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自然科学方法论在物理学中的应用

时间:2013-01-19 来源:无忧教育网 编辑:叶子 点击:

自然科学方法论在物理学中的应用

    我们在学习物理知识、探索物理规律时,总要涉及一定的方法问题。掌握科学的研究方法,可使我们少走弯路,并提高学习的质量和效率。事实证明,历次高考中的成绩佼佼者大都较好地掌握了科学的学习方法。因此,认真学习自然科学方法论,尽快掌握科学的学习方法,对学好物理至关重要。

    自然科学方法论即关于自然科学研究方法的规律性的理论。随着现代科技的发展,自然科学方法论作为一门科学,也在不断丰蓄和发展。现简要介绍在中学物理中常用的几种科学方法。

    一、实验方法

    实验法是我们根据研究目的,用科学仪器设备,人为地控制或模拟自然现象,排除干扰突出主要因素,在有利的条件下研究自然规律。

    物理学是一门以实验为基础的自然科学。中学物理教科书中设计了17个必修和选修验证性实验。认真做好实验,对提高实验操作技能,深刻认识和理解物理规律,提高运用物理规律解决实际问题的能力都有重要意义。这是因为实验方法在我们认知过程中有其它方法所不能替代的作用。

    实验方法具有简化和纯化的作用。自然现象是夏杂,各种因素相互交织,往往把事物的本质掩盖起来。实验方法可借助科学仪器,设备所创造的条件,排除自然过程中各种偶然的,次要的因素干扰,使我们所要认识的规律以比较纯粹的形态呈现出来,比较容易和精确地发现物理规律。如:验证牛顿第二定律的实验中(见图),研究对象是小车A,验证当细绳对车A的拉力一定时,车A的加速度与其质量成反比:当车A的质量一定时。车A的加速度与绳对车A的拉力成正比。让小车质量远大于沙和桶的质量之和,认为沙与桶的重力之和等于细绳对车的拉力。实验过程中,摩擦阻力是不可避免的,为了排除摩擦阻力对实验的干扰,把长木板的后端适当垫高,使车A所受的下滑力与摩擦力平衡,这样就比较容易和精确地验证牛顿第二定律。

    实验方法还常用于定性了解某些物理现象的规律。如在观察光的衍射现象实验中,当游标卡尺的两测脚间距离变小时,相邻亮条纹间距如何改变?此问题的定量计算超出了中学物理范围,不能用数学方法定量计算解决,但可通过实验进行观察,得出结论。

    实验方法除上述定量及定性实验外,还有其它实验方法,如对照实验,析因实验等。

    二、归纳方法

    归纳方法是从个别事实中概括出一般原理的一种思维方法,也是一种推理形式。可根据概括对象是否完全分为完全归纳和不完全归纳。

    完全归纳法是根据某类事物的全体对象作出概括的推理方法。穷举法即属此法之一。此法是考查了某类事物的全部对象,发现它们都具有某种属性之后才做出归纳的,得出结论就确实可靠。但在许多实际物理问题中,用此法往往会遇到困难,这不仅因为在所研究的物理过程中,有些会含有无限多个对象,根本不能穷举,而且穷举那些有限的然而又是不少的对象,也不是一件轻而易举的事。这时我们往往只根据部分对象具有某种属性做出概括,这种推理方法即不完全归纳法。如,运用不完全归纳法,可归纳出“初速为零的匀加速直线运动中,相邻相等时问内通过的位移之比为连续的奇数之比”的规律。证明如下:设物体的加速度为a,任取相邻相等时间间隔石由运动学知识可知:

    三、分析方法

    分析是把整体分解为部分,把复杂事物分解为简单要素分别加以研究的一种思维方法、是抽象思维的基本方法之一

    客观事物中,组成整体的各部分本来是互相联结的,为分析这些部分,必须把它们隔离开来,把被考查的因素从整体中抽取出来,暂时孤立起来,以便让它们单独起作用,通过分析局部的物理量的关系和变化规律,建立相应的方程,从而把握整个物理过程运动变化的趋势和特点。中学物理中常用的解题方法“隔离法”即分析方法。如图,将一长方体物块从图示部位截为两部,截线与水平面夹角已知为C,两部质量为M,,ME,静止在光滑水平面上。当用一水平力向左推M:时,从从以共同加速度u水平向左运动,此时Ml刚好对光滑水平面无压力,求M,M2间的弹力大小。运用隔离法解题,将M:从整体隔离出来作为研究对象。

    隔离既是分析的方法,也是用数学方法研究物理过程的常用方法,它体现了辩证法在物理学中的作用。辩证法还告诉我们,其它如演绎、综合、模拟、概念等方法是相互联系相初相成的,只要我们注重实际应用,不难发现其在物理学习中的重要作用。

 

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