高中物理 第1章 静电场 第2节 静电力 库伦定律 理想物理模型法素材 鲁科版

理想模型法

通过建立模型来揭示原型的形态、特征和本质的方法称为理想模型法。

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理想模型法是物理学中经常使用的一种研究方法。这种方法的主要特点是，它把研究对象所具有的特征理想化，也就是它突出强调了研究对象某方面的特征或主要特征，而有意识地忽略研究对象其他方面的特征或次要的特征。使用这种方法的根本目的在于，使人们能集中全力掌握研究对象在某些方面表现出的本质特征或运动规律。事实证明，这是一种研究物理问题的有效方法，也是我们理解有关物理知识的基础。在光学研究中，常常使用这种方法。我们在黑暗的室内打开两个手电筒，使两个电筒发出的光束在空中交叉后射到墙上。你会看到墙壁上有两个手电筒照出的亮斑，这两个亮斑的大小和亮度决不会因为光束的交叉而与一手电筒单独照射时有什么不同。

对这种现象我们早已习以为常，但是你能不能由此想到“光究竟是一种具有什么特性的东西呢”？这可是一个大问题。为了解决它，不少科学家付出了巨大的努力，他们也因此成为名垂青史的科学巨匠。英国科学家牛顿曾经通过研究光的直线传播特征、光的反射规律，提出了光的微粒学说。他认为光是由光源发出的一系列连续的实物微粒流，这些微粒射到介质的交接面上时就会像球撞到地面上一样发生反射。牛顿的光的微粒说，就是关于光的一种理想模型，这个模型有利于人们理解和把握光的直线传播和反射的规律性。和牛顿同时代的另一位荷兰物理学家惠更斯则鉴于前述交叉光束互不相干等特性的事实，提出了光是波动的理论。

我们知道，让锣与鼓同时发出的声音在空中传播、相遇，这对听声音的人来说，与锣、鼓单独发声时没有什么两样；往平静的的湖面上相距不远的两处同时投下小石块，你会看到水面上的水波纹扩大、相遇、分离的过程，这两组水波相遇后又分离开单独传播的情景与没有同另一组波相遇时一样。声音是波，水波也是波，即使相遇了也互不干扰，仍能“独立传播”，这是波具有的特性。因为微粒流在空间相遇时，必然产生相互作用，要它们独立传播、互不干扰是不可能的。所以，惠更斯提出了“光的波动说”，他还用波动说解释了光的直线传播、反射、折射等现象。可以说，光的波动说同样也是一种关于光的理想模型。现代的科学实验和理论揭示了光的复杂的性质，指出光是一种具有“波粒二象性”的特殊的物质。这里所谓的“波”和“粒”已全然不是惠更斯和牛顿那个时代的含义了。

由于同学们掌握的知识还不太多，更深层的含义暂时还无法解释，这里就不多说了。但是可以肯定地说，企图用我们日常在宏观世界中的所见所闻去构建光的模型是完全不可能的。尽管如此，科学家们还是不断地努力探索和研究并试图建立起只有在微观世界中才可能存在的光的模型，希望把已知的光的各种性质和行为都纳入这一模型中，建立起一种完全、自恰、科学的理论。这种努力在指导人们继续深入探索光的本性，以及制造新型光源和开辟现代光学新领域诸方面都取得了丰硕的成果。在初中我们学习的光学知识，基本上都是从实验事实当中总结出来的有关光传播的规律，并没有涉及光的本性问题。例如，我们认为光在同一种均匀媒质中完全按照直线传播的想法，其实就是在忽略了光的波动性这一基础理论构建起来的“理想情况”。