摘要：以理想化模型爲代表的近似方法在高中物理中有着相當重要的應用。本文立足於物理學基本理論與日常學習經驗，從物理概念中所滲透的近似方法入手，討論了近似方法在高中物理解題過程和高中物理實驗中的應用，從而爲近似方法的應用提供有益的建議。
關鍵詞：高中物理；近似；理想化模型
1引言
“近似”是物理學分析與研究中的一種重要的近似方法。近似即將性質，特徵等屬性相近的多種物質視爲一種物質，以簡化物理學模型，縮小計算量，是物理學中的一種代表性的計算方法。物理學中的近似主要表現在理想化模型之中，透過將一種實際現象剝繭抽絲，把現象中的本質提取出來，同典型的物理概念相匹配，從而建立理想化的物理模型，達到縮小計算量的目的。同時在近似成理想模型的過程中，應當注意近似方法的合理性，使用負荷特性的理想化模型代替實際現象，注意控制誤差的範圍。
2物理概念中所滲透的近似方法
以理想化模型爲代表的“近似”方法在高中物理中有着相當重要的應用。將生活中遇到的複雜物理學問題透過提取特徵等方法總結成單純的物理學表述，忽略對問題影響較小的因素，例如溫度變化，外觀特徵，空氣阻力等，就能轉換成標準的理想化模型。例如質點模型（重點研究物質運動）、點電荷模型（重點研究物質在電場中的運動與受力）、理想氣體（重點研究氣體的物理性質變化）等。現實生活中並不存在理想化模型，但理想化模型卻能幫助我們解決先殺死生活中的物理學問題。這個原因可以用馬克思逐一基本原理中矛盾分析法解釋：物質的矛盾分爲主要矛盾與次要矛盾，主要矛盾決定了物質的性質與運動變化。理想化模型就是主要矛盾的集合體。運用理想化模型這樣的近似方法，就可以將物理問題中的無關項忽略，重點研究目標物理量的變化。自由落體運動要求滿足的條件是“物體始狀態爲靜止態，在只有重力的作用下垂直方向運動”。自然界幾乎沒有可以滿足這樣條件的運動。這就給自由落體運動的研究帶來了困難。因此我們使用近似方法，以“物體始狀態爲靜止態，除重力之外可以忽略其他作用力的垂直方向運動”爲定義，構建標準化模型，從而使研究的範圍廣泛化。另一個近似的例子是存在於研究單擺往復運動中，根據幾何學定律，擺動角很小的情況下，弧長近似等於弦長。因此在物理學上可以將單擺往復運動近似爲簡諧運動，透過簡諧運動的標準化模型簡化單擺運動問題。
3注意近似方法使用上的合理性
近似方法最核心的要素就是忽略對計算結果幾乎沒有影響條件。也就是近似需要合理化。例如在處理地球公轉運動時，近似的將地球公轉運動看作是勻速圓周運動，這樣近似的原因有以下幾點：首先，開普勒行星運動第一定律顯示地球公轉運動是一個橢圓軌道，而這個橢圓軌道與圓幾乎沒有差別，因此可以用圓形軌道來表示地球公轉軌道。其次，在計算地球公轉軌道時我們主要依據太陽施加給地球的引力，但是忽略了除了太陽之外的例如月球等行星與衛星對地球的作用力。因爲相對於太陽來說，其他星體的作用力小到可以忽略。最後，地球圓周運動的中心——太陽的位置並不是一成不變的，太陽也圍繞着另一個引力點在做類圓周運動，但是這個類圓周運動由於太陽的'質量大導致加速度較小，運動緩慢，因此在計算過程中可以視作太陽位置恆定。從地球公轉運動的近似處理中我們可以看到，近似雖然可以起到構建標準化模型，簡化計算量的目的，但是每一項近似都必須有相應的依據，不能將阻礙計算的問題全部近似化。
4近似方法在解題上的運用
近似方法在高中物理計算中也有着較爲重要的作用，作者根據日常學習中的經驗總結了近似方法在兩個方面的應用。第一是在物理模型構建方面的應用。在一些計算題中，出題人通常設定一些可以忽略的條件，例如忽略空氣阻力，完全光滑的平面（不計摩擦力）等等，在能量守恆中也有很多近似，例如忽略摩擦力做功等。在電學問題中，忽略電壓表電流表等儀器的電阻。第二是在計算方法上的近似，包括使用公式，定理是兩個量之間的互相替換或者直接忽略一個較小量。例如，題目中經常出現的“最大靜摩擦力等於滑動摩擦力”，實際上最大靜摩擦力是大於滑動摩擦力的，但是由於相差很小，可以相互替換。還有的計算題中爲了能利用公式，使計算過程方便簡化，令sin0°=tan0°=0.更爲常見的是在計算過程中估算或忽略小數點後幾位數字。這樣的方法常見於天體運動類的題型中計算天體運動軌道，天體質量等。
5高中物理實驗中的近似方法
近似在實驗中的主要用途是減小或消除實驗設計不完善，條件限制所產生的實驗誤差。高中物理實驗不是一種精確度很高的實驗，由於實驗設計，實驗條件等制約因素，在實驗過程中產生誤差是不可避免的。一些誤差可以透過計算等手段避免，另一些只能透過近似使誤差減小。例如在“探究加速度與力、質量的關係”的實驗中需要將木板的摩擦力消除，因爲從實驗設計上來說小車與木板之間的摩擦力是滑動摩擦力，但在實際操作中產生的摩擦力包括滾動摩擦力，打點器的摩擦力等，需要使用“平衡摩擦力”的方法將其消除。在“油膜法測定分子體積”實驗中也存在許多近似方法的應用，包括視油膜爲一層單分子，忽略分子間的距離等。
6結語
從近似處理的應用中，我們可以感受到抽象化物理學過程是一種可以幫助我們更加清晰明白的發現物理學實質的研究方法。高中物理中的近似與其說是一種方法，不如說是一種科學思想。它不僅蘊含着物理學的基本理論，而且滲透着馬克思主義方法論的思想。發現事物之間的聯繫與矛盾，抓住主要矛盾，使用物理方法分析探究，將複雜的問題簡單化，藉此認識到物理問題的本質。如果不能對物質的性質特點有一個準確地把握，近似就會造成更大的誤差。在高中課本中的三大牛頓定律就是相對論在正常尺度範圍，低速範圍，忽略物質之間引力的條件下的近似。由此推理，可能如今的相對論也是更進階別的物理定律的近似。由此可見，近似方法已經滲透到了物理學的方方面面。
參考文獻
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