牛頓法基本原理精選(九篇)

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第1篇：牛頓法基本原理范文

【關(guān)鍵詞】物理；安培力；運(yùn)動

磁場對電流的作用力叫安培力，如果我們能透徹的理解安培力產(chǎn)生的基本原理，掌握安培力產(chǎn)生的特點(diǎn)這類問題也就不難分析了。

判斷安培力的方法：

1、電流元法2、特殊位置法3、等效法4、利用結(jié)論法5、巧用愣次定律6、轉(zhuǎn)變對象，巧用牛頓第三定律。

一、電流元法

即把整段電流、等效為多段，直線電流元先用左手定則判斷出每小段電流元，所受安培力的方向，從而判斷出整段電流所受合力方向，最后確定運(yùn)動方向。

二、特殊位置法

把電流或磁鐵轉(zhuǎn)到一個便于分析的特殊位置后再判斷安培力方向，從而確定運(yùn)動方向。

答案：A

三、等效法

環(huán)形電流和通電螺線管都可以等效成條形磁鐵，條形磁鐵也可等效成環(huán)形電流或通電螺線管。通電螺線管也可以等效成很多匝的環(huán)形電流來分析。

例1、一輕質(zhì)通電圓環(huán)，電流方向如圖1所示，在環(huán)的正下方有一束高速電子流沿與環(huán)垂直的方向自右向、左通過圓環(huán)，試確定圓環(huán)的運(yùn)動情況。

解析：①把環(huán)形電流等交成小磁針，根據(jù)右手螺旋定則可判斷出磁極方向，如圖2-b所示。

②把電子流等效成直線電流，由于電子運(yùn)動方向與電流方向推反，所以可判斷出電流方向，等效后重新作圖2-b。所以可得，從上往下看，圓環(huán)逆時針轉(zhuǎn)動。

例2、如圖2所示，帶負(fù)電的金屬環(huán)繞軸OO′的角速度，ω勻速旋轉(zhuǎn)，在環(huán)左側(cè)軸線上的小磁針最后平衡的位置是（）

A.N極豎直向

B.N極豎起向下

C.N極沿軸線向右

D.N極沿軸線向左

講析：帶負(fù)電的金屬環(huán)旋轉(zhuǎn)等效為反方向環(huán)形電流，環(huán)形電流又可等效為條形磁鐵等效后作圖3，所以磁針N極指向右方，C正確。

四、利用結(jié)論法

（1）兩電流相互平行時轉(zhuǎn)動趨勢，同向電器推進(jìn)收引，反向電流相互排斥。

（2）兩電流不平行時，有轉(zhuǎn)動相互平行，且電流方向相同的趨勢，并且通過導(dǎo)線總是沿著最短的路徑，轉(zhuǎn)到兩電流方向相同的位置。

五、巧用愣次定理

根據(jù)愣次定理，當(dāng)線圈內(nèi)的磁通量發(fā)生變化時有阻礙其變化的趨勢，而產(chǎn)生電流或移動。

六、轉(zhuǎn)變對象

巧用牛頓第三定律：當(dāng)一個對象不好受力分析時，可以對與之相互作用的物體受力分布。

例3、一固定無限長直導(dǎo)線有電流I，有一固定矩線圈與其共面，如圖5所示，當(dāng)電流減小時，通電導(dǎo)線的受安培力方向。

解析：①根據(jù)楞次定律、電流減小時，穿過線圈的磁通量減小，線框?qū)⒂邢蜃髠?cè)磁場更強(qiáng)的區(qū)域運(yùn)動來阻礙磁通量的減小的趨勢。但由于線圈固定，所以線圈將受向左的安培力。②根據(jù)牛頓第三定律，線圈受向左的安培力，這力是由導(dǎo)線施加的，所以通電導(dǎo)線受力向右。

總之，在解題時，首先對習(xí)題的已知條件仔細(xì)分析，判斷條件與所求問題間的聯(lián)系。把已知條件轉(zhuǎn)化為我們建立模型的材料。解題時只有充分理解概念、定理，靈活運(yùn)用方法，才能解題時又快又準(zhǔn)。

第2篇：牛頓法基本原理范文

關(guān)鍵詞：物理學(xué)；哲學(xué)；經(jīng)典力學(xué)；唯物主義；電磁學(xué)

物理學(xué)是揭示物質(zhì)存在與運(yùn)動規(guī)律的自然科學(xué)，是其他學(xué)科的基礎(chǔ)和先鋒，歷史上的自然科學(xué)就是指物理學(xué)。哲學(xué)是社會科學(xué)的龍頭，關(guān)注社會與人生。物理學(xué)注重實(shí)驗(yàn)，哲學(xué)則更多思辯。然而物理學(xué)與哲學(xué)有著相同之處，都是在不停地觀察、思考、總結(jié)、應(yīng)用，有著相鋪相成的關(guān)系，哲學(xué)思想影響和指導(dǎo)著物理學(xué)的發(fā)展，而物理學(xué)的新發(fā)現(xiàn)又促進(jìn)新的哲學(xué)思想的誕生。

1物理學(xué)與哲學(xué)的互相交融

物理學(xué)從其誕生之時就與哲學(xué)緊密相連。因?yàn)檎軐W(xué)上的基本問題：我們從哪里來到哪里去？也是物理學(xué)家們要解決的問題，他們對未知世界的共同探索誕生了物理學(xué)。早期的哲學(xué)就是指自然哲學(xué)，主要研究與自然界相關(guān)的哲學(xué)問題，包括人與自然界的關(guān)系、自然界的最基本規(guī)律等，這也是物理學(xué)所關(guān)心的問題。物理學(xué)一詞可追溯到亞里士多德時期，在亞里士多德的著作里，“物理學(xué)”（physis）被譯為“自然”，它是研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)、自然現(xiàn)象、運(yùn)動規(guī)律和探求研究方法的科學(xué)。隨著物理學(xué)和哲學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展，它們研究的重點(diǎn)和方法不同，建立起的科學(xué)體系有所不同，從而導(dǎo)致了物理學(xué)與哲學(xué)的分科，也就是說物理學(xué)起源于哲學(xué)，是以哲學(xué)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的不同于哲學(xué)的學(xué)科。早期很多哲學(xué)家都是物理學(xué)家，很多物理學(xué)家也是哲學(xué)家。

2從物理學(xué)的發(fā)展看哲學(xué)的發(fā)展

根據(jù)物質(zhì)和意識何為第一性，哲學(xué)劃分為唯物主義和唯心主義兩個對立的基本派別。而物理學(xué)是注重實(shí)驗(yàn)的學(xué)科，當(dāng)然會堅(jiān)定地支持唯物主義的觀點(diǎn)。然而根據(jù)所使用的方法論又把唯物主義又分為機(jī)械唯物主義和辯證唯物主義。

2.1經(jīng)典力學(xué)與機(jī)械唯物主義

力學(xué)在公元前就有的物理學(xué)分支，因?yàn)槿祟愖钤缃佑|的是物體運(yùn)動和杠桿等問題。16世紀(jì)之后，由于航海、生產(chǎn)機(jī)戰(zhàn)爭的需要，力學(xué)開始大力發(fā)展。十六世紀(jì)前，由于亞里士多德是當(dāng)時有權(quán)威的科學(xué)家和哲學(xué)家，他的運(yùn)動理論占據(jù)著絕對的統(tǒng)治地位，因此批駁亞里士多德關(guān)于運(yùn)動的錯誤是需要膽識的，伽利略是意大利的哲學(xué)家、物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家，他敢于向傳統(tǒng)的權(quán)威思想挑戰(zhàn)，他通過一系列的觀察與實(shí)驗(yàn)找出精確的數(shù)量關(guān)系，再經(jīng)過邏輯推理（思辨）得出了正確的落體運(yùn)動定律。伽利略對物理概念和原理的創(chuàng)新為經(jīng)典力學(xué)的建立奠定了基礎(chǔ)。站在巨人們肩膀上的牛頓，系統(tǒng)地總結(jié)了前人的大量工作，經(jīng)過歸納分析得出了牛頓關(guān)于運(yùn)動的三定律和萬有引力定律。他提出了具有嚴(yán)謹(jǐn)邏輯結(jié)構(gòu)的力學(xué)體系，使力學(xué)成為一門研究物體機(jī)械運(yùn)動基本規(guī)律的學(xué)科，從而創(chuàng)立了經(jīng)典力學(xué)。經(jīng)典力學(xué)認(rèn)為只要知道初始條件和系統(tǒng)的演化規(guī)律，便能推算出任意時刻系統(tǒng)的狀態(tài)，這就是機(jī)械決定論。顯然經(jīng)典力學(xué)的決定論具有一定的局限性，這種局限性反映在哲學(xué)上便是機(jī)械唯物主義。

2.2電磁學(xué)與辯證唯物主義

靜電現(xiàn)象和靜磁現(xiàn)象的研究雖然始于十七世紀(jì)，但電磁學(xué)的基本定律都是在十八世紀(jì)建立的。人們受到萬有引力規(guī)律的啟示，以實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為基礎(chǔ)，得到了定量規(guī)律──庫倫定律。如果經(jīng)典力學(xué)中的萬有引力定律可借鑒，只靠實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的積累，難以快速得到嚴(yán)格的庫侖定律。然而隨著電學(xué)和磁學(xué)的發(fā)展，把所有的物質(zhì)運(yùn)動現(xiàn)象都用經(jīng)典力學(xué)的機(jī)械運(yùn)動規(guī)律來解釋，就產(chǎn)生了理論和實(shí)驗(yàn)的尖銳矛盾，因此先人開始思考電和磁是否有聯(lián)系的問題。丹麥物理學(xué)家奧斯特信奉康德的哲學(xué)，認(rèn)為自然界各種基本力是可以相互轉(zhuǎn)化的。他深信電和磁具有對稱性，經(jīng)過反復(fù)的嘗試與實(shí)驗(yàn)，終于發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)。這一發(fā)現(xiàn)引起歐洲科學(xué)界的極大興趣，其中畢奧和薩伐爾紛紛仔細(xì)研究載流導(dǎo)線對其周圍小磁針的作用，安培研究載流導(dǎo)線之間的相互作用。他們在實(shí)驗(yàn)規(guī)律的基礎(chǔ)上經(jīng)過抽象，歸納建立了畢─薩定律和安培定律。一八二一年法拉第開始研究電磁問題，他親自做了大量實(shí)驗(yàn)，包括模擬奧斯特和安培的實(shí)驗(yàn)，最終發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象。法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)不是偶然的機(jī)遇，而是因?yàn)樗趯?shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上做了仔細(xì)分析，認(rèn)為既然電生磁那么據(jù)對稱性原理磁也能生電。Maxwell對電磁理論的出色貢獻(xiàn)相當(dāng)于牛頓在經(jīng)典力學(xué)理論做出的貢獻(xiàn)。他和牛頓一樣是站在巨人的肩膀上，看得更遠(yuǎn)，做出了偉大的歷史綜合。麥克斯韋受到W•湯姆生研究方法的啟發(fā)，看出把電磁現(xiàn)象歸結(jié)為力學(xué)體系超距作用的困難，甩掉一切機(jī)械論點(diǎn)，借助數(shù)學(xué)工具，將已有的電磁現(xiàn)象與規(guī)律進(jìn)行了歸納綜合，創(chuàng)立了電磁學(xué)理論。物理學(xué)上的這次突變，使人們認(rèn)識到物質(zhì)運(yùn)動是多種多樣的，各種運(yùn)動形式是可以相互轉(zhuǎn)化的。從而建立了物質(zhì)運(yùn)動是絕對的而靜止是相對的觀念。這次突變?yōu)檗q證唯物主義觀點(diǎn)的建立提供了強(qiáng)有力的理論基礎(chǔ)。辯證法雖然從斯多葛學(xué)派起開始萌芽，在黑格爾那里得到發(fā)展，但真正獲得科學(xué)根據(jù)是從物理學(xué)發(fā)生第二次突變即熱力學(xué)與電磁學(xué)的建立之后，這也使得馬克思辯證唯物主義能完整地在科學(xué)基礎(chǔ)上建立起來。物理學(xué)中體現(xiàn)出的對立統(tǒng)一規(guī)律、由量變到質(zhì)變規(guī)律、否定之否定規(guī)律都是辯證唯物主義體系中的基本規(guī)律?？傊锢韺W(xué)與哲學(xué)是相互交融相互促進(jìn)的。物理學(xué)的發(fā)展為哲學(xué)新思想的建立提供基礎(chǔ)，推動哲學(xué)的發(fā)展，而哲學(xué)對物理學(xué)大廈的建立具有指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭奕玲，沈惠君.物理學(xué)史[M].北京：清華大學(xué)出版社，1993.

第3篇：牛頓法基本原理范文

一、理論物理學(xué)的重要方法

探索性的演繹法是理論物理學(xué)的重要方法。在愛因斯坦看來，理論物理學(xué)的完整體系是由概念，被認(rèn)為對這些概念是有效的基本原理(亦稱基本假設(shè)、基本公設(shè)、基本定律等)，以及用邏輯推理得到的結(jié)論這三者所構(gòu)成的。因此，理論物理學(xué)家所運(yùn)用的方法，就在于應(yīng)用那些作為基礎(chǔ)的基本原理，從而導(dǎo)出結(jié)論;于是，他的工作可分為兩部分：他首先必須發(fā)現(xiàn)原理，然后從這些原理推導(dǎo)出結(jié)論。對于其中第二步工作，他在學(xué)生時代已得到很好的訓(xùn)練和準(zhǔn)備。因此，如果在某一領(lǐng)域中或者某一組相互聯(lián)系的現(xiàn)象中，他的第一個問題已經(jīng)得到解決，他就一定能夠成功?？墒堑谝徊焦ぷ?，即建立一些可用來作為演繹的出發(fā)點(diǎn)的原理，卻具有完全不同的性質(zhì)。這里并沒有可以學(xué)習(xí)的和可以系統(tǒng)地用來達(dá)到的的方法?？茖W(xué)家必須在龐雜的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)中間抓住某些可精密公式來表示的普遍特征，由此探求自然界的普遍原理。

愛因斯坦指出，一旦找到了作為邏輯推理前提的基本理，那么通過邏輯演繹，推理就一個接著一個地涌現(xiàn)出來它們往往顯示出一些預(yù)料不到的關(guān)系，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出這些原理依據(jù)的實(shí)在的范圍。但是，只要這些用來作為演繹出發(fā)點(diǎn)原理尚未得出，個別經(jīng)驗(yàn)事實(shí)對理論家是毫無用處的。實(shí)際上，單靠一些從經(jīng)驗(yàn)中抽象出來的孤立的普遍定律，他甚至么也做不出來。在他沒有揭示出那些能作為演繹推理基礎(chǔ)原理之前，他在經(jīng)驗(yàn)研究的個別結(jié)果面前總是無能為力。

愛因斯坦把物理學(xué)理論分為兩種不同的類型，其中之一是“原理理論”。建立這種理論使用的是分析方法，而不綜合方法。形成它們的基礎(chǔ)和出發(fā)點(diǎn)的元素，不是用假設(shè)造出來的，而是在經(jīng)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)到的，它們是自然過程的普遍特征，即原理。這些原理給出了各個過程或者它們的理論表述所必須滿足的數(shù)學(xué)形式的判據(jù)。熱力學(xué)就是這樣力圖用分析的方法，從永動機(jī)不可能這一普遍經(jīng)驗(yàn)得到的事實(shí)出發(fā)，推導(dǎo)出一些為各個事件都必須滿足的必然條件。用探索的演繹法建立起來的相對論，就屬于“原理理論”。但是物理學(xué)理論大多數(shù)是構(gòu)造性的。它們企圖從比較簡單的式體系出發(fā)，并以此為材料，對比較復(fù)雜的現(xiàn)象構(gòu)造出一幅圖像。氣體分子運(yùn)動論就是這樣力圖把機(jī)械的、熱的和擴(kuò)散的過程都?xì)w結(jié)為分子運(yùn)動——即用分子假設(shè)來構(gòu)造這些過程。當(dāng)我們說，我們已經(jīng)成功地了解一群自然過程，我們的思想必然是指，概括這些過程的構(gòu)造性的理論已經(jīng)建立起來了。愛因斯坦認(rèn)為，構(gòu)造性理論的優(yōu)點(diǎn)是完備，有適應(yīng)性和明確，原理理論的優(yōu)點(diǎn)則是邏輯上完整和基礎(chǔ)鞏固。([1]，pp．109～110)

相對論就是愛因斯坦自覺地運(yùn)用探索性演繹法的杰作。它不僅以其革命性的新觀念和卓有成效的理論結(jié)果為人津津樂道，而且它所體現(xiàn)出的科學(xué)方法的新穎、精湛以及理論的邏輯結(jié)構(gòu)的嚴(yán)謹(jǐn)，也令人嘆為觀止。愛因斯坦在創(chuàng)立狹義相對論(1905)時，他依據(jù)的僅僅是光行差現(xiàn)象和斐索實(shí)驗(yàn)這兩個并不充分的實(shí)驗(yàn)材料，著名的二階以太漂移實(shí)驗(yàn)即邁克耳孫-莫雷實(shí)驗(yàn)，對他并沒有直接影響。他主要通過對16歲時想到的“追光”思想實(shí)驗(yàn)的沉思，對經(jīng)典力學(xué)和經(jīng)典電動力學(xué)基礎(chǔ)的深入考察，發(fā)揮了思維的自由創(chuàng)造，提出了兩個基本假設(shè)——相對性原理和光速不變原理(美國著名科學(xué)史家霍耳頓認(rèn)為，在狹義相對論中，除了被提高為公設(shè)的兩個基本原理外，愛因斯坦還作了另外四個假定：一是關(guān)于空間的各向同性和均勻性，另外三個是定義鐘的同步的三個邏輯性質(zhì)?；舳D的學(xué)生米勒后來指出，另外的四個假定也是兩個基本原理的必然結(jié)果，他們不是獨(dú)立的假設(shè)。 參見文獻(xiàn)[3]，p．196)。然后，他以此為邏輯前提，接二連三地推導(dǎo)出了關(guān)于運(yùn)動學(xué)和電動力學(xué)的結(jié)論，著名的質(zhì)能關(guān)系式是他先前根本沒有料想到的，這些結(jié)論大大超出了兩個原理所依據(jù)的實(shí)在的范圍。廣義相對論(1915)的建立也是這樣。作為廣義相對論的兩個基本原理，即廣義相對性原理和等效原理，前者是愛因斯坦基于把相對性原理貫徹到底的信念（從慣性系推廣到加速系)提出的，后者是依據(jù)厄缶實(shí)驗(yàn)(慣性質(zhì)量等于引力質(zhì)量)和升降機(jī)思想實(shí)驗(yàn)提出的。

在1905年，由于愛因斯坦采用了探索性的演繹法，從而使他能夠高屋建瓴、勢如破竹，一舉砍斷了哥爾提阿斯死結(jié)(哥爾提阿斯是古代夫利基阿國王，相傳他曾把自己的車乘的轅與軛用繩結(jié)系住，死得無法解開，聲言能解開此死結(jié)者，得以結(jié)治亞細(xì)亞。這個死結(jié)后來被亞歷山大大帝用劍砍斷)，開拓了一個奇妙的新世界。那些惱人的以太漂移實(shí)驗(yàn)，那些使人迷惑不解的單極電機(jī)電動勢的“位置”問題，在愛因斯坦的理論體系中已根本不成其為問題。但是，同時代的博大精深的科學(xué)大師，諸如洛倫茲、彭加勒，卻熱衷于同邁克耳孫-莫雷實(shí)驗(yàn)等以太漂移實(shí)驗(yàn)打交道，迷戀于做出種種構(gòu)造性假設(shè)，建立他們的構(gòu)造性理論——電子論和電子動力學(xué)。例如，洛倫茲1904年的著名論文盡管聲稱是以“基本假設(shè)”而不是以“特殊假設(shè)”為基礎(chǔ)的論文，但事實(shí)上卻包含有11個假設(shè)：假設(shè)有靜止以太，假設(shè)靜止電子是球形的，假設(shè)電子的電荷分布是均勻的，假設(shè)電子的全部質(zhì)量都是電磁質(zhì)量，假設(shè)運(yùn)動電子收縮，假設(shè)電子之間的作用力與分子力相同等等。洛倫茲和彭加勒雖說走到了狹義相對論的大門口，但他們并沒有打開這扇大門，其原因固然是多方面的。從方法論上講，就在于他們運(yùn)用的是傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)歸納法，而沒有采用探索性的演繹法。在當(dāng)時的科學(xué)發(fā)展的形勢下，僅靠個別的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)進(jìn)行歸納，是建立不起什么嶄新的理論的。洛倫茲、彭加勒的電子論和電子動力學(xué)固然富麗堂皇，但畢竟只是經(jīng)典物理學(xué)的最后的建筑物。它們雖然包羅萬象，可是由于不適應(yīng)科學(xué)發(fā)展的總趨勢，最終還是被人們遺忘了，僅有歷史的價值。

二、采用探索性的演繹法是科學(xué)發(fā)展的必然趨勢

從文藝復(fù)興到19世紀(jì)的經(jīng)典科學(xué)，一般稱為近代科學(xué)。在科學(xué)史上，這個漫長的時期主要是積累材料和歸納材料的時期。與這一科學(xué)發(fā)展?fàn)顩r相適應(yīng)，產(chǎn)生了經(jīng)典的科學(xué)哲學(xué)，它始于弗蘭西斯培根的歸納主義。培根認(rèn)為，科學(xué)的發(fā)展是從個別上升到一般，從經(jīng)驗(yàn)歸納出理論。他比喻說，只要及時采摘成熟的葡萄，科學(xué)的酒漿就會源源不斷。到19世紀(jì)，整個科學(xué)一般說來還沒有擺脫這種“原始”狀態(tài)，因而經(jīng)典科學(xué)哲學(xué)能夠得以通過穆勒之手發(fā)展成為更完備的經(jīng)驗(yàn)論形態(tài)，經(jīng)驗(yàn)歸納法依然是正統(tǒng)的科學(xué)方法。

在物理學(xué)領(lǐng)域，這個時期的最大成就是牛頓力學(xué)和麥克斯韋的電動力學(xué)。牛頓力學(xué)雖則是超越了狹隘經(jīng)驗(yàn)論的人類理智的偉大成就，但它又同人們的日常經(jīng)驗(yàn)密切相關(guān)。力學(xué)中的許多概念都比較直觀，可以直接在現(xiàn)實(shí)生活中找到某種原型。這種狀況掩蓋了基本概念和基本原理的思辨性質(zhì)，甚至牛頓本人也深深陷入這一幻覺之中。他一再聲稱他“不作假設(shè)”，實(shí)際上卻作了許多假設(shè)，他要求人們“必須把那些從各種現(xiàn)象中運(yùn)用一般歸納法導(dǎo)出的命題看作是完全正確的” 。19世紀(jì)的經(jīng)典物理學(xué)也具有現(xiàn)象論和經(jīng)驗(yàn)論的特征：它盡量使用那些接近經(jīng)驗(yàn)的概念，因而在很大程度上必須放棄基礎(chǔ)的統(tǒng)一性。熱、電、光都用那些不同于力學(xué)量的各個狀態(tài)的變數(shù)和物質(zhì)常數(shù)來描述，至于要在它們的相互關(guān)系以及同時間的相互關(guān)系中去決定全部變數(shù)的任務(wù)，主要只能由經(jīng)驗(yàn)來解決。麥克斯韋及其同代人，在這種表示方式中看到了物理學(xué)的終極目的，他們想像這個目的只能純粹歸納地從經(jīng)驗(yàn)得出，因?yàn)檫@樣所使用的概念同經(jīng)驗(yàn)比較接近。從認(rèn)識論上看，穆勒和馬赫大概就是根據(jù)這個理由來決定他們的立場的?？偠灾?，這個時期的科學(xué)家和科學(xué)哲學(xué)家大都以為，“理論應(yīng)當(dāng)用純粹歸納法的方法來建立，而避免自由地創(chuàng)造性地創(chuàng)造概念;科學(xué)的狀況愈原始，研究者要保留這種幻想就愈容易，因?yàn)樗坪跏莻€經(jīng)驗(yàn)論者。直至19世紀(jì)，許多人還相信牛頓的原則——“我不作假設(shè)'——應(yīng)當(dāng)是任何健全的自然科學(xué)的基礎(chǔ)。”([1]，p．309)

但是，在某些個別的科學(xué)部門，已經(jīng)悄悄地透進(jìn)了新時代的曙光;尤其是非歐幾何學(xué)，它仿佛故意向經(jīng)驗(yàn)論示威一樣，以毋庸置辯的方式顯示了理性思維的強(qiáng)大威力和奇妙作用。彭加勒正是在《科學(xué)與假設(shè)》中通過對非歐幾何學(xué)的深入研究以及對經(jīng)典力學(xué)和經(jīng)典物理學(xué)的慎密考察揭示出，科學(xué)的基本概念和原理不是經(jīng)驗(yàn)的直接歸納，而只能以經(jīng)驗(yàn)事實(shí)為指導(dǎo)，通過精神的自由活動(其產(chǎn)品即約定)來創(chuàng)造。通過研讀彭加勒的科學(xué)哲學(xué)著作，尤其是通過創(chuàng)立狹義和廣義相對論的科學(xué)實(shí)踐，使愛因斯坦清楚地看到，人們可以在完全不同于牛頓的基礎(chǔ)上，以更加令人滿意和更加完備的方式，來考慮范圍更廣泛的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)。但是，完全撇開這種理論還是那種理論優(yōu)越的問題不談，基本原理的虛構(gòu)特征卻是完全明顯的，因?yàn)槲覀兡軌蛑赋鰞蓷l根本不同的原理，而兩者在很大程度上都同經(jīng)驗(yàn)相符合。這—點(diǎn)同時又證明，要在邏輯上從經(jīng)驗(yàn)推出力學(xué)的基本概念和基本假設(shè)的任何企圖，都是要失敗的。愛因斯坦還清楚地看到，相對論是說明理論科學(xué)在現(xiàn)展的基本特征的一個良好的例子。初始假設(shè)變得愈來愈抽象，離經(jīng)驗(yàn)愈來愈遠(yuǎn)。另一方面，它更接近一切科學(xué)的偉大目標(biāo)，即要從盡可能少的假設(shè)或者公理出發(fā)，通過邏輯的演繹，概括盡可能多的事實(shí)。同時，從公理引向經(jīng)驗(yàn)事實(shí)或者可證實(shí)的結(jié)論的思路也就愈來愈長，愈來愈微妙。理論科學(xué)家在他探索理論時，就不得不愈來愈聽從純粹數(shù)學(xué)的、形式的考慮，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)家的物理經(jīng)驗(yàn)不能把他提高到最抽象的領(lǐng)域中去。正是科學(xué)發(fā)展的這種理論化趨勢，使愛因斯坦認(rèn)識到：“科學(xué)一旦從它的原始階段脫胎出來以后，僅僅靠著排列的過程已不能使理論獲得進(jìn)展。由經(jīng)驗(yàn)材料作為引導(dǎo)。研究者寧愿提出一種思想體系，它——般地是在邏輯上從少數(shù)幾個所謂公理的基本假定建立起來的。”（[1]，p.115），他進(jìn)而指出：“適用于科學(xué)幼年時代的以歸納為主的方法，正在讓位給探索性的演繹法?！?[1]，p. 262)

三、愛因斯坦大膽運(yùn)用探索性的演繹法的直接動因

只是在廣義相對論建立之后，愛因斯坦才把探索性的演繹法作為一個方法論原則從理論上加以論述。可是，早在創(chuàng)立狹義相對論時，他就在研究中大膽運(yùn)用這一科學(xué)方法了，并在思想上對它已有比較深刻的認(rèn)識。促使愛因斯坦大膽運(yùn)用探索性的演繹法的直接原因有兩個：其一是赫茲、玻耳茲曼、彭加勒等人的思想影響，其二是當(dāng)時的物理學(xué)現(xiàn)狀使得他不能不那樣做。

在聯(lián)邦工業(yè)大學(xué)期間(1896~1900)，愛因斯坦自學(xué)了赫茲、玻耳茲曼等科學(xué)大師們的著作。赫茲在他的名著《力學(xué)原理》(1894)中試圖重構(gòu)力學(xué)，為此他僅利用空間、時間和質(zhì)量三個原始概念。赫茲的力學(xué)體系建立在通過科學(xué)家個人的“內(nèi)在直覺規(guī)律”從經(jīng)驗(yàn)引出的公理之上，它能夠?qū)С鼋?jīng)驗(yàn)預(yù)言。赫茲認(rèn)為“內(nèi)在直覺規(guī)律”的功能像“康德意義上的先驗(yàn)判斷”一樣，并且聲稱他的力學(xué)重構(gòu)是演繹系統(tǒng)，與牛頓的《原理》(全稱《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》)有許多相同的風(fēng)格。在這個公理體系中，我們可以推演出與我們的觀察記錄相對照的可檢驗(yàn)的結(jié)論，依據(jù)該結(jié)論與可觀察的世界一致還是不一致，來決定這個體系是否正確。盡管愛因斯坦不贊同赫茲的隱質(zhì)量概念和“把自然現(xiàn)象追溯到力學(xué)的主要定律”的長遠(yuǎn)目標(biāo)，但是赫茲強(qiáng)調(diào)公理描述的威力卻給他留下了深刻的印象。這種公理描述與其說在經(jīng)驗(yàn)材料上預(yù)言理論結(jié)構(gòu)，倒不如說在公理和直覺上預(yù)言理論結(jié)構(gòu)。

愛因斯坦也自學(xué)了玻耳茲曼的《力學(xué)講義》(1897)。在該書中，玻耳茲曼把力學(xué)作為物理學(xué)的核心，愛因斯坦當(dāng)然不會同意這種看法的。但是，玻耳茲曼重構(gòu)力學(xué)的方法的下述特點(diǎn)，一定會強(qiáng)烈地震撼愛因斯坦敏感的心弦：“恰恰是力學(xué)原理的不明晰性，在我看來不是同時以假設(shè)的智力圖像為起點(diǎn)而得到的，而是從一開始就以與外部經(jīng)驗(yàn)相聯(lián)系的嘗試而得到的?！?[2]，p．127)玻耳茲曼的意思很清楚：力學(xué)原理的不明晰，在于經(jīng)驗(yàn)歸納，而不在于智力圖像。玻耳茲曼的“智力圖像”概念比赫茲的“外部對象的圖像或符號”更自由，愛因斯坦可能山此注意到，力學(xué)的發(fā)展已使原理凌駕于經(jīng)驗(yàn)材料之上。

彭加勒在《科學(xué)與假設(shè)》(1902)中對約定主義的論述，對愛因斯坦的探索性的演繹法的形成必定大有裨益，愛因斯坦在“奧林比亞科學(xué)院”時期(1902~1904)曾和他的同伴索洛文、哈比希特一起研讀過這本膾炙人口的暢銷名著。彭加勒通過對數(shù)理科學(xué)的基礎(chǔ)進(jìn)行了敏銳的、批判性的審查和分析后得出：幾何學(xué)的公理既非先驗(yàn)綜合判斷，亦非經(jīng)驗(yàn)事實(shí)，它們原來都是約定。物理學(xué)盡管比較直接地以經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，但它的一些基本原理也具有幾何學(xué)公理那樣的約定特征。例如慣性原理，它不是先驗(yàn)地支配我們的真理，否則希臘學(xué)者早就知道它了，它也不是經(jīng)驗(yàn)的事實(shí)，因?yàn)槿藗儚膩硪膊荒苡貌皇芡饬Φ奈矬w做實(shí)驗(yàn)，因而無法用實(shí)驗(yàn)證實(shí)或否證它。經(jīng)過最終分析，它們化歸為約定或隱蔽的定義。因此，彭加勒得出結(jié)論說：在數(shù)學(xué)及其相關(guān)的學(xué)科中，“可以看出自由約定的特征”;他進(jìn)而指出：“約定是我們的精神的自由活動的產(chǎn)品”，“我們在所有可能的約定中進(jìn)行選擇時，要受實(shí)驗(yàn)事實(shí)的引導(dǎo);但它仍是自由的，只是為了避免一切矛盾起見，才有所限制。”

彭加勒在考察了物理學(xué)的理論后認(rèn)為，物理學(xué)有兩類陳述——原理和定律。定律是實(shí)驗(yàn)的概括，它們相對于孤立的系統(tǒng)而言可以近似地被證實(shí)，原理是約定而成的公設(shè)，它們是十分普遍的、嚴(yán)格真實(shí)的，超越了實(shí)驗(yàn)所及的范圍。彭加勒還闡述了約定主義的方法論意義。他說，當(dāng)一個定律被認(rèn)為由實(shí)驗(yàn)充分證實(shí)時，我們可以采取兩種態(tài)度。我們可以把這個定律提交討論，于是，它依然要受到持續(xù)不斷的修正，毋庸置疑，這將僅僅以證明它是近似的而終結(jié)?；蛘?，我們也可以通過選擇這樣一個約定使命題為真，從而把定律提升為原理。在彭加勒看來，經(jīng)典力學(xué)和經(jīng)典物理學(xué)的六大基本原理(邁爾原理即能量守恒原理、卡諾原理即能量退降原理、牛頓原理即作用與反作用原理、相對性原理、拉瓦錫原理即質(zhì)量守恒原理、最小作用原理)就是這樣形成的。

彭加勒提出約定主義并不是無緣無故的。在近代科學(xué)發(fā)展的早期，弗蘭西斯培根提出了經(jīng)驗(yàn)歸納的新方法，這種方法對促進(jìn)近代科學(xué)的發(fā)展起了巨大的作用，但后來卻助長了狹隘經(jīng)驗(yàn)事義的盛行。到19世紀(jì)，以惠威爾、穆勒為代表的“全歸納派”和以孔德、斯賓塞為代表的實(shí)證主義廣為流行，把經(jīng)驗(yàn)和歸納視為唯一可能的認(rèn)識方法。到19世紀(jì)末，第二代的實(shí)證主義的代表人物馬赫更是揚(yáng)言要把一切“形而上學(xué)的東西”從科學(xué)中“排除掉”。另一方面，康德不滿意經(jīng)驗(yàn)論的歸納主義的階梯，他把梯子顛倒過來，不是從經(jīng)驗(yàn)上升到理論，而是以先天的“感性直觀的純形式”(時間和空間)和先天的“知性的純粹概念或純粹范疇(因果關(guān)系、必然性、可能性等十二個范疇)去組織后天經(jīng)驗(yàn)，以構(gòu)成絕對可靠的“先驗(yàn)綜合知識”。彭加勒看到，無論是經(jīng)驗(yàn)論還是先驗(yàn)論，都不能圓滿地說明科學(xué)理論體系的特征。為了強(qiáng)調(diào)在從事實(shí)過渡到原理時，科學(xué)家應(yīng)充分有發(fā)揮能動性的自由，他于是提出了約定主義。約定主義既要求擺脫狹隘的經(jīng)驗(yàn)論，又要求擺脫經(jīng)驗(yàn)論，它順應(yīng)了科學(xué)發(fā)展的潮流，反映了當(dāng)時科學(xué)界自由創(chuàng)造、大膽假設(shè)的要求，在科學(xué)和哲學(xué)上都有其積極意義。

《科學(xué)與假設(shè)》一書對愛因斯坦的印象極深，他和同伴們花了好幾個星期緊張地讀完了它。愛因斯坦坦率地承認(rèn)彭加勒對他的直接影響。他贊同“敏銳的深刻的思想家”彭加勒的約定主義觀點(diǎn)，認(rèn)為概念和公理是思維的自由創(chuàng)造，是理智的自由發(fā)明。他這樣說過：“一切概念，甚至那些最接近經(jīng)驗(yàn)韻概念，從邏輯觀點(diǎn)看來，……都是一些自由選擇的約定，……([1]，p．6)

一開始，愛因斯坦也對洛倫茲的電子論（是1895年的論文，而不是1904年的電子論的最終形式）發(fā)生過興趣，這是一種構(gòu)造性的理論?？墒遣痪?，他從普朗克的量子論中看到，輻射具有一種分子結(jié)構(gòu)。這是同麥克斯韋理論相矛盾的，而且麥克斯韋理論也不能導(dǎo)致出正確的輻射壓漲落。愛因斯坦在“自述”中談到了他當(dāng)時的轉(zhuǎn)變：“早在1900年以后不久，即在普朗克的首創(chuàng)性工作以后不久，這類思考已使我清楚地看到：不論是力學(xué)還是熱力學(xué)(除非在極限情況下)都不能要求嚴(yán)格有效。漸漸地我對那種根據(jù)已知事實(shí)用構(gòu)造性的努力去發(fā)現(xiàn)真實(shí)定律的可能性感到絕望了。我努力得愈久，就愈加絕望，也就愈加確信，只有發(fā)現(xiàn)一個普遍的形式原理，才能使我們得到可靠的結(jié)果?！?[1]，p．23)從此時起，愛因斯坦就斷然決定用探索性的演繹法來解決問題。

四、愛因斯坦的探索性的演繹法的特色

作為科學(xué)推理的演繹法，可以說是源遠(yuǎn)流長了。早在古希臘時代，著名的哲學(xué)家、形式邏輯的創(chuàng)始人亞里士多德就提出了歸納和演繹這兩種邏輯方法，并認(rèn)為演繹推理的價值高于歸納推理。而古希臘名聲最大的數(shù)學(xué)家歐幾里得，在《幾何原本》中把幾何學(xué)系統(tǒng)化了，這部流傳千古的名著就是邏輯演繹法的典范。牛頓在建立他的力學(xué)理論體系時雖然運(yùn)用了歸納法，但其集大成著作《原理》的敘述方法卻采用的是演繹法。愛因斯坦的探索性的演繹法絕不是這種古老的演繹法的簡單照搬。他根據(jù)自己的科學(xué)研究實(shí)踐，順應(yīng)當(dāng)時理論科學(xué)發(fā)展的潮流，對演繹法作了重大發(fā)展，賦予了新的內(nèi)容。也許是為了強(qiáng)調(diào)他的演繹法與傳統(tǒng)的演繹法的不同，他在“演繹法”前面加上了限制性的定語——“探索性的”，這個定語也恰當(dāng)?shù)乇砻髁怂难堇[法的主要特征。與傳統(tǒng)的演繹法相比，愛因斯坦的探索性的演繹法是頗有特色的。這主要表現(xiàn)在以下三個方面。

第一，明確地闡述了科學(xué)理論體系的結(jié)構(gòu)，恰當(dāng)?shù)刂该髁怂季S同經(jīng)驗(yàn)的聯(lián)系問題，充分肯定了約定在建造理論體系時的重要作用。愛因斯坦把科學(xué)理論體系分為兩大部分，其一是作為理論的基礎(chǔ)的基本概念和基本原理，其二是由此推導(dǎo)出的具體結(jié)論。在愛因斯坦看來，那些不能在邏輯上進(jìn)一步簡化的基本概念和基本假設(shè)，是理論體系的根本部分，是整個理論體系的公理基礎(chǔ)或邏輯前提。它們實(shí)際上“都是一些自由選擇的約定”;它們“不能從經(jīng)驗(yàn)中抽取出米，而必須自由地發(fā)明出來”([1]，pp．6，315)。談到思維同經(jīng)驗(yàn)的聯(lián)系問題時，愛因斯坦說：直接經(jīng)驗(yàn)ε是已知的，A是假設(shè)或公理，由它們可以通過邏輯道路推導(dǎo)出各個個別的結(jié)論S;S然后可以同ε聯(lián)系起來(用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)明)。從心理狀態(tài)方面來說，A是以ε為基礎(chǔ)的。但是在A和ε之間不存在任何必然的邏輯聯(lián)系，而只有通過非邏輯的方法——“思維的自由創(chuàng)造”(或約定)——才能找到理論體系的基礎(chǔ)A。愛因斯坦明確指出：“物理學(xué)構(gòu)成一種處在不斷進(jìn)化過程中的思想的邏輯體系。它的基礎(chǔ)可以說是不能用歸納法從經(jīng)驗(yàn)中提取出來的。而只能靠自由發(fā)明來得到。這種體系的根據(jù)(真理內(nèi)容)在于導(dǎo)出的命題可由感覺經(jīng)驗(yàn)來證實(shí)，而感覺經(jīng)驗(yàn)對這基礎(chǔ)的關(guān)系，只能直覺地去領(lǐng)悟。進(jìn)化是循著不斷增加邏輯基礎(chǔ)簡單性的方向前進(jìn)的。為了要進(jìn)一步接近這個目標(biāo)，我們必須聽從這樣的事實(shí)：邏輯基礎(chǔ)愈來愈遠(yuǎn)離經(jīng)驗(yàn)事實(shí)，而且我們從根本基礎(chǔ)通向那些同感覺經(jīng)驗(yàn)相聯(lián)系的導(dǎo)出命題的思想路線，也不斷地變得愈來愈艱難、愈來愈漫長了?！?[1]，p．372)

第二，大膽地提出了“概念是思維的自由創(chuàng)造”、“范疇是自由的約定” ([1]，pp．407，471)的命題，詳細(xì)地闡述了從感覺經(jīng)驗(yàn)到基本概念和基本原理的非邏輯途徑。愛因斯坦指出，象馬赫和奧斯特瓦爾德這樣的具有勇敢精神和敏銳本能的學(xué)者，也因?yàn)檎軐W(xué)上的偏見而妨礙他們對事實(shí)做出正確的解釋(指他們反對原子論)。這種偏見——至今還沒有滅絕——就在于相信毋須自由的構(gòu)造概念，事實(shí)本身能夠而且應(yīng)該為我們提供科學(xué)知識。這種誤解之所以可能，是因?yàn)槿藗儾蝗菀渍J(rèn)識到，經(jīng)過驗(yàn)證和長期使用而顯得似乎同經(jīng)驗(yàn)材料直接相聯(lián)系的那些概念，其實(shí)都是自由選擇出來的。愛因斯坦認(rèn)為，物理學(xué)家的最高使命就是要得到那些普遍的基本定律，由此世界體系就能用單純的演繹法建立起來。要通向這些定律，并沒有邏輯的道路，只有通過那種以對經(jīng)驗(yàn)的共鳴的理解為依據(jù)的直覺，才能得到這些定律?！?[1]，p，102)

為了從經(jīng)驗(yàn)材料中得到基本原理。除了通過“以對經(jīng)驗(yàn)的共鳴的理解為依據(jù)的直覺”外，愛因斯坦還指出可以通過“假設(shè)”、“猜測”、“大膽思辨”、“創(chuàng)造性的想像”、“靈感”、“幻想”、 “思維的自由創(chuàng)造”、“理智的自由發(fā)明”、“自由選擇的約定”等等。不管方法如何變化，它們都有—個共同點(diǎn)，即基本概念和基本原理只能通過非邏輯的途徑自由創(chuàng)造出來。這樣一來，基本概念和基本原理對于感覺經(jīng)驗(yàn)而言在邏輯上是獨(dú)立的。愛因斯坦認(rèn)為二者的關(guān)系并不像肉湯同肉的關(guān)系，而倒有點(diǎn)像衣帽間牌子上的號碼同大衣的關(guān)系。也正由于如此，從感覺經(jīng)驗(yàn)得到基本概念和原理就是一項(xiàng)十分艱巨的工作，這也是探索性的演繹法的關(guān)鍵一步。因此，愛因斯坦要求人們“對于承擔(dān)這種勞動的理論家，不應(yīng)當(dāng)吹毛求疵地說他是‘異想天開';相反，應(yīng)當(dāng)允許他有權(quán)去自由發(fā)揮他的幻想，因?yàn)槌艘酝饩蜎]有別的道路可以達(dá)到目的。他的幻想并不是無聊的白日做夢，而是為求得邏輯上最簡單的可能性及其結(jié)論的探索?！?[1]，pp. 262~263)

關(guān)于愛因斯坦所說的“概念是思維的自由創(chuàng)造”和“范疇是自由的約定”，其中的“自由”并非任意之謂，即不是隨心所欲的杜撰.愛因斯坦認(rèn)為，基本概念和基本原理的選擇自由是一種特殊的自由。它完全不同作家寫小說時的自由，它倒多少有點(diǎn)像一個人在猜一個設(shè)計(jì)得很巧妙的字謎時的那種自由。他固然可以猜想以無論什么字作為謎底，但是只有一個字才真正完全解決了這個字謎。顯然，愛因斯坦所謂的“自由”，主要是指建立基本概念和基本原理時思維方式的自由、它們的表達(dá)方式的自由以及概括程度高低的自由，—般說來，它們包含的客觀實(shí)在的內(nèi)容則不能是任意的。這就是作為反映客觀實(shí)在的人類理智結(jié)晶的科學(xué)之客觀性和主觀性的統(tǒng)一。誠如愛因斯坦所說：“科學(xué)作為一種現(xiàn)存的和完成的東西，是人們所知道的最客觀的，同人無關(guān)的東西。但是，科學(xué)作為一種尚在制定中的東西，作為一種被迫求的目的，卻同人類其他一切事業(yè)一樣，是主觀的，受心理狀態(tài)制約的?！?[1]，p．298)

第三，明確地把“內(nèi)在的完備”作為評判理論體系的合法性和正確性的標(biāo)準(zhǔn)之一。在愛因斯坦看來，探索性的演繹法就是在實(shí)驗(yàn)事實(shí)的引導(dǎo)下，通過思維的自由創(chuàng)造，發(fā)明出公理基礎(chǔ)，然后以此為出發(fā)點(diǎn)，通過邏輯演繹導(dǎo)出各個具體結(jié)論，從而構(gòu)成完整的理論體系。但是，評判這個理論體系的合法性和正確性的標(biāo)準(zhǔn)是什么呢?愛因斯坦晚年在“自述”中對這個問題作了綱領(lǐng)性的回答([1]，pp．10～11)。他認(rèn)為，第一個標(biāo)準(zhǔn)是“外部的證實(shí)”，也就是說，理論不應(yīng)當(dāng)同經(jīng)驗(yàn)事實(shí)相矛盾。這個要求初看起來似乎十分明顯，但應(yīng)用起來卻非常傷腦筋。因?yàn)槿藗兂３?，甚至總是可以用人為的補(bǔ)充假設(shè)來使理論同事實(shí)相適應(yīng)，從而堅(jiān)持一種普遍的理論基礎(chǔ)。但是，無論如何，這種觀點(diǎn)所涉及的是用現(xiàn)成的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)采證實(shí)理論基礎(chǔ)。這個標(biāo)準(zhǔn)是眾所周知的，也是經(jīng)常運(yùn)用的。有趣的是愛因斯坦提出的第二個標(biāo)準(zhǔn)——“內(nèi)在的完備”。它涉及的不是理論同觀察材料的關(guān)系問題，而是關(guān)于理論本身的前提，關(guān)于人們可以簡單地、但比較含糊地稱之為前提(基本概念和基本原理)的“自然性”或者“邏輯簡單性”。也就是說，這些不能在邏輯上進(jìn)一步簡化的元素要盡可能簡單，并且在數(shù)目上盡可能少，同時不至于放棄對任何經(jīng)驗(yàn)內(nèi)容的適當(dāng)表示。這個觀點(diǎn)從來都在選擇和評價各種理論時起著重大的作用，但是確切地把它表達(dá)出來卻有很大困難。這里的問題不單是一種列舉邏輯上獨(dú)立的前提問題(如果這種列舉是毫不含糊地可能的話)，而是一種在不可通約的質(zhì)之間作相互權(quán)衡的問題。其次，在幾種基礎(chǔ)同樣“簡單”的理論中，那種對理論體系的可能性質(zhì)限制最嚴(yán)格的理論(即含有最確定論點(diǎn)的理論)被認(rèn)為是比較優(yōu)越的。理論的“內(nèi)在的完備”還表現(xiàn)在：從邏輯的觀點(diǎn)來看，如果一種理論并不是從那些等價的和以類似方式構(gòu)造起來的理論中任意選出的，那么我們就給予這種理論以較高的評價。

愛因斯坦看到了“內(nèi)在的完備”這一標(biāo)準(zhǔn)不容忽視、不可替代的特殊作用。他指出，當(dāng)基本概念和基本原理距離直接可觀察的東西愈來愈遠(yuǎn)，以致用事實(shí)來驗(yàn)證理論的含義就變得愈來愈困難和更費(fèi)時日的時候，“內(nèi)在的完備”標(biāo)準(zhǔn)對于理論的選擇和評價就一定會起更大的作用。他還指出，只要數(shù)學(xué)上暫時還存在著難以克服的困難，而不能確立這個理論的經(jīng)驗(yàn)內(nèi)涵：邏輯的簡單性就是衡量這個理論的價值的唯一準(zhǔn)則，即使是一個當(dāng)然還不充分的準(zhǔn)則([1]，pp.12、501)。愛因斯坦的“內(nèi)在完備”標(biāo)準(zhǔn)在某種程度上是不可言傳的，但是它在像愛因斯坦這樣的具有“以對經(jīng)驗(yàn)的共鳴的理解為依據(jù)的直覺”的人的手中，卻能夠有效地加以運(yùn)用，而且預(yù)言家們在判斷理論的內(nèi)在完備時，它們之間的意見往往是一致的。

在愛因斯坦創(chuàng)立狹義相對論和廣義相對論的過程中，充分地體現(xiàn)了探索性的演繹法的這三個特色。前面我們已簡單地涉及到這一點(diǎn)，這里我們只談?wù)剱垡蛩固箯摹皟?nèi)在的完備”這一標(biāo)準(zhǔn)的角度是如何對自己理論進(jìn)行評價的。1906年，當(dāng)?shù)聡鴮?shí)驗(yàn)物理學(xué)家宣稱，他在1905年完成的關(guān)于高速電子(β射線)質(zhì)量和速度關(guān)系的數(shù)據(jù)支持亞伯拉罕和布赫爾的“剛性球”電子論，而同洛倫茲-愛因斯坦的理論(電子在運(yùn)動方向的直徑會隨速度的增加而收縮)不相容，彭加勒立即發(fā)生了動搖，認(rèn)為相對性原理不再具有我們先前賦予它的那種重要的價值。洛倫茲表現(xiàn)得更是十分悲觀，他在1906年3月8日致彭加勒的信中說：“不幸的是，我的電子扁縮假設(shè)同考夫曼的新結(jié)果發(fā)生了矛盾，因此我必須放棄它，我已到了山窮水盡的地步。在我看來，似乎不可能建立起一種要求平移對電學(xué)和光學(xué)現(xiàn)象完全不產(chǎn)生影響的理論?！?([2]，p．334)愛因斯坦的態(tài)度則截然相反，他對自己的理論的“內(nèi)在的完備”抱有信心。他在1907年發(fā)表的長篇論文中指出：考大曼的實(shí)驗(yàn)結(jié)果同狹義相對論的“這種系統(tǒng)的偏離，究竟是由于沒有考慮到的誤差，還是由于相對論的基礎(chǔ)不符合事實(shí)，這個問題只有在有了多方面的觀測資料以后，才能足夠可靠地解決?！彼J(rèn)為“剛性球”電子論在“頗大程度上是由于偶然碰巧與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符，因?yàn)樗鼈冴P(guān)于運(yùn)動電子質(zhì)量的基本假設(shè)不是從總結(jié)了大量現(xiàn)象的理論體系得出來的?！?正由于狹義相對論的理論前提的簡單性大，它涉及的事物的種類多，它的應(yīng)用范圍廣，它給人的印象深，所以愛因斯坦才對自己的理論堅(jiān)信不疑，要知道當(dāng)時還沒有確鑿的實(shí)驗(yàn)事實(shí)證實(shí)這種具有思辨性的理論。談到廣義相對論的“內(nèi)在的完備”，愛因斯坦說：“這理論主要吸引人的地方在于邏輯上的完整性。從它推出的許多結(jié)論中，只要有一個被證明是錯誤的，它就必須被拋棄，要對它進(jìn)行修改而不摧毀其整個結(jié)構(gòu)，那似乎是不可能的?！?[1]，p．113)他甚至說過這樣的話：當(dāng)1919年的日蝕觀測證明了他關(guān)于光線彎曲的推論時，他一點(diǎn)也不驚奇。要是這件事沒有發(fā)生，他倒會是非常驚訝的。

探索性的演繹法是愛因斯坦的主導(dǎo)哲學(xué)思想——唯物論的唯理論——的一個重要組成部分?？少F的是，愛因斯坦在這里并沒有排斥或漠視經(jīng)驗(yàn)歸納法在科學(xué)中的地位。一方面，他認(rèn)為純粹思維可以把握實(shí)在;另一方面，又認(rèn)為從來也沒有一種理論是靠純粹思辨發(fā)現(xiàn)的，他對構(gòu)造性的理論也給予了較高的評價。愛因斯坦敢于正視矛盾的兩極，在唯理論和經(jīng)驗(yàn)論之間保持了一種微妙的、恰如其分的平衡，這正是他的高明之處。他提出的探索性的演繹法，只是強(qiáng)調(diào)“要大膽思辨，不要經(jīng)驗(yàn)堆積”罷了，這是理論科學(xué)在20世紀(jì)發(fā)展的必然趨勢，愛因斯坦則是率先表達(dá)了這一時代要求。

參考文獻(xiàn)

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H．Poincaré，The Foundations of Science， Translation by G．B．Halsted，The Science， York and Garrison，N.Y. 1913， pp. 28， 65.

第4篇：牛頓法基本原理范文

一、 測量時對儀器使用做到熟練、準(zhǔn)確

長度測量的實(shí)驗(yàn)在初中、高中就有,到了大學(xué)時仍要做長度測量的實(shí)驗(yàn),可見此實(shí)驗(yàn)為最基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)。在長度測量中,最基本的就是要掌握幾種常用的測量儀器,熟練的掌握儀器使用才能準(zhǔn)確的測量。在長度測量中一般使用的儀器有米尺、游標(biāo)卡尺、螺旋測微計(jì)、讀數(shù)顯微鏡等,表征這些儀器特征主要是量程和分度值。量程表示儀器能測量到的最大范圍,分度值表示儀器可以準(zhǔn)確讀到的最小數(shù)值,分度值越小的儀器精密度越高。在做實(shí)驗(yàn)時,要提醒學(xué)生注意這幾種儀器的使用方法、量程、分度值,以及每種儀器在什么條件下使用最適合。米尺在這幾種儀器中精度最低,這種儀器在日常生活中學(xué)生接觸較多,在講清原理后學(xué)生較容易掌握其使用方法,一般不會出什么差錯。在講解游標(biāo)卡尺、螺旋測微計(jì)和讀數(shù)顯微鏡時,一定要講清講細(xì)它們的基本原理和使用方法,使學(xué)生在使用時達(dá)到事半功倍效果。

游標(biāo)卡尺是用來測量被測物體的內(nèi)徑、外徑、長度和深度尺寸的。我們在向?qū)W生介紹游標(biāo)卡尺時,一般先介紹它的基本原理,學(xué)生雖然理解了原理,使用起來不會靈活運(yùn)用。時常會碰到學(xué)生每測量一個數(shù)值,都生搬硬套原理公式進(jìn)行計(jì)算,不會使用分度值方法在游標(biāo)上讀數(shù)。使用游標(biāo)卡尺進(jìn)行測量時,首先要弄清量程、分度值是多少,再看看零點(diǎn)值,然后看清游標(biāo)上第幾條刻線與主尺的某刻線對齊。根據(jù):待測尺寸=主尺值+游標(biāo)第m根與主尺對齊×最小分度值-零點(diǎn)讀數(shù),就可得到待測物體的尺寸,其實(shí)可以更為快速讀數(shù)。例如五十分游標(biāo)卡尺的分度值為0.02mm,游標(biāo)上刻有0、1、2、3……9等標(biāo)度數(shù),如主尺上的讀數(shù)是21mm,與主尺對齊的游標(biāo)上刻線標(biāo)度數(shù)為8,就可直接讀出待測物的尺寸是21.80mm。因?yàn)橛螛?biāo)上的每一小格為0.02mm,如與主尺對齊的游標(biāo)上的是標(biāo)度數(shù)8―9之間的第2根刻線,則游標(biāo)上的讀數(shù)為0.84mm,總讀數(shù)為21.84mm,就不用數(shù)幾十根線與分度值相乘,這樣能提高測量效率。

螺旋測微計(jì)是根據(jù)螺旋放大法而設(shè)計(jì)的,是比游標(biāo)卡尺更精密的長度測量儀器。實(shí)驗(yàn)室中常用的螺旋測微計(jì)的量程為25mm,其分度值為0.01mm,即1/1000cm,所以也叫千分尺。螺旋測微計(jì)的讀數(shù)方法與游標(biāo)卡尺類似,學(xué)生在使用螺旋測微計(jì)時出現(xiàn)問題最多的,一是經(jīng)常讀錯整圈數(shù),特別是整圈數(shù)與微分套筒接近時錯得更多,如會把1.975mm讀成2.475mm。二是不使用棘輪而直接轉(zhuǎn)動活動套筒去卡住物體,由于對被測物的壓力不穩(wěn)定,就測不準(zhǔn),不使用棘輪,測桿上的螺紋將發(fā)生變形和增加磨損,降低了儀器的準(zhǔn)確度。針對這些問題,我們在指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)時會特別提醒學(xué)生注意,并給學(xué)生作示范操作,減少學(xué)生實(shí)驗(yàn)的主觀錯誤。

讀數(shù)顯微鏡是將測微螺旋和顯微鏡組合起來作精確測量長度用的儀器。讀數(shù)顯微鏡具有準(zhǔn)確度高、進(jìn)行無接觸測量等優(yōu)點(diǎn),除可以用來測量物體長度外,在光學(xué)實(shí)驗(yàn)中可用來確定實(shí)像、虛像位置和測定實(shí)像、虛像的大小。讀數(shù)顯微鏡的讀數(shù)方法與螺旋測微計(jì)讀數(shù)方法類似,但讀數(shù)顯微鏡的使用更復(fù)雜些。它的調(diào)節(jié)方法一般分為對準(zhǔn)、調(diào)焦、消除視差三步,而且都應(yīng)該增加一個光源,調(diào)節(jié)效果更好。在實(shí)驗(yàn)測量別提醒學(xué)生注意:讀數(shù)顯微鏡的移動方向和被測二點(diǎn)間連線要平行;還要防止回程誤差。移動顯微鏡使其從相反方向?qū)?zhǔn)同一目標(biāo)的兩次讀數(shù),似呼應(yīng)當(dāng)相同,實(shí)際上由于螺絲和螺套不可能完全密接,螺旋方向改變時,它們接觸狀態(tài)也將改變,兩次讀數(shù)將不同,因此在測量時應(yīng)向同一方向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)鼓使叉絲和各目標(biāo)對準(zhǔn),當(dāng)移動叉絲超過了目標(biāo)時,就要多退回一些,重新再向同一方向轉(zhuǎn)動鼓輪去對準(zhǔn)目標(biāo)進(jìn)行測量。正確的使用測量儀器,測量數(shù)據(jù)的壞數(shù)據(jù)才會減少,才能達(dá)到實(shí)驗(yàn)的目的。

二、 在質(zhì)量稱衡中掌握實(shí)驗(yàn)技巧

在基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中絕大多數(shù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都是定量實(shí)驗(yàn),這些實(shí)驗(yàn)都規(guī)定有其實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?每個實(shí)驗(yàn)我們能按照其所規(guī)定的實(shí)驗(yàn)步驟去完成,也就達(dá)到了實(shí)驗(yàn)基本要求。我們在指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)時,雖然之前已經(jīng)講清實(shí)驗(yàn)要領(lǐng),但學(xué)生真正動手起來還是不得法,以致影響實(shí)驗(yàn)進(jìn)程,下面就質(zhì)量的稱衡實(shí)驗(yàn)為例,將學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中碰到的一些問題和指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)的做法陳述如下:

質(zhì)量的稱衡在初中,高中物理實(shí)驗(yàn)中,學(xué)生也用過托盤天平和物理天平稱量過。《普通物理實(shí)驗(yàn)》(楊述武主編)中的質(zhì)量稱衡使用的是分析天平進(jìn)行稱衡。分析天平與托盤天平、物理天平的操作方法類似。分析天平的測量精度更高,操作規(guī)程更細(xì)。因此,這個實(shí)驗(yàn)我們通常成為精密稱衡。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常分不清停點(diǎn)、零點(diǎn),而且沒有耐心做實(shí)驗(yàn)。分析天平的零點(diǎn)不是指其指針停穩(wěn)的示值,而是經(jīng)過將天平調(diào)整好后要求零點(diǎn)e0在示值10±1格范圍內(nèi);停點(diǎn)則要連續(xù)讀出左右擺動5次的指針位置a1、b1、a2、b2、a3。則停點(diǎn)為

e=[SX(]a1+a2+a3[]3[SX)]+[SX(]b1+b2[]2[SX)]

天平空載時的停點(diǎn)為零點(diǎn),零點(diǎn)和標(biāo)尺中點(diǎn)值之差小于1分格。實(shí)驗(yàn)還要求測出天平的靈敏度,我們會在這兩部分用上實(shí)驗(yàn)課一半的時間指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn),讓他們弄明白分析天平測量物體質(zhì)量的要領(lǐng),并逐組檢查他們測量的數(shù)據(jù),符合要求后才能進(jìn)行實(shí)物稱衡,不符合要求的則要從頭再來,并幫助學(xué)生分析可能出現(xiàn)問題的地方,有時只是因?yàn)閷W(xué)生懶得關(guān)好天平玻璃窗受風(fēng)的影響出現(xiàn)壞數(shù)據(jù),或是不認(rèn)讀數(shù)讀出錯數(shù)據(jù),我們都會要求學(xué)生重做,培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)耐心的實(shí)驗(yàn)作風(fēng),并可以在實(shí)驗(yàn)中舉一反三,掌握實(shí)驗(yàn)竅門,為下步實(shí)物稱衡增加了熟悉的操作技術(shù),使實(shí)驗(yàn)的質(zhì)量更高。

三、 在綜合實(shí)驗(yàn)中理解物理量之間的關(guān)系

物理現(xiàn)象一般不僅需要對其進(jìn)行定性描述,也需要對其進(jìn)行定量研究,以建立各物理量之間的定量關(guān)系。物理學(xué)的大多數(shù)規(guī)律不但有定性描述,都還有定量的數(shù)學(xué)關(guān)系。物理實(shí)驗(yàn)不但可以借助于各種儀器對物理現(xiàn)象和過程進(jìn)行定性觀察,而且凡是需要定量的東西都能用儀器、儀表把這些數(shù)據(jù)量度出來,即準(zhǔn)確地測定各物理量之間的數(shù)量關(guān)系進(jìn)行定量研究,建立數(shù)學(xué)方程式數(shù)學(xué)關(guān)系式。

如牛頓第二定律,對于一定質(zhì)量m的物體,其受到的合外力F和物體所獲得的加速度a之間存在如下關(guān)系:F=ma。牛頓第二定律的研究實(shí)驗(yàn)是在氣墊導(dǎo)軌裝置上進(jìn)行的。首先要測出整個運(yùn)動系統(tǒng)的速度、加速度。在實(shí)驗(yàn)中要測量物體在某點(diǎn)的瞬時速度v是比較困難的,通常在一定誤差范圍內(nèi),用平均速度代替瞬時速度。物體做勻加速直線運(yùn)動時,由運(yùn)動學(xué)公式可知:v22-v21=2as, v2、v2為物體運(yùn)動初、末速度,a為加速度,s為兩點(diǎn)之間距離,若測出v2、v1、s那么可知物體加速度a的大小為a=(v22-v21)/2s。我們一般采用下面二公式之一進(jìn)行計(jì)算

a=[SX(]d2[]2s[SX)][SX(]1[]t22[SX)]-[SX(]1[]t21[SX)]

a=[SX(]d[]t12-[SX(]t1[]2[SX)]+[SX(]t2[]2[SX)][SX)][SX(]1[]t2[SX)]-[SX(]1[]t1[SX)]

(d為擋光片第一前沿到第二前沿的距離,s為光電門1、2的距離t1、 t2為滑塊經(jīng)過光電門1、2的時間,t12為滑塊光電門1、2之間的時間)。要研究各物理量之間是否會滿足F=ma關(guān)系式,在整個運(yùn)動系統(tǒng)的質(zhì)量不變的情況下,改變外力F,去測其相關(guān)物理量。我們實(shí)驗(yàn)室一般采用兩種方法。方法一是將導(dǎo)軌調(diào)平后,在一端加高為H的墊塊,忽略空氣阻力及氣墊對滑塊的粘滯力。此時合外力為F=mgH/L,(L為導(dǎo)軌兩支點(diǎn)之間距離)改變墊塊高度H,就可改變F值。F值改變,測出的系統(tǒng)加速度a由于t1、t2的不同而改變。方法二是將導(dǎo)軌調(diào)平后將細(xì)線一端系在質(zhì)量為m1(m1包括滑塊本身質(zhì)量和其上的小砝碼質(zhì)量)滑塊上,另一端繞過滑輪與質(zhì)量為m0(m0包括砝碼盤和小砝碼的質(zhì)量)的砝碼盤相連。把砝碼盤、細(xì)線和滑塊看作一個運(yùn)動系統(tǒng),當(dāng)滑塊運(yùn)動時,系統(tǒng)中各物體的加速度是相等的,忽略空氣阻力及氣墊對滑塊的粘滯力,并設(shè)細(xì)線的張力為T,由牛頓第二定律可得:

mg-T=m0a、T=m1a則 a=mg/(m1+m0)

令F=mg、m=m1+m0 、那么就有a=F/m。

當(dāng)F保持不便時,a與m成反比,當(dāng)m不變時,a與F成正比。實(shí)驗(yàn)中逐次將滑塊上的小砝碼移到砝碼盤中,(保持m不變,改變F大小)測出系統(tǒng)相應(yīng)加速度大小即可得出m不變時,a與F成正比。保持砝碼盤質(zhì)量不變(保持F不變)逐次向滑塊上增加值量,測出系統(tǒng)相應(yīng)加速度大小,即可得出力F不變時,a與m成反比。經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn),測出的數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果去檢驗(yàn)F=ma關(guān)系式,讓學(xué)生了解牛頓第二定律各物理量之間的關(guān)系,加深理解牛頓第二定律的真正含義,不再單純?yōu)閷?shí)驗(yàn)而實(shí)驗(yàn),讓實(shí)驗(yàn)課更充實(shí)。

力學(xué)定量實(shí)驗(yàn)只是物理實(shí)驗(yàn)的一小部分,但卻是最基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn),掌握好這些實(shí)驗(yàn)的技能、技巧,為以后的物理實(shí)驗(yàn)奠定實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ),讓學(xué)生會做實(shí)驗(yàn)、愛做實(shí)驗(yàn)、做好實(shí)驗(yàn),使物理實(shí)驗(yàn)過程能準(zhǔn)確、高效,更好完成各種物理實(shí)驗(yàn)任務(wù)。

參考文獻(xiàn)

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[3] 沈元華,陸申龍.《基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)》.北京:高等教育出版社,2003.4

第5篇：牛頓法基本原理范文

關(guān)鍵詞:微積分;近代數(shù)學(xué);產(chǎn)生;發(fā)展;地位;作用

1. 引言

17世紀(jì)到19世紀(jì)是近代數(shù)學(xué)發(fā)展的重要時期，在這一時期數(shù)學(xué)最大和最有影響的發(fā)展莫過于微積分的產(chǎn)生和應(yīng)用。微積分的內(nèi)容包括極限、微分學(xué)、積分學(xué)及其應(yīng)用，是一門研究變化、運(yùn)動的學(xué)科。這門學(xué)科的創(chuàng)立不僅極大的推進(jìn)了數(shù)學(xué)自身的發(fā)展，而且影響和推動了其它學(xué)科的發(fā)展，并進(jìn)而對人類社會的生產(chǎn)時間產(chǎn)生影響。本文探討了微積分在數(shù)學(xué)中的地位，同時揭示了其對于當(dāng)代數(shù)學(xué)的發(fā)展以及其它自然、人文、社會科學(xué)發(fā)展的作用。

2. 微積分產(chǎn)生與發(fā)展

2.1 微積分的產(chǎn)生

微積分思想的萌芽出現(xiàn)得比較早，中國戰(zhàn)國時代的《莊子.天下》篇中的“一尺之棰，日取其半，萬事不竭”，就蘊(yùn)涵了無窮小的思想。古希臘數(shù)學(xué)家阿基米德在公元前三世紀(jì)運(yùn)用杠桿原理推導(dǎo)出了球體的體積公式，就包含了定積分的基本原理。之后，到了17世紀(jì)，歐洲許多數(shù)學(xué)家也開始運(yùn)用微積分的思想來求極大值與極小值，以及曲線的長度等等。帕斯卡在求曲邊形面積時， 用到“無窮小矩形”的思想， 并把無窮小概念引入數(shù)學(xué)， 為后來萊布尼茲的微積分的產(chǎn)生奠定了基礎(chǔ)。

2.2 微積分的發(fā)展

微積分的正式誕生是在17世紀(jì)的后半期，牛頓和萊布尼茲在求積問題與作切線問題之間的互逆關(guān)系的基礎(chǔ)上創(chuàng)立了微積分的基本定理，并且對無窮小算法進(jìn)行了歸納與總結(jié)，正式創(chuàng)立了微積分這一數(shù)學(xué)中的重要運(yùn)算法則。之后，隨著數(shù)學(xué)科學(xué)的發(fā)展，微積分得到了進(jìn)一步的發(fā)展，其中歐拉對于微積分的貢獻(xiàn)最大，他的《無窮小分析引論》、《微分學(xué)》、《積分學(xué)》三部著作對微積分的進(jìn)一步豐富和發(fā)展起了重要的作用。之后，洛必達(dá)、達(dá)朗貝爾、拉格朗日、拉普拉斯、勒讓德、傅立葉等數(shù)學(xué)家也對微積分的發(fā)展作出了較大的貢獻(xiàn)。由于這些人的努力，微分方程、級數(shù)論得以產(chǎn)生，微積分也正式成為了數(shù)學(xué)一個重要分支。

3. 微積分在近代數(shù)學(xué)中的地位

3.1微積分是近代數(shù)學(xué)的重要組成內(nèi)容

微積分是近代數(shù)學(xué)的重要組成內(nèi)容。微積分是微分學(xué)和積分學(xué)的總稱，微分學(xué)包括極限理論、導(dǎo)數(shù)理論、微分理論等等，微分學(xué)還有一元微分、多元微分，并進(jìn)一步發(fā)展出常微分方程、偏微分方程等等數(shù)學(xué)知識，微分學(xué)的核心思想就是以直代曲，即在微小的鄰域內(nèi)，可以用一段切線段來代替曲線以簡化計(jì)算過程。積分學(xué)由定積分、不定積分理論組成，積分是微分的逆運(yùn)算，定積分就是把圖像無限細(xì)分，然后在進(jìn)行累加，而不定積分是對已知的導(dǎo)數(shù)求其原函數(shù)，定積分和不定積分聯(lián)系起來就是著名的牛頓——萊布尼茲公式，若 那么 (上限a下限b)=F(a)-F(b)，牛頓——萊布尼茲公式也就是微積分的基本定理。

3.2微積分是近代數(shù)學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)

著名的數(shù)學(xué)家、計(jì)算機(jī)的發(fā)明者馮.諾依曼曾說過:“微積分是近代數(shù)學(xué)中最偉大的成就，對它的重要性無論做怎樣的估計(jì)都不會過分?！庇纱丝梢?，微積分在近代數(shù)學(xué)發(fā)展中的作用。微積分是整個近代數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)，有了微積分，才有了真正意義上的近代數(shù)學(xué)。微積分是一種重要的數(shù)學(xué)思想，它反映了自然界、社會的運(yùn)動變化的內(nèi)在規(guī)律，它緊密的與物理學(xué)和力學(xué)聯(lián)系在一起，它的產(chǎn)生可以說是數(shù)學(xué)發(fā)展的必然。正如恩格斯所說的:“數(shù)學(xué)中的轉(zhuǎn)折點(diǎn)是笛卡兒的變數(shù)。有了變數(shù)，運(yùn)動進(jìn)入了數(shù)學(xué)，有了變數(shù)，辯證法進(jìn)入了數(shù)學(xué)，有了變數(shù)，微分和積分也就立刻成為必要的了，而它們也就立刻產(chǎn)生，并且是由牛頓和萊布尼茨大體上完發(fā)的，但不是由他們發(fā)明的”。因此，微積分是近代數(shù)學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)。

4. 微積分的作用

4.1微積分推動了數(shù)學(xué)自身的發(fā)展

微積分和解析幾何創(chuàng)立之后，就開辟了數(shù)學(xué)發(fā)展的新紀(jì)元。通過微積分，數(shù)學(xué)可以描述運(yùn)動的事物，描述一種過程的變化?？梢哉f，微積分的創(chuàng)立改變了整個數(shù)學(xué)世界。微積分的創(chuàng)立，極大的推動了數(shù)學(xué)自身的發(fā)展，同時又進(jìn)一步開創(chuàng)了諸多新的數(shù)學(xué)分支，例如:微分方程、無窮級數(shù)、離散數(shù)學(xué)等等。此外，數(shù)學(xué)原有的一些分支，例如:函數(shù)與幾何等等，也進(jìn)一步發(fā)展成為復(fù)變函數(shù)和解析幾何，這些數(shù)學(xué)分支的建立無一不是運(yùn)用了微積分的方法。在微積分創(chuàng)設(shè)后這三百年中，數(shù)學(xué)獲得了前所未有的發(fā)展。

4.2微積分推動了其它學(xué)科的發(fā)展

微積分的建立推動了其它學(xué)科的發(fā)展，數(shù)學(xué)本身就是其它學(xué)科發(fā)展的理論基礎(chǔ)，尤其是天文學(xué)、力學(xué)、光學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)等自然學(xué)科的發(fā)展。微積分成了物理學(xué)的基本語言，而且，許多物理學(xué)問題要依靠微積分來尋求解答。微積分還對天文學(xué)和天體力學(xué)的發(fā)展起到了奠定基礎(chǔ)的作用，牛頓應(yīng)用微積分學(xué)及微分方程為了從萬有引力定律導(dǎo)出了開普勒行星運(yùn)動三大定律。其它學(xué)科諸如化學(xué)、生物學(xué)、地理學(xué)、現(xiàn)代信息技術(shù)等這些學(xué)科同樣離不開微積分的使用，可以說這些學(xué)科的發(fā)展很大程度上時由于微積分的運(yùn)用，這些學(xué)科運(yùn)用微積分的方法推導(dǎo)演繹出各種新的公式、定理等，因此微積分的創(chuàng)立為其他學(xué)科的發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。

4.3微積分推動人類文明的發(fā)展

微積分由于是研究變化規(guī)律的方法，因此只要與變化、運(yùn)動有關(guān)的研究都要與微積分有關(guān)，都需要運(yùn)用微積分的基本原理和方法，從這個意義上說，微積分的創(chuàng)立對人類社會的進(jìn)步和人類物質(zhì)文明的發(fā)展都有極大的推動作用?，F(xiàn)在，在一些金融、經(jīng)濟(jì)等社會科學(xué)領(lǐng)域，也經(jīng)常運(yùn)用微積分的原理，來研究整個社會、整個經(jīng)濟(jì)的宏觀和微觀變化。此外，微積分還廣泛的運(yùn)用于各種工程技術(shù)上面，從而直接的影響著人類的物質(zhì)生活，例如:核電工程的建設(shè)，火箭、飛船的發(fā)射等等，這些人類文明的重大活動都與微積分的運(yùn)用有著密切的關(guān)系。

結(jié)語

綜上所述，微積分的創(chuàng)立在數(shù)學(xué)發(fā)展史上是一個重要轉(zhuǎn)折，它不但成為高等數(shù)學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)，也成為了眾多相關(guān)科學(xué)發(fā)展的數(shù)學(xué)分析工具。毋庸置疑，隨著現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展和各學(xué)科間的相互交融，微積分與數(shù)學(xué)仍將會進(jìn)一步豐富和發(fā)展，人們也要進(jìn)一步將微積分和數(shù)學(xué)的理論應(yīng)用于實(shí)踐，從而為人類社會作出更大的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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第6篇：牛頓法基本原理范文

【關(guān)鍵詞】2011年高考; 新課標(biāo)改革; 高考題特點(diǎn); 緊扣基礎(chǔ); 固化物理思想; 提高基本技能

【中圖分類號】G633.7 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B 【文章編號】2095-3089 (2012)02-0051-02

2011年高考剛結(jié)束，這是我省新課標(biāo)改革以來的第一次高考，從今年高考理綜物理部分來看，第一年的新課標(biāo)考試注重從物理遷移能力上的考察，基本原理源于課本，考察方式源于生活，既符合考綱要求，又能很好的考察學(xué)生分析、解決問題的能力，同時突出重點(diǎn)、熱點(diǎn)，題目難度較新課標(biāo)前的試題略有下降，但區(qū)分度卻非常好，實(shí)現(xiàn)了向新課標(biāo)改革的平穩(wěn)過渡。

選擇題的考察充分體現(xiàn)學(xué)科內(nèi)綜合和知能遷移。高考前參加過幾次高考研討會，都一致認(rèn)為今年高考選擇題為以下8題：

1、考物理學(xué)史與人類文化；

2、牛頓定律：地面上的問題；

3、做功、能量變化：給圖象；

4、天體運(yùn)動的問題；

5、電磁感應(yīng)：切割問題；

6、靜電問題；

7、還有兩道學(xué)科內(nèi)綜合題，一般為力和運(yùn)動的關(guān)系題，難度較大。

從今年的高考看，考察的內(nèi)容基本沒變，但考察方式略有變化，如第15題，以力和運(yùn)動的關(guān)系考察功能原理；第19題，以天體的運(yùn)動考察勻速直線運(yùn)動；第20題，以靜電場考察力和運(yùn)動的關(guān)系等。綜合性非常強(qiáng)，突出學(xué)科內(nèi)綜合，立意于能力。

實(shí)驗(yàn)題的考察是一電一力的形式，一直認(rèn)為力學(xué)主要是針對紙帶的處理，如根據(jù)紙帶計(jì)算加速度和速度，而加速度和速度是力學(xué)最重要的兩個量，一個促成了受力分析，一個促成了能量轉(zhuǎn)化，因而是考察的核心內(nèi)容，一般的陷阱設(shè)置在點(diǎn)的選擇上，紙帶測量的處理上，另外一個是基于斜面問題的牛頓第二定律的驗(yàn)證和動能定理的驗(yàn)證，第三種則重點(diǎn)是平拋實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的平拋規(guī)律的研究，動量守恒的驗(yàn)證及變形，今年高考考察的就是測量斜面上運(yùn)動的加速度，利用圖象處理數(shù)據(jù)。電學(xué)實(shí)驗(yàn)則集中在器件選擇，電路連接，誤差分析等方面，重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)是伏安法測電阻，測量電源的電動勢和內(nèi)阻，半偏法，改裝和校準(zhǔn)及部分電學(xué)實(shí)驗(yàn)的拓展，如A-A法，V-V法測量電動勢和內(nèi)阻等，今年則是改進(jìn)了的測量電流表內(nèi)阻。

計(jì)算題仍然是一道傳統(tǒng)經(jīng)典題和一道帶電粒子在場中的運(yùn)動問題。

選修題也保持了一定的穩(wěn)定性，難度也不大。

總體來看，今年的高考題特點(diǎn)仍為：1、基本保持穩(wěn)定的題目類型；2、堅(jiān)持對主干知識進(jìn)行考查；3、注重聯(lián)系實(shí)際；4、堅(jiān)持以能力立意；5、考查應(yīng)用數(shù)學(xué)的能力；6、保持學(xué)科內(nèi)的綜合和學(xué)科特點(diǎn)。是一份與當(dāng)前高中教學(xué)相適應(yīng)的試題，若能在以后每年都堅(jiān)持如此，那對高中的教學(xué)及真正實(shí)現(xiàn)為師生減負(fù)起到非常積極的作用。

無論是新課標(biāo)改革前還是改革后，高考試題都保持了一定的穩(wěn)定性，沒有太突出的變化，因此我們教師和同學(xué)們在高一、高二的學(xué)習(xí)和高三的復(fù)習(xí)過程中，也應(yīng)當(dāng)保持相應(yīng)的穩(wěn)定性，以不變應(yīng)萬變的策略應(yīng)對之。

緊扣基礎(chǔ)，固化物理思想，提高基本技能。

什么是基礎(chǔ)？往往我們許多老師都給同學(xué)們建議：回歸課本，梳理主干知識等等。但我個人認(rèn)為，回歸課本當(dāng)然非常重要，課本是我們學(xué)習(xí)知識的根源。但物理作為能力型學(xué)科的代表，就算把課本背得爛熟，若沒有轉(zhuǎn)化為基本技能，又能解決幾個問題呢？所以，“基礎(chǔ)”的重中之得還應(yīng)該是“基本技能”。而這些“基本技能”的重點(diǎn)又在于常見運(yùn)動模型及其遷移模型的處理上。常見運(yùn)動模型及其遷移模型主要有：勻速直線運(yùn)動、勻變速直線運(yùn)動、拋體運(yùn)動（類平拋運(yùn)動）、勻速圓周運(yùn)動、簡諧運(yùn)動（選修內(nèi)容）等。不管是難題還是容易題，我們都可以把它們分解為常見運(yùn)動模型及其遷移模型的組合或合成。而同學(xué)們?nèi)绻麑ΤＲ娔Ｐ图捌溥w移模型的處理能夠做到得心應(yīng)手，那么組合起來的所謂難題也就能夠迎刃而解了。

以動力學(xué)問題為例。我們在教學(xué)新課后都要有對應(yīng)的習(xí)題課，而如何把習(xí)題課上好呢？這本身就是一個值得我們好好研究的課題。而就“基本技能”而言，重中之重應(yīng)把常見模型的處理固定化，訓(xùn)練成“條件反射”動作。要求學(xué)生強(qiáng)化解題步驟意識：

第一步：選對象

第二步：定過程

第三步：分析力

第四步：建坐標(biāo)

第五步：列方程

每一個物理過程都按這樣的步驟來進(jìn)行，若遇難度較大的題，也把它分解為多個過程，再一一重復(fù)按步處理。

例：如圖所示，木楔A的質(zhì)量M=10kg，置于粗糙的水平地面上，動摩擦因數(shù)μ＝0.02，木楔的傾角θ＝300．在斜面上有一質(zhì)量為m=1.0kg的物塊B由靜止開始沿斜面下滑，當(dāng)滑行路程s=1.4m時，其速度v=1.4m/s，在這個過程中木楔沒有動．求地面對木楔的摩擦力的大小和方向．（g取10m/s2）

解：對物塊B(受力分析如下圖)

垂直斜面方向上，由平衡條件

FN=mgcosθ

平行斜面方向上，由牛頓第二定律

mgsinθ-f=ma

又有

v2=2as

對木楔A(受力分析如右圖)

由平衡條件

F地=FNcosθ+fsinθ+Mg

fcosθ=FNsinθ+f0

聯(lián)立解得：

f0=-0.723N≈-0.6N

“-”表示f0方向與原假設(shè)方向（水平向右）相反，即水平向左

第7篇：牛頓法基本原理范文

關(guān)鍵詞：流量計(jì)　工況條件　標(biāo)準(zhǔn)條件

中圖分類號：TB97

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1007-3973（2012）007-016-02

1 前言

在《流量測量方法和儀表選用》一書中說：“有人調(diào)查美國裝用的千余臺流量儀表，發(fā)現(xiàn)約60%所選擇的測量方法不是最合適的或使用不正確，這60%中的約60%雖然采用了合適的測量方法，卻錯誤的布置和安裝，由此可見正確選擇和使用流量儀表并非易事”。書中又說：“要正確和有效地選擇測量方法和儀表，必須熟悉儀表和使用流體特性這兩方面，同時還要考慮經(jīng)濟(jì)因素。歸納起來有五個方面的因素，即性能要求、流體特性、安裝要求、環(huán)境條件和費(fèi)用，即使經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師，綜合這些因素提出最優(yōu)方案亦非易事”。

從原則上講，最適合的流量計(jì)就是最好的流量計(jì)。如果只需知道管道中的流體是否正常流動，如果沒有測量精確度的要求，就可以選擇價格低廉使用可靠成本較低的流量計(jì)即可。但對測量精確度要求很高，用于特殊介質(zhì)或特殊工作條件、差價不大、可比性較強(qiáng)的流量計(jì)，選擇起來就不那么容易了，本文將對電磁流量計(jì)和超聲波流量計(jì)這兩種可比性很強(qiáng)的流量計(jì)，通過基本原理特性和基本技術(shù)性能的比較和淺析，來闡述在選擇時應(yīng)該注意的一些地方。

2 電磁流量計(jì)和超聲波流量計(jì)的基本技術(shù)性能比較

電磁流量計(jì)和超聲波流量計(jì)基本技術(shù)性能比較見表1。

表1中兩種流量計(jì)的基本技術(shù)性能有些比較直觀易解，需要說明的是確定流量計(jì)精確度的參考流動條件和這兩種流量計(jì)的特性。因?yàn)闊o論采用那種確定流量計(jì)精確度的方法，都必須溯源到原始標(biāo)準(zhǔn)的精確度，而原始標(biāo)準(zhǔn)的精確度又是建立在有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的參考流動條件下確定的。

美國著名流量專家米勒編著的《流量測量工程手冊》一書中全面歸納出“參比”（編注：參考文獻(xiàn)[5]）流動條件的含義是：

(1)具有充分發(fā)展的層流或紊流的速度分布，無旋渦并且是與軸對稱的（圍繞管道的中心軸線是對稱的）。

(2)為牛頓流體。

(3)為充滿圓管的均勻單向流體。

(4)為定常流。

(5)對于因溫度、壓力變化所引起的尺寸變化或其它已知系統(tǒng)誤差，已進(jìn)行了流量計(jì)算的校正。

如果現(xiàn)場流動條件偏離了參比流動條件，就會給測量帶來附加誤差，偏離參比流動條件的因素叫影響量。速度分布的失常，非均相流，脈動流和氣穴是影響各種流量計(jì)測量特性的四個主要影響量。一種影響量所造成的誤差程度與該流量計(jì)對這種影響量的敏感度，以及是否能進(jìn)行流量計(jì)算的修正有關(guān)。

在各種影響量中，速度分布是最重要的，也是最少被人理解的一種影響量。旋流、非牛頓流體和軸向不對稱的速度分布對流量計(jì)特性的影響，不僅是難以分析的，而且在實(shí)驗(yàn)室中也很難再現(xiàn)。要弄清速度分布對流量計(jì)特性的影響，首先要了解與速度分布有關(guān)的術(shù)語涵義。

(1)速度分布：在管道橫截面積上流體速度軸向矢量的分布模式。

(2)充分發(fā)展的速度分布：一種一經(jīng)形成則從流體流動的一個橫截面積到另一個橫截面積不會發(fā)生變化的速度分布，它通常是在足夠長的管道直管段末端形成。

所以在確定流量計(jì)精確度時，都必須是在同一標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下進(jìn)行才具有可比性。下面分別將電磁流量計(jì)和超聲波流量計(jì)的基本特性進(jìn)行對比說明。

3 電磁流量計(jì)的基本特性

電磁流量計(jì)近20年來獲得迅速發(fā)展，占有量躍居前三名。隨著先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，電磁流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)得以充分發(fā)揮，缺點(diǎn)和局限性得以彌補(bǔ)和改進(jìn)。其優(yōu)點(diǎn)是：

(1)傳感器結(jié)構(gòu)簡單，無活動部件和阻礙流體流動的擾動件，不會發(fā)生管道堵塞?？梢詼y量污水、泥漿、懸浮物，也可測量食品、藥漿類需要衛(wèi)生條件的流體。無壓力損失，即使是大口徑耗電量也僅有20瓦左右，屬于節(jié)能環(huán)保性儀表。

(2)轉(zhuǎn)換器通用性強(qiáng)、工作可靠、具有互換性、功能具有多樣性、可選擇性、顯示和輸出方式多種多樣?？梢赃m用不同用戶的需要，特別是智能型電磁流量計(jì)，具有可編程的輸出功能，各種數(shù)字通信方式，小信號可予切除，具有自檢和自診斷功能，可方便地進(jìn)行參數(shù)設(shè)定、編程等。性能穩(wěn)定、可靠、檢修簡便。

(3)傳感器襯里和電極材料有多種選擇，可適應(yīng)不同的介質(zhì)，耐磨損、耐腐蝕。測量信號不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導(dǎo)率變化的影響。采用沉浸結(jié)構(gòu)可在水下工作。采用防爆性，可以在相應(yīng)的有爆炸危險的場所工作。

(4)測量范圍度寬,從原理上講，它的流量方程式是線性的，每個量程中可以達(dá)到線性范圍50：1。對于同一臺表，可以達(dá)到的測量范圍度2500：1，這是其它流量計(jì)無法比擬的。

它的缺點(diǎn)是不能測量氣體、蒸汽和含有大量氣泡的液體，不能測量石油及其制品等不導(dǎo)電液體，受襯里材料和電氣絕緣材料的溫度限制，目前不能測量高溫流體（有的廠家限定200℃以下，有的是150℃以下）。

第8篇：牛頓法基本原理范文

關(guān)鍵詞：物理學(xué)；哲學(xué)思想

物理學(xué)是一門最基本的自然學(xué)科，它是探討物質(zhì)結(jié)構(gòu)和物質(zhì)基本運(yùn)動規(guī)律的學(xué)科，所以人們往往認(rèn)為物理學(xué)只是包含一些枯燥的理論公式，而忽視了物理學(xué)中包含的人文因素諸如人文哲學(xué)思想、美學(xué)等方面。實(shí)際上，物理學(xué)在產(chǎn)生、形成、發(fā)展的過程中，人們不是為了物理學(xué)而研究物理學(xué)，而是為了有助于人類、社會以及個體人的發(fā)展而研究物理學(xué)，所有這些都涉及到了人與人的關(guān)系、人與自然的關(guān)系，這些關(guān)系中都蘊(yùn)含著豐富的哲學(xué)思想。

1　物理學(xué)中的唯物辯證法思想

物理學(xué)在古代被稱為自然哲學(xué)，物理學(xué)作為一門精密的學(xué)科進(jìn)行研究是從1687年牛頓發(fā)表的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》開始的。隨著學(xué)科的發(fā)展與不斷完善，物理學(xué)才從哲學(xué)中分化出來，形成獨(dú)立的學(xué)科，但物理文化中蘊(yùn)含的哲學(xué)思想是不會被分離的。

1.1　實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)

物理學(xué)是實(shí)驗(yàn)科學(xué)，物理實(shí)驗(yàn)既是建立物理理論的基礎(chǔ)又是檢驗(yàn)物理理論真理性的方法。楊振寧教授說“物理學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為本的學(xué)科”，物理學(xué)上很多理論都是通過實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)論證的結(jié)果，體現(xiàn)了唯物辯證法的認(rèn)識論觀點(diǎn)——實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。

1.2　物質(zhì)是普遍聯(lián)系的

物理發(fā)展史上，很多地方體現(xiàn)了物質(zhì)是普遍聯(lián)系的觀點(diǎn)。比如人們曾經(jīng)把電和磁孤立起來，物理學(xué)家奧斯特接受自然力統(tǒng)一的哲學(xué)思想。堅(jiān)信電和磁之間存在某種潛在聯(lián)系，經(jīng)過多年研究，終于發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，并由此開創(chuàng)了電磁學(xué)的新紀(jì)元。把電和磁聯(lián)系了起來，這正體現(xiàn)了唯物辯證法的特征——物質(zhì)是普遍聯(lián)系的。

1.3　事物發(fā)展過程中的“否定之否定”規(guī)律

人們對物理現(xiàn)象及其本質(zhì)的認(rèn)識是不斷地發(fā)展和完善起來的，每一種理論的建立過程都體現(xiàn)了“實(shí)驗(yàn)(事實(shí))——理論假設(shè)——實(shí)驗(yàn)(新的事實(shí))——修正理論”，遵循著辯證唯物主義中的“否定之否定”規(guī)律。比如在整個光學(xué)的發(fā)展史中對光本質(zhì)這個問題的認(rèn)識，先是牛頓的微粒說；再是惠更斯的彈性波動說；接著麥克斯韋提出電磁波動說；到20世紀(jì)愛因斯坦提出光量子說。

最終人們認(rèn)識到光具有波粒二象性，人類對光本性的認(rèn)識就正是遵循著“否定之否定”認(rèn)識規(guī)律的反映。

1.4　主要矛盾與次要矛盾的辯證關(guān)系

物理學(xué)中為了方便研究問題，經(jīng)常抓住物體的主要特征，忽略物體的次要特征，而抽想出一些理想模型。如“質(zhì)點(diǎn)”這個理想模型保留了實(shí)際物體的質(zhì)量和存在的位置，而忽略了物體本身的大小形狀，體現(xiàn)出辯證唯物主義中的“主要矛盾與次要矛盾之間的辯證關(guān)系”。

1.5　運(yùn)動的相對性和時空的相對性

近代物理學(xué)的一大理論—愛因斯坦的相對論中涉及的哲學(xué)問題很多。最突出的就是相對運(yùn)動和相對的時空觀念。相對論指出：相對性原理的本質(zhì)在于運(yùn)動的相對性這一事實(shí)，而不存在絕對運(yùn)動。相對論否定了絕對運(yùn)動的存在，就否定了絕對時空的概念。它通過不變的光速把時間和空間聯(lián)合為一個整體，由洛倫茲變換建立起各個慣性系之間的時空關(guān)系。

可見，不論是物理文化知識本身，還是物理文化形成、發(fā)展的過程都蘊(yùn)含著豐富的哲學(xué)思維方法，對人類的自然觀和哲學(xué)思想有重大的影響。

2　物理學(xué)中的美學(xué)文化

2.1　物理理論的美學(xué)特征

2.1.1　簡單深刻美

在一個藝術(shù)家眼里簡單是一種美。自然現(xiàn)象錯綜復(fù)雜，物理學(xué)則力求用簡單的方程或定律去概括自然規(guī)律，但其反映的內(nèi)在規(guī)律確是非常深刻的。如能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律反映了各種不同形式的能量的轉(zhuǎn)化，牛頓的三大定律更是概括了宏觀低速條件下各種機(jī)械運(yùn)動的規(guī)律，麥克斯韋電磁方程組將復(fù)雜的電磁現(xiàn)象統(tǒng)一其中，愛因斯坦相對論中的基本原理簡單凝練，但其中內(nèi)涵確是豐富而深刻的。

2.1.2　對稱守恒美

對稱是自然界中廣泛存在的也是人們很樂于接受的一種美學(xué)形式，物理學(xué)在對自然的表述中處處顯現(xiàn)出了這種對稱的美：引力和斥力，“電生磁”與“磁生電”，粒子與反粒子，物質(zhì)與反物質(zhì)、圓孔或單縫衍射圖樣的對稱、無限長直導(dǎo)線周圍磁場的軸對稱等等。物理定律對某種規(guī)范變換的不變性、守恒性更是貫穿于整個物理學(xué)的一種對稱形式，物理學(xué)中有許多守恒定律如：動量守恒、機(jī)械能守恒等等。實(shí)際上，對稱性已經(jīng)成為當(dāng)代物理學(xué)家研究物理理論的一種方法。

2.1.3　統(tǒng)一和諧美

第9篇：牛頓法基本原理范文

【關(guān)鍵詞】新課改；高中物理課程；有效教學(xué)；實(shí)踐探究

所謂“有效教學(xué)”就是要抓住“有效”這個關(guān)鍵詞，即通過教師采取各種方法實(shí)施教學(xué)后，能夠讓學(xué)生獲取到具體的知識，讓學(xué)生的物理水平有所進(jìn)步或提高。高中物理課程的“有效教學(xué)”，是教師創(chuàng)造性教學(xué)的一個過程，教師要善于把握學(xué)生的具體問題、個性特點(diǎn)以及具體學(xué)情，將物理教材中的知識點(diǎn)轉(zhuǎn)化為符合高中學(xué)生的實(shí)際情況的教學(xué)設(shè)計(jì)，從而逐步提高物理教學(xué)效率。那么，在新課改背景下應(yīng)該如何做到高中物理課程的有效教學(xué)呢？

一、緊抓物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，加深知識理解

物理是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，所以高中物理教學(xué)離不開物理實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)科的基礎(chǔ)，是聯(lián)系知識的紐帶，中學(xué)生缺乏相應(yīng)的生活經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐經(jīng)歷，不能全面理解和掌握事物及現(xiàn)象，難以接受比較抽象的物理概念。因此，要實(shí)現(xiàn)高中物理課程的有效教學(xué)，就必須重視物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)。通過物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以讓學(xué)生們更好地將物理現(xiàn)象與物理原理、物理概念聯(lián)系起來。在物理實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生們可以更加直觀地看到物理現(xiàn)象的生成與變化，從而得出結(jié)論，這樣更利于學(xué)生對知識的掌握與理解。通過物理實(shí)驗(yàn)，可以訓(xùn)練學(xué)生的觀察能力、動手操作能力，強(qiáng)化學(xué)生的分析能力、實(shí)踐能力和探究能力。

例如教學(xué)人教版高中物理《牛頓第一運(yùn)動定律》這課時，教師就可以引入“伽利略理想實(shí)驗(yàn)”來開展教學(xué)。首先，借助多媒體技術(shù)中的FLASH來展示實(shí)驗(yàn)操作的過程，演示逐漸減小斜面的傾角時小球運(yùn)動的狀態(tài)。然后，再引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)中所呈現(xiàn)的“物體在不受外力時，總是保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動狀態(tài)”，以及“物體下落的快慢與物體的輕重?zé)o關(guān)，只與自由落體有關(guān)”。這樣，學(xué)生們通過多媒體演示可以更加直觀地了解到實(shí)驗(yàn)的整個過程，幫助學(xué)生集中注意力，激發(fā)起物理興趣；再通過教師的引導(dǎo)和分析，更加深入地理解牛頓第一運(yùn)動定律的深意，有效攻破物理教學(xué)的重難點(diǎn)。

二、巧設(shè)物理問題情境，增強(qiáng)教學(xué)實(shí)效

物理學(xué)科是一門需要不斷探索、研究、論證和驗(yàn)證的學(xué)科，利用物理問題情境可以有效引導(dǎo)學(xué)生思考，激起學(xué)生探究的欲望。高中物理學(xué)習(xí)的過程是一個不斷創(chuàng)設(shè)問題情境，設(shè)置疑惑和矛盾，從而引起學(xué)生的認(rèn)知沖突，激起學(xué)生求知的欲望，讓學(xué)生的大腦思維在問題考慮和探究中得到逐步發(fā)展、鍛煉和進(jìn)步。

例如教學(xué)人教版高中物理教材中《宇宙航行》這一課時，就可以巧妙設(shè)置物理問題情境，來引導(dǎo)學(xué)生的思考和學(xué)習(xí)，增加物理教學(xué)的實(shí)效性。首先，教師以我國航天事業(yè)發(fā)展為例，從人類探索太空的案例入手，創(chuàng)設(shè)一個逼真的教學(xué)情境，讓學(xué)生切身感受科技發(fā)展對人類進(jìn)步的促進(jìn)作用。這樣情境不僅可以讓學(xué)生感受到人類探索宇宙的夢想和成就，還能有效激發(fā)學(xué)生對物理學(xué)科的學(xué)習(xí)興趣和熱情。然后，教師再從情境中提問，比如將衛(wèi)星送入低軌道和高軌道所需的速度哪一個更大？為什么？如何計(jì)算衛(wèi)星在不同軌道繞地球運(yùn)動的速度？運(yùn)動速度與衛(wèi)星發(fā)射速度是相同嗎？通過創(chuàng)設(shè)情境問題來引發(fā)學(xué)生思維上的矛盾沖突，有效激發(fā)出學(xué)生對物理知識的探究欲望。然后，教師再引入牛頓第二運(yùn)動定律的相關(guān)知識來分析這些現(xiàn)象，幫助學(xué)生解答疑惑，構(gòu)建起科學(xué)的知識體系。通過設(shè)置物理問題情況，可以加深學(xué)生對物理知識的掌握和理解，體現(xiàn)新課改所要求的自主探究精神。并且，教師通過“創(chuàng)設(shè)問題情境提出問題引發(fā)思考提示啟發(fā)分析引導(dǎo)”，鼓勵學(xué)生大膽思考、主動參與、積極探究，讓學(xué)生通過自己的分析研究來掌握獲取物理學(xué)習(xí)和物理研究的方法。

三、組織合作學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生自主精神

高中物理的有效教學(xué)，需要組織學(xué)生開展合作學(xué)習(xí)，讓學(xué)生在小組合作中探討、交流、討論，從而培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，增強(qiáng)學(xué)生的自主精神。

首先，鼓勵學(xué)生自主學(xué)習(xí)物理知識。讓學(xué)生自主預(yù)習(xí)、制定學(xué)習(xí)目標(biāo)和計(jì)劃，自主實(shí)施學(xué)習(xí)進(jìn)度，參與學(xué)習(xí)活動或?qū)嶒?yàn)活動，參與到學(xué)習(xí)測評與評價過程中。這樣，不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與熱情，確保學(xué)習(xí)有內(nèi)部動力的支持，還可以幫助學(xué)生掌握物理課程的各種學(xué)習(xí)策略和方法。其次，鼓勵學(xué)生在自主學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，開展合作學(xué)習(xí)。鼓勵學(xué)生在實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)的過程中相互幫助、相互交流、相互探討。合作學(xué)習(xí)的任務(wù)，可以物理現(xiàn)象的探討，也可以是物理實(shí)驗(yàn)的制作，都可以成為學(xué)生合作學(xué)習(xí)的機(jī)會。同時，要善于引導(dǎo)學(xué)生之間進(jìn)行面對面的溝通和互動，讓學(xué)生們盡情表達(dá)其對物理知識、現(xiàn)象或物理原理的看法、理解。比如學(xué)習(xí)《勻速圓周運(yùn)動》這一知識點(diǎn)時，就可以組織學(xué)生開展合作學(xué)習(xí)。首先明確勻速圓周運(yùn)動的基本原理，即任何一個力或幾個力的合力只要它的作用效果是使物體產(chǎn)生向心加速度，它就是物體所受的向心力。然后，列舉生活中的實(shí)例進(jìn)行討論，如火車轉(zhuǎn)彎時，如果火車轉(zhuǎn)彎處內(nèi)外軌無高度差，其外側(cè)車輪的輪緣向外擠壓外軌的力是怎樣的？如果轉(zhuǎn)彎處外軌高于內(nèi)軌，火車行駛到這樣的轉(zhuǎn)彎處，其摩擦發(fā)生的向心力又是如何？通過合作討論，學(xué)生們可以集思廣益，獲取更多知識的靈感，從而更好地理解勻速圓周運(yùn)動的基本規(guī)律、特點(diǎn)和其所涉及的物理原理。

綜上所述，在新課改背景下要實(shí)現(xiàn)高中物理課程的有效教學(xué)，必須抓住物理學(xué)科的特點(diǎn)，從現(xiàn)象觀察出發(fā)，從實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證入手，采取多元化的教學(xué)手段，全方位提高物理課程教學(xué)。新課改背景下高中物理課堂的有效教學(xué)就像是一門藝術(shù)，需要智慧、需要技巧，更需要教師用心耕耘，把教學(xué)落到實(shí)處、扎根課堂。

【參考文獻(xiàn)】

[1]管如能.新課程背景下高中物理課堂有效教學(xué)的策略探討[J].中國科技教育，2012年第5期.

[2]熊藝.基于新課程標(biāo)準(zhǔn)的高中物理課堂有效教學(xué)策略研究[J].上海師范大學(xué)，2011年.