的概述

“理想實驗”是一種創(chuàng)造性的思維過程，這個過程來源于現(xiàn)實，卻又超越現(xiàn)實，是科學(xué)工作者們在進行科學(xué)研究的過程中，為了克服一些科學(xué)技術(shù)條件和本身就帶有復(fù)雜性的客觀事物的限制，用創(chuàng)造性的思維，通過一系列的設(shè)想、推理、比較、驗證等辯證的邏輯分析采取的一種研究與分析方法。

理想實驗并不是脫離客觀實際的主觀臆想。它必須要根據(jù)真實的科學(xué)實驗，抓住關(guān)鍵的科學(xué)事實;又必須使科學(xué)思維的能動作用得到充分的發(fā)揮，善于分析矛盾并且正確地進行邏輯推理。理想實驗方法在自然科學(xué)研究中具有重要的作用，人們可以通過它對真實的科學(xué)實驗有更深層次的理解，可以進一步發(fā)現(xiàn)客觀現(xiàn)象和過程之間的內(nèi)在邏輯聯(lián)系，由此得到重要的結(jié)論。

2真實實驗和理想實驗的區(qū)別

理想實驗在目的和特征上與真實的物理實驗有很大的相似度，但是由于它不能夠精準(zhǔn)的展現(xiàn)出實驗現(xiàn)象因而不能夠當(dāng)做是檢驗科學(xué)理論的準(zhǔn)則。但是設(shè)計理想實驗必須要以真實的物理實驗作為基礎(chǔ)，設(shè)想與之相似的實驗條件，實驗物以及實驗過程，而且必須要有嚴(yán)密的推理，必須經(jīng)得起推敲。

理想實驗和真實物理實驗的主要差別表現(xiàn)在，真實物理實驗中，科學(xué)家一般都是通過實驗現(xiàn)象來分析，研究從而得出的結(jié)論，但是在這一過程中總會存在些不可消除的誤差。在理想實驗中，理想實驗都是由科學(xué)家經(jīng)過針對理論知識的分析，不斷的猜想和應(yīng)用理論的基礎(chǔ)一一驗證得來的，大大簡化了實驗過程中會產(chǎn)生的各種問題，而且并沒有誤差。其次，理想實驗是一種可以超過現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的實驗，而實際科學(xué)技術(shù)會限制普通的物理實驗。

3理想實驗舉例

怎么驗證聲音的傳播過程中一定要有介質(zhì)存在呢？我們只需驗證聲音在真空中是否能夠傳播即可。教師在講解這一節(jié)課的時候可采用如下過程：在一個里面有空氣的玻璃瓶內(nèi)放入一個手機，然后用另外一個手機撥通玻璃瓶內(nèi)的手機號，此時我們可以聽到玻璃瓶內(nèi)的手機鈴聲。然后，教師不斷且勻速的將玻璃瓶內(nèi)的空氣抽出，隨著玻璃瓶內(nèi)空氣的逐漸減少，學(xué)生們可以發(fā)現(xiàn)手機鈴聲也在逐漸變小。但是在課堂中，由于條件的限制，無法使得玻璃瓶內(nèi)一點空氣都沒有，即無法保證絕對真空，所以理想的實驗環(huán)境無法達到。此時我們就只能利用合理的假設(shè)、猜想，假設(shè)將玻璃瓶里面的空氣全部抽完，保證絕對的真空條件下，這時我們猜想將完全聽不到手機鈴聲。

在研究電場強度時，假設(shè)在電場中放置檢驗電荷而不影響電場強度，考察場中各點F/q的比值，從而引出電場強度的概念，很明顯上述實驗是人們在思維過程中進行的一種理想化。愛因斯坦的很多劃時代科學(xué)發(fā)現(xiàn)也是和理想實驗方法息息相關(guān)的。他著名的關(guān)于引力質(zhì)量等效性，慣性質(zhì)量以及關(guān)于同時性的相對性的理想實驗，都為他創(chuàng)立廣義相對論和狹義相對論奠定了基礎(chǔ)。20世紀(jì)初海森堡用以闡明測不準(zhǔn)原理所用的“火箭倉”理想實驗，以及1927年第五屆索爾維會議上愛因斯坦與玻爾學(xué)派學(xué)術(shù)論戰(zhàn)時用的“光子箱”實驗，以及在這場會議上玻爾用以反駁愛因斯坦的改進之后的“光子箱實驗，都是聞名世界的理想實驗。

4理想實驗的重要作用

理想實驗屬于一種科學(xué)思維“實驗”，它在物理學(xué)中有著特殊的地位和作用。以伽利略的慣性定律為例，就是以真實實驗為基礎(chǔ)所作的理想實驗，而且沒有辦法進行驗證的“思維實驗”，但是它的推理假設(shè)又是具有可行性的。正是運用理想實驗的這種思維方式進行實驗，伽利略才發(fā)現(xiàn)了慣性定律，并且否定了亞里士多德的“力是維持物體運動的原因”的觀點。伽利略采用理想實驗的方法將真實實驗與理性思維緊密結(jié)合起來，作為邏輯推理的實驗基礎(chǔ)，而理想實驗至今在科學(xué)研究中被科學(xué)家們普遍使用。

理想實驗在科學(xué)研究中具有的方法論意義：（1）在“理想實驗”中將實際事物當(dāng)成是理想形態(tài)，簡化了繁瑣的實際過程，將主要因素突出，淡化了次要因素，用創(chuàng)造性的思維方式揭示物體的運動規(guī)律和本質(zhì)。（2）它不受現(xiàn)有科學(xué)條件與研究環(huán)境等的限制，用特殊的思維方式和途徑研究物體。（3）“理想實驗”有利于發(fā)揮人們的思維能動性和創(chuàng)造性，提出更加新穎的科學(xué)命題，有利于完成研究的終極目標(biāo)。著名的數(shù)學(xué)家拉普拉斯曾經(jīng)說過“學(xué)會一位天才的研究方法，將對科學(xué)的進步有很大作用”。

5結(jié)束語

物理學(xué)科是一門實驗與理論知識相互輔助、相互聯(lián)系的學(xué)科，也是一門比較抽象的科學(xué)。理想實驗的引入為物理教學(xué)提供了一種方法，能夠幫助學(xué)生更好的理解理論知識，提高學(xué)生們學(xué)習(xí)物理的興趣。同時，理想實驗的運用對科學(xué)家們在探索研究中有著至關(guān)重要的作用，科學(xué)家們通過將真實實驗和理想實驗二者結(jié)合，運用理想化的思維方法，擺脫現(xiàn)實條件和技術(shù)條件等的限制，大大簡化實驗步驟，更加清晰明了的探究探索物理現(xiàn)象和本質(zhì)。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，理想實驗在物理學(xué)發(fā)展中的作用更加不可忽略。

參考文獻

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