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1、才智,努力,方法,借鉴前人研究问题方法能指引我们正确的行进方向,这是本课件的中心内容,成功,1为考试而学：要求掌握基本理论和概念，习题则是这些概念的简单应用，一般来说，这些理论知识掌握了，习题也就会做了；同一类型的习题做一两道，心里有数就可以了,2为应用而学：要求理解所学的理论，做到从思想上把握它。似懂非懂，一知半解，则无法很好地应用所学的理论知识,3为研究而学：想要分析问题、解决问题，需要对前人研究问题的方法、思路，手段等有所体会和领悟,大学学习的三个转变,“会不会做题、做难题”不是评价你学习效果的标准，而是看“自己对理论是否透彻理解和对前人研究问题、解决问题的方法、思路、模式是否有些体会和
2、心得”。,大学学习的三个转变,物理学中的定理是由物理定律（原理）经过严密的逻辑推导而得到的，,而物理学中的定律（原理）则来源于实践，是由实践总结而来的,物理学研究问题的基本观念,一 理论的来源,为什么一个物体在外力作用下所产生加速度的大小与合外力成正比，与物体质量成反比？为什么变化的磁场能在空间激发涡旋电场？,不能对基本原理问为什么，也不能去论证基本原理,一个很多人容易犯的错误,物理学研究问题的基本观念,物理学的基本原理是由实验总结的，而“总结”就体现了一定的人为性，在很多情形下，人们往往是比照实验结论这个“坑”的大小“放”（提出）“填充料”（新的理论）。所以新的理论如果能解释某一实验发现，即
3、便解释的很好，也不能很好的说明该理论的可靠性，因为该理论很可能是提出者按照“怎么样能解释实验结果就怎么样提出理论”这样的方式提出的。可见，光子说即便解释光电效应再完美，也不能让世人信服，正是它又成功解释了康普顿散射，才让学术界接受它。同样玻尔三假设解释其它原子不行，只能很好地解释氢原子，从这一点上说，该理论的可靠性是要受到质疑的。,比照“坑”的大小放“填充料”,物理学研究问题的基本观念,物理学的理论体系好比一棵大树，定律就是它的根，由定律推导而来的定理就好比它的干和枝，而人们的实践活动则是其生存的土壤，区分不清楚哪些是它的根，哪些是它的干和枝，自然就很难把握好物理学的知识体系，这样学习就没有了
4、框架感，没有站在了一定高度上，陷入细节的低洼地，也很难用好它来分析问题、解决问题以及在原有理论基础上有所创新,理论的来源，要注意：,物理学研究问题的基本观念,二 理论的检验,物理定律是由实践总结而来的，其正确与否也由实践来检验，也就是说物理定律以及它的一系列推论是否与客观实际相符，这是检验物理定律的唯一标准。,物理学研究问题的基本观念,我们最值得信赖的是实践，而不是人们头脑中长期形成的共识，更不是学术权威的言论，甚至也不是人们长久以来都坚信的某些原理或定律。倘若敬畏传统、敬畏权威，难免被束缚住思想。只有在实践是检验理论唯一标准这一思想的指引下，才能让思想的火花尽情地燃放，智慧的光芒得到最大程度
5、地闪烁，才能使我们有更多的创新,理论的检验，要注意：,物理学研究问题的基本观念,三 理论的发展过程,人类的实践活动会受到一定时期客观条件的限制，所以人们的实践活动是会因物质技术手段的不断提高而逐步深入的、由浅入深的，这就导致在物理定律在一定时期内与人们的实践相符，但随着新现象、新实验的不断涌现，与这些物理定律不相符的物理现象就可能会被人们发现,人们就需要对这些物理定律加以修正甚至提出新的假说，新的假说经的起实践的检验并被人们广泛接受就成为新的物理定律。所以人们对客观事物的认识是一个渐进的过程。,物理学研究问题的基本观念,诸如光电效应等一大批物理现象与当时的物理学产生了对立，正是这些当时的物理学
6、无法解释的现象导致了量子力学和相对论的诞生，,可以肯定地说，随着人们实践活动的深入，量子力学和相对论所不能解释的物理现象也必将会出现，能够解释这些新现象的新理论、新定律也将会随之诞生。所以说人们客观事物的认识是一个渐进的过程，不断深入的过程。,理论的发展过程,物理学研究问题的基本观念,把原有理论当作“圣经”，认为其所反映的就是客观世界的本来面目，就不可能敢于对原有理论有所突破并创立新的理论，我们对客观世界的认识也就会蹒跚不前,理论的发展过程，要注意：,物理学研究问题的基本观念,四 评价理论的标准,1，有实践基础,2，应用范围广,3，逻辑简单，应用方便,物理学研究问题的基本观念,理论的评价标准比
7、较多，下面三个可以看作是基本的标准,一个理论存在自身的缺欠以及对一些事实和现象不能给予很好地解释都不妨碍我们应用它来解决问题，也不能因此就否定这个理论，所以尽管我们在提出一个理论时要努力使之尽善尽美，但在我们评价一个理论时却不应该过分地苛求，另外，我们评价一个理论的好坏，不是看这个理论是否应用了多么复杂的数学工具，更不是看这个理论是否高深莫测，那些逻辑简单并且解决问题方便的理论才是值得我们推崇的。倘若我们在研究新问题、建立新理论时故弄玄虚，把问题搞得复杂难懂，理论有了一些问题就彻底否定，而不顾其可取的一面，那么这些行为都是不可取的，,评价理论的标准，要注意：,物理学研究问题的基本观念,什么叫理
8、想模型？,理想模型：抓住问题的主要因素忽略次要因素，把实际情况理想化、模型化,理想模型物理学研究问题的基本方法,举例：,质点,实际物体都有大小和形状，但大小和形状对我门研究问题影响不大时，我们就忽略物体的大小和形状，把该物体看成一个有质量的点，即质点。,主要因素：质量,次要因素：大小和形状,什么是理想模型,这样质点就是实际物体的理想模型,理想模型的核心思想,理想模型的核心思想是：近似地处理问题,为什么说几乎所有的理论都是理想模型？,这些理论都是真实情况的近似，都忽略了一些次要因素,这其实就是一个理想模型的例子,为什么说几乎所有的理论都是理想模型？,为什么要应用理想模型？,现实情况太复杂了，直接
9、处理现实情况，往往非常困难，甚至处理不了。,这个公式忽略了很多次要因素,理想模型毕竟是真实情况的近似，利用它来处理问题所得到的结果毕竟与真实结果有出入，如何看待这个问题？,得到的结果如果与实际的差别较大，则需要对该模型进行修正,如何看待与实际存在偏差,近似地处理问题不等同于马马乎乎地处理问题,对相关物理理论和概念一知半解，对所用的数学工具不能吃透是不可以的,如何建立理想模型？,a，要想通过建立理想模型来解决你所面对的问题，许多时候需要对你所要解决的问题有深入、细微的了解,英国政府决定设立两项巨奖：2万英镑奖励第一个打通西北航线的人，5千英镑奖励第一艘到达北纬89度的船只。,1845年5月19日
10、，富兰克林率两艘船共129名船员，沿泰晤士河顺流而下。当时，所有人都认为，成功如囊中取物，那两项巨额奖金肯定会被富兰克林争得。而自从7月下旬，有些捕鲸者在北极海域看到了富兰克林的船队后，他们便消失得无影无踪。,如何建立理想模型举例,从1848年起的十几年里，共40多个救援队涌进了北极地区，其中有6个队从陆上进入美洲北极，34个从水路进入北极各岛屿间，展开大面积搜索。起先，人们还抱着一丝希望，但几年之后，清楚任何救援活动已毫无意义，此后的努力只不过是为了搜索死亡证据。,如何建立理想模型举例,一个半世纪过去了，人们对于富兰克林之死仍然觉得迷惑不解。因为，129名身强力壮的勇士，携带着足够3年以上食
11、用的装备和物资，不是因为风暴所致，却无一生还，即使在当时情况下，这似乎也是难以解释的。,20世纪80年代初，加拿大的比特博士对此产生兴趣,如何建立理想模型举例,刚刚拉开棺盖的哈奈尔的面部,听装罐头是1811年才在美国取得专利，作为一种新技术为皇家海军所用。而那时的密封罐头所用的焊料主要是铅和锡的合金，其中铅的含量高达90以上。这种焊料还有一个缺点，所焊的缝隙常常会留下许多空隙，因而导致食物腐蚀变质。由此便引起了两个严重后果，一是导致食用者铅中毒，二是有相当大一部分罐装食品很快变质而无法食用,严重的铅中毒使人的体能下降，而且还能破坏人的神经中枢，使人的性情狂乱，行为失去控制,如何建立理想模型举例
12、,1982年，第一个微量元素分析结果表明在一位不知名的探险队员的骨骼中，铅元素的含量高达228ppm（百万分之228），而同一地点搜集到的两个爱斯基摩人的骨骼中，却只有22ppm和36ppm。也就是说，探险队员的骨骼中的铅含量比通常情况要高100倍,1890年，英国政府正式颁布法律，禁止在食品罐头的内部采用焊锡，但对富兰克林来说，却实在是太晚了。,如何建立理想模型举例,导致129名身强力壮的勇士无一生还 的原因很不明显，长期以来没有被人们找到，正是这位加拿大的比特博士，耐心细致的工作，从纷纭复杂的史料中发现了这个关键的细节，才揭开了这个谜底,a，要想通过建立理想模型来解决你所面对的问题，很多时
13、候对你所要解决的问题有深入、细微的了解,由此可见：,如何建立理想模型举例,在秘鲁南部有一片荒凉的平原纳斯卡平原。在这片辽阔的原野上，有一处令人难以理解的奇迹。在方圆了50平方公里内，用卵石砌成的线条纵横其间，勾画出巨大的鸟兽和各种准确的几何图形，从高空中看就好像是用巨人的手指画出来的,纳斯卡人为何要绘画这些只有空中飞鸟才能看清的巨画，他们又怎样绘画出这些图画，六十多年来，各种各样的解释，各种各样的猜测多不胜数,这些问题的解决都依赖我们对相关细节问题的仔细探询和发现,如何建立理想模型举例,b，要想通过建立理想模型来解决你所面对的问题，就需要注意借鉴前人的一些做法,继承与创新,如何建立理想模型,理
14、想模型小结：,简言之，在我们分析新问题时：首先要找出哪些因素是主要影响因素，哪些是次要因素，然后将一些次要因素忽略，将问题简化，从而使问题得到解决。如果没有这一物理学基本观念作为指导，事无巨细，在解决新问题时什么因素都加以考虑，势必使问题无从入手、难以得到解决，使我们陷入没有头绪的境地，除此之外，我们在学习的过程中，也不可能对前人的理论有很好的理解和体会。其次，要想到的就是前人在处理类似问题的一些做法有那些可以借鉴过来，为己所用。,质点运动的描述,质点运动学,质点动力学,引入物理量，来描述我们的研究对象,建立定律来给出这些物理量是如何随时间变化,这种研究模式贯穿物理学各领域，也是任何一门学科都
15、应该借鉴的研究模式,物理学研究问题的一个基本模式,你在学习人家理论时就要注意这一点，人家是引入了什么变量来描述这一问题的，这一变量随时间变化的定律或原理是哪个？当你做研究的时候，也应该效仿这一点，引入一个变量来描述所研究的问题，之后建立个理论来给出这个变量是如何（随时间或空间）变化的，一旦你的这个做法被人接受，你可就做出了重大贡献,如何引入物理量？,从研究对象的主要性质入手，比如电场的描述,电场虽然没有质量,但有动量和能量,并且其传播速度是有限的,更重要的是电场会对其中的电荷有力的作用,电场强度：,物理学研究问题的一个基本模式：续,如何找出物理量之间的关系？,如果能从所引入的物理量的定义出发，
16、直接推导出它们之间的关系，这样最好，比如力学中位置、速度和加速度之间的积分和微分关系就可以直接由其定义式得到。,物理学研究问题的一个基本模式：续,如果上述做法行不通，我们物理学中往往是借助无穷小的优势来得到这些变量之间的关系。,比如我们在推倒欧姆定律的微分形式（电场强度和电流密度矢量的关系）中，在给出电介质中极化强度矢量和表面束缚电荷面密度之间关系时，在磁介质中给出磁化强度矢量和表面磁化电流面密度之间关系时都采用了这样的做法。往往是根据具体情况选取一定形状的体积元、面积元或积分回路，因为是无穷小的，所有变量都变成了常量，再把相应的关系统统找出来利用上，我们想要的这些变量之间的关系就得到了。,以
17、上内容小结：,前边内容可以总结为：,三转变，三基本,学习的三个转变,物理学研究问题的基本观念、基本方法、基本模式,简化问题的另一个途径,运用叠加原理,力的叠加原理,运动的叠加原理,振动叠加原理,波的叠加原理,状态的叠加原理,把一个复杂的分解为若干简单的相加从而把问题简化,典型的平抛运动,物理学解决问题的灵活性,假象小球受到的力,明明牛顿定律只适用于惯性系，但做个小变通之后就可以应用在非惯性系，明明面积是标量，但做个小变通就可以定义为矢量。我们在今后遇到新问题时，要象人家这样体现出高度的灵活性来，事情是死的但人是活的，理论解决不了的问题，想个办法变通一下我们的理论，或者对某些东西做一下改变，往往
18、就可能解决了该问题,研究问题的一个特别值得注意的地方：,如果一个问题太复杂，简直没办法研究，例如股票价格（影响因素太多，主次也难分）那么物理学在处理类似问题时的做法是，研究它的一个特殊情况，或极端情形。这样问题就简单些了，也就容易得出一些有价值的结论了。,例如：大学物理中研究波的合成，也考察了满足相干条件（一个特殊情形）的情形，研究同方向不同频率振动的合成，也只考察了拍（也是一个特殊情形）的现象等等类似的情形很多。特别是准静态过程概念的提出，热力学过程的中间状态严格的说都是非平衡态，研究起来很困难，准静态过程这个热力学过程的特殊情况相比而言是多么容易研究！,类比法,单凭实验数据的积累，到今天库
19、仑定律也不会是距离的平方反比关系,电磁学中的许多成就都是在借鉴已有的引力理论基础之上取得的,式中r的平方项是从引力公式的类比中而来的，因为实验是有误差的，不可能给出一个精确数字,思行统一,不能光有想法，而要既有想法也要有支持这一想法的方案。,从同一波阵面上各点发出的子波，经传播而在空间某点相遇时，产生相干叠加。即子波干涉的思想,菲涅耳若只提出这个想法那还能称为：惠更斯菲涅耳原理么？,人们对光的本性的认识，注重了它的波动性,而忽视了它的粒子性。而在实物粒子的研究上,我们是否犯了相反错误：即只考虑了实物粒子的粒子性,而忽略了它的波动性呢？德布罗意提出假设：一切实物粒子也具有波动性，同时也具有粒子性
20、，即波粒二象性,德布罗意若只提出这个想法那么物质波还能称为：德布罗意波么？,微积分的特点（优势）,微积分是我们大学物理中的基本数学工具，熟悉它的特点（优势）对于我们理解所学的理论乃至今后用好它来解决问题都很重要,微积分的优势在于借助无穷小的概念我们可以把一个“变”的问题转化为一个“不变”的问题。一个随时间变化的量，在一个无穷小过程中就是一个恒量，一个随空间变化的量，在一个无穷小区域就是一个常量，一个曲面分成无数个面积，元每个面积元就是平面，一个曲线分成无数小段，每一小段就是直的。这样问题就简单了。比如功的计算，高中时我们只能计算恒力作用下的直线运动情况下的功（磨擦力做功除外），有了微积分工具我
21、们就可以计算任意力作用下的沿任意路径的功，因为把路径分成无数小段，每一小段的功就是恒力作用下的沿直线运动的功了。类似的例子实在太多了，比如气体动理论中压强公式的推导，电通量的计算等等。,将来在研究问题时，你能把微积分的这一优势用好么？,逆向思维方法,法国人德布罗意利用反向思维发现：整个世纪以来，人们对光的本性的认识，注重了它的波动性,而忽视了它的粒子性。而在实物粒子的研究上,我们是否犯了相反错误：即只考虑了实物粒子的粒子性,而忽略了它的波动性呢？于是提出了实物粒子的波粒二象性。,逆向思维可以为我们分析问题提供一个方向，在物理学中比较常见,1919年丹麦人奥斯特发现了电流能产生磁场，促使法拉第在
22、思考，既然电能产生磁，反过来磁能不能产生电呢？经过10年的实验，终于发现磁能产生点，从而有了法拉第电磁感应定律。,可见，利用反向思维也是一个不错的分析问题方法,问题的难度和你的耐心成反比,很多人在研究问题时候往往过于急，想一下子把问题解决了，这就应了那句话，欲速则不达！,可见，利用反向思维也是一个不错的分析问题方法,一个比较复杂的问题，如果分成若干步骤，往往每一步骤都较简单容易，比如说动生电动势的计算，很多同学一下子就想去写哪个积分式子，往往觉得有头脑有点乱，不好写，可如果一步一步来，1确定好导体两端的正负极，2建立坐标并选取一无穷小段路径，明确路径矢量的大小和方向，3找出该路径上导体的速度和
23、磁感应强度的大小和方向，4把单位正电荷受到的力与该路径矢量点乘，5然后积分。在这些步骤中，哪一步都很容易，如果不够耐心，想一下子去做最后的积分，就会觉得不容易，还容易出错。,有耐心，铁棒能磨成针！当你觉得你要面对的问题比较难时，应该调整一下自己的心态，保持足够耐心就不难了,今天很难再从研究对象来区分什么是物理学。不管什么问题，当物理学家用物理学的方法去研究它们时，就把它变成了物理学问题。,物理学家在干什么？,台球模型裂纹生长心率免疫的统计模型神经网络植物的花序斑图的形成蛋白质折叠蚁群觅食模型交通流量,沙堆模型水土流失模型股市模型为什么鸟能一起飞？非编码的DNADNA排序曲折的河流催化反应,不管什么问题，当物理学家用物理学的方法去研究它们时，就把它变成了物理学问题。,以上为一次物理学学术会议的参会论文题目,最后祝同学们在今后的学习和生活中一帆风顺！,
