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第23章 物理知识大厦的建立

对物理内容本身及其学习物理的意义高中物理第一册绪言部分作了介绍,我不在这里展开讨论。在这里主要与大家一起讨论一下“物理这座知识大厦是如何建立起来”的问题

1畅 物理概念

物理知识首先是从大量具体的现象、事实、实验中找出它们的本质联系,抽象概括出物理概念。物理概念的表达,有些是定性的,有些是定量的,定量的叫物理量。例如新课程必修枟物理枠(1)的第一章是研究机械运动,研究物体相对于物体位置改变的问题。从大量的事实和现象中我们发现,同一物体相对于不同物体位置改变情况不一样,因此要研究物体的运动,必须明确对哪个物体运动,研究才能深入。而对哪个物体运动,最简单是把这个物体作为静止,我们把这个物体叫参照物。参照物就是从大量现象中抽象出来物理概念。它是个抽象的概念,不是具体的某个物体,而是在研究物体相对于别的物体运动时,用来做参考的看作静止的所有物体,它是研究机械运动必须建立的概念。再例如物体在作机械运动过程中,大量现象说明同一物体在不同时间里相对参照物位置改变情况不一样,不同物体在相同时间里相对同一参照物位置改变不一样,要把研究深入下去,需要表达物体位置改变的概念,这个概念可用运动物体初位置指向末位置的有向线段来定量地表达,我们叫它位移。显然位移是个定量表达的抽象物理概念,也就是说是个物理量。

2畅 物理规律

在建立了物理概念的基础上,或通过实验找出物理概念之间特别是物理量之间的联系,叫物理定律,或通过数学的和逻辑的推导得出物理概念之间的联系,叫物理定理,物理定律和定理我们统称物理规律。例如新课程必修枟物理枠(1)第四章中我们就是通过实验,得出物体的加速度 a,与物体的质量 m和物体的所受合外力 F这三个物理量中存在这样的定量的关系:F= ma,加速度的方向与物体所受的合外力的方向相同,这是自然界的一个物理规律,由实验得出的,是牛顿发现的物理规律叫牛顿第二定律。再例如新课程必修枟物理枠(2)第五章我们由牛顿第二定律 F= ma和运动学公式v2t -v20 =2 as通过数学推导发现物体所受合外力所做的功W 和物体的动能Ek 这两个物理量之间存在关系W= Ek2 -Ek1,这样的规律我们叫定理,称为动能定理。我们研究物理的目的是为了寻找自然界的物理规律,即建立物理定律和定理。

3畅 思路和方法

在形成物理概念和由物理概念得出规律过程中,必然会产生一些独特的方法和奇妙的思路和思想。这也属于物理知识的内涵,而且是物理知识中最活跃和最具迁移力的部分,也是物理知识中最难掌握的部分,例如新课程枟物理枠必修(1)第三章在讨论几个力的共同作用效果时,我们引入了合力概念:当一个物体受到几个力的共同作用时,我们常常可以求出这样一个力,这个力产生的效果跟原来几个力的共同效果相同,这个力就叫做那个几个力的合力。这种用效果相同的简单情况,代替原来复杂的情况,是研究物理的重要方法。这种方法就是物理知识。这种知识(方法)不仅研究物理很有用,在别的领域中研究问题也很有用。又例如新课程必修枟物理枠(1)第三章中,在探究求合力的方法得出力的平行四边形定则时,我们采用了实验的方法,我们按照这样的步骤进行:(1)设计一个实验装置能测量物体所受的分力与合力;(2)测出一系列合力和分力数值;(3)分析测量出来的数据关系找出其规律。这是我们在用实验的方法研究问题时的思路,这种思路本身也就是物理知识。显然这种知识(思路)在别的领域中研究问题也很有用。

另外,我们掌握物理概念和规律的目的是为了解决实践中遇到问题。在中学学习物理过程中,解决实践中的问题常常以解题的形式。在运用物理概念和规律去解决问题的过程中,用什么方法去解,第一步干什么,第二步干什么也有其规律性,这是解题方法和思路,这也是知识。也是比概念和规律难掌握的物理知识。

建立概念和规律过程的物理方法和思路在学习过程中很难得到练习及应用,但在将来工作实践中很有用,所以学习时要特别关注与体会。解题的方法和思路在中学物理学习过程,可通过不断练习得以掌握。

综上所述在物理知识大厦中,基础是:物理现象、事实、实验;核心是:物理概念和规律;思路和方法是科学家建立物理知识大厦过程中体现出来的智慧结晶。概念和规律是物理课程学习的关键,方法和思路是掌握物理知识的难点。

由上面讨论可知,物理学是一门十分严密的科学,是公认自然科学中最严密的科学。因为其严密,在其学习过程中,对人思维的严密性提升有其独特的作用。物理学也是人们公认研究未知世界,闪烁着人类智慧的思想和方法最丰富的科学,因此对人的创新能力培养也有其独特的作用。当然这需要采取正确的学习方法。

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