論某個物理學家的物理思想和研究方法

題目：

論某個物理學家的物理思想和研究方法
求文章  輪某個物理學家（誰都行只要是物理學家）的物理思想和研究方法  3000到5000字 

解答：

牛頓的科學思想方法
牛頓定律及其世界體系的建立,是人類認識客觀世界過程中的一次飛躍.美國科學史家Kuhn(科赫)把它稱爲科學革命.如果日心說是第一次科學革命,牛頓力學就是第二次科學革命.科學革命是技術革命的先導,在牛頓的科學革命之後大約一百年,出現了18世紀末19世紀初的工業革命或產業革命.
牛頓在《原理》中提出了力學的三大定律和萬有引力定律,把地面上物體的運動和太陽系內的行星的運動統一在相同的物理定律之中,從而完成了人類文明史上第一次自然科學的大綜合.它不僅標誌了16,17世紀科學革命的頂點,也是人類文明、進步的劃時代標誌.它不僅總結和發展了牛頓之前物理學的幾乎全部重要成果,而且也是後來所有科學著作和科學方法的楷模.牛頓的科學思想和科學方法對他以後三百年來自然科學的發展產生了極其深遠的影響.
牛頓的科學觀是因果決定論的科學觀.他認爲天體運動的原因就是萬有引力,行星運動的規律是由萬有引力定律決定的.他根據萬有引力定律成功地解釋了行星、衛星和彗星的運動,直至最微小的細節,同樣也解釋了潮汐和地球的進動.在牛頓力學中只要知道質點在初始時刻的位移和速度,根據牛頓定律就可以預言其後時刻的運動情況,這是典型的因果描寫.
但是,在牛頓以前往往並不用因果論來解釋自然現象,而用目的論來解釋自然現象,即按照某種目的或結果來解釋運動現象,而不是用力的原因作解釋.牛頓採用因果性的解釋在物理學的發展中是重要的一步.愛因斯坦指出：「在牛頓以前還沒有實際的科學成果來支持那種認爲物理因果關係有完整鏈條的信念.」牛頓建立了物理因果性的完整體系,從而揭示了物理世界的深刻特徵.
在決定論科學觀的基礎上,牛頓確立了他的物理框架,所謂物理框架就是對物理現象解釋的一種標準.牛頓框架的核心是力和力所決定的因果性,認爲找到了力的規律就是找到了對運動現象的解釋.
然而,在牛頓以前並不使用力的框架,而是「和諧性」的框架.在哥白尼—克卜勒時期,他們追求的是和諧性,即尋找運動的和諧,認爲找到了和諧就找到了解釋,這種思想在這一時期發展到了頂峯.哥白尼之所以懷疑托勒密體系,主要是他認爲托勒密體系很不和諧,在托勒密體系中行星有時逆行.如果將中心從地球移到太陽,則行星的運動更加和諧.正如哥白尼說的顯示了「令人欣賞的對稱性」和「清晰的和諧性」.
到了牛頓一代,不再採用和諧性框架,不再認爲尋找「和諧」就是尋找對運動現象原因的解釋,牛頓認爲找到了力才是找到了對運動現象的解釋.以後的物理學家主要依據力的框架進行工作.愛因斯坦指出：「直到19世紀末,它一直是理論物理學領域中每個工作者的綱領.」「這個物理學框架在將近二百年中給予科學以穩定性和思想指導.」沿用牛頓的框架發展到頂峯的是麥克斯韋,麥克斯韋堅持牛頓的力的框架,他建立了電磁學的力學模型,企圖用以太中的力來解釋電磁現象,發展電磁理論,後來,他不再採用力學模型,而是用電磁場的概念來分析問題,這反映出框架的變化.
牛頓在科學研究中堅持以經驗爲基礎,他認爲在沒有從觀察和實驗中發現引力之原因時,決不杜撰假設.牛頓的「不杜撰假設」具有方法論的意義,這種方法論與他同時代的大多數人所遵循的方法迥然不同.牛頓的同時代人都追隨笛卡兒探索自然現象的原因,構築引力的機制.而牛頓則不然,他所關心的不是引力「爲什麼」會起作用,而是「如何」在起作用.他的目的是尋求引力所遵從的規律,提出準確的數學描述,證明行星系統如何依賴於引力定律.
但是,牛頓的認識路線也不同於受經驗主義影響很深的胡克的認識路線.胡克強調從實驗上去探求引力定律,忽視數學推理的必要性.他的表述停留在定性認識上,缺乏定量的成分.他沒有認識到當時更需要的是數學推理,而不是實驗,因爲所有行星運動的實驗資料都已總結在克卜勒定律之中,而胡克面對實驗事實,遲遲不能提出物理模型,進行數學推導,從而確立力的定律.這是他在方法論上不如牛頓的地方.
牛頓所遵循的認識途徑是從實驗觀察到的運動現象去探討力的規律,然後用這些規律去解釋自然現象.正如他在《原理》一書的前言中寫道：「我奉獻這一作品,作爲哲學的數學原理,因爲哲學的全部責任似乎在於——從運動的現象去研究自然界中的力,然後從這些力去說明其它自然現象.」愛因斯坦對牛頓的科學認識道路給予了高度的評價.他在《自述》一文中寫道：「你(指牛頓)所發現的道路,在你那個時代,是一位具有最高思維能力和創造力的人所能發現的唯一的道路.」
牛頓的科學認識道路對以後物理學的發展產生了深刻的影響,許多物理學家都沿著牛頓的道路進行工作.1827年,安培在《電動力學理論》一書中,闡述了他處理電磁現象的方法：從觀察事實出發,撇開力的性質的假說,推導出這些力的表達式,確立一般規律.最後他明確指出：「這就是牛頓所走過的道路,也是對物理學做出重大貢獻的法蘭西知識界近來普遍遵循的途徑.」
牛頓研究方法的一大特點是對錯綜複雜的自然現象敢於簡化,善於簡化,從而建立起理想的物理模型.宇宙間星體的相互影響是無限複雜的,每個星體都是一個引力中心,所以它是一個相互作用的多元的複雜系統；而且每個星體都有一定的形狀和大小；每個「行星既不完全在橢圓上運動,也不在同一軌道上旋轉兩次.」面對這一情況,不採用簡化模型予以分別處理是極爲困難的.1684年,牛頓在《論微粒》一書中指出：「同時考慮所有這些運動之起因,是整個人類智力所不能勝任的.」牛頓是怎樣對這一複雜系統進行簡化的呢?他採用的簡化模型的步驟是：從圓運動到橢圓運動,從質點到球體,從單體問題到兩體問題.他一次又一次地將他的理想模型與實際比較,再適當加以修正,最後使物理模型與物理世界基本符合.所以牛頓的萬有引力定律既解釋了爲什麼行星的運動近似地遵守克卜勒定律,又說明了爲什麼它們又是那樣或多或少偏離克卜勒定律.
牛頓把一切物體間的引力歸結爲粒子間引力的思想,對以後的物理學家影響很大,19世紀20年代,畢奧、薩伐爾和安培在研究電流之間的作用時,總是把它們歸結爲電流元之間的作用力.
牛頓研究方法的另一特色是運用形象思維的方法,進行創造性的思維活動,他構思了一些神奇理想實驗,創造了新的物理圖象,來揭示天體運動與地面上物體運動的統一性.
牛頓在他的《原理》第三篇一開始處,就寫出了4條「哲學中的推理法則」,高度地概括了他的研究方法.
法則1 尋求事物的原因,不得超出真實和足以解釋其現象者.
法則2 因此對於相同的自然現象,必須儘可能地尋求相同的原因.
法則3 物體的特性,若其程度既不能增加也不能減少,且在實驗所及範圍內爲所有物體所共有,則應視爲一切物體的普遍屬性.
法則4 在實驗哲學中,我們必須將由現象所歸納出的命題視爲完全正確的或基本正確的,而不管想像所可能得到的與之相反的種種假說,直到出現了其它的或可排除這些命題,或可使之變得更加精確的現象之時.
以上的法則1可稱爲簡單性法則,用牛頓的話說就是「自然界喜歡簡單性.」他創建的牛頓運動定律和萬有引力定律在內容和數學形式上都體現了簡潔性.不作「多餘原因的侈談」,「言簡意賅才見真諦」.法則2和法則3可稱爲統一性法則.牛頓正是按照這兩條法則把天上運動和地上運動統一起來,並確立了引力普適性的概念.法則4是關於認識的真理性法則,牛頓認爲從現象歸納出的命題,從它們源於實驗又爲實驗所證明來看,是「精確真實的」,「完全正確的」,從實驗證明的局限性來看,從在每一認識階段上人們都是在根據部分的或有限的資料從事工作上來看,又是不完備的,有待於發展的.
關於法則4里所講的歸納方法,牛頓還在《光學》書末最後一條疑問里,做出如下較詳細的說明：「在自然哲學裡,應當像數學裡一樣,在研究困難的事物時,總是先用分析的方法,再用綜合的方法.這種分析方法包括進行實驗和觀察,並且用歸納法從中推出普遍結論……用這樣的分析方法,我們可以從複合物推知其中的成分,從運動推知產生運動的力；並且一般地說,從結果推知原因,從特殊原因推知更普遍的原因,一直到最普遍的原因爲止.這就是分析的方法；而綜合的方法則包括設定已經發現的原因,並且把它們確立爲原理,再用這些原理去解釋由它們而發生的現象,並且證明這些解釋的正確性.」
這裡牛頓所講的分析和綜合的方法,就是歸納和演繹的方法.憑著這一方法,就可以完成從特殊到一般,再從一般到特殊的認識過程.人們在探索物質運動規律的過程中,歸納的過程就是通過對運動的研究,探索自然界力的規律的過程,演繹的過程就是運用已知力的規律,去計算物體的運動,做出明確預見的過程.萬有引力定律的建立和海王星的發現就是運用歸納-演繹法的一個光輝的範例.
牛頓的科學思想和科學方法不僅使他少走彎路,發現了萬有引力定律,而且深刻地影響著以後物理學家的思想、研究和實踐的方向.這說明科學思維方法的極端重要性.從物理學的重大發現中吸取科學思想、科學方法的營養,對提高我們提出問題、分析問題和解決問題的能力都是大有裨益的.
牛頓對人類的貢獻是巨大的.然而牛頓卻能清醒地評價自己的一生.他對自己所以能在科學上有突出的成就以及這些成就的歷史地位有清醒的認識.他曾說過：「如果說我比多數人看得遠一些的話,那是因爲我站在巨人們的肩上.」在臨終時,他還留下了這樣的遺言：「我不知道世人將如何看我,但是,就我自己看來,我好像不過是一個在海濱玩耍的小孩,不時地爲找到一個比通常更光滑的卵石或更好看的貝殼而感到高興,但是,有待探索的真理的海洋正展現在我的面前.」
論物理學中的等效思想及等效方法
來源： 西南大學科學教育研究中心摘自2001年第6期陝西師範大學繼續教育學報(西安) 作者： 王較過,王立
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物理思想及研究方法是物理學的靈魂.物理教學過程中,在傳授物理知識的同時,進行物理學思想及研究方法的教育,對於提高傳授知識的質量、培養學生能力、實施素質教育等是十分有益的.要卓有成效地進行物理思想和研究方法的教育,必須明確物理學中包含的具體物理思想和研究方法.因此,深入研究物理教材,充分挖掘其中蘊含的物理思想和研究方法具有十分重要的意義.本文僅就物理學中等效思想和等效方法作一些探討.
1物理學中的等效思想及其作用
所謂等效思想,其實質就是人們研究事物或運動時,從總體出發,重點考查最後的結果,忽略事物發展過程中內部結構的細竹,只要兩個不同的事物或運動具有相同的功能和結果,就可使二者相互代替,並視其爲等效.
物理學中普遍蘊含著等效思想.例如,矢量的合成法則,就是一個矢量的作用效果等效多個矢量的作用效果,矢量的分解法則是用多個矢量的作用效果等效一個矢量的作用效果.又如,求多個電阻串(並)聯後的總電阻就包含等效思想,它是利用總電阻在電路中對電源所起的作用等效所有分電阻共同對電源所起的作用.除此之外,還有等效電源、重心(重力的等效作用點)、電容的串(並)聯計算等許多問題都包含等效思想.
等效思想對物理學研究和物理教學都具有十分重要的意義.
首先,應用等效思想研究物理規律,可以使學生加深對物理規律的理解,並從中逐步掌握物理學中的等效方法.如,利用等效思想講解「重心」概念,就可使學生加深理解重心是重力的等效作用點,物體受到重力,重力作用在物體的所有部分,只是爲了研究問題的方便將其看作作用於重心.
其次,利用等效思想能夠簡化實際問題,提供分析問題和解決問題的簡便方法.自然界存在的物理問題,一般都要受多種因素的制約,呈現出綜合性的複雜現象,直接進行研究時比較困難,甚至無法解決.如果根據等效思想,應用等效方法,對研究的物理問題進行變換,就可以使問題簡化,便於研究.例如,實際電源既有電動勢E也有內阻r,研究電源對外電路的輸出電壓、輸出功率與外電路總電阻R的關係時,直接研究實際電源比較複雜.如果將電源等效爲一個電動勢爲E的理想電源與電阻r的串聯,問題就得到簡化,研究也就方便多了.再如,從整體出發研究拋體運動比較複雜,如果將其等效爲兩個分運動(水平方向的勻速直線運動與垂直方向的勻變速直線運動)的合成,就簡化了研究的問題,求解也方便便多了.
再次,利用等效思想,能夠啓發學生思維,使其發現解決問題的有效途徑.有些物理問題,初看起來,似乎十分複雜.但是,如果根據等效思想,利用等效方法作適當變換,就可使問題迎刃而解.例如有這樣一道題:如圖1所示,磁感強度爲B的均勻磁場中,有一段不規則導線ACB以速度:在紙而內重直於磁場作勻速運動,求A、B間的電動勢EAB是多大,並判斷A、B兩點哪端電勢高(已知AB= L).如果進行恰當的等效變換就十分容易求解.設想用直導線將A、B連接起來就構成ABCA閉合迴路線框.線框運動時穿過閉合迴路的磁通量不發生變化.這說明就切割磁感線而言,直導線AB與導線ACB是等效的即EACS= EAB= BLv, A點電勢較高.

2物理中的等效方法及其表現
等效方法是分析物理問題和解決物理問題最常用的思維方法之一,研究物理問題時,如果兩個不同的事物和運動對外界產生的功能和結果相同,就可將二者視爲等效,用一個去代替另一個,這就是等效方便法.利用等效方法能夠將一些複雜的物理問題轉化爲簡單的物理問題,從而使其容易研究和解決.
等效方法在物理學中的表現形式多種多樣,根據研究物質結構和運動形式的性質分類,在研究物理問題時,等效方法主要表現爲物理結構等效、物理運動過程等效和物理運動環境等效三種不同形式.[21
2. 1物理結構等效
所謂物理結構等效,是指一種物理結構與另一種物理結構對外界產生的功能和效果相同時,二者就可視爲等效並相互並換.利用結構等效進行變換,能夠使複雜的物理問題簡化,從而使其易於求解.