高中物理 第1章 靜電場 第2節(jié) 靜電力 庫倫定律 理想物理模型法素材 魯科版選修3-1（通用）

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1、理想模型法 通過建立模型來揭示原型的形態(tài)、特征和本質(zhì)的方法稱為理想模型法。 光線、磁感應(yīng)線、質(zhì)點(diǎn)、力的圖示、力的示意圖、彈簧振子、單擺、理想氣體、鋼體、點(diǎn)電荷、電路圖、手搖交流發(fā)電機(jī)、手搖交流發(fā)電機(jī)掛圖、將撬棒看做杠桿…… 理想模型法是物理學(xué)中經(jīng)常使用的一種研究方法。這種方法的主要特點(diǎn)是，它把研究對象所具有的特征理想化，也就是它突出強(qiáng)調(diào)了研究對象某方面的特征或主要特征，而有意識(shí)地忽略研究對象其他方面的特征或次要的特征。使用這種方法的根本目的在于，使人們能集中全力掌握研究對象在某些方面表現(xiàn)出的本質(zhì)特征或運(yùn)動(dòng)規(guī)律。事實(shí)證明，這是一種研究物理問題的有效方法，也是我們理解有關(guān)物理知識(shí)的基礎(chǔ)。在

2、光學(xué)研究中，常常使用這種方法。我們在黑暗的室內(nèi)打開兩個(gè)手電筒，使兩個(gè)電筒發(fā)出的光束在空中交叉后射到墻上。你會(huì)看到墻壁上有兩個(gè)手電筒照出的亮斑，這兩個(gè)亮斑的大小和亮度決不會(huì)因?yàn)楣馐慕徊娑c一手電筒單獨(dú)照射時(shí)有什么不同。 對這種現(xiàn)象我們早已習(xí)以為常，但是你能不能由此想到“光究竟是一種具有什么特性的東西呢”？這可是一個(gè)大問題。為了解決它，不少科學(xué)家付出了巨大的努力，他們也因此成為名垂青史的科學(xué)巨匠。英國科學(xué)家牛頓曾經(jīng)通過研究光的直線傳播特征、光的反射規(guī)律，提出了光的微粒學(xué)說。他認(rèn)為光是由光源發(fā)出的一系列連續(xù)的實(shí)物微粒流，這些微粒射到介質(zhì)的交接面上時(shí)就會(huì)像球撞到地面上一樣發(fā)生反射。牛頓的光的微粒說

3、，就是關(guān)于光的一種理想模型，這個(gè)模型有利于人們理解和把握光的直線傳播和反射的規(guī)律性。和牛頓同時(shí)代的另一位荷蘭物理學(xué)家惠更斯則鑒于前述交叉光束互不相干等特性的事實(shí)，提出了光是波動(dòng)的理論。 我們知道，讓鑼與鼓同時(shí)發(fā)出的聲音在空中傳播、相遇，這對聽聲音的人來說，與鑼、鼓單獨(dú)發(fā)聲時(shí)沒有什么兩樣；往平靜的的湖面上相距不遠(yuǎn)的兩處同時(shí)投下小石塊，你會(huì)看到水面上的水波紋擴(kuò)大、相遇、分離的過程，這兩組水波相遇后又分離開單獨(dú)傳播的情景與沒有同另一組波相遇時(shí)一樣。聲音是波，水波也是波，即使相遇了也互不干擾，仍能“獨(dú)立傳播”，這是波具有的特性。因?yàn)槲⒘Ａ髟诳臻g相遇時(shí)，必然產(chǎn)生相互作用，要它們獨(dú)立傳播、互不干擾是不可

4、能的。所以，惠更斯提出了“光的波動(dòng)說”，他還用波動(dòng)說解釋了光的直線傳播、反射、折射等現(xiàn)象?？梢哉f，光的波動(dòng)說同樣也是一種關(guān)于光的理想模型?，F(xiàn)代的科學(xué)實(shí)驗(yàn)和理論揭示了光的復(fù)雜的性質(zhì)，指出光是一種具有“波粒二象性”的特殊的物質(zhì)。這里所謂的“波”和“粒”已全然不是惠更斯和牛頓那個(gè)時(shí)代的含義了。 由于同學(xué)們掌握的知識(shí)還不太多，更深層的含義暫時(shí)還無法解釋，這里就不多說了。但是可以肯定地說，企圖用我們?nèi)粘Ｔ诤暧^世界中的所見所聞去構(gòu)建光的模型是完全不可能的。盡管如此，科學(xué)家們還是不斷地努力探索和研究并試圖建立起只有在微觀世界中才可能存在的光的模型，希望把已知的光的各種性質(zhì)和行為都納入這一模型中，建立起一種完全、自恰、科學(xué)的理論。這種努力在指導(dǎo)人們繼續(xù)深入探索光的本性，以及制造新型光源和開辟現(xiàn)代光學(xué)新領(lǐng)域諸方面都取得了豐碩的成果。在初中我們學(xué)習(xí)的光學(xué)知識(shí)，基本上都是從實(shí)驗(yàn)事實(shí)當(dāng)中總結(jié)出來的有關(guān)光傳播的規(guī)律，并沒有涉及光的本性問題。例如，我們認(rèn)為光在同一種均勻媒質(zhì)中完全按照直線傳播的想法，其實(shí)就是在忽略了光的波動(dòng)性這一基礎(chǔ)理論構(gòu)建起來的“理想情況”。