理想实验在中学物理教学中的应用策略
1.充分应用教材提供的理想实验帮助建立新的科学概念
理想实验是科学思想中形象思维与抽象思维的高度统一，是透过事物表面现象，揭示其本质的过程。因此，理想实验在科学发现中有其独特功效。物理教学中要充分运用理想实验帮助学生进行思维训练和物理思想的培养，注重强调理想实验的实践性，并突出其思想性。
例如，研究电场强度时，设想在电场中放置不会引起电场改变的点电荷，考查它在各点的F/q的值；讲电势时考查点电荷在各点的W/q的值，都是理想实验。许多物理概念是利用这类理想实验建立的，所以应该让学生熟悉这种思维方法。
又如，“人造地球卫星”一节内容中，有牛顿关于“卫星上天”过程的理想实验。在讲解这一例子时要强调以下几个问题：①牛顿设想的空间是理想化的；②高山顶上抛铅球的那个人是理想化的大力士；③轨道随速度改变是逐渐变化的过程；④当速度达到某一值时，此球将沿圆轨道而永远不落；⑤当球由（落地的）非圆轨道转化成（不落地的）圆轨道时，发生了质的飞跃，即物理过程的质变；⑥这一理想实验虽然在牛顿时代无法实现，但现在可实现，所以理想实验可在一定条件下转化成实际实验；⑦设想有座山的高度恰好等于月球轨道的高度，那么大力士抛出的物体的速度至少为多大才能绕地球做匀速圆周运动？进而引导学生思考探究。这样，不仅能加深学生对万有引力定律的理解，而且可以使学生充分体验、领悟到理想实验的科学价值，从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观等方面实现了有机的整合，而且这正是新课程改革所倡导的教学理念，有利于促进学生的全面发展。
2.充分体验理想实验的提出和运用中渗透的重要物理思想或思维方法
理想实验的提出和运用，不仅能够解决科学上遇到的难题，更重要的是一种物理思想或思维方式的凸显。传统的物理教学只强调物理知识的教学，忽视物理观念、物理思想、物理思维的渗透、体验、感悟，并且物理能力的培养仅限于解题技巧训练；新时代的基础教育课程改革十分重视并强调学习过程中的过程与方法、情感态度与价值观的教学目标达成，物理理想实验就是这一方面的重要内容，教学设计和实施中要给予足够的重视和关注。
例如，爱因斯坦与玻尔关于量子理论的概率与不确定性解释和因果与决定性解释的争论中，双方就多次应用理想实验。
在第五届索尔威会议上，爱因斯坦企图用一些理想实验来反驳测不准原理。首先，他设计了一个让电子通过单狭缝绕射的实验，认为这个实验可以提供一个精确的时空坐标，同时又能提供对此过程中能量和动量交换平衡的详细说明。然而，玻尔很快的指出，他不能避免在测量时仪器对电子的干扰，即电子与狭缝边缘的相互作用。爱因斯坦见单狭缝难不倒玻尔，又想出了新的实验。他承认用确定位置坐标的同一系统来精确测量动量是不可能的，所以他以分开的装置，一个测位置，一个测动量。他设计了一个电子通过双狭缝干涉的实验，当双狭缝开启时，从屏幕出现的亮点可以知道电子垂直方向的动量，分别关上其中一个狭缝，就可以知道电子的确实位置。然而玻尔在仔细思考后发现，如果关上其中任何一个狭缝，实验的状态就完全改变了。当双狭缝开启时，即便电子一个个发射出来，最后仍会在屏上形成干涉条纹。假如轮流开启一个狭缝，虽然可以得知电子究竟经过那个狭缝，但最后却不会再有干涉条纹了。就这样，这个本来是爱因斯坦用来反驳量子力学的理想实验，经由玻尔的解释在今日已成了说明测不准关系和互补原理的标准范例。
在3年后的第六届索尔威会议上，爱因斯坦在黑板上画了一个盒子，盒上有一个小孔，可由快门来启闭。快门则由盒中的时钟机械装置来控制，小盒的重量是可以测量的，盒中装有一些辐射物质。我们可以调节快门使得刚好放出一个粒子之后就关闭。透过时钟，可以精确的量出粒子放出的时间，另外，测量粒子放出后盒子的重量，我们也可以知道粒子的质量，经由爱因斯坦的质能公式E=mc2，能量也可以准确地计算出来，于是违反了测不准关系。这就是著名的爱因斯坦光盒实验。由于实验根本不涉及观测仪器的问题，根本没有外来粒子会改变粒子的运动，所以测不准关系破灭了，因果律和准确性都恢复了。
玻尔遇到了严重的挑战，无法马上找到问题的答案。他和他的同事一夜未眠，检查实验的每一个细节，想要找出爱因斯坦到底错在那里。经过通宵的奋战之后，玻尔终于找出了反驳爱因斯坦的办法。第二天，玻尔也在黑板上画了一个草图，但和爱因斯坦不同的是，他给出称量小盒重量的方法。他用弹簧把小盒吊起来，盒上有一指针，可以沿固定在支架上的标尺移动，这样就可以读出小盒在粒子跑出前后的重量了。玻尔请大家回忆爱因斯坦的广义相对论中的等效原理：当时钟在重力场中发生位移时，它的快慢会发生变化。当粒子跑出盒子而导致盒子重量变化时，盒子将在重力场中移动一段距离，这样读出的时间也会有所改变，因而导出测不准关系。
爱因斯坦不得不承认玻尔的推论是无懈可击的。他自己在设计这个理想实验的时候，居然没有考虑到广义相对论的效应。玻尔用爱因斯坦的相对论驳倒了他本人，取得了第二回合的胜利。玻尔的胜利获得了大多数物理学家的赞同，哥本哈根解释也被奉为是量子力学的正统解释。
3.应用理想实验巧妙地发现或呈现物理规律
理想实验有其深刻的思想性，蕴含着与实际实验对应的诸多物理规律。有的物理规律用数学方法推导不仅繁杂且无必要，理想实验则可解决这些问题。
例如，几何光学中关于物体运动速度与像的移动速度的关系问题，应用数学运算较繁，且不易发现动态规律，可以设计理想实验进行教学。
设空间放一个大凸透镜，在透镜主光轴位置上放一根钢丝，一个小杂技演员从很远的地方从钢丝上向透镜光心匀速运动。接着设计以下连环设问的分析程序：
①u＞2f时的分析过程
师：在u＞2f时，成什么像？
生：缩小倒立的实像。
师：小孩在无穷远（很远处）时成像在哪里？成什么样的像？
生：焦点很近处很小的点像，“小不点儿”。
师：当小孩到达距光心2f处时像成在哪里？多大的像？
生：2f处，等大倒立的实像。
师：小孩从很远处向u=2f处走动过程中，像的大小如何变化？
生：变大。
师：小孩（物）的速度变化吗？
生：不变。
师：像“走动”脚步频率与物（小孩）走动的脚步频率有什么关系？
生：相同。
师：物像各走一步谁的脚步大？为什么？
生：物。因为“大人”走大步，“小人”走小步。
师：谁的运动速度大呢？
生：物。
师：像的速度如何变化？
生：变大。
得出结论是像的长度增大，脚步增大，（频率不变）运动速度增大，但始终小于物的速度。直到u=2f时，像的速度才等于物的速度。
这一规律可简单比喻成大人与小孩比赛走路，当走动频率相等时，谁的速度大（当然这里把物比喻为“大人”）。最后要求学生写出像的速度与物的速度的比例关系。
②f＜u＜2f时，同样可设计类似问题，加以解决，或者由学生自己分析。
③u＜f的分析过程
师：u＜f时，小孩由焦点向光心运动，成什么像？
生：放大虚像。
师：像的大小如何变？
生：变小。
师：像的运动方向和起点、终点呢？
生：向右，从左无穷远向光心移动。
师：“人”与“像”各走一步谁运动快一些？
生：像快一些。
师：像的速度如何变化？
生：变慢。
所以，当u＜f，u减小时，像的速度大于物的速度。但，像的速度在减小，实际上这相当于运动学中的追赶问题。
④以上三个过程中物像间距如何变化？这个问题实际上可简化成运动学中物与像的追赶问题。
⑤以上过程中像的放大率如何变化？回答这个问题也较容易，因为只要想象一下像的变化情况便知道答案了。
巧妙设计思想实验还可呈现实验中较难说明的规律，或巩固一些重要的物理规律，也可以让学生认识到某些规律的局限性。
4.运用理想实验创设教学情景，激发学习兴趣，培养创新意识
巧妙设计理想实验，可以活跃课堂气氛，融洽师生情感，从而激发学生的学习积极性与主动性。情商具有很强的可塑性，且情商的高低直接关系到学生今后的学习与工作成败。课堂教学中设计一些具有情感色彩的思想实验可有效地调节课堂气氛。在现代科技的发展过程中，出现了具有幻想色彩的动画片，这对拓宽学生的思维具有极重要的作用。教师要充分利用这些素材，经科学创新后为课堂教学服务。
例如，有位教师在一次力学习题课中，自编了这样一个题目让学生练习。课堂实况简述如下：
今天我们来讲一个小花猫的故事（一语道出，课堂气氛顿然活跃）。
一次，质量为m的小花猫在捉弄唐老鸭的游戏中，一不小心从高空连同一根质量为M的长木杆一起掉落。请回答下列问题：
（1）小花猫与木杆下落的加速度多大？
（2）如果小花猫拼命挣扎而向上爬，结果小花猫在空中保持高度不变。那么杆子的加速度多大？小花猫对杆子的竖直方向作用力多大？方向如何？
（3）如果在其上方有一个安全平台，小花猫有无可能使自己的高度增大爬上平台而脱离危险？
（4）如果杆子向下的加速度为a，则小花猫的加速度多大？方向如何？
以上例子在实际生活中很难做到，实质上就是一个理想实验型的习题。
教学中针对物理知识的重点和难点，鼓励和引导学生设计理想实验进行验证或检验，不仅可以加深认识，而且可以培养学生的创新思维，对于全面提高学生的创新精神和实践能力具有重要意义。
5.运用理想实验辨析、检查学生学习中常出现的错误
学生思想中存在的错误大多是来自于对物理概念或规律的错误认识或片面理解。这时，教师必须设法给这些错误观念给予强刺激，以利于有效地纠正错误。
例如，磁感线是封闭曲线（磁单极子不存在），是一个高中物理的基本知识点。为了让学生理解这一问题，可以设计一个理想实验让学生讨论。
设想有一个有界匀强磁场，磁场方向向下，磁感强度为B，一矩形导线框平行于磁感线放置，一部分在磁场内，一部分在磁场外。当导线框垂直于纸面方向作平动时，线框内有无感应电流？
分析：有的学生从切割磁感线的角度来分析，导线框切割磁感线，故线框中有感应电流。但另一些学生从磁通量角度进行研究，认为线框中磁通量始终为零，即△Φ=0，由法拉第电磁感应定律可知，线框中无感应电流。那么，法拉第电磁感应定律有无错误呢？线框中到底有无电流呢？这个思想实验中似乎遇到了无法克服的困难。其实，实验中所创设的结论是不存在的。由于磁感线是闭合的，故不可能存在如题中所设的有界磁场，这一思想实验说明磁感线必定闭合。如果存在不闭合的磁感线（存在磁单极子），那么整个电磁学将会有彻底的革新，当然法拉第电磁感应定律也将被推翻、更正。
理想实验作为重要的研究方法或学习方法，在平时教学中需要我们教师不断创新。这里创新的含义有三层：首先是科学史中或课本上存在的理想实验的创造性使用；其次是作为一个物理教师要大胆创造新的理想实验，使课堂教学的思维更活跃，思维力度更大、效率更高；再次是教师要鼓励和引导学生善于自己设计或提出理想实验，用以检验重要的物理概念和规律等知识，鉴别似是而非的概念或观点等，拓展思维的空间，最大限度地发展学生的思维能力。应该说明的是，随着多媒体教学手段的使用，很多理想实验可以借助三维动画来实现。但在程序设计中必须十分注重理想实验的思想性和科学性，使学生具有物理头脑，更快地掌握物理科学的思想方法。