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(dòng)

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(dòng)方向。

二、特殊位置法

把電流或磁鐵轉(zhuǎn)到一個(gè)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。

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(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)，有轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)有阻礙其變化的趨勢，而產(chǎn)生電流或移動(dòng)。

六、轉(zhuǎn)變對象

巧用牛頓第三定律：當(dāng)一個(gè)對象不好受力分析時(shí)，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(shí)，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(shí)，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(dòng)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(shí)，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(shí)只有充分理解概念、定理，靈活運(yùn)用方法，才能解題時(shí)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(dòng)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(huì)科學(xué)的龍頭，關(guān)注社會(huì)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(shí)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(shí)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(dòng)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(gè)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(huì)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(dòng)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(shí)有權(quán)威的科學(xué)家和哲學(xué)家，他的運(yùn)動(dòng)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(dòng)的錯(cuò)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(shí)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(dòng)現(xiàn)象都用經(jīng)典力學(xué)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)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(dòng)是多種多樣的，各種運(yùn)動(dòng)形式是可以相互轉(zhuǎn)化的。從而建立了物質(zhì)運(yùn)動(dòng)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。總之，物理學(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(dòng)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(shí)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(gè)問題已經(jīng)得到解決，他就一定能夠成功?？墒堑谝徊焦ぷ鳎唇⒁恍┛捎脕碜鳛檠堇[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(gè)接著一個(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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(dòng)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(gè)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(dòng)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(dòng)——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(shí)，他依據(jù)的僅僅是光行差現(xiàn)象和斐索實(shí)驗(yàn)這兩個(gè)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(shí)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(dòng)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(gè)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(gè)基本原理外，愛因斯坦還作了另外四個(gè)假定：一是關(guān)于空間的各向同性和均勻性，另外三個(gè)是定義鐘的同步的三個(gè)邏輯性質(zhì)?；舳D的學(xué)生米勒后來指出，另外的四個(gè)假定也是兩個(gè)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(dòng)學(xué)和電動(dòng)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(gè)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(gè)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(gè)死結(jié)后來被亞歷山大大帝用劍砍斷)，開拓了一個(gè)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(dòng)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(shí)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(dòng)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(gè)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(dòng)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(shí)的科學(xué)發(fā)展的形勢下，僅靠個(gè)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(dòng)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(jià)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(gè)漫長的時(shí)期主要是積累材料和歸納材料的時(shí)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(gè)別上升到一般，從經(jīng)驗(yàn)歸納出理論。他比喻說，只要及時(shí)采摘成熟的葡萄，科學(xué)的酒漿就會(huì)源源不斷。到19世紀(jì)，整個(gè)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(gè)時(shí)期的最大成就是牛頓力學(xué)和麥克斯韋的電動(dòng)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(gè)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(shí)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(gè)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(gè)理由來決定他們的立場的。總而言之，這個(gè)時(shí)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€(gè)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(gè)別的科學(xué)部門，已經(jīng)悄悄地透進(jìn)了新時(shí)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(dòng)(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(shí)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(gè)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(shí)，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(shí)，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(gè)所謂公理的基本假定建立起來的?！保╗1]，p.115），他進(jìn)而指出：“適用于科學(xué)幼年時(shí)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(dòng)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(gè)方法論原則從理論上加以論述?？墒?，早在創(chuàng)立狹義相對論時(shí)，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(gè)：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(shí)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(shí)間和質(zhì)量三個(gè)原始概念。赫茲的力學(xué)體系建立在通過科學(xué)家個(gè)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(gè)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(gè)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(huì)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(huì)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(shí)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(shí)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(dòng)的產(chǎn)品”，“我們在所有可能的約定中進(jìn)行選擇時(shí)，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?！?/p>

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(gè)定律被認(rèn)為由實(shí)驗(yàn)充分證實(shí)時(shí)，我們可以采取兩種態(tài)度。我們可以把這個(gè)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)?；蛘撸覀円部梢酝ㄟ^選擇這樣一個(gè)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(shí)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(gè)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(shí)，科學(xué)家應(yīng)充分有發(fā)揮能動(dòng)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(shí)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(gè)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?？墒遣痪茫麖钠绽士说牧孔诱撝锌吹?，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(shí)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(gè)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(shí)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(shí)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(jià)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(shí)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(shí)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(gè)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(gè)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(shí)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(gè)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(shí)，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(gè)個(gè)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(gè)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(gè)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(dòng)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(shí)的自由，它倒多少有點(diǎn)像一個(gè)人在猜一個(gè)設(shè)計(jì)得很巧妙的字謎時(shí)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(gè)字才真正完全解決了這個(gè)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(shí)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(gè)具體結(jié)論，從而構(gòu)成完整的理論體系。但是，評判這個(gè)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(gè)問題作了綱領(lǐng)性的回答([1]，pp．10～11)。他認(rèn)為，第一個(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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(shí)不至于放棄對任何經(jīng)驗(yàn)內(nèi)容的適當(dāng)表示。這個(gè)觀點(diǎn)從來都在選擇和評價(jià)各種理論時(shí)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(jià)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(jià)。

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(shí)日的時(shí)候，“內(nèi)在的完備”標(biāo)準(zhǔn)對于理論的選擇和評價(jià)就一定會(huì)起更大的作用。他還指出，只要數(shù)學(xué)上暫時(shí)還存在著難以克服的困難，而不能確立這個(gè)理論的經(jīng)驗(yàn)內(nèi)涵：邏輯的簡單性就是衡量這個(gè)理論的價(jià)值的唯一準(zhǔn)則，即使是一個(gè)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(shí)，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(gè)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(jià)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(dòng)方向的直徑會(huì)隨速度的增加而收縮)不相容，彭加勒立即發(fā)生了動(dòng)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(jià)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(gè)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(dòng)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(shí)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(gè)被證明是錯(cuò)誤的，它就必須被拋棄，要對它進(jìn)行修改而不摧毀其整個(gè)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(shí)，他一點(diǎn)也不驚奇。要是這件事沒有發(fā)生，他倒會(huì)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(gè)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(jià)。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(shí)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(shí)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(shí)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(shí),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(huì)出什么差錯(cuò)。在講解游標(biāo)卡尺、螺旋測微計(jì)和讀數(shù)顯微鏡時(shí),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(shí)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(shí),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(huì)靈活運(yùn)用。時(shí)常會(huì)碰到學(xué)生每測量一個(gè)數(shù)值,都生搬硬套原理公式進(jìn)行計(jì)算,不會(huì)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(shí),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(shí)出現(xiàn)問題最多的,一是經(jīng)常讀錯(cuò)整圈數(shù),特別是整圈數(shù)與微分套筒接近時(shí)錯(cuò)得更多,如會(huì)把1.975mm讀成2.475mm。二是不使用棘輪而直接轉(zhuǎn)動(dòng)活動(dòng)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(shí)會(huì)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(cuò)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(gè)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(dòng)方向和被測二點(diǎn)間連線要平行;還要防止回程誤差。移動(dòng)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(shí),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(shí)應(yīng)向同一方向轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)鼓使叉絲和各目標(biāo)對準(zhǔn),當(dāng)移動(dòng)叉絲超過了目標(biāo)時(shí),就要多退回一些,重新再向同一方向轉(zhuǎn)動(dòng)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(huì)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(gè)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(shí),雖然之前已經(jīng)講清實(shí)驗(yàn)要領(lǐng),但學(xué)生真正動(dòng)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?！镀胀ㄎ锢韺?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(gè)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(dòng)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(shí)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(huì)在這兩部分用上實(shí)驗(yàn)課一半的時(shí)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(shí)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(cuò)數(shù)據(jù),我們都會(huì)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(gè)運(yùn)動(dòng)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(shí)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(shí)速度。物體做勻加速直線運(yùn)動(dòng)時(shí),由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式可知:v22-v21=2as, v2、v2為物體運(yùn)動(dòng)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(shí)間,t12為滑塊光電門1、2之間的時(shí)間)。要研究各物理量之間是否會(huì)滿足F=ma關(guān)系式,在整個(gè)運(yùn)動(dòng)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(shí)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(gè)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng),當(dāng)滑塊運(yùn)動(dòng)時(shí),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(shí),a與m成反比,當(dāng)m不變時(shí),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(shí),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(shí),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(huì)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(shí)期，在這一時(shí)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(dòng)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(dòng)了其它學(xué)科的發(fā)展，并進(jìn)而對人類社會(huì)的生產(chǎn)時(shí)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(shí)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(huì)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(shí)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(shí)， 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(gè)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(huì)過分。”由此可見，微積分在近代數(shù)學(xué)發(fā)展中的作用。微積分是整個(gè)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(huì)的運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)的事物，描述一種過程的變化。可以說，微積分的創(chuàng)立改變了整個(gè)數(shù)學(xué)世界。微積分的創(chuàng)立，極大的推動(dòng)了數(shù)學(xué)自身的發(fā)展，同時(shí)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(dòng)了其它學(xué)科的發(fā)展

微積分的建立推動(dòng)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(dòng)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(shí)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(dòng)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(dòng)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(gè)意義上說，微積分的創(chuàng)立對人類社會(huì)的進(jìn)步和人類物質(zhì)文明的發(fā)展都有極大的推動(dòng)作用?，F(xiàn)在，在一些金融、經(jīng)濟(jì)等社會(huì)科學(xué)領(lǐng)域，也經(jīng)常運(yùn)用微積分的原理，來研究整個(gè)社會(huì)、整個(gè)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(dòng)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(gè)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(huì)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(huì)作出更大的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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[8] 陳寧. 微積分基本定理——微積分歷史發(fā)展的里程碑[J]. 工科數(shù)學(xué)， 2000， (06).

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(shí)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(huì)，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(dòng)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(dòng)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(dòng)的關(guān)系考察功能原理；第19題，以天體的運(yùn)動(dòng)考察勻速直線運(yùn)動(dòng)；第20題，以靜電場考察力和運(yùn)動(dòng)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(gè)量，一個(gè)促成了受力分析，一個(gè)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(gè)是基于斜面問題的牛頓第二定律的驗(yàn)證和動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(gè)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(gè)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(dòng)模型及其遷移模型的處理上。常見運(yùn)動(dòng)模型及其遷移模型主要有：勻速直線運(yùn)動(dòng)、勻變速直線運(yùn)動(dòng)、拋體運(yùn)動(dòng)（類平拋運(yùn)動(dòng)）、勻速圓周運(yùn)動(dòng)、簡諧運(yùn)動(dòng)（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(dòng)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(dòng)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(gè)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(dòng)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(gè)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(gè)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(dòng)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(shí)，其速度v=1.4m/s，在這個(gè)過程中木楔沒有動(dòng)．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(cuò)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(shí)還要考慮經(jīng)濟(jì)因素。歸納起來有五個(gè)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(dòng)，如果沒有測量精確度的要求，就可以選擇價(jià)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(jià)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(shí)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)條件偏離了參比流動(dòng)條件，就會(huì)給測量帶來附加誤差，偏離參比流動(dòng)條件的因素叫影響量。速度分布的失常，非均相流，脈動(dòng)流和氣穴是影響各種流量計(jì)測量特性的四個(gè)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(dòng)的一個(gè)橫截面積到另一個(gè)橫截面積不會(huì)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(shí)，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(dòng)部件和阻礙流體流動(dòng)的擾動(dòng)件，不會(huì)發(fā)生管道堵塞。可以測量污水、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(xiǎn)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(gè)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(dòng)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(huì)以及個(gè)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(huì)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(gè)光學(xué)的發(fā)展史中對光本質(zhì)這個(gè)問題的認(rèn)識，先是牛頓的微粒說；再是惠更斯的彈性波動(dòng)說；接著麥克斯韋提出電磁波動(dòng)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(gè)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(dòng)的相對性和時(shí)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(dòng)和相對的時(shí)空觀念。相對論指出：相對性原理的本質(zhì)在于運(yùn)動(dòng)的相對性這一事實(shí)，而不存在絕對運(yùn)動(dòng)。相對論否定了絕對運(yùn)動(dòng)的存在，就否定了絕對時(shí)空的概念。它通過不變的光速把時(shí)間和空間聯(lián)合為一個(gè)整體，由洛倫茲變換建立起各個(gè)慣性系之間的時(shí)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(gè)藝術(shù)家眼里簡單是一種美。自然現(xiàn)象錯(cuò)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(dòng)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(gè)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(dòng)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(gè)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(gè)過程，教師要善于把握學(xué)生的具體問題、個(gè)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(dòng)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(dòng)定律》這課時(shí)，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(shí)小球運(yùn)動(dòng)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(shí)，總是保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)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(gè)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(dòng)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(gè)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(shí)，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(gè)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(gè)更大？為什么？如何計(jì)算衛(wèi)星在不同軌道繞地球運(yùn)動(dòng)的速度？運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(lì)學(xué)生大膽思考、主動(dòng)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(lì)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(dòng)或?qū)嶒?yàn)活動(dòng)，參與到學(xué)習(xí)測評與評價(jià)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(dòng)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(lì)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(lì)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(huì)。同時(shí)，要善于引導(dǎo)學(xué)生之間進(jìn)行面對面的溝通和互動(dòng)，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(dòng)》這一知識點(diǎn)時(shí)，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(dòng)的基本原理，即任何一個(gè)力或幾個(gè)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(shí)，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(dòng)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.