范文一:试论赫兹的物理学思想及研究方法
试论赫兹的物理学思想及研究方法
摘要:物理学理论的多重性思想和物理学理论容许性、正确性、恰当性的评价标准以及物理学理论实验检验的整
体论观点,构成赫兹物理学思想的主要内容。他的这些思想分别由迪昂、爱因斯坦、拉卡托斯等人在不同
程度上作了进一步阐述和更加充分的论证,从而对现代物理学和科学思想的发展产生了深远的影响。逆推
法是赫兹物理学研究的主要方法,这种方法上的创新是他对科学研究方法发展的主要贡献。 关键词:赫兹;物理学思想;研究方法;贡献;影响
赫兹(Hellorich Rudolf Hertz,1857—1894)因实验发现电磁波并对电磁学理论发展作出了重要的贡献而永
载物理学史册。但是,就我们目之所及,对于他在物理学研究的实践过程中所形成的一些重要物理学思想和独特的物理学研究方法还无人做过专门系统的考察。有鉴于此,本文拟对赫兹的重要著作进行较为深人的分析,力图揭示他物理学思想的基本内容和物理学研究方法的主要特点,阐明它们的历史地位和重要影响。 1赫兹物理学思想的基本内容及其意义
赫兹的物理学思想集中反映在他的重要论文集《电波波》一书和他的专著《力学原理》之中。尤其是,他《力学原理》书的导言堪称科学哲学和科学方法论思想方面的经典作品。综观《电波》和《力学原理》中的有关重要论述,赫兹物理学思想的基本内容可以概括成以下几个方面。
(1)物理学理论的多重性思想
在《电波》和《力学原理》中,赫兹明确提出了同一组物理现象可以用建立在不同的假设基础之上的理论来加以解释。他的这种关于物理现象理论解释的多重性思想首先在《电波》导言中进行阐述,他说道:“无论在麦克斯韦自己著作中对这个理论的表述,还是将这种理论视为赫姆霍兹理论的一种特例或它在我的文章中所给出的表述,尽管它们在表述方式上是不同的,但它们实质上却具有同样的内在意义。这几种不同表述方式(肯定还可以找到其他的表达形式)所具有的共同意义对于我来说就是麦克斯韦工作中的一个不朽的组成部分。就是它们,而不是麦克斯韦独特的概念或方法,我称其为‘麦克斯韦理论’。对于‘什么是麦克斯韦理论,’这个问题,我所知道的没有比下面更简洁或更确切的答案了:麦克斯韦理论就是麦克斯韦方程组。任何一种能够导致同一组方程的理论,从而包含同一类可能的现象,我将它都看作是麦克斯韦理论的一种形式或特例;任何一种导致不同方程组的理论,从而就包含不同可能的现象,则它就是一种不同的理论。因此,在这种意义上,也仅在这种意义上,这本文集中的两篇理论文章可以看作是麦克斯韦理论的表述”。在赫兹看来,对于同一类物理现象,人们可以从不同的角度提出一些基本假设,建立不同的理论体系对这些现象进行解释。但是,这些对同一类现象进行解释的理论无论是在基本假设方面还是在表达方式方面,可能存在很大的不同,然而它们必须具有一个共同的核心。对于这些理论体系而言,这个核心就是它们对同一类现象进行解释所必备的思想基础和理论工具。如果不具有这些共同的思想基础和理论工具的理论,就应该视为不同的理论。在对电磁现象解释的各种理论中,通过赫兹自己的考察,他发现麦克斯韦方程组就是它们共有的理论核心。这与赫兹在《力学原理》中罗列出从牛顿以后所建立的对力学现象进行解释的各种理论体系一样,在其中都包含了共同的力学基本定律。在力学理论体系中,最为重要的基本定律就是赫兹所归结出的:“任何自由的系统在最直的路径上保持静止或匀速运动状态。”一些基本定律构成各种或各个时期发展起来的力学理论体系的最本质的要素,将这些基本定律用数学符号表达出来就形成了力学理论公理化体系。
从赫兹对各种电磁学理论或力学理论的对比考察来看,他是一个具有强烈历史意识的物理学家。在这种就对同一类物理现象进行解释的不同理论的考察过程中,他一方面肯定了各种理论在该学科领域发展过程中的历史地位,另一方面看出了它们各自所具有的历史局限性。在找到它们共有的合理因素之后,赫兹认为就可以在消除各种理论中次要假设和模糊概念的基础之上,重新建立一种新理论。这种新理论不是对以前理论简单的否定,而是包容了以前各种理论所共有的核心,但在基本假设简单性和理论体系严密性以及对已经观察到的现象解释的合理性等方面比以前的理论更容易被理解和接受。所有这些,加之对麦克斯韦理论和《力学原理》的重新构建,都明确地显示出赫兹这种对同一类物理现象理论解释的多重性思想实质之所在。在科学发展过程中,在某一领域,特定的时期出现对同一组实验现象的多种解释,在一定的意义上来说,恰恰是推动科学发展的主要动力。正如拉卡托斯(Imre Lakatos,1922,1974)所说:“科学史一直是,也应该是一部相互竞争的研究纲领(或者也可以说是
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‘范式’)的历史,而不是也不应当变成一连串的常规科学时期:竞争开始得越早,对进步便越有利”。
在赫兹就同一类物理现象可以有不同理论解释的考察中,他必然会遇到对各种理论合理性进行评判的问题。正如他自己所说:“我们为自己构建关于外在事物的图像或符号系统,从而建立了在我们思想中关于事物之间必要的因果关系,这些因果关系就被看成所描述事物本质上因果关系的图像。为了到达这个目的,我们必须在思想与自然现象之间建立起某种一致性。”对这种“一致性”的思考,赫兹提出了自己关于物理学理论基础研究中重要问题的观点,建立了一套对物理学理论合理性进行评价的标准。
(2)物理学理论容许性、正确性和恰当性的评价标准这关于物理学理论的评价标准问题,赫兹在《力学原理》导言中进行了阐述。在罗列出历史上的各种力学理论之后,赫兹提出了对它们进行评判的标准(一即理论的容许性(permissibility)、正确性和恰当性(appropriateness)。正如他自己论述的:“通过改变我们认为是基本假设的选择,我们可以给出力学原理各种不同的描述。因此,我们可以得到事物各种不同的图景,这些图景我们可在容许性、正确性和恰当性等方面进行检验和相互比较。”按照这些标准,赫兹对以往的几种力学理论体系进行了考察,指出了它们存在的各种问题。由此,赫兹不但说明了重新构建力学理论体系的必要性,而且论证了依照这些标准建立新的理论体系的可能性。因而,他便提出了以时间、空间和质量三个基本概念和前文已经提到的基本定律为基础的新力学理论体系,并对它们进行了充分的论述。
赫兹是从人的思维活动特性出发,提出建立或评价科学理论的容许性标准的。对此他论述道:“在我们关于外在事物描述的图像中,所有要素容许性的问题,是由我们思维的本性所决定。对于一个图像是否可以容许,我们能够毫不含糊地回答是或不是,并且我们的决定通常总是有效的。”赫兹是从人们关于外在事物经验的角度出发,提出建立或评价科学理论的正确性标准的。他认为:“对于图像的正确性问题,是由我们赖以建立图像的经验所决定。??。我们同样能够毫不含糊地决定一个图像是否正确,但仅是根据我们已有的经验。在作出这个决定之时,我们也要尽量考虑到后来的或更成熟的经验对理论的要求。”赫兹是从人们对事物进行描述时才采用的概念、符号体系的角度,提出建立或评价科学理论的恰当性标准的。他指出:“对于图像的恰当性来说,它是体现在对图像进行描述的概念、符号等方面。简而言之,它就是在图像中我们可以任意增加或消除的东西。”赫兹认为,借助这三个相互关联的标准,人们不但可以对一个理论进行客观的评价,而且可以将它们作为建立新理论的指导思想。
从赫兹思想的发展过程来看,他所提出的这些标准实际上是《电波》导言相应内容的扩充。在这篇导言的第二部分,赫兹将麦克斯韦(James Clerk Maxwell,1831,1879)理论和赫姆霍兹(Herman vonHelmholtz,1821,1894)理论进行比较之后,曾说道:“类似的、但不同的思想和概念可以用同样的方式在不同的表述形式中加以符号化。因此,为了获得对这些表述的任何一种的恰当理解,至关重要的是我们应该从每一个表述的本身去努力地理解它,不能将属于另一种表述的思想引人其中。”这种在《电波》一书中所表达的对顺序和清晰性的要求,只能通过公理化的分析才能满足,赫兹在《力学原理》中再次完全地采用了这种方法。在《力学原理》中,他将力学原理定义为假设的任意选择,以便“整个力学可以通过纯粹的演绎推理的方式由此推演出来,而无须借助任何进一步的经验”。我们发现在他著名的“麦克斯韦理论就是麦克斯韦方程组”的论断中,对麦克斯韦方程组意义的解释与他在《力学原理》中所采用的引文的思想是非常相似的。在《电波》一书中,赫兹在解释电力传播的实验结果和提到与麦克斯韦理论相关的问题时,反复说明了电磁场理论不同表述方式的存在。在《电波》的导言中,赫兹提出了三种麦克斯韦理论的表述方式,它们是:?麦克斯韦自己著作中的表述方式;?赫姆霍兹所给出的,作为他的理论一种特例的表述方式;?赫兹在1890年发表的两篇理论文章中的表述方式。依照赫兹看来,这三种不同的表述方式的共同之处在于具有(a)同一类现象,即同一类经验基础和(b)同一组方程,即数学表达式。赫兹强调指出他对麦克斯韦理论的表述与麦克斯韦自己的表述是不同的,而他的表述方式是在实验研究过程中形成的。这种新的表述之所以与传统的表述不同,就在于它很好地描述了电力与磁力之间的对应性和对称性。这一思想是法拉第(Miohael hada,1791,1867)和麦克斯韦提出的,但是在1887年12月间的实验研究过程中,赫兹感到它突然浮现在自己的脑海里。用赫兹自己的话来说,就是:“当我在工作时,这个新理论的核心问题突然浮现于我的脑海之中,这种新理论并非依存于先前提出的两种假设的结果之中”。
我们认为赫兹此时是被突然领悟到他的实验能够用一个新的极化观点加以更好地解释所冲击,而不是根据赫姆霍兹的极化理论来解释。赫兹将以太极化作为他理论的基本概念,因为泊松极化是感应的超距作用力效应。赫兹大胆地废弃了静电力的观念,这是他《力学原理》中废弃牛顿力学中力的概念的先声。在这些前提之下,赫兹在1887—1888年从表述?到表述?的思想转换能够充分地描述为是一种思想主旨的变化。我们认为,在此过程中,赫兹深深地体会到,尽管不同的表达方式之间存在着很大的差异,但是它们都能够在一定的程度上解释同一
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组现象。然而,表述?除了更充分地解释实验结果外,还具有内在的“一致性”和它的“容许性”,因此赫兹选择了这种表述作为对麦克斯韦理论的解释。他论说道:“我们可以藉以构成事物的图景不必根据图景的结论就是结论的图景的要求来加以毫无疑问地确定。对于同样的客体来说,描述它的各种图景都是可能的,并且这些图景可以在各方面都是不同的。我们在爱因斯坦(Albert Einstein,1879,1955)的著作中也发现类似的论述:“对应于同一个经验材料的复合,可以有几种理论,它们彼此很不同。但是从那些由理论得出的能够加以检验的推论来看,这些理论可以是非常一致的,以致在两种理论中难以找到彼此不同的推论来。”
此外还值得我们注意的是,在1890年的理论文章中,赫兹认为亥维塞德(Oliver Heaviside,1850,1925)是消除麦克斯韦理论中多余概念的第一个科学家,但是矢势则是赫兹除去的。不仅如此,赫兹从电磁场理论中消除矢势与他在《力学原理》中对势能提出疑义,最后决定将它从力学原理中消除,在思想上是完全一致的。他的指导思想就是在物理学理论要将基本概念减少到最低限度。无独有偶,爱因斯坦对建立理论的目标也有类似的观点:“一切理论的崇高目标,就在于使这些不能简化的元素尽可能简单,并且在数目上尽可能少,同时不至于放弃对任何经验内容的适当表示”。爱因斯坦反复强调赫兹在的物理学发展史上的重要地位,他的第一篇科学研究论文就是在阅读赫兹著作的基础上撰写的。所以,我们可以认为,爱因斯坦的这种思想可能受到赫兹思想的直接影响。
(3)物理学理论实验检验的整体论
赫兹是在对实验现象进行理论解释的过程中,最终放弃了实验和理论—一对应的解释模式,从而形成了他的物理学理论实验检验的整体性观念。在1889年发表的“电振荡的力,按照麦克斯韦理论处理”一文中,他明确指出:“只要将以太考虑在内,这些表述就构成了麦克斯韦理论的实质部分。麦克斯韦是从超距作用的观点出发,并将以大视为具有高度可极化的电介质特性,从而导出了方程组。我们可以以另一种方式推导它们。但是,没有任何方法能够直接的证明这些方程组是从经验推演出来的。”
在赫兹看来,事实可以从一个理论中推演出来。在“论静止物体的电动力学的基本方程”一文中,他就指出:“我用一种直接地观察到的事实来说明这些事实能够系统地从公式中推演出来;因此,借助经验,理论体系的正确性就能够被证明”。因而,赫兹认为实验是检验理论的正确性,而不是检验理论的真实性。一方面,他论述了这些方程中的每一个都不能用经验直接地去证明;另一方面,他断定经验为了证明一个理论体系。同时,方程组的物理解释便被看作是从经验推演出来的事实,经验必定被认为是对它们的证实。这两种论述乍一看似乎彼此是矛盾的。它们是在赫兹这篇理论文章的导言部分写出的,因此值得仔细的阅读。整个的段落是:“在第一部分(A)中,我给出基本的思想和与之相关联的公式。对公式的解释将要增加,但是这些解释不能看作是这些公式的证明。这些陈述将被看作是从经验推演出来的事实;而经验必须被看作是它们的证明。”
在概念涵义的证实上,一方面与对同一概念的任何归纳的经验关系的否定之间存在抵触,另一方面这种抵触又能够通过承认一种与从术语到术语的归纳形式不同的一种关系而得以缓和。整体的关系形式断定经验含义不具有一种归纳关系。在整体关系中,概念与实验没有术语到术语的这种关系(好像经验是由隔绝的事实构成的),而是作为一个系统对系统的关系形式。这正是赫兹的思想,这一思想在上述引文的后续段落中得以清晰的阐述:“这些陈述将被看作是从经验推演出来的事实;而经验必须被看作是它们的证明。同时,实际上,每个分立的公式不能通过经验来单独地进行检验,仅将它们视为一个整体才能通过经验加以检验。但是从实际的角度来看,对于普遍动力学的方程组来说也是同样有效的”。在赫兹看来,如果事实是从一个系统的理论中推演出来的,没有处于隔绝状态的事实能够得以知晓(因此没有归纳的基础),一个概念系统仅能与一个事实系统相关联。这也正如迪昂(Pierre Duanm,1861一1916)所说:“试图把理论物理学的每一个假设与这门科学赖以立足的其他假定分离开来,以便使它孤立地经受观察检验,这是追求一个幻想;因为物理学中的无论什么实验的实现和诠释都隐含着依附整个理论命题的集合。对不是非逻辑的物理学理论的惟一实验检验在于,把完整的物理学理论体系与整个实验定律群进行比较,在于判断后者是否被前者以令人满意的方式加以描述。”从迪昂在其重要著作中对赫兹的物理学成就和思想的反复强调、倍加推崇来看,我们有理由相信他的这种思想受到赫兹很大的影响。
赫兹的“电振荡的力,按照麦克斯韦理论来处理”一文还暗示了没有一种实验可以作为单个理论的判决性实验,但是,在众多理论之中,实验所显示的是最充分的一种。在赫兹看来,麦克斯韦理论“被发现是最能用于解释大多数现象的”理论。然而,在他的文章中,赫兹时常表现出对传统的关于理论和实验关系观点的不安心理,甚至暗示一种事实上在两个组成部分的一种分离。对于这种分离,赫兹给予了暗示:“我们这里作为已经通过实验完成所表述的东西是独立于特殊理论的正确性而完成的。尽管在实验和理论之间存在明显的关联,这种关联性
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是确实在起作用”赫兹的这种对单个判决性实验的否定具有极其重要的意义,对人们正确看待物理学理论与实验的关系具有很大的启发作用。他的这种思想,后来在不少科学家和科学史家的著作中有更为完整的阐述,迪昂论述道:“物理学不是一台听任它自己被拆散的机器,我们不能孤立地试验每一个部件,我们不能等到它的牢固性被仔细检验后才去调整它。物理科学是必须作为一个整体看待的体系。它是一个有机体,在这个有机体中一个部位不能发挥功能,除非当使最远离它的各部位起作用时,某些部位比其他部位更是如此,但一切部位都在相同的程度上如此”(
拉卡托斯也曾强调指出:“只有通过极端困难而无限漫长的过程才能确定一个研究纲领取代了其对手,对于鲁莽地使用了‘判决性实验’这一术语是不明智的。即使人们认为一个研究纲领被原有的纲领淘汰了,它也不是被某个‘判决性’实验淘汰的;即使后来把握不大地称这样一种实验为判决性实验,如果这个旧纲领没有一个有力的进步高潮,也是无法阻挡新纲领的”(
值得注意的是,在文章“论在空气中的电磁波和它们的反射”中,赫兹讨论他的实验和麦克斯韦理论之间的关系时说道:“没有特别考虑任何特殊的理论,事实上实验的显示能力独立于任何特殊的理论。然而,这些实验很明显为麦克斯韦从法拉第观点发展而来的电磁场理论提供了许多根据。”但是,在《电波》的导言中,他却认为:“这些实验的目的是去验证法拉第一麦克斯韦理论的基本假设,而这些实验结果仅是在一定程度上确证了这种理论的基本假设”,这也是赫兹对理论与实验之间的关系认识矛盾心理的一种反映。由此观之,在他身上同样体现了“数学的自然科学和实验的自然科学的长期分界线已逐渐模糊,看来甚至已经消失。但是从另一观点看来,也许更确切的是把这种分界线看作挪动了位置,即从科学领域之间移到物理学内部”。这在一定的程度上也预示着20世纪物理学发展过程中理论物理学和实验物理学之间的逐渐分离。正如科学史家库恩(Thomas Samue1Kuhn,1922,1996)所说:“我觉得,正是由于物理学理论现在处处都是数学化的,所以理论物理与实验物理成为如此不同的专业,几乎没有一个人能希望同时精通两者。在实验和理论之间如此深刻的鸿沟,却不存在于化学或生物学那样的领域中,在这些领域中理论本来就是较少数学性的。因此,数学性科学与实验性科学的分离状态也许还要继续下去,这种分离看来植根于人的心灵的本性之中。”从这个意义上说,赫兹是19世纪德国物理学中理论和实验两种传统结合的转折点,他的研究成果在实验和理论两方面都为现代物理学的发展奠定了基础,但是在现代物理学的发展过程中像他这样在理论物理学和实验物理学两方面都做出了重要贡献的物理学家是极为罕见的了。
此外,赫兹还认为理论与实验之存在的分歧可以通过建立统一的物理学原理来加以消除。他的这种思想在《力学原理》中有明确的阐述,赫兹说道:“如果我们试图去理解我们周围物体的运动,并想将它们归属于简单和清晰的规律,把注意力仅放在我们能够直接观察到的东西之上,我们的尝试一般都会失败。我们不久就会知道可以看见和接触到的东西的整体不能构成一个符合定律的宇宙,在其中,同样的条件总是产生同样的结果”。他甚至还认为麦克斯韦电磁学理论也支持了他的“隐质量”概念:“通过麦克斯韦的努力,由于隐质量的运动而产生的 电磁力假设几乎变成了一个清晰的认识。”他的这个思想也反映了他对物理学理论本身的完整性有着坚强的信念,他在建立电磁理论的过程中所遇到的一些困难。在他看来,这些困难是关系到力学在内的整个物理学基础方面的问题,并且他期望在对力学基本原理进行重新建立的过程中解决这些物理学的基础问题,从而他在电磁学理论的建立中所遇到的困难也就迎刃而解了。这也就是他写作《力学原理》的一个主要动机,同时也反映了他深受麦克斯韦等人力学机械论观念和方法的影响。这充分说明了,在19世纪末,物理学家仍然试图在这种思想框架下来建立统一的理论体系,最终只能是一种幻想。正如有的研究者所说:“赫兹此时的思想是按照英国动力学派的思路在发展。但是,他的这部杰作仅是一个理论的躯干。赫兹自己未能在此基础上建立完善的理论,他的后来者也没有一个人能够从这部著作中所解释的东西的基础上建立完善的理论。”
2赫兹物理学研究方法的形成及其主要特点
伴随着实验和理论研究的进程,赫兹的物理学研究方法也得以形成和发展。从在赫姆霍兹等人的影响下从事物理学实验研究开始,到他的专著《力学原理》的写作过程中,赫兹的物理学研究方法是在不断地发生变化的,最终形成他的独具特色的物理学研究方法和思想。虽然个别学者根据赫兹的著作对他的物理学研究方法和思想作了一定的阐述,但是对赫兹物理学研究方法和思想的形成过程未做深入分析。因而,为了说明赫兹物理学研究方法和思想的形成过程,我们不仅要对他的著作进行研究,还要对他的物理学研究的历史背景和具体过程进行考察,才能对此获得更为全面的认识。
赫兹进人德国物理学界,恰逢德国实验物理学和数学物理学发生重要变革的时期。从19世纪30年代到 70
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年代,马格努斯(Heinrich Gustav Magnus,1802,1870)实验物理学派在德国物理学界占统治地位,马格努斯认为实验物理学的目的就是建立实验事实,并认为数学物理学与实验物理学是两个完全不同的、相互独立的学科。19世纪70年代以后,以孔脱(August Kundt,1839,1894)为代表的新实验物理学派促使了实验物理学和数学物理学的结合,孔脱认为实验物理学必须为理论物理学服务,实验物理学家随时关注理论物理学的最新进展,并力求对新的物理学理论有深人透彻的理解,在此基础上去创造实验仪器和方法以验证理论(对赫兹学术研究产生直接重要影响的赫姆霍兹对孔脱实验物理学研究方法的观点倍加赞赏,他在1888年推荐孔脱接任他在柏林物理研究所所长的职位时就写道:“他自己(园风脱)没有对数学物理学做任何深入的研究。但是,通过他所知道的如何选择实验研究课题的方法已经充分显示了他完全懂得如何判断现代数学物理学的主流思想,并能够以此为个人研究实际的问题提供指南”。以孔脱为代表的新实验物理学派的思想影响了19世纪70年代以后进人德国物理学界的许多年轻学生,赫兹则是其中的校校者。
赫兹的学术研究生涯是从1878年10月转人柏林大学开始的。在随后的近五年中,他在赫姆霍兹的指导下从事物理学研究工作。在此期间,他所从事的研究课题涉及的领域较为广泛。从研究方法的角度看,赫兹在此时期所进行的是单个物理理论和实验问题的研究,并能在理论和实验的研究课题之间自由地、及时地转换,为解决理论和实验相混合的复杂物理学重大研究课题奠定了方法论的思想基础。沿着这条学术研究道路发展,使他逐步成为兼有理论家和实验家两者的优点,把为解决最复杂的科学问题所需要的一切都结合在自己身上的深赋创造性的科学家、思想家。
1883年5月,赫兹离开柏林到基尔大学任教。这是他完全独立从事科学研究的开始,与所有的年轻学者一样,摆在他面前的是下一步科研选题的问题。经过一段时间的摸索,他在1884年1月中旬又把注意力转向电磁学问题的研究上来。就其学术研究发展道路来说,他对电磁学重新研究的起点应该是在柏林就已开始的有关电磁学实验问题,他的日记中记录了这个起点:“1884(1(19,考虑电磁学的实验”卜引。由于实验条件所限,加之也没有十分明确的电磁学实验研究课题,他在1884年5月中旬将注意力集中到麦克斯韦理论。这是他第一次深人研究麦克斯韦理论,通过一段时间的考察,到1884年6月28日就完成了他关于电磁场理论的第一篇理论研究论文,并在当年《维德曼年鉴》上发表。正如我们前文所述,赫兹这篇文章的目的是想从基本原理出发建立起统一的电动力学理论,这是一种典型的假设一演绎法在建立物理学理论中的运用。虽然,赫兹的这篇文章对他随后从事电磁学实验和理论研究都没有直接的影响,同时在这篇文章中还存在一些数学推导上的错误,但是它却是赫兹第一次运用假设一演绎法建立理论体系的一个重要尝试。就物理学研究方法的训练方面来说,这种尝试对赫兹后来从事电磁学理论研究,构建理论体系起到积极的作用。正是在这个意义上说,这种物理学理论研究方法的训练为他1890年发表的两篇重要理论文章和最后的专著《力学原理》奠定了一定的基础。在这篇文章中,赫兹是从基本原理出发推导麦克斯韦方程组,但他并不认为这种推导是对麦克斯韦理论是惟一可能正确的理论的一种严格证明。相比而言,在1890年的两篇理论文章中,赫兹并非从任何基本原理来推导麦克斯韦方程组,而是将这些基本原理视为麦克斯韦理论的前提,这应该被视为假设一演绎法在建立理论中的一种更高层次的运用。赫兹在这两篇文章中抛弃了实证主义关于理论与实验绝对对应的观点,认为对同一种物理现象可以有不同的理论加以解释。这是赫兹物理学思想的基本观点之一,在他的《力学原理》得以更充分的阐述。
从1885至1889年,是赫兹在卡尔斯鲁厄工学院独立进行电磁学实验研究并做出了重要发现的时期。在此期间,随着实验研究不断深人,赫兹的物理学方法论思想经历了一个复杂的发展过程。赫兹在实验研究的过程中所面临的问题是涉及到理论和实验之间复杂的关系问题。一方面,赫兹必须客观地描述所观察到的实验现象;另一方面,赫兹必须对实验结果给予理论上的合理的解释。赫兹发现运用麦克斯韦电磁场理论和赫姆霍兹电动力学理论都不能对他所观察实验现象给予一个前后一致的、完整的解释,这就使得他决心再次考虑对描述电磁现象的理论进行重新构建。在这种理论构建过程中,赫兹一方面不能仅对已有的理论进行简单修正,另一方面也不能从实验进行简单的归纳导出理论。因此,在这种寻求理论与实验相协调的过程中,他首先必须在研究方法上有所创新,才有可能在电磁学这个涉及到理论和实验之间复杂关系问题的研究上有所突破。综观赫兹在此重要时期的电磁学研究过程,与其说他是在理论的指导下进行的,不如说是他通过实验对已有理论进行审查的过程。也可以说,赫兹所采用的方法是从严格的实验结果出发,对已有电磁学理论进行一种逆推(或称为外展),从而对电磁学整体的发展作出了特殊的贡献。赫兹所采用的这种逆推法与演绎法和归纳法都不同:“演绎法表明某物必定如此。归纳法表明某物实际上在起作用;外展只是提示某物也许如此。??归纳从理论开始井测量理论与事实一致的程度。它从未能够创造任何观念。演绎也不能。所有科学观念都是通过外展的方式产生的。外展在于研究事实并创造一种理论来解释这些事实。”赫兹在其整个电磁学研究中所采用的就是这种逆推法,从对麦克斯韦理论和德国当时
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建立在超距作用观念之上的电动力学的批判到创造性的电磁学实验研究,直至最后重建电磁学方程组,他就是沿着最终“创造一种理论来解释这些事实”这条方法论思想线索进行的,赫兹在《电波》一书的导言中对他的这种研究思路作了清楚的说明。根据我们对他的日记、书信和实验笔记的考证,他对自己研究思路的说明在很大程度上是可信的。
此外,从1888年6月至1890年12月,赫兹与当时英国物理学家就电磁学实验和理论研究中所遇到的问题进行了频繁的书信交流,这种国际学术交流对他物理学方法论思想的深化产生了不可忽视的影响。尤其是,在这种深人的交流过程中,赫兹不仅对麦克斯韦构建理论的思想方法获得更加透彻的理解,而且对英国物理学家构建物理学理论传统的思想方法获得全面、深刻的理解。英国物理学家的这种研究方法传统由于受到牛顿、麦克斯韦等一些杰出物理学家的影响,到19世纪末趋于成熟,并在物理学研究中占主导地位。这种传统的一个重要特点
Lord Kelvin,就是认为建立恰当模型是物理学研究的主要目的和重要方法,威廉?汤姆孙(William Thomson,1824,1907)对此作了明确的阐述:“我们的目的就是要表明,如何构造力学模型,这种模型在我们正在考虑的无论可能是什么的物理现象中,将满足所要求的条件。当我们正在考虑固体的弹性现象时,所需要出示哪种模型。在另外的时候,当我们要考虑光振动时,我需要出示在这个现象中显示出来的作用模型。我想要理解关于它的整体,我们只理解一部分。在我看来似乎是,对‘你理解还是不理解物理学中的特定问题,’的检验就是‘我们能够构造它的力学模型吗,’。我对麦克斯韦的电磁感应的力学模型大加称赞。他构造了一个模型,该模型作出电在传导电流等中作出的一切奇妙的事情,毫无疑问,这类力学模型是大有教益的,是通向确定的电磁理论的一个步骤”。在赫兹1890年的两篇电磁学理论文章和他的《力学原理》中,我们可以清楚地看到他建立理论过程中所采用的方法与麦克斯韦及其追随者们所信奉的方法,在许多方面具有相似性。 3结语
综上所述,赫兹是19世纪下半叶不可多得的兼有实验物理学家、理论物理学家和思想家重要气质的物理学家。科学史家霍耳顿(Gerald Holton,1922一)曾经说过:“在科学史上的每一时刻,我们都发现有少数人物,他们被他们的同时代人认为,是对有关科学实践的任务以及科学在文化中的地位的一些老问题作出新回答的人”。赫兹正是当时德国物理学界的这样一位对许多涉及到物理学理论基础的“老问题”作出“新回答的人”。他在电磁学实验和理论研究中所取得的成就以及在科学研究实践中逐步形成的物理学思想,必然会对同时代乃至20世纪的许多物理学家产生重要的影响。
(1)赫兹之所以能在物理学实验和理论研究两方面都取得重要成就是因为他在研究方法上注重创新。他所采用的方法是一种将归纳法和演绎法紧密结合的一种逆推法,在现代科学发现和技术创新过程中得以普遍使用。赫兹在物理学研究实践中所形成的物理学理论多重性思想和物理学理论容许性。正确性、恰当性的评价标准,物理学理论实验检验的整体论以及对判决性实验的否定等重要思想,在迪昂、爱因斯坦、拉卡托斯等人的著作中分别在不同程度上得到了进一步阐述和论证,从而对现代物理学和科学思想的发展产生了深远的影响。
(2)赫兹在物理学实验和理论研究方面所取得的成就从一定意义上来看,应该归因于他对德国新实验物理学和英国数学物理学传统的双重继承,并在他的物理学研究实践过程中有所创新。尤其是,他的论著中所蕴涵的许多重要思想对物理学后来的发展产生了很大的启示作用。正如著名物理学家玻耳兹曼(Ludwig Boltzmann,1844,1906)所说:“人们应该特别重视赫兹的研究工作的重要性,他的很多发现与我们对自然现象的本质认识直接相关。他的这些发现无疑为将来很长时间内人们对自然规律的认识指明了惟一正确的方向。’普朗克(Max Ernst Ludwis Planck,1858,1947)也曾指出:“从今往后,科学将在没有他的情况下向前发展。无论他本来或许还会做出什么样的科学发现将会迟早由别人来完成,对此我们并不怀疑。但是,在他的研究领域从事研究工作的任何人都不可能不受他的影响。比他的研究成果本身重要千百倍的是在他的著作中所蕴涵的科学思想的种子光芒四射,这些种子只要有合适的土壤就将会显现为新的科学增长点。”
(3)赫兹的《力学原理》虽然被当时包括赫姆霍兹在内的著名物理学家认为是“未来物理学的研究方向”,但在随后的物理学理论发展中并未留下什么印记,致使大多数现代物理学家对赫兹《力学原理》全然不知。但是,他的《力学原理》在随后的科学思想研究领域产生了很大影响,尤其是他《力学原理》中长达40多页的导言更被视为这个领域的经典,反复被人引用。在这部著作中,赫兹提出了对所有自然现象进行描述的最一般的原则,这些原则无疑对物理学理论研究方法具有永久的指导价值。尽管他的这些思想受到马赫(Ernst Mach,1836,1916)、赫姆霍兹思想的影响,但他还始终坚持着一个物理学家本应具有的对自然现象认识和进行描述客观立场。正如列宁曾经指出:“事实上,赫兹为他的《力学》所写的哲学序言,表明了一个自然科学家的普通观念,这个
6
自然科学家虽然被教授们反对唯物主义的‘形而上学’的吼声吓倒,但是无论如何也不能动摇(原译文是‘克服’,根据上下文,拙见译为‘动摇’更贴切。——笔者注)他对外部世界的实在性的自发的信念。”赫兹能够保持这种科学思想独立性和批判精神,在当时科学认识论领域极为混乱的情况下,对于一个年轻的学者来说当然是难能可贵的。此外,正如他在《力学原理》的序言中所说;“所有物理学家都同意这样的观点,即物理学的任务在于把自然现象归结为简单的力学定律”,显然他在思想上仍然坚持力学机械论自然观,但他的电磁学实验和理论研究成果,他建立新的力学原理方面的探索,却明显地动摇了物理学家继续把力学作为物理学理论发展的基本信念,为人们最终放弃机械论自然观,建立现代物理学新的理论基础,在思想上起到了一定的启发作用。
7
范文二:物理学研究方法
选择题专项训练(物理学史、思想方法)
1. 如图所示的实验装置为库仑扭秤. 细银丝的下端悬挂一根绝缘棒,棒的
一端是一个带电的金属小球A, 另一端有一个不带电的球B ,B 与A 所受的
重力平衡,当把另一个带电的金属球C 插入容器并使它靠近A 时,A 和C
之间的作用力使悬丝扭转,通过悬丝扭转的角度可以比较力的大小,便可
找到力F 与距离r 和电量q 的关系. 这一实验中用到了下列哪些方法( )
①微小量放大法 ②极限法 ③控制变量法 ④逐差法
A. ①③ B.③④ C. ①② D.②④
2.关于物理学研究方法,下列叙述中正确的是( )
A .用点电荷来代替实际带电体是采用了理想模型的方法
B .伽利略在研究自由落体运动时采用了微量放大的方法
C .在探究求合力方法的实验中使用了控制变量的方法
D .法拉第在研究电磁感应现象时利用了理想实验的方法
3.类比是一种有效的学习方法,通过归类和比较,有助于掌握新知识,促进对相关知识的
准确理解。下列类比不正确的是( ) ...
A .电磁波可以与机械波类比,都可以发生干涉现象、衍射现象,传播都需要介质
B .电场力做功可以与重力做功类比,两种力做功都与路径无关
c .点电荷可以与质点类比,都是理想化模型
D .电场线可以与磁感线类比,都是用假想的曲线描绘“场”的客观存在
4.许多科学家对物理学的发展作出了巨大贡献,这也归功于他们采用了正确的物理方法,
些列表述正确的是
A .卡文迪许用放大法测出了静电力常量
B .伽利略用理想实验证明了力是使物体运动的原因
5.意大利著名物理学家伽利略开科学实验之先河,奠定了现代物理学的基础。. 图示是他做了上百次的铜球沿斜面运动的实验示意图. 。关于该实验,
下列说法中正确的是
A .它是伽利略研究自由落体运动的实验
B .它是伽利略研究牛顿第一定律的实验
C .伽利略设想,图中斜面的倾角越接近90°,小球沿斜
面滚下的运动就越接近自由落体运动
D .伽利略认为,若发现斜面上的小球都做匀加速直线运动,则自由落体运动也是匀加速直线运动
6.伽利略在著名的斜面实验中,让小球分别沿倾角不同、阻力很小的斜面从静止开始滚下,
他通过实验观察和逻辑推理,得到的正确结论是( )
A .倾角一定时,小球在斜面上的位移与时间成正比
B .倾角一定时,小球在斜面上的位移与时间的平方成正比
C .斜面长度一定时,小球从顶端滚到底端时的速度与倾角无关
D .斜面长度一定时,小球从顶端滚到底端所需的时间与倾角无关
7.为了完成研究性学习课题:测量篮球从教学楼三楼自由落下时地面对篮球的最大弹力,同学们提出了以下四个方案,你认为可行的是
A .甲同学认为把一张白纸平放到地面,让篮球从三楼落到白纸上,留下印迹,然后将白纸放到台秤上,把球慢慢地向下压,当球的形变和印迹重合时,根据体重计的读数可知最大弹力的大小
B .乙同学认为可以通过测量篮球的质量和落地后弹起的高度,然后根据动能定理可求最大作用力
C .丙同学认为如果知道篮球与地面的作用时间、球触地前以及跳离地面瞬间的速度可以应用牛顿运动定律和运动学公式求最大作用力
D .丁同学认为可以把球直接放到普通指针式体重计上,直接读数即可,因为球对地面的最大弹力不会超过它自身的重力
8.关于物理学研究方法,下列叙述中正确的是
A.伽利略在研究自由落体运动时采用了微量放大的方法
B .用点电荷来代替实际带电体是采用了理想模型的方法
C.在探究求合力方法的实验中使用了控制变量的方法
D .法拉第在研究电磁感应现象时利用了理想实验的方法
9.在物理实验中,把一些微小量的变化进行放大,是常用的物理思想方法。如图所示的四
个实验,没有运用此思想方法的是( )
10.伽利略为了研究自由落体的规律,将落体实验转化为著名的“斜面实验”,从而创造了一种科学研究的方法.利用斜面实验主要是考虑到( )
A .实验时便于测量小球运动的速度和路程
B .实验时便于测量小球运动的时间
C .实验时便于测量小球运动的路程
D .斜面实验可以通过观察与计算直接得到落体的运动规律
11.如图所示为伽利略设计的斜面实验。伽利略理想实验是将可靠的事实和理论思维结合起来,能更深刻地反映自然规律。下面给出了伽利略斜面实验的四个事件:
①减小斜面BC 的倾角(图中BC ′),小球将通过较长的路程,仍能到达原来的高度 ②由静止释放小球,小球沿斜面AB 滚下,滚上另一斜面BC ,高度几乎与原来相同
③如果没有摩擦,小球将上升到原来的高度
④继续减小BC 的倾角,最终使它水平,小球将沿水平面以恒定速度一直运动下去 对事件性质的判断及排序,正确的是( )
A .事实②→推论①→事实③→推论④
B .事实②→推论③→事实①→推论④
C .事实②→推论①→推论③→推论④
D .事实②→推论③→推论①→推论④
12.建立模型是解决物理问题的一个重要方法,下列选项中不属于理想化物理模型的是:( )
A .电子 B.点电荷 C.匀速直线运动 D.不可伸长的绳子
13.物理学中用到大量的科学研究方法,在建立下列物理概念时,都用到“等效替代”方法
的是( )
A .“合力与分力”“质点”“电场强度” B .“质点”“平均速度”“点电荷”
C .“点电荷”“总电阻” “电场强度” D .“合力与分力”“平均速度”“总电阻”
14.爱因斯坦由光电效应的实验规律,猜测光具有粒子性,从而提出光子说,从科学研究的
方法来说,这属于( )
A .等效替代 B .控制变量 C .科学假说 D .数学归纳
15.根据速度定义式v = ?x ?x ,当?t 极短时,就可以表示物体在t 时刻的瞬时速度,该?t ?t
C .微元法 D .极限的思想方法 定义应用了下列哪种物理方法( ) A .控制变量法 B .假设法
16.用比值法定义物理量是物理学中一种常用的方法,下面四个物理量都是用比值法定义的,
其中不是用定义式表示的是(
A .电流强度I =U /R )。 B .电势差U =W /q
C .电场强度E =F/q D .磁感应强度B =Φ/S
16. 某同学通过以下步骤测出了从一定高度落下的排球对地面的冲击力:将一张白纸铺在
水平地面上,把排球在水里弄湿,然后让排球从规定的高度自由落下,并在白纸上留下球的水印。再将印有水印的白纸铺在台秤上,将球放在纸上的水印中心,缓慢地向下压球,使排球与纸接触部分逐渐发生形变直至刚好遮住水印,记下此时台秤的示数,即为冲击力最大值。下列物理学习或研究中用到的方法与该同学的方法相同的是( )
A .建立“合力与分力”的概念 B .建立“点电荷”的概念
C .建立“瞬时速度”的概念 D .研究加速度与合力、质量的关系
17. 物理学中研究问题有多种方法,有关研究问题的方法叙述错误的是( ) ..
A . 在现实生活中不存在真正的质点,将实际的物体抽象为质点是物理学中一种重要的科
学研究方法
B . 探究加速度a 与力F 、质量m 之间的关系时,保持m 恒定的情况下,探究a 与F 的
关系, 采用的是控制变量法
C . 电场强度的定义式,采用的是比值法
D . 伽利略比萨斜塔上的落体实验,采用的是理想实验法
18.如图,在“探究弹性势能的表达式”的活动中,为计算弹簧弹力所做的功,把拉伸弹簧的过程分为很多小段,拉力在每小段可以认为是恒力,用各小段做功的代数和代表弹力在整个过程所做的功,物理学中把这种研究方法叫做“微元法”。下列几个实例中应用到这一思想方法的是( )
A .在不需要考虑物体本身的大小和形状时,用点来代替物体,即质点
B .一个物体受到几个力共同作用产生的效果与某一个
力产生的效果相同,这个力叫做那几个力的合力
C .在推导匀变数直线运动位移公式时,把整个运动过
程划分成很多小段,每一小段近似看作匀速直线运动,
然后把各小段的位移相加
D .在探究加速度与力、质量之间关系时,先保持质量不变探究加速度与力的关系,再保持力不变探究加速度与质量的关系
19.意大利科学家伽利略在研究物体变速运动规律时,做了著名的“斜面实验”, 他测量了铜球在较小倾角斜面上的运动情况,发现铜球做的是匀变速直线运动,且铜球加速度随斜面倾角的增大而增大, 于是他对大倾角情况进行了合理的外推,由此得出的结论是:
A .自由落体运动是一种匀变速直线运动
B .力是使物体产生加速度的原因
C .力不是维持物体运动的原因
范文三: 物理学研究方法
选择题专项训练(物理学史、思想方法) 1.如图所示的实验装置为库仑扭秤.细银丝的下端悬挂一根绝缘棒,棒的
一端是一个带电的金属小球A,另一端有一个不带电的球B,B与A所受的重力平衡,当把另一个带电的金属球C插入容器并使它靠近A时,A和C之间的作用力使悬丝扭转,通过悬丝扭转的角度可以比较力的大小,便可找到力F与距离r和电量q的关系.这一实验中用到了下列哪些方法( ) ?微小量放大法 ?极限法 ?控制变量法 ?逐差法
A.?? B.?? C. ?? D.??
2(关于物理学研究方法,下列叙述中正确的是( )
A(用点电荷来代替实际带电体是采用了理想模型的方法
B(伽利略在研究自由落体运动时采用了微量放大的方法
C(在探究求合力方法的实验中使用了控制变量的方法 D(法拉第在研究电磁感应现象时利用了理想实验的方法
3(类比是一种有效的学习方法,通过归类和比较,有助于掌握新知识,促进对相关知识的
准确理解。下列类比不正确的是( ) (((
A(电磁波可以与机械波类比,都可以发生干涉现象、衍射现象,传播都需要介质 B(电场力做功可以与重力做功类比,两种力做功都与路径无关 c(点电荷可以与质点类比,都是理想化模型
D(电场线可以与磁感线类比,都是用假想的曲线描绘“场”的客观存在 4(许多科学家对物理学的发展作出了巨大贡献,这也归功于他们采用了正确的物理方法,
些列表述正确的是
A(卡文迪许用放大法测出了静电力常量
B(伽利略用理想实验证明了力是使物体运动的原因
5(意大利著名物理学家伽利略开科学实验之先河,奠定了现代物理学的基础。.图示是他做了上百次的铜球沿斜面运动的实验示意图.。关于该实验,
下列说法中正确的是
A(它是伽利略研究自由落体运动的实验
B(它是伽利略研究牛顿第一定律的实验
C(伽利略设想,图中斜面的倾角越接近90?,小球沿斜
面滚下的运动就越接近自由落体运动
D(伽利略认为,若发现斜面上的小球都做匀加速直线运动,则自由落体运动也是匀加速直线运动
6(伽利略在著名的斜面实验中,让小球分别沿倾角不同、阻力很小的斜面从静止开始滚下,他通过实验观察和逻辑推理,得到的正确结论是( )
A(倾角一定时,小球在斜面上的位移与时间成正比
B(倾角一定时,小球在斜面上的位移与时间的平方成正比
C(斜面长度一定时,小球从顶端滚到底端时的速度与倾角无关
D(斜面长度一定时,小球从顶端滚到底端所需的时间与倾角无关 7(为了完成研究性学习课题:测量篮球从教学楼三楼自由落下时地面对篮球的最大弹力,同学们提出了以下四个方案,你认为可行的是
A(甲同学认为把一张白纸平放到地面,让篮球从三楼落到白纸上,留下印迹,然后将白纸放到台秤上,把球慢慢地向下压,当球的形变和印迹重合时,根据体重计的读数可知最大弹力的大小
B(乙同学认为可以通过测量篮球的质量和落地后弹起的高度,然后根据动能定理可求最大作用力
C(丙同学认为如果知道篮球与地面的作用时间、球触地前以及跳离地面瞬间的速度可以应用牛顿运动定律和运动学公式求最大作用力
D(丁同学认为可以把球直接放到普通指针式体重计上,直接读数即可,因为球对地面的最大弹力不会超过它自身的重力
8(关于物理学研究方法,下列叙述中正确的是
A(伽利略在研究自由落体运动时采用了微量放大的方法
B(用点电荷来代替实际带电体是采用了理想模型的方法
C(在探究求合力方法的实验中使用了控制变量的方法
D(法拉第在研究电磁感应现象时利用了理想实验的方法
9(在物理实验中,把一些微小量的变化进行放大,是常用的物理思想方法。如图所示的四
个实验,没有运用此思想方法的是( )
10(伽利略为了研究自由落体的规律,将落体实验转化为著名的“斜面实验”,从而创造了一种科学研究的方法(利用斜面实验主要是考虑到( )
A(实验时便于测量小球运动的速度和路程
B(实验时便于测量小球运动的时间
C(实验时便于测量小球运动的路程
D(斜面实验可以通过观察与计算直接得到落体的运动规律
11(如图所示为伽利略设计的斜面实验。伽利略理想实验是将可靠的事实和理论思维结合起来,能更深刻地反映自然规律。下面给出了伽利略斜面实验的四个事件: ?减小斜面BC的倾角(图中BC′),小球将通过较长的路程,仍能到达原来的高度 ?由静止释放小球,小球沿斜面AB滚下,滚上另一斜面BC,高度几乎与原来相同
?如果没有摩擦,小球将上升到原来的高度
?继续减小BC的倾角,最终使它水平,小球将沿水平面以恒定速度一直运动下去
对事件性质的判断及排序,正确的是( )
A(事实??推论??事实??推论?
B(事实??推论??事实??推论?
C(事实??推论??推论??推论?
D(事实??推论??推论??推论?
12(建立模型是解决物理问题的一个重要方法,下列选项中不属于理想化物理模型的是:( )
A(电子 B(点电荷 C(匀速直线运动 D(不可伸长的绳子 13(物理学中用到大量的科学研究方法,在建立下列物理概念时,都用到“等效替代”方法
的是( )
A(“合力与分力”“质点”“电场强度” B(“质点”“平均速度”“点电荷”
C(“点电荷”“总电阻” “电场强度” D(“合力与分力”“平均速度”“总电阻” 14(爱因斯坦由光电效应的实验规律,猜测光具有粒子性,从而提出光子说,从科学研究的
方法来说,这属于( )
A(等效替代 B(控制变量 C(科学假说 D(数学归纳
,x,x,t15(根据速度定义式v,,当极短时,就可以表示物体在t时刻的瞬时速度,该,t,t
定义应用了下列哪种物理方法( )
A(控制变量法 B(假设法 C(微元法 D(极限的思想方法 16(用比值法定义物理量是物理学中一种常用的方法,下面四个物理量都是用比值法定义的,
其中不是用定义式表示的是( )。
A(电流强度I=U/R B(电势差U=W/q
C(电场强度E=F/q D(磁感应强度B=Φ/S
16( 某同学通过以下步骤测出了从一定高度落下的排球对地面的冲击力:将一张白纸铺在
水平地面上,把排球在水里弄湿,然后让排球从规定的高度自由落下,并在白纸上留下
球的水印。再将印有水印的白纸铺在台秤上,将球放在纸上的水印中心,缓慢地向下压
球,使排球与纸接触部分逐渐发生形变直至刚好遮住水印,记下此时台秤的示数,即为
冲击力最大值。下列物理学习或研究中用到的方法与该同学的方法相同的是( )
A(建立“合力与分力”的概念 B(建立“点电荷”的概念
C(建立“瞬时速度”的概念 D(研究加速度与合力、质量的关系 17.物理学中研究问题有多种方法,有关研究问题的方法叙述错误的是( ) ((
A.在现实生活中不存在真正的质点,将实际的物体抽象为质点是物理学中一种重要的科
学研究方法
B.探究加速度a与力F、质量m之间的关系时,保持m恒定的情况下,探究a与F的
关系, 采用的是控制变量法
C.电场强度的定义式,采用的是比值法
D.伽利略比萨斜塔上的落体实验,采用的是理想实验法
18(如图,在“探究弹性势能的表达式”的活动中,为计算弹簧弹力所做的功,把拉伸弹簧的过程分为很多小段,拉力在每小段可以认为是恒力,用各小段做功的代数和代表弹力在整个过程所做的功,物理学中把这种研究方法叫做“微元法”。下列几个实例中应用到这一思想方法的是( )
A(在不需要考虑物体本身的大小和形状时,用点来代替物体,即质点 B(一个物体受到几个力共同作用产生的效果与某一个
力产生的效果相同,这个力叫做那几个力的合力
C(在推导匀变数直线运动位移公式时,把整个运动过
程划分成很多小段,每一小段近似看作匀速直线运动,
然后把各小段的位移相加
D(在探究加速度与力、质量之间关系时,先保持质量不变探究加速度与力的关系,再保持力不变探究加速度与质量的关系
19(意大利科学家伽利略在研究物体变速运动规律时,做了著名的“斜面实验”,他测量了铜球在较小倾角斜面上的运动情况,发现铜球做的是匀变速直线运动,且铜球加速度随斜面倾角的增大而增大,于是他对大倾角情况进行了合理的外推,由此得出的结论是:
A ( 自由落体运动是一种匀变速直线运动
B (力是使物体产生加速度的原因
C (力不是维持物体运动的原因
范文四:物理学史物理学研究方法
一、选择题(本题共70道小题,每小题0分,共0分)
A. 丹麦物理学家奥斯特发现了电磁感应现象
B. 英国物理学家法拉弟发现了电流周围存在磁场
C. 法国物理学家安培用分子电流假说解释了磁体产生磁场的原因
D. 荷兰物理学家惠更斯提出了惠更斯原理,解释了波的反射和折射现象
2. 在物理发展的过程中,很多科学家进行了无穷的探索和研究,对物理学的发展产生了深远的影响。下列有关物理发展的历史,说法正确的是:
A 、开普勒研究第谷的行星观测记录,得出行星运动的轨道是圆。
B 、伽利略的理想斜面实验已经显现了能量概念的萌芽。
C 、十九世纪中叶德国科学家赫兹为了证明麦克斯韦的电磁波理论,制造了一套能够发射和接收电磁波的装置,用实验证明了电磁波的存在。
D 、奥斯特一生致力于交流电的研究,是让交流电进入实用领域的主要推动者。
3. 下列关于物理学发展史和单位制的说法正确的是:
A .美国物理学家密立根经过多次实验,比较准确地测定了电子的电荷量
B .卡文迪许通过扭秤实验测量了静电力常量,并验证了库仑定律
C .力学中的三个基本单位是:千克、米、牛顿
D .功的单位可以用 kg·m2/s2 表示
4. 了解物理规律的发现过程,学会像科学家那样观察和思考,往往比掌握知识本身更重要。以下符合事实的是( )
A .伽利略通过“理想实验”得出“力是维持物体运动的原因”
B .牛顿建立了万有引力定律,并测出了万有引力常量
C .奥斯特发现了电流的磁效应,使人们突破了对电与磁认识的局限性
D .楞次发现了电磁感应现象,使人们对电与磁内在联系的认识更加完善
5. 在电磁学发展的历程中一些物理学家做出了重要贡献,以下说法中符合实际的是
A. 库仑发现了电流周围有磁场
B 奥斯特研究电场性质时引入了电场线概念
C. 欧姆通过多次实验发现了在一段电阻电路里电流与电压的定量关系
D ,法拉第与愣次同时发现了感应电动势与磁通量的变化率成正比
6. 下列说法不符合物理学史实的是( )
A. 库仑通过扭秤实验发现了库仑定律
B. 奥斯特最早发现电流周围存在磁场
C. 在研究电磁现象时,安培引入了“场”的概念
D. 伽利略通过理想实验,说明物体的运动不需要力来维持
7. (单选)在物理学发展的过程中,许多物理学家的科学发现推动了人类历史的进步。在对以下几位物理学家所作科学贡献的叙述中,正确的说法是( )
A .爱因斯坦创立了“日心说” B.哥白尼提出了“地心说”
C .伽利略发现了行星运动定律 D.牛顿总结出了万有引力定律
8. (单选)许多科学家在物理学发展过程中做出了重要贡献,下列叙述中符合物理学史实
的是( )
A . 奥斯特发现了电流的磁效应,总结出了电磁感应定律
B .牛顿提出了万有引力定律,通过实验测出了万有引力恒量
C.法拉第发现了电磁感应现象,总结出了电磁感应定律
D.伽利略通过理想斜面实验,提出了力是维持物体运动状态的原因
9. (单选)16世纪末,伽利略用实验和推理,推翻了已在欧洲流行了近两千年的亚里士多德关于力和运动的理论,开启了物理学发展的新纪元。在以下说法中,与亚里士多德观点相反的是( )
A. 四匹马拉的车比两匹马拉的车跑得快;这说明,物体受的力越大,速度就越大
B. 一个运动的物体,如果不再受力了,它总会逐渐停下来;这说明,静止状态才是物体不受力时的“自然状态”
C. 两物体从同一高度自由下落,较重的物体下落较快
D. 一个物体维持匀速直线运动,不需要力
10. (单选)许多科学家在物理学发展过程中作出了重要贡献( )
A. 库仑利用库仑扭秤研究带电体的相互作用,总结出了库仑定律
B. 法拉第发现了电流的磁效应
C. 牛顿提出了万有引力定律,并通过实验测出了万有引力常量
D. 伽利略、爱因斯坦等科学家对牛顿第一定律的得出作出过重要的贡献
11. 在物理学发展的过程中,许多物理学家的科学研究推动了人类文明的进程.在对以下几
位物理学家所作科学贡献的叙述中,下列说法错误的是 ..
A .在对自由落体运动的研究中,伽利略猜想运动速度与下落时间成正比,并直接用实验进行了验证
B .牛顿应用“理想斜面实验”推翻了亚里士多德的“力是维持物体运动的原因”观点
C .胡克认为只有在一定的条件下,弹簧的弹力才与弹簧的形变量成正比
D .亚里士多德认为两个从同一高度自由落下的物体,重物体与轻物体下落一样快
12. (单选)关于物理学史,下列说法正确的是( )
A .牛顿发现了万有引力,并测出了万有引力常量
B .牛顿发现了万有引力,卡文迪许测出了万有引力常量
C .卡文迪许发现了万有引力,牛顿测出了万有引力常量
D .卡文迪许发现了万有引力,并测出了万有引力常量
13. (多选)长期以来,在研究物体运动原因的过程中,人们的经验是:要使一个物体运动,必须推它或者拉它。因此,人们直觉地认为,物体的运动是与推拉等行为相联系的,如果不再推、拉,原来的运动便停下来。关于物体运动原因的结论正确的是
A.亚里士多德认为:必须有力作用在物体上,物体才能运动
B.伽利略认为:力不是维持物体运动的原因
C.笛卡尔指出:如果运动中的物体没有受到力的作用,不停下来也不偏离原来的方向
D.牛顿提出:-切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态,除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态
14.
在力学理论建立的过程中,有许多伟大的科学家做出了贡献。关于科学家和他们的贡献,下列说法正确的是( )
A. 伽利略发现了行星运动的规律
B. 卡文迪许通过实验测出了引力常量
C. 牛顿最早指出力不是维持物体运动的原因
D. 力的国际制单位“牛顿”是根据牛顿第二定律定义的
15. (单选)历史上首先正确认识力和运动的关系,批驳“力是维持物体运动的原因”观点的物理学家是:
A .伽利略 B.牛顿 C.笛卡儿 D.亚里士多德
16. 下列说法符合物理学史实的是( )
A .牛顿发现了行星运动的规律
B .奥斯特发现了电流的磁效应
C .伽利略通过理想实验,说明物体的运动不需要力来维持
D .安培提出了分子电流假说
17. 许多科学家在物理学发展过程中作出了重要的贡献,下列说法符合物理学史实的是
A.牛顿发现了万有引力定律,并通过实验测出引力常量
B.奥斯特发现了电流的磁效应,并得出电磁感应定律
C.伽利略通过实验,为牛顿第一定律的建立奠定基础
D.哥白尼提出了日心说,并发现行星沿椭圆轨道运行的规律
18. 许多科学家在物理学发展过程中做出重要贡献,下列叙述中符合物理学史的是
A.卡文迪许通过扭秤实验,总结并提出了真空中两个静止点电荷间的相互作用规律
B.爱因斯坦首先提出量子理论
C.牛顿提出了万有引力定律,并通过实验测出了万有引力常量
D.法拉第经过多年的实验探索终于发现了电磁感应现象
19. (单选)以下说法正确的是( )
验法、极限思想法、类比法、建立物理模型法等等.以下关于所用物理学研究方法的叙述不正确的是( )
A .牛顿发现万有引力定律并精确测出了引力常量,“笔尖下行星”即海王星就是根据万有引力定律发现的
B .根据速度的定义式,当Δt 非常小时,就可以表示物体在t 时刻的瞬时速度,该定义运用了极限思维法。
C .伽利略首先建立了平均速度,瞬时速度,以及加速度等描述运动的基本概念
D .法拉第最早提出电荷周围产生电场观点
22. (单选)在物理学史上,通过“理想实验”推翻“力是维持物体运动的原因”这个观点的物理学家和建立惯性定律的物理学家分别是( )
A.亚里士多德、伽利略 B.伽利略、牛顿
C.牛顿、爱因斯坦 D.爱因斯坦、亚里士多德
23. 下列说法叙述正确的是 ( )
A .牛顿发现了万有引力定律 B.库仑通过实验测出了元电荷的带电量
C .伽利略发现了行星运动的规律 D .奥斯特发现了电磁感应定律
24. 了解物理规律的发现过程,学会像科学家那样观察和思考,往往比掌握知识本身更重要.以下符合史实的是( )
A .焦耳发现了电流热效应的规律
B .库仑总结出了点电荷间相互作用的规律
C .楞次发现了电流的磁效应,拉开了研究电与磁相互关系的序幕
D .牛顿将斜面实验的结论合理外推,间接证明了自由落体运动是匀变速直线运动
25. 自然界的电、热和磁等现象都是相互联系的,很多物理学家为寻找它们之间的联系做出了贡献.下列说法正确的是( )
A .奥斯特发现了电流的磁效应,揭示了电现象和磁现象之间的联系
B .欧姆发现了欧姆定律,说明了热现象和电现象之间存在联系
C .法拉第发现了电磁感应现象,揭示了磁现象和电现象之间的联系
D .焦耳发现了电流的热效应,定量给出了电能和热能之间的转换关系
26. 许多科学家在物理学发展的过程中都做出了重要贡献,下列表述正确的是( )
A .牛顿总结出了万有引力定律并测出了引力常量,被后人称为称出地球的第一人
B .亚里士多德通过理想实验提出力并不是维持物体运动的原因
C .安培总结出了真空中两个静止点电荷之间的相互作用规律
D .开普勒总结出太阳系行星运动的三大规律
27. 下列说法符合物理学史的是
A. 伽利略认为力不是维持物体运动的原因
B. 牛顿成功地测出了万有引力常量
C. 亚里士多德认为物体下落的快慢与物体的轻重无关
D. 哥白尼提出了日心说并发现了行星沿椭圆轨道运行的规律
28. 下列说法符合物理学史的是
A. 伽利略认为力不是维持物体运动的原因
B. 牛顿成功地测出了万有引力常量
C. 亚里士多德认为物体下落的快慢与物体的轻重无关
D. 哥白尼提出了日心说并发现了行星沿椭圆轨道运行的规律
29. 了解物理规律的发现过程,学会像科学家那样观察和思考,往往比掌握知识本身更重要。以下符合事实的是( )
A .伽利略通过“理想实验”得出“力是维持物体运动的原因”
B .牛顿建立了万有引力定律,并测出了万有引力常量
C .奥斯特发现了电流的磁效应,使人们突破了对电与磁认识的局限性
D .楞次发现了电磁感应现象,使人们对电与磁内在联系的认识更加完善
30. 在物理学发展的过程中,有许多伟大的科学家做出了突出贡献。关于科学家和他们的贡献,下列说法正确的是
A .英国物理学家焦耳在热学、电磁学等方面做出了杰出贡献,成功地发现了焦耳定律
B .德国天文学家开普勒对他导师第谷观测的行星数据进行多年研究,得出了万有引力定律
C .英国物理学家卡文迪许利用卡文迪许扭秤首先较准确的测定了静电力常量
D .古希腊学者亚里士多德认为物体下落快慢由它们的重量决定,伽利略在他的《两种新科学的对话》中利用逻辑推断使亚里士多德的理论陷入了困境
31. 物理学家通过艰辛的实验和理论研究探究自然规律,为人类的科学做出了巨大贡献,值得我们敬仰。下列描述中符合物理学史实的是( )
A .开普勒发现了行星运动三定律,从而提出了日心学说
B .牛顿发现了万有引力定律但并未测定出引力常量G
C .奥斯特发现了电流的磁效应并提出了分子电流假说
D .法拉第发现了电磁感应现象并总结出了判断感应电流方向的规律
32. 下列说法中正确的是
A .奥斯特发现了电流的磁效应,并发现了电磁感应现象
B .库仑提出了库仑定律,并最早用实验测得元电荷e 的数值
C .牛顿发现了万有引力定律,并通过实验测出了引力常量
D .法拉第发现了电磁感应现象,并制造了世界上第一台发电机
33. 下列说法正确的是
A .法拉第首先总结出磁场对电流作用力的规律
B .伽利略认为在同一地点,重的物体和轻的物体下落快慢不同
C .在现实生活中不存在真正的质点,将实际的物体抽象为质点是物理学中一种重要的科学研究方法
D .电场是人们为了了解电荷间的相互作用而引入的一种并不真实存在的物质
34. 许多科学家在物理学发展过程中做出了重要贡献,下列表述正确的是
A. 亚里士多德发现了力是改变物体运动状态的原因
B. 焦耳发现了电流的热效应,定量给出了电能和热能之间的转换关系
C. 牛顿通过实验测出了引力常量的数值
D. 法拉第发现了磁场对运动电荷的作用规律
35. 学习物理除了知识的学习外,还要了解物理学家对物理规律的发现,领悟并掌握处理物理问题的思想与方法.关于以上两点下列叙述正确的是
A.奥斯特发现了电流的磁效应,揭示了电与磁的联系
B.库仑提出了用电场线描述电场的方法
C.用点电荷来代替实际带屯体是采用了理想模型的方法
D.在验证力的平行四边形定则的实验中使用了控制变量的方法
36. 下列说法符合物理学史实的是
A.开普勒发现了万有引力定律 B.伽利略首创了理想实验的研究方法
C.卡文迪许测出了静电力常量 D.奥斯特发现了电磁感应定律
37. 下列表述正确的是
A.牛顿利用理想斜面实验说明了力不是维持物体运动的原因
B.卡文迪许在实验室通过几个铅球之间万有引力的测量,较准确得出了引力常量
C.奥斯特发现了电流周围存在着磁场
D.麦克斯韦通过对电磁感应现象的研究总结出了电磁感应定律
38. 物理学家勇于创新、实事求是的科学态度、科学思想和方法,始终激励着我们。以下说法符合物理史实的是
A.洛伦兹发现了磁场对运动电荷的作用规律
B.奥斯特通过实验发现了电流能产生磁场
C.亚里士多德发现了力是改变物体运动状态的原因
D.牛顿通过扭秤实验测出了万有引力常量
39. 在物理学发展的过程中,有许多伟大的科学家做出了突出贡献。关于科学家和他们的贡献,下列说法正确的是
A.开普勒对第谷观测的行星数据进行多年研究,得出了万有引力定律
B.焦耳在热学、电磁学等方面做出了杰出贡献,成功地发现了焦耳定律
C.法拉第发现了由磁场产生电流的条件和规律——电磁感应定律
D.安培发现电流可以使周围的小磁针发生偏转
40. 许多科学家对物理学的发展作出了巨大贡献,也创造了许多物理学方法,如理想实验法、控制变量法、极限思想法、建立物理模型法、类比法和科学假说法等等。以下关于物理学史和所用物理学方法的叙述正确的是
A .卡文迪许巧妙地运用扭秤实验,用了放大法成功测出静电力常量的数值
B .牛顿为了说明力不是维持物体运动的原因用了理想实验法
C .在不需要考虑物体本身的形状和大小时,用质点来代替物体的方法叫假设法
D .在推导匀变速直线运动位移公式时,把整个运动过程划分成很多很多小段,每一小段近似看作匀速直线运动,然后把各小段的位移相加之和代表物体的位移,这里采用了微元法
41. 学习物理除了知识的学习外,还要领悟并掌握处理物理问题的思想与方法。下列关于物理学中的思想方法叙述正确的是
A .在探究加速度与力、质量的关系实验中使用了理想化模型的思想方法
B .伽利略在研究自由落体运动时采用了控制变量的方法
C .在探究求合力方法的实验中使用了微元法
D .伽利略在研究力与运动关系时利用了理想实验法
42. 学习物理除了知识的学习外,还要领悟并掌握处理物理问题的思想与方法。下列关于物理学中的思想方法叙述正确的是
A .在探究加速度与力、质量的关系实验中使用了理想化模型的思想方法
B .伽利略在研究自由落体运动时采用了控制变量的方法
C .在探究求合力方法的实验中使用了微元法
D .伽利略在研究力与运动关系时利用了理想实验法
43. 伽利略对自由落体运动的研究,是科学实验和逻辑推理的完美结合.伽利略先用斜面进行实验研究,获得匀变速直线运动的规律,然后将此规律合理外推至倾角为90° ——自由落体的情形,如图所示.对伽利略研究过程的理解,下列说法正确的是
A .图中所示的情形均为真实的实验过程
B .图中所示的情形均为理想的实验过程
C .利用斜面“放大”重力的作用,使实验现象更明显
D .利用斜面“冲淡”重力的作用,便于测量实验数据
44. 关于物理学研究方法,以下说法正确的是( )
A . 在用实验探究加速度、力和质量三者之间的关系时,采用控制变量法
B . 伽利略用来研究力和运动关系的斜面实验是一个理想实验
C . 物理学中的“质点”、“点电荷”等都是理想模型
D . 物理中所有公式都是用比值定义法定义的
45.(单选) 学习物理除了知识的学习外,还要领悟并掌握处理物理问题的思想与方法.下列关于物理学中的思想方法叙述正确的是( )
A .在探究求合力方法的实验中使用了等效替代的思想
B .伽利略在研究自由落体运动时采用了微元法
C .在探究加速度与力、质量的关系实验中使用了理想化模型的思想方法
D .法拉第在研究电磁感应现象时利用了理想实验法
46.(单选) 伽俐略对运动的研究,不仅确立了许多用于描述运动的基本概念,而且创造了一套对近代科学的发展极为有益的科学方法,或者说给出了科学研究过程的基本要素.关于这些要素的排列顺序应该是
A. 提出假设→对现象的观察 →运用逻辑得出推论→用实验检验推论→对假说进行修正和推广
B. 对现象的观察→提出假设→运用逻辑得出推论→用实验检验推论→对假说进行修正和推广
C. 提出假设→ 对现象的观察→对假说进行修正和推广→运用逻辑得出推论→用实验检验推论
D. 对现象的观察→提出假设→运用逻辑得出推论→对假说进行修正和推广→用实验检验推论
47.(单选) 关于物理学研究的方法, 以下说法错误的是
A 、在用实验探究加速度、力和质量三者之间的关系时,应用了控制变量法
B 、在利用速度-时间图象推导匀变速直线运动的位移公式时,使用的是微元法
C 、用点电荷代替带电体, 应用的是模型法
D 、伽利略在利用理想实验探究力和运动的关系时,使用的是实验归纳法
48. 在物理学的重大发现中科学家们创造出了许多物理学研究方法,以下关于所用物理学研究方法的叙述不正确的是( )
A. 在不需要考虑物体本身的大小和形状时,用质点来代替物体的方法叫假设法
B. 根据速度定义式
度,该定义应用了极限思想方法
C. 在探究加速度、力和质量三者之间的关系时,先保持质量不变研究加速度与力的关系,再保持力不变研究加速度与质量的关系,该实验应用了控制变量法
D. 在推导匀变速直线运动位移公式时,把整个运动过程划分成很多小段,每一小段近似看作匀速直线运动,然后把各小段的位移相加,这里采用了微元法
49. 某同学通过以下步骤测出了从一定髙度落下的排球对地面的冲击力:将一张白纸铺在水平地面上,把排球在水里弄湿,然后让排球从规定的高度自由落下,并在白纸上留下球的水印。再将印有水印的白纸铺在台秤上,将球放在纸上的水印中心,缓慢地向下压球,使排球与纸接触部分逐渐发生形变直至刚好遮住水印,记下此时台秤的示数,然后根据台秤的示数算出冲击力的最大值。该同学所用的研究方法(或思想)是
A .等效替代 B.极限思想 C.比值定义 D.理想化模型
50. (单选)关于科学研究方法,以下说法不正确的是( )
A.利用速度一时间图象推导匀变速直线运动的位移公式时,使用了微元法
B.在探究加速度与力、质量三者关系的实验中,应用了控制变量法
C.电场力做功可以与重力做功类比,两种力做功都与路径无关 v =?x ?x ?t ,当?t 非常非常小时,?t 就可以表示物体在t 时刻的瞬时速
D.法拉第在研究电磁感应现象时,利用了理想实验的方法
51. (单选)在物理学的发展过程中,科学的物理思想与方法对物理学的发展起到了重要作用,下列关于物理思想和方法说法不正确的是 ( )
A. 质点和点电荷是同一种思想方法
B. 重心、合力和分力、总电阻都体现了等效替换的思想
C. 伽利略用小球在斜面上的运动验证了速度与位移成正比
D. 加速度、电场强度、电势都是采取比值法定义的物理量
52. (单选)在物理学的发展过程中,科学的物理思想与方法对物理学的发展起到了重要作用,下列关于物理思想和方法说法不正确的是( )
促进了物质生产的繁荣与人类文明的进步,下列说法中正确的是
A .在探究加速度、力和质量三者之间的关系时,先保持质量不变研究加速度与力的关系,再保持力不变研究加速度与质量的关系,该实验采用了假设法
B .在推导匀变速直线运动位移公式时,把整个运动过程划分成很多小段,每一小段近似看作匀速直线运动,然后把各小段的位移相加,这里采用了理想模型法
C .伽利略认为自由落体运动就是物体在倾角为90°的斜面上的运动,再根据铜球在斜面上的运动规律得出自由落体的运动规律,这是采用了实验和逻辑推理相结合的方法
D .开普勒用了多年的时间研究行星的运动规律和科学的数学计算发现了万有引力定律,卡文迪许通过实验测出了引力常量
54. 用比值法定义物理量是物理学中一种常用的方法. 下面四个物理量都是用比值法定义的,其中不是定义式的是
?v q I =?t B.电流强度t A. 加速度
Q F E =k 2B =IL r C. 电场强度 D.磁感应强度a =
55. 在物理学的探索和发现过程中,科学家们运用了许多研究方法,如:理想实验法、控制变量法、极限思维法、建立理想模型法、假设法、类比法、微元法等。以下关于所用研究方法的叙述正确的是:
A .在不需要考虑物体本身的大小和形状时,用质点来代替物体的方法是假设法
v =
B .根据速度定义式?x ?x ?t ,当?t →0时,?t 就可以表示物体在t 时刻的瞬时速度,该
定义运用了极限思维法
C .在探究加速度、力和质量三者之间的关系时,先保持质量不变研究加速度与力的关系,再保持力不变研究加速度与质量的关系,该实验运用了控制变量法
D .在推导匀变速直线运动位移公式时,把整个运动过程划分成很多小段,每一小段近似看作匀速直线运动,再把各小段位移相加,这里运用了微元法
56. (单选)某同学通过以下步骤测出了从一定高度落下的排球对地面的冲击力:将一张白纸铺在水平地面上,把排球在水里弄湿,然后让排球从规定的高度自由落下,并在白纸上留下球的水印。再将印有水印的白纸铺在台秤上,将球放在纸上的水印中心,缓慢地向下压球,使排球与纸接触部分逐渐发生形变直至刚好遮住水印,记下此时台秤的示数即为冲击力的最大值。下列物理学习或研究中用到的方法与该同学的方法相同的是:( )
A .建立“合力与分力”的概念 B.建立“点电荷”的概念
C .建立“瞬时速度”的概念 D.研究加速度与合力、质量的关系
57. (多选)类比是一种典型的物理思想,下列说法中正确的是
A .电磁波可以与机械波类比,它们的传播都需要介质
B .单摆可以与质点类比,两者都是理想化模型
C .摩擦力做功可以与重力做功类比,两种力做功都与路径无关
D .“合力与分力”可以与“平均速度”类比,两者建立概念时均用到“等效替代”方法
58. (多选)类比是一种常用的研究方法。对于直线运动,教科书中讲解了由v-t 图象求位移的方法。请你借鉴此方法分析下列说法,其中正确的是
A .由a-t (加速度-时间)图线和横轴围成的面积可以求出对应时间内做直线运动物体的速度变化量
B .由F-v (力-速度)图线和横轴围成的面积可以求出对应速度变化过程中力做功的功率
C .由F-x (力-位移)图线和横轴围成的面积可以求出对应位移内力所做的功
D .由ω-r (角速度-半径)图线和横轴围成的面积可以求出对应半径变化范围内做圆周运动物体的线速度
59. (多选)在物理学的发展过程中,许多物理学家都做出了重要的贡献,他们也创造出了许多的物理学研究方法,下列关于物理学研究方法的叙述中正确的是
A 理想化模型是把实际问题理想化,略去次要因素,突出主要因素,例如质点、位移等是理想化模型
B .重心、合力和交变电流的有效值等概念的建立都体现了等效替代的思想
E =
C .用比值法定义的物理概念在物理学中占有相当大的比例,例如场强F q ,电容 C =
Q F a =U ,加速度m 都是采用比值法定义的
v =?x ?x
?t ,当?t 非常小时, ?t 就可以表示物体在t 时刻的瞬时速 D.根据速度定义式
度,该定义应用了极限思想方法
60. (单选)下列说法正确的是( )
运动
验证
D . 意大利科学家伽利略在研究运动和力的关系时,提出了著名的斜面实验运B . C . 滑动摩擦力总是阻碍物体的运动 牛顿第一定律是利用逻辑思维对事实进行分析的产物,不可能用实验直接A . 物体如果在相等时间内通过的路程都相等,那么物体的运动就是匀速直线用了理想实验的方法
61. 以下说法正确的是( )
A .利用探究匀速圆周运动向心加速度大小的表达式过程中,应用了极限法
B .卡文迪许在利用扭秤装置测量引力常量时,应用了微元法
C .电场强度、电势、电容、电功的定义均应用了比值定义法
D .“合力与分力”、“磁通量”、“交流电的有效值”的定义均应用了等效替代法
62. 许多科学家对物理学的发展作出了巨大贡献,也创造出了许多物理学方法,如理想实验法、控制变量法、极限思想法、建立物理模型法、类比法和科学假说法等等。以下关于物理学史和所用物理学方法的叙述正确的是
A .卡文迪许测出引力常量用了放大法
B .伽利略为了说明力是维持物体运动的原因用了理想实验法
C .在不需要考虑物体本身的形状和大小时,用质点来代替物体的方法叫假设法
D .在推导匀变速直线运动位移公式时,把整个运动过程划分成很多很多小段,每一小段近似看作匀速直线运动,然后把各小段的位移相加之和代表物体的位移,这里采用了微元法
63. 下列关于物理思想方法的说法中正确的是
A .伽利略否定“力是维持物体运动的原因”利用了理想斜面实验
B .在探究加速度、力和质量三者之间关系时,应用了控制变量法
C .在推导匀变速运动位移公式时,把整个运动过程划分成很多小段,每一小段近似看作匀速直线运动,然后把各小段的位移相加,采用了微元法
D .在不需要考虑物体本身的大小和形状时,用质点来代替物体的方法叫假设法
64. 在物理学建立的过程中,有许多伟大的科学家做出了贡献。关于科学家和他们的贡献,下列说法正确的是
A .英国物理学家法拉第通过实验发现了电场线,并通过实验得出了法拉第电磁感应定律
B .德国天文学家开普勒对他导师第谷观测的行星数据进行多年研究,得出了万有引力定律
C .英国物理学家卡文迪许利用卡文迪许扭秤首先较准确的测定了静电力常量
D .古希腊学者亚里士多德认为物体下落快慢由它们的重量决定,伽利略在他的《两种新科学的对话》中利用逻辑推断使亚里士多德的理论陷入了困境
65. 在力学理论建立的过程中,有许多伟大的科学家做出了贡献。关于科学家和他们的贡献,下列说法正确的是( )
A. 伽利略的理想实验在现实中可以实现
B. 亚里士多德认为:两个不同重量的物体从同一高度下落,重物体下落较快
C. 牛顿最早指出力不是维持物体运动的原因
D. 笛卡尔对牛顿第一定律的建立做出了贡献
66. 许多科学家对物理学的发展作出了巨大贡献,也创造了许多物理学方法,如理想实验法、控制变量法、极限思想法、建立物理模型法、类比法和科学假说法等等。以下关于物理学史和所用物理学方法的叙述正确的是
A. 卡文迪许测出引力常量用了放大法
B. 伽利略为了说明力是维持物体运动的原因用了理想实验法
C. 在不需要考虑物体本身的形状和大小时,用质点来代替物体的方法叫假设法
D. 在推导匀变速直线运动位移公式时,把整个运动过程划分成很多很多小段,每一小段近似看作匀速直线运动,然后把各小段的位移相加之和代表物体的位移,这里采用了微元法
67. 关于物理学的研究方法,下列说法正确的是
A. 把带电体看成点电荷运用了理想化模型的方法
B. 力的平行四边形定则的探究实验中运用了控制变量的方法
C. 伽利略在研究自由落体运动时运用了理想实验的方法
D. 法拉第在发现电磁感应现象的实验中运用了等效替代的方法
68. 学习物理除了知识的学习外,还要领悟并掌握处理物理问题的思想与方法,下列关于物理学中的思想方法叙述正确的是( )
A .在探究加速度与力、质量的关系实验中使用了理想化模型的思想方法
B.伽利略在研究自由落体运动时采用了控制变量的方法
C.在探究求合力方法的实验中使用了微元法
69.(单选题) 比值定义法是物理学中一种常用的方法,下面表达式中不属于比值定义法的是...
( )
A.电流I =q F ?φF B.磁感应强度 B =C .场强E = D.感应电动势E = t IL ?t q
70.(单选) 以下是力学中的三个实验装置,由图可知这三个实验共同的物理思想方法是: ( )
A .极限的思想方法 B .放大的思想方法
C .控制变量的方法 D.猜想的思想方法
试卷答案
1. CD
2.BC
3.AD
4.
5.C
6.C
7.D
8.C
9.D
10.A
11.
【知识点】物理学史.P0
【答案解析】ABD 解析: A、伽利略猜想自由落体的运动速度与下落时间成正比,并未直接进行验证,而是在斜面实验的基础上的理想化推理,故A 错误;B 、伽利略应用“理想斜面实验”推翻了亚里士多德的“力是维持物体运动的原因”观点,故B 错误;C 、胡克认为只有在一定的条件下,弹簧的弹力才与弹簧的形变量成正比,故C 正确;D 、亚里士多德认为两个从同一高度自由落下的物体,重物体下落快,故D 错误;本题选错误的,故选:ABD .
【思路点拨】根据物理学史和常识解答,记住著名物理学家的主要贡献即可.本题考查物理学史,是常识性问题,对于物理学上重大发现、发明、著名理论要加强记忆,这也是考试内容之一.
12. B
牛顿发现了万有引力定律,但引力常量G 无法测出,英国人卡文迪许利用扭秤,才巧妙地测出了这个常量.故B 正确。
故选B 。
13. BCD 解析:A 、伽利略认为:力不是维持物体运动的原因,故A 错误,B 正确;C 、笛卡尔指出:如果运动中的物体没有受到力的作用,不停下来也不偏离原来的方向,故C 正确;D 、牛顿提出:一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态,除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态,故D 正确;故选:BCD .
14.
【知识点】物理学史.P0
【答案解析】BD 解析: A、发现并总结了行星运动的规律是开普勒,而不是伽利略发现的,故A 错误, B、牛顿发现万有引力之后,首先是卡文迪许通过实验测出了引力常量G .故B 正确.C 、伽利略通过理想斜面实验,最早指出力不是维持物体运动的原因.故C 错误.D 、力的国际单位制是根据牛顿第二定律定义的.故D 正确.故选:BD
【思路点拨】本题抓住开普勒发现并总结了行星运动的规律、卡文迪许通过实验测出了引力常量、伽利略最早指出力不是维持物体运动的原因,即可进行解答.解答本题的关键是掌握力学常见的物理学史,了解牛顿、伽利略等等著名科学家的成就.
15. A 解析:物理学中,提出“力是维持物体运动的原因”观点的物理学家是亚里士多德,伽利略最早提出“力不是维持物体运动的原因”,并用斜面实验基础上推理得出:运动的物体在不受外力作用时,保持运动速度不变.故A 正确.故选:A .
16.BCD
17.C
18.D
19. 解:A 、法拉第通过实验发现了在磁场中产生电流的条件,故A 正确;
B 、根据麦克斯韦的电磁场理论,在变化的电场周围一定产生磁场,只有非均匀变化的电场周围才产生变化的磁场;在变化的磁场周围一定产生电场,只有非均匀变化的磁场周围才产生变化的电场.故B 错误;
C 、电场强度是用比值法定义,因而电场强度与电场力、试探电荷的电量无直接关系,故C 错误;
D 、奥斯特发现了电流的磁效应,法拉第发现电磁感应现象,故D 错误;
故选:A .
20. 解:A 、牛顿在伽利略、笛卡儿、开普勒等人研究的基础上,采用归纳与演绎、综合与分析的方法,总结出牛顿运动定律和万有引力定律,建立了完整的经典力学体系,故A 正确;
B 、在建立合力、分力等概念时都用到了等效替代法;而建立质点和点电荷等概念时都用到了理想模型法;故B 错误;
C 、电场强度、电势、电容的定义均采用了比值定义法,故C 正确;
D 、根据速度定义式v=,当△t 非常小时,就可以表示物体在t 时刻的瞬间速度,该定义应用了极限思想法,故D 正确;
本题选不正确的,故选:B .
21.BCD
22.B 解析: 在物理学史上,正确认识运动与力的关系并且推翻“力是维持运动的原因”的物理学家和建立惯性定律的物理学家分别是伽利略和牛顿.故选:B .
23.A
24.AB
25.ACD
26. D
27.A 解析:伽利略认为力不是维持物体运动的原因,选项A 正确;卡文迪许成功地测出了万有引力常量,选项B 错误;亚里士多德认为物体下落的快慢与物体的轻重有关,选项C 错误;哥白尼提出了日心说,开普勒发现了行星沿椭圆轨道运行的规律,选项D 错误。
28.A
29.
30.
31.B
32.D
33.C
34.B
35.AC
36.B
37.BC
38.AB
39.BC
40.D
41.D
42.D
43.D
44.
ABC
45.A
46.B
47.D
48.A
49.A
50. D
51.C 解析: A 、质点及点电荷采用了理想化的物理模型的方法,所以质点和点电荷是同一种思想方法,故A 正确;B 、重心、合力和分力、总电阻都采用了等效替代的思想,故B 正确;C 、伽利略提出了“落体运动的速度v 与时间t 成正比”的观点,不是速度跟位移成正
比,故C 错误;D 、加速度、电场强度、电势都是采取比值法定义的物理量.故D 正确;本题选错误的,故选:C .
52. 解:A 、质点及点电荷采用了理想化的物理模型的方法,所以质点和点电荷是同一种思想方法,故A 正确;
B 、重心、合力和分力、总电阻都采用了等效替代的思想,故B 正确;
C 、伽利略提出了“落体运动的速度v 与时间t 成正比”的观点,不是速度跟位移成正比,故C 错误;
D 、加速度、电场强度、电势都是采取比值法定义的物理量.故D 正确;
本题选错误的,故选:C .
53.C 。A 答案中的实验是采用了控制变量法,A 错;B 选项的研究方法是“微元法”.B 错;伽利略认为自由落体运动就是物体在倾角为90°的斜面上的运动,再根据铜球在斜面上的运动规律得出自由落体的运动规律,这是采用了实验和逻辑推理相结合的方法,正确,C 对;D 选项是是牛顿发现了万有引力定律,卡文迪许通过实验测出了引力常量 ,D 错;故选择C 答案。
54.C
55.BCD
56.A
57.BD
58.AC
59.BD
60. 解:A 、物体如果在相等时间内通过的路程都相等,那么物体的速度大小不变,但方向可以改变,如匀速圆周运动,故A 错误;
B 、滑动摩擦力总是阻碍物体间的相对运动,与运动方向可以同向、反向、不共线,故B 错误;
C 、D 、不受力的实验只能是理想实验,是无任何实验误差的思维实验,严格来说“不受力”的条件真实实验不能满足,只能靠思维的逻辑推理去把握,故牛顿第一定律是不可以通过实验直接得以验证的,故C 正确,D 正确;
故选:CD .
61.A
62.AD
B 项说法错误,伽利略为了说明力不是维持物体运动的原因用了理想实验法,质点是一个理想化的物理模型,C 项错,AD 符合题意,选项AD 正确。
63.ABC
64.D
65.BD
亚里士多德认为:力是维持物体运动的原因,两个不同重量的物体从同一高度下落,重物体下落较快,B 正确;伽利略在对力和运动的研究中设想了理想斜面实验,否定了亚里士多德力是维持物体运动原因的理论,将实际实验现象合理外推,开创了将实验和逻辑推理结合起来的研究方法,由于摩擦阻力不能完全消除,理想实验在现实中不可以实现,A 、C 错误;伽利略、笛卡尔等科学家对牛顿第一定律的建立做出了贡献,故D 正确.
66.AD
卡文迪许测出引力常量用了放大法,A 正确;伽利略不考虑空气阻力,采用了理想模型的方法说明力不是维持物体运动的原因,B 说法错误;质点是理想化的物理模型,故C 错误; 在探究匀变速运动的位移公式时,采用了微元法将变速运动无限微分后变成了一段段的匀速运动,即采用了微元法;故D 正确.
67.A
68.D 69. D
70.b
范文五:关于物理学中蕴含的学科思想和研究物理学的基本方法 .doc
关于物理学中蕴含的学科思想和研究物理学的基本方法
导读:物理学和思想方面的论文怎么写。此篇物理学中蕴含的学科思想和研究物理学的基本方法 优秀范文供大学生们写作这类毕业论文参考阅读,希望文章中某综合素质论文范文会对你的论文写作能有帮助。
雷顺童
每一个时代的理论思维,都是一种历史产物,不的时代具有非常不的形式,而具有不的内容.随着新课程改革的推广,培养学生的能力,特别是学生的创新能力,越来越引起教育工的高度重视.教学过程由原来的教师教什,学生学什,逐渐向自主、合作、探究的学习过程转变,也是说教学过程应该而且必须成为教师的组织引导下,学生通过自主、合作、探究知识,发展潜能,形成科学的世界观、人生观和价值观的过程.此门学科应该重视学科思想和方法的渗透,果一个人具备了相应的学科思想,获得了学科研究的方法,会具备创新的能力和终身学习的动力.物理学其发展而言,与数学、哲学、化学、艺术等有着密切的联系,而蕴含着丰富的学科思想和方法.
一、物理教学中蕴含的学科思想
1。物理学中蕴含的哲学思想
物理学和哲学相互促进相互发展,物理学为哲学思想的建立提供了事实依据,哲学对物理学的发展具有指导作用.物理学的教学过程是以观察和试验为基础,进行科学的分析和抽象,归纳得到规律性的认识,然后再把规律运用到实践中去,正是实践理论再实践的辩证唯物主义的认识论.
2。物理教学要使学生树立辩证的思想,学会一分为二的看问题
物理学毕竟与哲学不,教学中不能刻意去追求,应该蕴辩证法于教学过程中.教学《导体和绝缘体》一节时,教师一开始以创设情景设置下疑问:能否用塑料做导线的芯,然后指导学生围绕这一问题进行实验,研究哪些物体容易导电,哪些物体不容易导电.从而学生把物体分成两类:导体和绝缘体.此时要提示学生课堂本篇关于物理学中蕴含的学科思想和研究物理学的基本方法 论文范文综合参考评定下度:优秀选题一开始提出的疑问,学生自然会明白塑料是绝缘体,不能做导线的芯.然后教师演示玻璃达到红炽状态导电的实验,得出绝缘体和导体没有绝对界限,条件改变了绝缘体以导电了,再问塑料能否做导线的芯,学生自然有了更深的认识.再介绍压电陶瓷、导电塑料等新型的导电材料.这样潜移默化中渗透了辩证的
思想,而且还能激发学生强烈的求知欲,有助于学生创新思维的培养.
3。对立统一规律是宇宙中的根本规律,也必然存于许多物理过程中,此中学物理教学过程中要注重渗透这一观点例关于水的蒸发,其实质是水的液气两态的转变过程,既存着水转变成水蒸气的过程,又时存着水蒸气转变成水的过程,果前者占优势,则水转变为水蒸气,果后者占优势,则水蒸气转变成为水.果两种过程呈均衡势,则系统中水和水蒸气共存,且处于动态平衡中.再作用力和反作用力,也体现着对立统一规律.果学生具备了这一思想,会正确认识力的作用是相互的.教学过程中果只简单的讲授知识,而不去挖掘其蕴含的对立统一规律,无法使学生领会到物理现象发展和变化的过程.忽略了过程只看结果,违背了物理学的认知规律.
4。事物是普遍联系的这一哲学思想,推动了物理学的研究与发展,哲学的思想对物理学的研究起着指导作用
例:冥王星的发现是基于万有引力定律,定律认为力的作用是相互的,事物间是普遍联系的,当科学家们观测到海王星的实际运行轨道与用万有引力定律计算出的轨道不符时,大胆推测了太阳系还存着第九颗星星.再:能量守恒定律的学习,空中匀速下降的降落伞,竖直下落的乒乓球,最后都静止地面上,他们的机械能都消失了,基于事物是普遍联系的认识,能知道能量以相互转化的规律.
二、研究物理教学的基本方法
观察和实验是研究物理学的基本方法.物理学是一门以实验为基础的学科.观察和实验是获得感性材料,探索物理规律,认识物理世界的基本手段,也是检验物理理论真理性的唯一标准.观察,主要是指人们对于物理现象自然发生的条件下或者有目的的实验下,进行考察分析的一种方法.伽利略观察教堂里的挂灯,随风摆动的等时性而发明了钟摆牛顿为观察自由落体,而发现了万有引力居里夫人锲而不舍的观察实验,而发现了镭的放射性.观察不应该是无目的的,而应该是有意识的、长久的、借助仪器和工具进行的.观察中还应该排除干扰,发现现象后的本质规律.观察有了收获应该用实验去验证.实验是借助科学仪器和设备,甚至自制造仪器,设法控制或者模拟物理现象或者过程,有利的条件下研究物理规律的方法.而物理实验中最常用的思维和研究方法是控制变量法.谓控制变量法是研究一个素与多个变量间的关系时,有意控制其中一些变量固定不变,研究其中一个变量与素的关系,例研究影响电阻大的素时,电阻与导体的材料、粗细和长度有关,果我们研究电阻与材料的关系,以有意识的控制导线的粗细和长度.即以取相粗细、样长度的铜线和镍铬合金线来进行实验.果学生掌握了这物理学和思想综合素质论文范文
种基本的方法,对于提高实验操作能力,有很大的帮助和促进作用.
本篇文章原创出处:shuoshilunargin-top: 5px;margin-right: 10px;text-
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个物理规律的发现都不是一帆风顺的,科学家们不知道做了多少次
实验,品尝过多少次失败.失败成功母.学生养成了良的实验习惯和一
丝不苟的工作作风,也许会将来的某一次实验中为不放过一个不的
数据而有重大的发现!
诚然,物理学中还蕴涵着很多学科思想.每一种学科思想都对应
着一种方法,只有教与学的过程中渗透这些思想和方法,对学生进
行潜移默化的教育作用,能收到意想不到的效果.学生具备了这些思
想和方法,能真正学会学习.他们会用这些方法指导自的学习,进行
科学研究.
志说过:创新是一个民族进步的灵魂,是一个国家兴
旺发达的不竭动力,渗透学科思想和方法是当今素质教育的要求,
是教育理念的转变,是时代的呼唤!
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