牛頓法的基本原理精選(九篇)

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第1篇：牛頓法的基本原理范文

【關鍵詞】物理；安培力；運動

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生的基本原理，掌握安培力產生的特點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、利用結論法5、巧用愣次定律6、轉變對象，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，最后確定運動方向。

二、特殊位置法

把電流或磁鐵轉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)逆時針轉動。

例2、如圖2所示，帶負電的金屬環(huán)繞軸OO′的角速度，ω勻速旋轉，在環(huán)左側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：帶負電的金屬環(huán)旋轉等效為反方向環(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、利用結論法

（1）兩電流相互平行時轉動趨勢，同向電器推進收引，反向電流相互排斥。

（2）兩電流不平行時，有轉動相互平行，且電流方向相同的趨勢，并且通過導線總是沿著最短的路徑，轉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，當線圈內的磁通量發(fā)生變化時有阻礙其變化的趨勢，而產生電流或移動。

六、轉變對象

巧用牛頓第三定律：當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、一固定無限長直導線有電流I，有一固定矩線圈與其共面，如圖5所示，當電流減小時，通電導線的受安培力方向。

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，線框將有向左側磁場更強的區(qū)域運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，這力是由導線施加的，所以通電導線受力向右。

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

第2篇：牛頓法的基本原理范文

關鍵詞：物理學；哲學；經典力學；唯物主義；電磁學

物理學是揭示物質存在與運動規(guī)律的自然科學，是其他學科的基礎和先鋒，歷史上的自然科學就是指物理學。哲學是社會科學的龍頭，關注社會與人生。物理學注重實驗，哲學則更多思辯。然而物理學與哲學有著相同之處，都是在不停地觀察、思考、總結、應用，有著相鋪相成的關系，哲學思想影響和指導著物理學的發(fā)展，而物理學的新發(fā)現(xiàn)又促進新的哲學思想的誕生。

1物理學與哲學的互相交融

物理學從其誕生之時就與哲學緊密相連。因為哲學上的基本問題：我們從哪里來到哪里去？也是物理學家們要解決的問題，他們對未知世界的共同探索誕生了物理學。早期的哲學就是指自然哲學，主要研究與自然界相關的哲學問題，包括人與自然界的關系、自然界的最基本規(guī)律等，這也是物理學所關心的問題。物理學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”（physis）被譯為“自然”，它是研究物質結構、自然現(xiàn)象、運動規(guī)律和探求研究方法的科學。隨著物理學和哲學的進一步發(fā)展，它們研究的重點和方法不同，建立起的科學體系有所不同，從而導致了物理學與哲學的分科，也就是說物理學起源于哲學，是以哲學為基礎發(fā)展起來的不同于哲學的學科。早期很多哲學家都是物理學家，很多物理學家也是哲學家。

2從物理學的發(fā)展看哲學的發(fā)展

根據(jù)物質和意識何為第一性，哲學劃分為唯物主義和唯心主義兩個對立的基本派別。而物理學是注重實驗的學科，當然會堅定地支持唯物主義的觀點。然而根據(jù)所使用的方法論又把唯物主義又分為機械唯物主義和辯證唯物主義。

2.1經典力學與機械唯物主義

力學在公元前就有的物理學分支，因為人類最早接觸的是物體運動和杠桿等問題。16世紀之后，由于航海、生產機戰(zhàn)爭的需要，力學開始大力發(fā)展。十六世紀前，由于亞里士多德是當時有權威的科學家和哲學家，他的運動理論占據(jù)著絕對的統(tǒng)治地位，因此批駁亞里士多德關于運動的錯誤是需要膽識的，伽利略是意大利的哲學家、物理學家和數(shù)學家，他敢于向傳統(tǒng)的權威思想挑戰(zhàn)，他通過一系列的觀察與實驗找出精確的數(shù)量關系，再經過邏輯推理（思辨）得出了正確的落體運動定律。伽利略對物理概念和原理的創(chuàng)新為經典力學的建立奠定了基礎。站在巨人們肩膀上的牛頓，系統(tǒng)地總結了前人的大量工作，經過歸納分析得出了牛頓關于運動的三定律和萬有引力定律。他提出了具有嚴謹邏輯結構的力學體系，使力學成為一門研究物體機械運動基本規(guī)律的學科，從而創(chuàng)立了經典力學。經典力學認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)，這就是機械決定論。顯然經典力學的決定論具有一定的局限性，這種局限性反映在哲學上便是機械唯物主義。

2.2電磁學與辯證唯物主義

靜電現(xiàn)象和靜磁現(xiàn)象的研究雖然始于十七世紀，但電磁學的基本定律都是在十八世紀建立的。人們受到萬有引力規(guī)律的啟示，以實驗現(xiàn)象為基礎，得到了定量規(guī)律──庫倫定律。如果經典力學中的萬有引力定律可借鑒，只靠實驗數(shù)據(jù)的積累，難以快速得到嚴格的庫侖定律。然而隨著電學和磁學的發(fā)展，把所有的物質運動現(xiàn)象都用經典力學的機械運動規(guī)律來解釋，就產生了理論和實驗的尖銳矛盾，因此先人開始思考電和磁是否有聯(lián)系的問題。丹麥物理學家奧斯特信奉康德的哲學，認為自然界各種基本力是可以相互轉化的。他深信電和磁具有對稱性，經過反復的嘗試與實驗，終于發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應。這一發(fā)現(xiàn)引起歐洲科學界的極大興趣，其中畢奧和薩伐爾紛紛仔細研究載流導線對其周圍小磁針的作用，安培研究載流導線之間的相互作用。他們在實驗規(guī)律的基礎上經過抽象，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，他親自做了大量實驗，包括模擬奧斯特和安培的實驗，最終發(fā)現(xiàn)了電磁感應現(xiàn)象。法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應不是偶然的機遇，而是因為他在實驗基礎上做了仔細分析，認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相當于牛頓在經典力學理論做出的貢獻。他和牛頓一樣是站在巨人的肩膀上，看得更遠，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)象歸結為力學體系超距作用的困難，甩掉一切機械論點，借助數(shù)學工具，將已有的電磁現(xiàn)象與規(guī)律進行了歸納綜合，創(chuàng)立了電磁學理論。物理學上的這次突變，使人們認識到物質運動是多種多樣的，各種運動形式是可以相互轉化的。從而建立了物質運動是絕對的而靜止是相對的觀念。這次突變?yōu)檗q證唯物主義觀點的建立提供了強有力的理論基礎。辯證法雖然從斯多葛學派起開始萌芽，在黑格爾那里得到發(fā)展，但真正獲得科學根據(jù)是從物理學發(fā)生第二次突變即熱力學與電磁學的建立之后，這也使得馬克思辯證唯物主義能完整地在科學基礎上建立起來。物理學中體現(xiàn)出的對立統(tǒng)一規(guī)律、由量變到質變規(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與哲學是相互交融相互促進的。物理學的發(fā)展為哲學新思想的建立提供基礎，推動哲學的發(fā)展，而哲學對物理學大廈的建立具有指導意義。

參考文獻：

[1]郭奕玲，沈惠君.物理學史[M].北京：清華大學出版社，1993.

第3篇：牛頓法的基本原理范文

一、理論物理學的重要方法

探索性的演繹法是理論物理學的重要方法。在愛因斯坦看來，理論物理學的完整體系是由概念，被認為對這些概念是有效的基本原理(亦稱基本假設、基本公設、基本定律等)，以及用邏輯推理得到的結論這三者所構成的。因此，理論物理學家所運用的方法，就在于應用那些作為基礎的基本原理，從而導出結論;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出結論。對于其中第二步工作，他在學生時代已得到很好的訓練和準備。因此，如果在某一領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)點的原理，卻具有完全不同的性質。這里并沒有可以學習的和可以系統(tǒng)地用來達到的的方法?？茖W家必須在龐雜的經驗事實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料不到的關系，遠遠超出這些原理依據(jù)的實在的范圍。但是，只要這些用來作為演繹出發(fā)點原理尚未得出，個別經驗事實對理論家是毫無用處的。實際上，單靠一些從經驗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原理之前，他在經驗研究的個別結果面前總是無能為力。

愛因斯坦把物理學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。形成它們的基礎和出發(fā)點的元素，不是用假設造出來的，而是在經驗中發(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)學形式的判據(jù)。熱力學就是這樣力圖用分析的方法，從永動機不可能這一普遍經驗得到的事實出發(fā)，推導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”。但是物理學理論大多數(shù)是構造性的。它們企圖從比較簡單的式體系出發(fā)，并以此為材料，對比較復雜的現(xiàn)象構造出一幅圖像。氣體分子運動論就是這樣力圖把機械的、熱的和擴散的過程都歸結為分子運動——即用分子假設來構造這些過程。當我們說，我們已經成功地了解一群自然過程，我們的思想必然是指，概括這些過程的構造性的理論已經建立起來了。愛因斯坦認為，構造性理論的優(yōu)點是完備，有適應性和明確，原理理論的優(yōu)點則是邏輯上完整和基礎鞏固。([1]，pp．109～110)

相對論就是愛因斯坦自覺地運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果為人津津樂道，而且它所體現(xiàn)出的科學方法的新穎、精湛以及理論的邏輯結構的嚴謹，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)象和斐索實驗這兩個并不充分的實驗材料，著名的二階以太漂移實驗即邁克耳孫-莫雷實驗，對他并沒有直接影響。他主要通過對16歲時想到的“追光”思想實驗的沉思，對經典力學和經典電動力學基礎的深入考察，發(fā)揮了思維的自由創(chuàng)造，提出了兩個基本假設——相對性原理和光速不變原理(美國著名科學史家霍耳頓認為，在狹義相對論中，除了被提高為公設的兩個基本原理外，愛因斯坦還作了另外四個假定：一是關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?；舳D的學生米勒后來指出，另外的四個假定也是兩個基本原理的必然結果，他們不是獨立的假設。 參見文獻[3]，p．196)。然后，他以此為邏輯前提，接二連三地推導出了關于運動學和電動力學的結論，著名的質能關系式是他先前根本沒有料想到的，這些結論大大超出了兩個原理所依據(jù)的實在的范圍。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)厄缶實驗(慣性質量等于引力質量)和升降機思想實驗提出的。

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(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系住，死得無法解開，聲言能解開此死結者，得以結治亞細亞。這個死結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驗，那些使人迷惑不解的單極電機電動勢的“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大師，諸如洛倫茲、彭加勒，卻熱衷于同邁克耳孫-莫雷實驗等以太漂移實驗打交道，迷戀于做出種種構造性假設，建立他們的構造性理論——電子論和電子動力學。例如，洛倫茲1904年的著名論文盡管聲稱是以“基本假設”而不是以“特殊假設”為基礎的論文，但事實上卻包含有11個假設：假設有靜止以太，假設靜止電子是球形的，假設電子的電荷分布是均勻的，假設電子的全部質量都是電磁質量，假設運動電子收縮，假設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，就在于他們運用的是傳統(tǒng)的經驗歸納法，而沒有采用探索性的演繹法。在當時的科學發(fā)展的形勢下，僅靠個別的經驗事實進行歸納，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固然富麗堂皇，但畢竟只是經典物理學的最后的建筑物。它們雖然包羅萬象，可是由于不適應科學發(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發(fā)展的必然趨勢

從文藝復興到19世紀的經典科學，一般稱為近代科學。在科學史上，這個漫長的時期主要是積累材料和歸納材料的時期。與這一科學發(fā)展狀況相適應，產生了經典的科學哲學，它始于弗蘭西斯培根的歸納主義。培根認為，科學的發(fā)展是從個別上升到一般，從經驗歸納出理論。他比喻說，只要及時采摘成熟的葡萄，科學的酒漿就會源源不斷。到19世紀，整個科學一般說來還沒有擺脫這種“原始”狀態(tài)，因而經典科學哲學能夠得以通過穆勒之手發(fā)展成為更完備的經驗論形態(tài)，經驗歸納法依然是正統(tǒng)的科學方法。

在物理學領域，這個時期的最大成就是牛頓力學和麥克斯韋的電動力學。牛頓力學雖則是超越了狹隘經驗論的人類理智的偉大成就，但它又同人們的日常經驗密切相關。力學中的許多概念都比較直觀，可以直接在現(xiàn)實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，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”，實際上卻作了許多假設，他要求人們“必須把那些從各種現(xiàn)象中運用一般歸納法導出的命題看作是完全正確的” 。19世紀的經典物理學也具有現(xiàn)象論和經驗論的特征：它盡量使用那些接近經驗的概念，因而在很大程度上必須放棄基礎的統(tǒng)一性。熱、電、光都用那些不同于力學量的各個狀態(tài)的變數(shù)和物質常數(shù)來描述，至于要在它們的相互關系以及同時間的相互關系中去決定全部變數(shù)的任務，主要只能由經驗來解決。麥克斯韋及其同代人，在這種表示方式中看到了物理學的終極目的，他們想像這個目的只能純粹歸納地從經驗得出，因為這樣所使用的概念同經驗比較接近。從認識論上看，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@個時期的科學家和科學哲學家大都以為，“理論應當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;科學的狀況愈原始，研究者要保留這種幻想就愈容易，因為他似乎是個經驗論者。直至19世紀，許多人還相信牛頓的原則——“我不作假設'——應當是任何健全的自然科學的基礎。”([1]，p．309)

但是，在某些個別的科學部門，已經悄悄地透進了新時代的曙光;尤其是非歐幾何學，它仿佛故意向經驗論示威一樣，以毋庸置辯的方式顯示了理性思維的強大威力和奇妙作用。彭加勒正是在《科學與假設》中通過對非歐幾何學的深入研究以及對經典力學和經典物理學的慎密考察揭示出，科學的基本概念和原理不是經驗的直接歸納，而只能以經驗事實為指導，通過精神的自由活動(其產品即約定)來創(chuàng)造。通過研讀彭加勒的科學哲學著作，尤其是通過創(chuàng)立狹義和廣義相對論的科學實踐，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驗事實。但是，完全撇開這種理論還是那種理論優(yōu)越的問題不談，基本原理的虛構特征卻是完全明顯的，因為我們能夠指出兩條根本不同的原理，而兩者在很大程度上都同經驗相符合。這—點同時又證明，要在邏輯上從經驗推出力學的基本概念和基本假設的任何企圖，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在現(xiàn)展的基本特征的一個良好的例子。初始假設變得愈來愈抽象，離經驗愈來愈遠。另一方面，它更接近一切科學的偉大目標，即要從盡可能少的假設或者公理出發(fā)，通過邏輯的演繹，概括盡可能多的事實。同時，從公理引向經驗事實或者可證實的結論的思路也就愈來愈長，愈來愈微妙。理論科學家在他探索理論時，就不得不愈來愈聽從純粹數(shù)學的、形式的考慮，因為實驗家的物理經驗不能把他提高到最抽象的領域中去。正是科學發(fā)展的這種理論化趨勢，使愛因斯坦認識到：“科學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展。由經驗材料作為引導。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?！保╗1]，p.115），他進而指出：“適用于科學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?？墒?，早在創(chuàng)立狹義相對論時，他就在研究中大膽運用這一科學方法了，并在思想上對它已有比較深刻的認識。促使愛因斯坦大膽運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，其二是當時的物理學現(xiàn)狀使得他不能不那樣做。

在聯(lián)邦工業(yè)大學期間(1896~1900)，愛因斯坦自學了赫茲、玻耳茲曼等科學大師們的著作。赫茲在他的名著《力學原理》(1894)中試圖重構力學，為此他僅利用空間、時間和質量三個原始概念。赫茲的力學體系建立在通過科學家個人的“內在直覺規(guī)律”從經驗引出的公理之上，它能夠導出經驗預言。赫茲認為“內在直覺規(guī)律”的功能像“康德意義上的先驗判斷”一樣，并且聲稱他的力學重構是演繹系統(tǒng)，與牛頓的《原理》(全稱《自然哲學的數(shù)學原理》)有許多相同的風格。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的結論，依據(jù)該結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量概念和“把自然現(xiàn)象追溯到力學的主要定律”的長遠目標，但是赫茲強調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驗材料上預言理論結構，倒不如說在公理和直覺上預言理論結構。

愛因斯坦也自學了玻耳茲曼的《力學講義》(1897)。在該書中，玻耳茲曼把力學作為物理學的核心，愛因斯坦當然不會同意這種看法的。但是，玻耳茲曼重構力學的方法的下述特點，一定會強烈地震撼愛因斯坦敏感的心弦：“恰恰是力學原理的不明晰性，在我看來不是同時以假設的智力圖像為起點而得到的，而是從一開始就以與外部經驗相聯(lián)系的嘗試而得到的?！?[2]，p．127)玻耳茲曼的意思很清楚：力學原理的不明晰，在于經驗歸納，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，力學的發(fā)展已使原理凌駕于經驗材料之上。

彭加勒在《科學與假設》(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)理科學的基礎進行了敏銳的、批判性的審查和分析后得出：幾何學的公理既非先驗綜合判斷，亦非經驗事實，它們原來都是約定。物理學盡管比較直接地以經驗為基礎，但它的一些基本原理也具有幾何學公理那樣的約定特征。例如慣性原理，它不是先驗地支配我們的真理，否則希臘學者早就知道它了，它也不是經驗的事實，因為人們從來也不能用不受外力的物體做實驗，因而無法用實驗證實或否證它。經過最終分析，它們化歸為約定或隱蔽的定義。因此，彭加勒得出結論說：在數(shù)學及其相關的學科中，“可以看出自由約定的特征”;他進而指出：“約定是我們的精神的自由活動的產品”，“我們在所有可能的約定中進行選擇時，要受實驗事實的引導;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的理論后認為，物理學有兩類陳述——原理和定律。定律是實驗的概括，它們相對于孤立的系統(tǒng)而言可以近似地被證實，原理是約定而成的公設，它們是十分普遍的、嚴格真實的，超越了實驗所及的范圍。彭加勒還闡述了約定主義的方法論意義。他說，當一個定律被認為由實驗充分證實時，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?；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，經典力學和經典物理學的六大基本原理(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。在近代科學發(fā)展的早期，弗蘭西斯培根提出了經驗歸納的新方法，這種方法對促進近代科學的發(fā)展起了巨大的作用，但后來卻助長了狹隘經驗事義的盛行。到19世紀，以惠威爾、穆勒為代表的“全歸納派”和以孔德、斯賓塞為代表的實證主義廣為流行，把經驗和歸納視為唯一可能的認識方法。到19世紀末，第二代的實證主義的代表人物馬赫更是揚言要把一切“形而上學的東西”從科學中“排除掉”。另一方面，康德不滿意經驗論的歸納主義的階梯，他把梯子顛倒過來，不是從經驗上升到理論，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(因果關系、必然性、可能性等十二個范疇)去組織后天經驗，以構成絕對可靠的“先驗綜合知識”。彭加勒看到，無論是經驗論還是先驗論，都不能圓滿地說明科學理論體系的特征。為了強調在從事實過渡到原理時，科學家應充分有發(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驗論，又要求擺脫經驗論，它順應了科學發(fā)展的潮流，反映了當時科學界自由創(chuàng)造、大膽假設的要求，在科學和哲學上都有其積極意義。

《科學與假設》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，認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，甚至那些最接近經驗韻概念，從邏輯觀點看來，……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構。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致出正確的輻射壓漲落。愛因斯坦在“自述”中談到了他當時的轉變：“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：不論是力學還是熱力學(除非在極限情況下)都不能要求嚴格有效。漸漸地我對那種根據(jù)已知事實用構造性的努力去發(fā)現(xiàn)真實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

作為科學推理的演繹法，可以說是源遠流長了。早在古希臘時代，著名的哲學家、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)學家歐幾里得，在《幾何原本》中把幾何學系統(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理論體系時雖然運用了歸納法，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)自己的科學研究實踐，順應當時理論科學發(fā)展的潮流，對演繹法作了重大發(fā)展，賦予了新的內容。也許是為了強調他的演繹法與傳統(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?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，明確地闡述了科學理論體系的結構，恰當?shù)刂该髁怂季S同經驗的聯(lián)系問題，充分肯定了約定在建造理論體系時的重要作用。愛因斯坦把科學理論體系分為兩大部分，其一是作為理論的基礎的基本概念和基本原理，其二是由此推導出的具體結論。在愛因斯坦看來，那些不能在邏輯上進一步簡化的基本概念和基本假設，是理論體系的根本部分，是整個理論體系的公理基礎或邏輯前提。它們實際上“都是一些自由選擇的約定”;它們“不能從經驗中抽取出米，而必須自由地發(fā)明出來”([1]，pp．6，315)。談到思維同經驗的聯(lián)系問題時，愛因斯坦說：直接經驗ε是已知的，A是假設或公理，由它們可以通過邏輯道路推導出各個個別的結論S;S然后可以同ε聯(lián)系起來(用實驗驗明)。從心理狀態(tài)方面來說，A是以ε為基礎的。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A。愛因斯坦明確指出：“物理學構成一種處在不斷進化過程中的思想的邏輯體系。它的基礎可以說是不能用歸納法從經驗中提取出來的。而只能靠自由發(fā)明來得到。這種體系的根據(jù)(真理內容)在于導出的命題可由感覺經驗來證實，而感覺經驗對這基礎的關系，只能直覺地去領悟。進化是循著不斷增加邏輯基礎簡單性的方向前進的。為了要進一步接近這個目標，我們必須聽從這樣的事實：邏輯基礎愈來愈遠離經驗事實，而且我們從根本基礎通向那些同感覺經驗相聯(lián)系的導出命題的思想路線，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，詳細地闡述了從感覺經驗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者，也因為哲學上的偏見而妨礙他們對事實做出正確的解釋(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造概念，事實本身能夠而且應該為我們提供科學知識。這種誤解之所以可能，是因為人們不容易認識到，經過驗證和長期使用而顯得似乎同經驗材料直接相聯(lián)系的那些概念，其實都是自由選擇出來的。愛因斯坦認為，物理學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驗的共鳴的理解為依據(jù)的直覺，才能得到這些定律。”([1]，p，102)

為了從經驗材料中得到基本原理。除了通過“以對經驗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”、“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，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驗而言在邏輯上是獨立的。愛因斯坦認為二者的關系并不像肉湯同肉的關系，而倒有點像衣帽間牌子上的號碼同大衣的關系。也正由于如此，從感覺經驗得到基本概念和原理就是一項十分艱巨的工作，這也是探索性的演繹法的關鍵一步。因此，愛因斯坦要求人們“對于承擔這種勞動的理論家，不應當吹毛求疵地說他是‘異想天開';相反，應當允許他有權去自由發(fā)揮他的幻想，因為除此以外就沒有別的道路可以達到目的。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論的探索。”([1]，pp. 262~263)

關于愛因斯坦所說的“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，它倒多少有點像一個人在猜一個設計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，它們包含的客觀實在的內容則不能是任意的。這就是作為反映客觀實在的人類理智結晶的科學之客觀性和主觀性的統(tǒng)一。誠如愛因斯坦所說：“科學作為一種現(xiàn)存的和完成的東西，是人們所知道的最客觀的，同人無關的東西。但是，科學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“內在的完備”作為評判理論體系的合法性和正確性的標準之一。在愛因斯坦看來，探索性的演繹法就是在實驗事實的引導下，通過思維的自由創(chuàng)造，發(fā)明出公理基礎，然后以此為出發(fā)點，通過邏輯演繹導出各個具體結論，從而構成完整的理論體系。但是，評判這個理論體系的合法性和正確性的標準是什么呢?愛因斯坦晚年在“自述”中對這個問題作了綱領性的回答([1]，pp．10～11)。他認為，第一個標準是“外部的證實”，也就是說，理論不應當同經驗事實相矛盾。這個要求初看起來似乎十分明顯，但應用起來卻非常傷腦筋。因為人們常常，甚至總是可以用人為的補充假設來使理論同事實相適應，從而堅持一種普遍的理論基礎。但是，無論如何，這種觀點所涉及的是用現(xiàn)成的經驗事實采證實理論基礎。這個標準是眾所周知的，也是經常運用的。有趣的是愛因斯坦提出的第二個標準——“內在的完備”。它涉及的不是理論同觀察材料的關系問題，而是關于理論本身的前提，關于人們可以簡單地、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驗內容的適當表示。這個觀點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出來卻有很大困難。這里的問題不單是一種列舉邏輯上獨立的前提問題(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之間作相互權衡的問題。其次，在幾種基礎同樣“簡單”的理論中，那種對理論體系的可能性質限制最嚴格的理論(即含有最確定論點的理論)被認為是比較優(yōu)越的。理論的“內在的完備”還表現(xiàn)在：從邏輯的觀點來看，如果一種理論并不是從那些等價的和以類似方式構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“內在的完備”這一標準不容忽視、不可替代的特殊作用。他指出，當基本概念和基本原理距離直接可觀察的東西愈來愈遠，以致用事實來驗證理論的含義就變得愈來愈困難和更費時日的時候，“內在的完備”標準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驗內涵：邏輯的簡單性就是衡量這個理論的價值的唯一準則，即使是一個當然還不充分的準則([1]，pp.12、501)。愛因斯坦的“內在完備”標準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“以對經驗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用，而且預言家們在判斷理論的內在完備時，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，這里我們只談談愛因斯坦從“內在的完備”這一標準的角度是如何對自己理論進行評價的。1906年，當?shù)聡鴮嶒炍锢韺W家宣稱，他在1905年完成的關于高速電子(β射線)質量和速度關系的數(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，我的電子扁縮假設同考夫曼的新結果發(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和光學現(xiàn)象完全不產生影響的理論?！?([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：考大曼的實驗結果同狹義相對論的“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不符合事實，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為“剛性球”電子論在“頗大程度上是由于偶然碰巧與實驗結果相符，因為它們關于運動電子質量的基本假設不是從總結了大量現(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信不疑，要知道當時還沒有確鑿的實驗事實證實這種具有思辨性的理論。談到廣義相對論的“內在的完備”，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，要對它進行修改而不摧毀其整個結構，那似乎是不可能的?！?[1]，p．113)他甚至說過這樣的話：當1919年的日蝕觀測證明了他關于光線彎曲的推論時，他一點也不驚奇。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哲學思想——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驗歸納法在科學中的地位。一方面，他認為純粹思維可以把握實在;另一方面，又認為從來也沒有一種理論是靠純粹思辨發(fā)現(xiàn)的，他對構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，在唯理論和經驗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，只是強調“要大膽思辨，不要經驗堆積”罷了，這是理論科學在20世紀發(fā)展的必然趨勢，愛因斯坦則是率先表達了這一時代要求。

參考文獻

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H．S．塞耶編：《牛頓自然哲學著作選》，上海人民出版社，1971年第1版，第6頁。

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：牛頓法的基本原理范文

一、 測量時對儀器使用做到熟練、準確

長度測量的實驗在初中、高中就有,到了大學時仍要做長度測量的實驗,可見此實驗為最基礎的實驗。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確的測量。在長度測量中一般使用的儀器有米尺、游標卡尺、螺旋測微計、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。在做實驗時,要提醒學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生接觸較多,在講清原理后學生較容易掌握其使用方法,一般不會出什么差錯。在講解游標卡尺、螺旋測微計和讀數(shù)顯微鏡時,一定要講清講細它們的基本原理和使用方法,使學生在使用時達到事半功倍效果。

游標卡尺是用來測量被測物體的內徑、外徑、長度和深度尺寸的。我們在向學生介紹游標卡尺時,一般先介紹它的基本原理,學生雖然理解了原理,使用起來不會靈活運用。時常會碰到學生每測量一個數(shù)值,都生搬硬套原理公式進行計算,不會使用分度值方法在游標上讀數(shù)。使用游標卡尺進行測量時,首先要弄清量程、分度值是多少,再看看零點值,然后看清游標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+游標第m根與主尺對齊×最小分度值-零點讀數(shù),就可得到待測物體的尺寸,其實可以更為快速讀數(shù)。例如五十分游標卡尺的分度值為0.02mm,游標上刻有0、1、2、3……9等標度數(shù),如主尺上的讀數(shù)是21mm,與主尺對齊的游標上刻線標度數(shù)為8,就可直接讀出待測物的尺寸是21.80mm。因為游標上的每一小格為0.02mm,如與主尺對齊的游標上的是標度數(shù)8―9之間的第2根刻線,則游標上的讀數(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。

螺旋測微計是根據(jù)螺旋放大法而設計的,是比游標卡尺更精密的長度測量儀器。實驗室中常用的螺旋測微計的量程為25mm,其分度值為0.01mm,即1/1000cm,所以也叫千分尺。螺旋測微計的讀數(shù)方法與游標卡尺類似,學生在使用螺旋測微計時出現(xiàn)問題最多的,一是經常讀錯整圈數(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,不使用棘輪,測桿上的螺紋將發(fā)生變形和增加磨損,降低了儀器的準確度。針對這些問題,我們在指導學生實驗時會特別提醒學生注意,并給學生作示范操作,減少學生實驗的主觀錯誤。

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)顯微鏡具有準確度高、進行無接觸測量等優(yōu)點,除可以用來測量物體長度外,在光學實驗中可用來確定實像、虛像位置和測定實像、虛像的大小。讀數(shù)顯微鏡的讀數(shù)方法與螺旋測微計讀數(shù)方法類似,但讀數(shù)顯微鏡的使用更復雜些。它的調節(jié)方法一般分為對準、調焦、消除視差三步,而且都應該增加一個光源,調節(jié)效果更好。在實驗測量別提醒學生注意:讀數(shù)顯微鏡的移動方向和被測二點間連線要平行;還要防止回程誤差。移動顯微鏡使其從相反方向對準同一目標的兩次讀數(shù),似呼應當相同,實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,因此在測量時應向同一方向轉動轉鼓使叉絲和各目標對準,當移動叉絲超過了目標時,就要多退回一些,重新再向同一方向轉動鼓輪去對準目標進行測量。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,才能達到實驗的目的。

二、 在質量稱衡中掌握實驗技巧

在基礎物理實驗教學中絕大多數(shù)實驗項目都是定量實驗,這些實驗都規(guī)定有其實驗目的要求,每個實驗我們能按照其所規(guī)定的實驗步驟去完成,也就達到了實驗基本要求。我們在指導學生實驗時,雖然之前已經講清實驗要領,但學生真正動手起來還是不得法,以致影響實驗進程,下面就質量的稱衡實驗為例,將學生在實驗中碰到的一些問題和指導實驗的做法陳述如下:

質量的稱衡在初中,高中物理實驗中,學生也用過托盤天平和物理天平稱量過?！镀胀ㄎ锢韺嶒灐?楊述武主編)中的質量稱衡使用的是分析天平進行稱衡。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。因此,這個實驗我們通常成為精密稱衡。學生在實驗中經常分不清停點、零點,而且沒有耐心做實驗。分析天平的零點不是指其指針停穩(wěn)的示值,而是經過將天平調整好后要求零點e0在示值10±1格范圍內;停點則要連續(xù)讀出左右擺動5次的指針位置a1、b1、a2、b2、a3。則停點為

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

天平空載時的停點為零點,零點和標尺中點值之差小于1分格。實驗還要求測出天平的靈敏度,我們會在這兩部分用上實驗課一半的時間指導學生實驗,讓他們弄明白分析天平測量物體質量的要領,并逐組檢查他們測量的數(shù)據(jù),符合要求后才能進行實物稱衡,不符合要求的則要從頭再來,并幫助學生分析可能出現(xiàn)問題的地方,有時只是因為學生懶得關好天平玻璃窗受風的影響出現(xiàn)壞數(shù)據(jù),或是不認讀數(shù)讀出錯數(shù)據(jù),我們都會要求學生重做,培養(yǎng)學生嚴謹耐心的實驗作風,并可以在實驗中舉一反三,掌握實驗竅門,為下步實物稱衡增加了熟悉的操作技術,使實驗的質量更高。

三、 在綜合實驗中理解物理量之間的關系

物理現(xiàn)象一般不僅需要對其進行定性描述,也需要對其進行定量研究,以建立各物理量之間的定量關系。物理學的大多數(shù)規(guī)律不但有定性描述,都還有定量的數(shù)學關系。物理實驗不但可以借助于各種儀器對物理現(xiàn)象和過程進行定性觀察,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,即準確地測定各物理量之間的數(shù)量關系進行定量研究,建立數(shù)學方程式數(shù)學關系式。

如牛頓第二定律,對于一定質量m的物體,其受到的合外力F和物體所獲得的加速度a之間存在如下關系:F=ma。牛頓第二定律的研究實驗是在氣墊導軌裝置上進行的。首先要測出整個運動系統(tǒng)的速度、加速度。在實驗中要測量物體在某點的瞬時速度v是比較困難的,通常在一定誤差范圍內,用平均速度代替瞬時速度。物體做勻加速直線運動時,由運動學公式可知:v22-v21=2as, v2、v2為物體運動初、末速度,a為加速度,s為兩點之間距離,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行計算

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關系式,在整個運動系統(tǒng)的質量不變的情況下,改變外力F,去測其相關物理量。我們實驗室一般采用兩種方法。方法一是將導軌調平后,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為導軌兩支點之間距離)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。方法二是將導軌調平后將細線一端系在質量為m1(m1包括滑塊本身質量和其上的小砝碼質量)滑塊上,另一端繞過滑輪與質量為m0(m0包括砝碼盤和小砝碼的質量)的砝碼盤相連。把砝碼盤、細線和滑塊看作一個運動系統(tǒng),當滑塊運動時,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,并設細線的張力為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F保持不便時,a與m成反比,當m不變時,a與F成正比。實驗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)相應加速度大小,即可得出力F不變時,a與m成反比。經過反復實驗,測出的數(shù)據(jù)和計算結果去檢驗F=ma關系式,讓學生了解牛頓第二定律各物理量之間的關系,加深理解牛頓第二定律的真正含義,不再單純?yōu)閷嶒灦鴮嶒?讓實驗課更充實。

力學定量實驗只是物理實驗的一小部分,但卻是最基礎的實驗,掌握好這些實驗的技能、技巧,為以后的物理實驗奠定實驗基礎,讓學生會做實驗、愛做實驗、做好實驗,使物理實驗過程能準確、高效,更好完成各種物理實驗任務。

參考文獻

[1] 楊述武主編 《普通物理實驗》高等教育出版社,1993.3

[2] 趙清生等編著 《大學物理實驗》 中國科技大學出版社 1993.7

[3] 沈元華,陸申龍.《基礎物理實驗》.北京:高等教育出版社,2003.4

第5篇：牛頓法的基本原理范文

關鍵詞:微積分;近代數(shù)學;產生;發(fā)展;地位;作用

1. 引言

17世紀到19世紀是近代數(shù)學發(fā)展的重要時期，在這一時期數(shù)學最大和最有影響的發(fā)展莫過于微積分的產生和應用。微積分的內容包括極限、微分學、積分學及其應用，是一門研究變化、運動的學科。這門學科的創(chuàng)立不僅極大的推進了數(shù)學自身的發(fā)展，而且影響和推動了其它學科的發(fā)展，并進而對人類社會的生產時間產生影響。本文探討了微積分在數(shù)學中的地位，同時揭示了其對于當代數(shù)學的發(fā)展以及其它自然、人文、社會科學發(fā)展的作用。

2. 微積分產生與發(fā)展

2.1 微積分的產生

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”，就蘊涵了無窮小的思想。古希臘數(shù)學家阿基米德在公元前三世紀運用杠桿原理推導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，歐洲許多數(shù)學家也開始運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， 為后來萊布尼茲的微積分的產生奠定了基礎。

2.2 微積分的發(fā)展

微積分的正式誕生是在17世紀的后半期，牛頓和萊布尼茲在求積問題與作切線問題之間的互逆關系的基礎上創(chuàng)立了微積分的基本定理，并且對無窮小算法進行了歸納與總結，正式創(chuàng)立了微積分這一數(shù)學中的重要運算法則。之后，隨著數(shù)學科學的發(fā)展，微積分得到了進一步的發(fā)展，其中歐拉對于微積分的貢獻最大，他的《無窮小分析引論》、《微分學》、《積分學》三部著作對微積分的進一步豐富和發(fā)展起了重要的作用。之后，洛必達、達朗貝爾、拉格朗日、拉普拉斯、勒讓德、傅立葉等數(shù)學家也對微積分的發(fā)展作出了較大的貢獻。由于這些人的努力，微分方程、級數(shù)論得以產生，微積分也正式成為了數(shù)學一個重要分支。

3. 微積分在近代數(shù)學中的地位

3.1微積分是近代數(shù)學的重要組成內容

微積分是近代數(shù)學的重要組成內容。微積分是微分學和積分學的總稱，微分學包括極限理論、導數(shù)理論、微分理論等等，微分學還有一元微分、多元微分，并進一步發(fā)展出常微分方程、偏微分方程等等數(shù)學知識，微分學的核心思想就是以直代曲，即在微小的鄰域內，可以用一段切線段來代替曲線以簡化計算過程。積分學由定積分、不定積分理論組成，積分是微分的逆運算，定積分就是把圖像無限細分，然后在進行累加，而不定積分是對已知的導數(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)學發(fā)展的基礎

著名的數(shù)學家、計算機的發(fā)明者馮.諾依曼曾說過:“微積分是近代數(shù)學中最偉大的成就，對它的重要性無論做怎樣的估計都不會過分?！庇纱丝梢姡⒎e分在近代數(shù)學發(fā)展中的作用。微積分是整個近代數(shù)學的基礎，有了微積分，才有了真正意義上的近代數(shù)學。微積分是一種重要的數(shù)學思想，它反映了自然界、社會的運動變化的內在規(guī)律，它緊密的與物理學和力學聯(lián)系在一起，它的產生可以說是數(shù)學發(fā)展的必然。正如恩格斯所說的:“數(shù)學中的轉折點是笛卡兒的變數(shù)。有了變數(shù)，運動進入了數(shù)學，有了變數(shù)，辯證法進入了數(shù)學，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)學發(fā)展的基礎。

4. 微積分的作用

4.1微積分推動了數(shù)學自身的發(fā)展

微積分和解析幾何創(chuàng)立之后，就開辟了數(shù)學發(fā)展的新紀元。通過微積分，數(shù)學可以描述運動的事物，描述一種過程的變化。可以說，微積分的創(chuàng)立改變了整個數(shù)學世界。微積分的創(chuàng)立，極大的推動了數(shù)學自身的發(fā)展，同時又進一步開創(chuàng)了諸多新的數(shù)學分支，例如:微分方程、無窮級數(shù)、離散數(shù)學等等。此外，數(shù)學原有的一些分支，例如:函數(shù)與幾何等等，也進一步發(fā)展成為復變函數(shù)和解析幾何，這些數(shù)學分支的建立無一不是運用了微積分的方法。在微積分創(chuàng)設后這三百年中，數(shù)學獲得了前所未有的發(fā)展。

4.2微積分推動了其它學科的發(fā)展

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

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、運動有關的研究都要與微積分有關，都需要運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)立對人類社會的進步和人類物質文明的發(fā)展都有極大的推動作用。現(xiàn)在，在一些金融、經濟等社會科學領域，也經常運用微積分的原理，來研究整個社會、整個經濟的宏觀和微觀變化。此外，微積分還廣泛的運用于各種工程技術上面，從而直接的影響著人類的物質生活，例如:核電工程的建設，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用有著密切的關系。

結語

綜上所述，微積分的創(chuàng)立在數(shù)學發(fā)展史上是一個重要轉折，它不但成為高等數(shù)學發(fā)展的基礎，也成為了眾多相關科學發(fā)展的數(shù)學分析工具。毋庸置疑，隨著現(xiàn)代科學的發(fā)展和各學科間的相互交融，微積分與數(shù)學仍將會進一步豐富和發(fā)展，人們也要進一步將微積分和數(shù)學的理論應用于實踐，從而為人類社會作出更大的貢獻。

參考文獻

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第6篇：牛頓法的基本原理范文

【關鍵詞】2011年高考; 新課標改革; 高考題特點; 緊扣基礎; 固化物理思想; 提高基本技能

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

2011年高考剛結束，這是我省新課標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，又能很好的考察學生分析、解決問題的能力，同時突出重點、熱點，題目難度較新課標前的試題略有下降，但區(qū)分度卻非常好，實現(xiàn)了向新課標改革的平穩(wěn)過渡。

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

1、考物理學史與人類文化；

2、牛頓定律：地面上的問題；

3、做功、能量變化：給圖象；

4、天體運動的問題；

5、電磁感應：切割問題；

6、靜電問題；

7、還有兩道學科內綜合題，一般為力和運動的關系題，難度較大。

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

實驗題的考察是一電一力的形式，一直認為力學主要是針對紙帶的處理，如根據(jù)紙帶計算加速度和速度，而加速度和速度是力學最重要的兩個量，一個促成了受力分析，一個促成了能量轉化，因而是考察的核心內容，一般的陷阱設置在點的選擇上，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證和動能定理的驗證，第三種則重點是平拋實驗為基礎的平拋規(guī)律的研究，動量守恒的驗證及變形，今年高考考察的就是測量斜面上運動的加速度，利用圖象處理數(shù)據(jù)。電學實驗則集中在器件選擇，電路連接，誤差分析等方面，重點實驗是伏安法測電阻，測量電源的電動勢和內阻，半偏法，改裝和校準及部分電學實驗的拓展，如A-A法，V-V法測量電動勢和內阻等，今年則是改進了的測量電流表內阻。

計算題仍然是一道傳統(tǒng)經典題和一道帶電粒子在場中的運動問題。

選修題也保持了一定的穩(wěn)定性，難度也不大。

總體來看，今年的高考題特點仍為：1、基本保持穩(wěn)定的題目類型；2、堅持對主干知識進行考查；3、注重聯(lián)系實際；4、堅持以能力立意；5、考查應用數(shù)學的能力；6、保持學科內的綜合和學科特點。是一份與當前高中教學相適應的試題，若能在以后每年都堅持如此，那對高中的教學及真正實現(xiàn)為師生減負起到非常積極的作用。

無論是新課標改革前還是改革后，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們在高一、高二的學習和高三的復習過程中，也應當保持相應的穩(wěn)定性，以不變應萬變的策略應對之。

緊扣基礎，固化物理思想，提高基本技能。

什么是基礎？往往我們許多老師都給同學們建議：回歸課本，梳理主干知識等等。但我個人認為，回歸課本當然非常重要，課本是我們學習知識的根源。但物理作為能力型學科的代表，就算把課本背得爛熟，若沒有轉化為基本技能，又能解決幾個問題呢？所以，“基礎”的重中之得還應該是“基本技能”。而這些“基本技能”的重點又在于常見運動模型及其遷移模型的處理上。常見運動模型及其遷移模型主要有：勻速直線運動、勻變速直線運動、拋體運動（類平拋運動）、勻速圓周運動、簡諧運動（選修內容）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動模型及其遷移模型的組合或合成。而同學們如果對常見模型及其遷移模型的處理能夠做到得心應手，那么組合起來的所謂難題也就能夠迎刃而解了。

以動力學問題為例。我們在教學新課后都要有對應的習題課，而如何把習題課上好呢？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，重中之重應把常見模型的處理固定化，訓練成“條件反射”動作。要求學生強化解題步驟意識：

第一步：選對象

第二步：定過程

第三步：分析力

第四步：建坐標

第五步：列方程

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

例：如圖所示，木楔A的質量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．在斜面上有一質量為m=1.0kg的物塊B由靜止開始沿斜面下滑，當滑行路程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方向與原假設方向（水平向右）相反，即水平向左

第7篇：牛頓法的基本原理范文

關鍵詞：流量計　工況條件　標準條件

中圖分類號：TB97

文獻標識碼：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，同時還要考慮經濟因素。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)境條件和費用，即使經驗豐富的工程師，綜合這些因素提出最優(yōu)方案亦非易事”。

從原則上講，最適合的流量計就是最好的流量計。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即可。但對測量精確度要求很高，用于特殊介質或特殊工作條件、差價不大、可比性較強的流量計，選擇起來就不那么容易了，本文將對電磁流量計和超聲波流量計這兩種可比性很強的流量計，通過基本原理特性和基本技術性能的比較和淺析，來闡述在選擇時應該注意的一些地方。

2 電磁流量計和超聲波流量計的基本技術性能比較

電磁流量計和超聲波流量計基本技術性能比較見表1。

表1中兩種流量計的基本技術性能有些比較直觀易解，需要說明的是確定流量計精確度的參考流動條件和這兩種流量計的特性。因為無論采用那種確定流量計精確度的方法，都必須溯源到原始標準的精確度，而原始標準的精確度又是建立在有關標準規(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[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，已進行了流量計算的校正。

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對這種影響量的敏感度，以及是否能進行流量計算的修正有關。

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特性的影響，不僅是難以分析的，而且在實驗室中也很難再現(xiàn)。要弄清速度分布對流量計特性的影響，首先要了解與速度分布有關的術語涵義。

(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。

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

3 電磁流量計的基本特性

電磁流量計近20年來獲得迅速發(fā)展，占有量躍居前三名。隨著先進技術的發(fā)展應用，電磁流量計的優(yōu)點得以充分發(fā)揮，缺點和局限性得以彌補和改進。其優(yōu)點是：

(1)傳感器結構簡單，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。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)轉換器通用性強、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，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，可方便地進行參數(shù)設定、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，可適應不同的介質，耐磨損、耐腐蝕。測量信號不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導率變化的影響。采用沉浸結構可在水下工作。采用防爆性，可以在相應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，每個量程中可以達到線性范圍50：1。對于同一臺表，可以達到的測量范圍度2500：1，這是其它流量計無法比擬的。

它的缺點是不能測量氣體、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：牛頓法的基本原理范文

關鍵詞：物理學；哲學思想

物理學是一門最基本的自然學科，它是探討物質結構和物質基本運動規(guī)律的學科，所以人們往往認為物理學只是包含一些枯燥的理論公式，而忽視了物理學中包含的人文因素諸如人文哲學思想、美學等方面。實際上，物理學在產生、形成、發(fā)展的過程中，人們不是為了物理學而研究物理學，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，所有這些都涉及到了人與人的關系、人與自然的關系，這些關系中都蘊含著豐富的哲學思想。

1　物理學中的唯物辯證法思想

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

1.1　實踐是檢驗真理的唯一標準

物理學是實驗科學，物理實驗既是建立物理理論的基礎又是檢驗物理理論真理性的方法。楊振寧教授說“物理學是以實驗為本的學科”，物理學上很多理論都是通過實驗檢驗論證的結果，體現(xiàn)了唯物辯證法的認識論觀點——實踐是檢驗真理的唯一標準。

1.2　物質是普遍聯(lián)系的

物理發(fā)展史上，很多地方體現(xiàn)了物質是普遍聯(lián)系的觀點。比如人們曾經把電和磁孤立起來，物理學家奧斯特接受自然力統(tǒng)一的哲學思想。堅信電和磁之間存在某種潛在聯(lián)系，經過多年研究，終于發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應，并由此開創(chuàng)了電磁學的新紀元。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)象及其本質的認識是不斷地發(fā)展和完善起來的，每一種理論的建立過程都體現(xiàn)了“實驗(事實)——理論假設——實驗(新的事實)——修正理論”，遵循著辯證唯物主義中的“否定之否定”規(guī)律。比如在整個光學的發(fā)展史中對光本質這個問題的認識，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世紀愛因斯坦提出光量子說。

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

1.4　主要矛盾與次要矛盾的辯證關系

物理學中為了方便研究問題，經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“質點”這個理想模型保留了實際物體的質量和存在的位置，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系”。

1.5　運動的相對性和時空的相對性

近代物理學的一大理論—愛因斯坦的相對論中涉及的哲學問題很多。最突出的就是相對運動和相對的時空觀念。相對論指出：相對性原理的本質在于運動的相對性這一事實，而不存在絕對運動。相對論否定了絕對運動的存在，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)展的過程都蘊含著豐富的哲學思維方法，對人類的自然觀和哲學思想有重大的影響。

2　物理學中的美學文化

2.1　物理理論的美學特征

2.1.1　簡單深刻美

在一個藝術家眼里簡單是一種美。自然現(xiàn)象錯綜復雜，物理學則力求用簡單的方程或定律去概括自然規(guī)律，但其反映的內在規(guī)律確是非常深刻的。如能量的轉化和守恒定律反映了各種不同形式的能量的轉化，牛頓的三大定律更是概括了宏觀低速條件下各種機械運動的規(guī)律，麥克斯韋電磁方程組將復雜的電磁現(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形式，物理學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，物質與反物質、圓孔或單縫衍射圖樣的對稱、無限長直導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的一種對稱形式，物理學中有許多守恒定律如：動量守恒、機械能守恒等等。實際上，對稱性已經成為當代物理學家研究物理理論的一種方法。

2.1.3　統(tǒng)一和諧美

第9篇：牛頓法的基本原理范文

【關鍵詞】新課改；高中物理課程；有效教學；實踐探究

所謂“有效教學”就是要抓住“有效”這個關鍵詞，即通過教師采取各種方法實施教學后，能夠讓學生獲取到具體的知識，讓學生的物理水平有所進步或提高。高中物理課程的“有效教學”，是教師創(chuàng)造性教學的一個過程，教師要善于把握學生的具體問題、個性特點以及具體學情，將物理教材中的知識點轉化為符合高中學生的實際情況的教學設計，從而逐步提高物理教學效率。那么，在新課改背景下應該如何做到高中物理課程的有效教學呢？

一、緊抓物理實驗教學，加深知識理解

物理是一門以實驗為基礎的自然科學，所以高中物理教學離不開物理實驗。實驗是物理學科的基礎，是聯(lián)系知識的紐帶，中學生缺乏相應的生活經驗和實踐經歷，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，要實現(xiàn)高中物理課程的有效教學，就必須重視物理實驗教學。通過物理實驗教學，可以讓學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。在物理實驗過程中，學生們可以更加直觀地看到物理現(xiàn)象的生成與變化，從而得出結論，這樣更利于學生對知識的掌握與理解。通過物理實驗，可以訓練學生的觀察能力、動手操作能力，強化學生的分析能力、實踐能力和探究能力。

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

二、巧設物理問題情境，增強教學實效

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

例如教學人教版高中物理教材中《宇宙航行》這一課時，就可以巧妙設置物理問題情境，來引導學生的思考和學習，增加物理教學的實效性。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)設一個逼真的教學情境，讓學生切身感受科技發(fā)展對人類進步的促進作用。這樣情境不僅可以讓學生感受到人類探索宇宙的夢想和成就，還能有效激發(fā)學生對物理學科的學習興趣和熱情。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？如何計算衛(wèi)星在不同軌道繞地球運動的速度？運動速度與衛(wèi)星發(fā)射速度是相同嗎？通過創(chuàng)設情境問題來引發(fā)學生思維上的矛盾沖突，有效激發(fā)出學生對物理知識的探究欲望。然后，教師再引入牛頓第二運動定律的相關知識來分析這些現(xiàn)象，幫助學生解答疑惑，構建起科學的知識體系。通過設置物理問題情況，可以加深學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)設問題情境提出問題引發(fā)思考提示啟發(fā)分析引導”，鼓勵學生大膽思考、主動參與、積極探究，讓學生通過自己的分析研究來掌握獲取物理學習和物理研究的方法。

三、組織合作學習，培養(yǎng)學生自主精神

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

首先，鼓勵學生自主學習物理知識。讓學生自主預習、制定學習目標和計劃，自主實施學習進度，參與學習活動或實驗活動，參與到學習測評與評價過程中。這樣，不僅可以激發(fā)學生的學習興趣與熱情，確保學習有內部動力的支持，還可以幫助學生掌握物理課程的各種學習策略和方法。其次，鼓勵學生在自主學習的基礎上，開展合作學習。鼓勵學生在實現(xiàn)學習目標的過程中相互幫助、相互交流、相互探討。合作學習的任務，可以物理現(xiàn)象的探討，也可以是物理實驗的制作，都可以成為學生合作學習的機會。同時，要善于引導學生之間進行面對面的溝通和互動，讓學生們盡情表達其對物理知識、現(xiàn)象或物理原理的看法、理解。比如學習《勻速圓周運動》這一知識點時，就可以組織學生開展合作學習。首先明確勻速圓周運動的基本原理，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，列舉生活中的實例進行討論，如火車轉彎時，如果火車轉彎處內外軌無高度差，其外側車輪的輪緣向外擠壓外軌的力是怎樣的？如果轉彎處外軌高于內軌，火車行駛到這樣的轉彎處，其摩擦發(fā)生的向心力又是如何？通過合作討論，學生們可以集思廣益，獲取更多知識的靈感，從而更好地理解勻速圓周運動的基本規(guī)律、特點和其所涉及的物理原理。

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

【參考文獻】

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