1、 学科分类号 888 本 科 毕 业 论 文题 目 （ 中 文 ） ： 论 理 想 实 验 在 物 理 学 中 的 作 用 （ 英 文 ） ： The role of theory of idealexperiment in physics 姓 名 奥 迪 学 号 1314668 院 （系） 物 理 与 电 子 科 学 学 院 专 业 、 年 级 10级 物 理 学 本 科 指 导 教 师 宝 马 职 称 副 教 授 奔 驰 职 称 助 教 二 000年 4月贵州师范学院本科毕业论文诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知
2、识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本科毕业论文作者签名：二000年 10 月 1日贵州师范学院毕业论文（设计）目 录摘 要.1ABSTRACT.21、绪论.31.1 理想实验的概述.31.2 理想实验的发展进程.32、理想实验的性质.42.1 理想实验的概念与特点.42.2 理想实验与真实实验的联系与区别.43、理想实验在物理学中的作用.63.1 理想实验在物理学发展中的作用.63.1.1 理想实验推动物理学发展 .63.1.2
3、理想实验是建立新概念的有效方法 .73.1.3 理想实验是探索和创建新理论的最佳方法 .83.2 理想实验在物理学理论研究中的应用.83.2.1狭义相对论思想萌芽 .83.2.2相对论的建立 .93.2.3静止质量的解释 .104、理想实验在物理教学中的作用.114.1理想实验在物理教学中的应用.114.1.1垂直于相对运动方向的长度测量与运动无关的理想实验 .114.1.2非惯性系与引力场等效的理想实验 .114.2理想实验在物理教学中的作用.125、总结与展望.15参考文献.16致 谢.17贵州师范学院毕业论文（设计）0摘 要本文详细论述了理想实验的概念以及它们在物理学中的地位和作用，并对
4、比分析了理想实验和真实实验的辩证关系。从物理学发展的历史来看，作为物理学理论的基础，物理实验是物理学发展的基本动力。其中理想实验 在物理学发展史中起到了非常重要作用，它能够纠正物理学中的某些错误观念，也是一个建立新概念、探索新理论的有效途径。当物理教师对物理教材理想 实验进行研究时，不 仅 可以使之认识、理解、掌握这些理想实验，更重要的是通过物理教学让学生掌握这种物理思想，并且能主动地运用到物理的学习中去。关键词：理想实验；物理学发展；物理教学贵州师范学院毕业论文（设计）1ABSTRACTThis thesis elaborates the concept of ideal experimen
5、t in detail and the position and role of ideal experiments in physics, and further gives a comparative analysis of the dialectical relationship between ideal experiment and real experiment.From the history of the development of physics, physical experiments are the basis of the theories of physics a
6、nd the basic driving force of the development of physics as well. In particular, ideal experiments can eliminate the misconceptions of physics. Theyre the effective ways to establish new concepts and explore new theories, and they also play an irreplaceable role in the history of the development of
7、physics. Furthermore, a study on the role of ideal experiments in physics teaching not merely helps the students to know, understand and master the ideal experiments in the textbooks of physics. More importantly, such a study helps the students to know such ideas of physics and voluntarily apply the
8、m in learning and studying physics.Key words：ideal experiment; development of physics; physics teaching 贵州师范学院毕业论文（设计）21、绪论1.1 理想实验的概述理想实验是人们在大脑中想象出来的实验过程，是一种利用逻辑来进行推理的思维过程，是物理学的专利和特有法宝。在研究物理科学的理论时，理想实验具有非常重大的意义。当代社会，人们对实际的科学实验有了更深刻的理解大都离不开理想实验，而利用理想实验还可以发现特别的一些规律，得到一些非常有用的结论。1.2 理想实验的发展进程亚里士多德认为力是维
9、持物体运动的原因，这个观念让公元前4世纪的人们一直处在一个错误的物理环境中。伽利略被称作“近代物理学之父” ，在物理学 领域中做出了很多重大 贡献，其中他借助了大量理想实验来揭示出一些正确的科学观点，由此推翻了亚里士多德的错误观点，把人们从错误观点的漩涡中解脱出来，并使得物理学发展出现了新的希望。其中“第二斜面”这一理想实验揭示出了“惯性定律”， 这一定律 标志着物理学就此诞生了 。1另外爱因斯坦、麦克斯韦等著名科学家都运用了理想实验，建立了许多新的科学概念，“ 理想实验”在物理学科学的探索之路上起着重要的作用，它是创建新理论的有效方法。直到现代，虽然新科学技术发张迅速，但理想实验的地位仍不可
10、小觑，尤其在物理教学中也起了十分重要的作用，因此现在理想实验依旧受到了广泛的关注和重视。贵州师范学院毕业论文（设计）32、理想实验的性质2.1 理想实验的概念与特点在众多学科中，物理学是一门实验性很强的学科，物理概念和物理规律的建立，通常都需要借助实验；同时理论又指导实验，并在新的实验的基础上继续完善理论 。2理想实验，不需要人们动手去操作，只需要用大脑想象出实验的装置和过程；然后提出一些假设，依据一些本来就已证实的理论进行推论和演算；最终经过一系列的分析得到实验结论。 。3理想实验是一种假想的实验，但也不能脱离实际，所以说它的特点是以是科学实践为基础，以思维辩证为根本，以创新精神为骨髓，以推
11、导 演练为方法。在一定的条件下理想实验是可以转化为真实实验的，它可以用来推翻旧的不合理的理论，同时还能帮助建立一种新的理论。2.2 理想实验与真实实验的联系与区别真实的科学实验与理想实验相比，真实的科学实验需要动手用具体的实验装置去做，这样就肯定会受到一定的制约，还要考虑到实验条件的影响和实验误差的分析等情况，而理想实验就可以排去这些林林种种，只取其精华部分。同时在当今物理学领域的研究中，光依靠真实实验已经远远不能满足实际需求了。比如，在实验室里我们是不可能用实际手段制作出黑洞，而史蒂芬霍金之所以能够洞悉许多宇宙黑洞的奥秘就是凭借了大量的理想实验 。再有就4贵州师范学院毕业论文（设计）4是，近
12、代物理实验需要花费较多的费用和时间，有的甚至没有多大的意义，这种情况下用理想实验代替更能起到一种独特的作用。理想实验一方面跟真实的科学实验存在不同，另一方面跟纯粹的理论假说或理论推演也有区别。理想实验中包括了很多理论假说或理论推演的成分，甚至其中绝大部分都运用到了，但二者还是有很大的区别。有两个最为显著的特点体现在理想实验方面：第一点，理想实验需要构想出一套模型化的装置和具体的实验状态。第二点，理想实验本身就包含着一个特征环节，就是需要比较判别，相比之下，理论假说或理论推演是不一定需要比较判别的，它的主要部分是逻辑分析和数学推导才，所以说二者有所区别 。3贵州师范学院毕业论文（设计）53、理想
13、实验在物理学中的作用3.1 理想实验在物理学发展中的作用现在，理想实验得到人们越来越多的重视，它促进了物理规律、理论的发 展，推 动了物理学向新的领域扩展，它在物理学发展中起了非常重要的作用：3.1.1 理想实验推动物理学发展理想实验能澄清物理学中的错误观念，推动物理学的发展，下面以伽利略的一个理想实验来详细论述：图1 “第二斜面”实验“第二斜面”实验（图1），是伽利略在实验时观察到，由于摩擦力非常小，所以当一个球从一个斜面滚下又滚上另一个斜面时，小球会滚上第二斜面且高度与第一斜面基本上相同。于是他推测，如果没有摩擦的话，小球肯定会滚上相同的高度，如果第二斜面的倾斜度变小，小球 还是会滚上与之
14、前同样的高度。接着他又想到，若第二贵州师范学院毕业论文（设计）6斜面是一个水平面，小球可能会持续地沿水平方向匀速运动下去。这个实验就是一个理想实验，因为实验中所说轨道的摩擦是不可能被消除的。最后，他得到这样一个结论：物体在一个无限延伸的水平面上运动，如果一直没有碰到什么阻碍，那么这个物体会一直保持匀速运动。这就是惯性定理 ，此结论在物理学 发展中是非常重5要的，它否定了亚里士多德的论点，就此“力是 维持物体运动的原因”这一错误观 点被果断地推翻了，后来它又被牛顿总结为牛顿第一定律，为近代力学的建立铺了路。3.1.2 理想实验是建立新概念的有效方法理想实验有它一定的程序：首先提出猜想，然后根据这
15、个猜想设计出一个不用考虑什么的技术问题或者外界影响的、又可能在现实生活中是无法实际操作的实验，接着又运用物理中已有的知识体系，动用脑 筋、 发挥想象并运用一定的逻辑推理，得出实验的假设结论，最后再运用已证实的物理理论对命题做出评判。早在1871年时，负熵还是一个新的科学概念，麦克斯韦就是通过一个理想实验将其发现的。他设计的理想实验指出：一个容器中整体的温度不变，每一个气体分子的运动速度有的快有的慢，整体上速度又是均匀的。设想把一个容器分隔为两个部分：A 和B ，然后在分界上钻出一个小孔，这个小孔能让快分子从A 向B 运动，让慢分子从B向 A运动， 这样 的话不做功也能降低A 部分的温度而升高部分B 的温度，这是不符合 热力学第二定律的。后来，布里渊认为麦克斯韦这一实验要成立，就必须依靠外界的光线和能量，当密封容
