大学物理后记(方法总结)课件

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心得”。大学学习的三个转变这些基本观念就是知识海洋中的“交通规则”不懂这些“交通规则”就在知识海洋中扬帆是容易触礁翻船的，是两眼一抹黑的乱闯乱撞。

明白这些“交通规则”，你在知识的海洋中就眼明心亮，能正确思考、能有自己见解，甚至能有自己的创新。物理学研究问题的基本观念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可见理论来源于实践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，因为它是实践中总结来的，不是推导来的。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提出理论时的“量体裁衣”物理学研究问题的基本观念这种做法是人们建立新理论的一个非常重要指导思想，它的意义在于为人们提出一个方向、一个思路，其它研究者可以在这个方向或者思路指引下分析问题，如果得出的结论与实践相符，则新理论得到认可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。可见，区分理论的根和枝是我们系统化知识的一个基本方式。理论的来源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地闪烁，才能使我们有更多的创新理论的检验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新旧理论之间，必须要有衔接，如果新理论把旧理论完全推翻，因为旧理论往往有广泛的实践基础，新理论难免和实践有冲突。一般情形是，新理论会指出原有理论是某某情况下的近似理论。就像相对论和牛顿力学之间的关系一样。明白了这一点，你就理解了，如果将来超光速现象和磁单极子被发现，不能用推翻、放弃、过时等字眼加到我们今天所学的相对论和电磁学头上。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标准时空论——谭暑生自称：标准时空论在基本假设的合理性、逻辑简单性和逻辑自洽性上胜于狭义相对论。自称：标准时空论完满地解释了以前的所有实验结果，预见了一些迄今没有预料的新的经验事实，等待着这些实验的检验和证实。对标准时空论评价谭暑生的标准时空论发表后，包括钱学森（对谭暑生的鼓励，前后长达20多年）在内的国内外多位科学家都给予了高度评价国内知名教授白铭复认为，标准时空论是有别于牛顿的绝对时空观和爱因斯坦的相对论时空观的一种新的可能的目前物理学所允许的时空理论。理论物理权威法国物理学家德·埃斯帕纳：很好的观点，完全独立地证明了：对实验事实的解释并非一定需要通常的狭义相对论，这一点，我以前是不知道的，与我讨论过这方面课题的物理学家中也几乎没有人知晓这个事实。对标准时空论评价两院院士宋健为《从狭义相对论到标准时空论》一书撰写了序言，其中特别指出：“谭暑生教授沥20多年的心血，创立标准时空论。作为一个自洽的新体系，它继承和综合了牛顿力学和爱因斯坦狭义相对论的基本思想和成就，蕴涵了已知，又有创新，廓清了原有的悖论，开拓了新的视野，对物理学的发展具有重要意义。”这个理论有什么问题呢？我们看他的基本假设（谭暑生）——标准时空论的基本假设1绝对参考系原理：在所有惯性系中存在一个标准的惯性参考系，在这个参考系中单程光速是各向同性的。2回路平均光速不变原理：在任何惯性系中，光在真空中沿任何一个闭合回路速度的平均值为C，它与光源的运动状态和空间方位无关3，任何惯性系中都不存在物质运动的上限4，新时空变换在低速下必须还原为伽利略变换没必要作为基本假设,显得外行没有实践基础，对这个理论来说，是致命的什么叫理想模型？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,可见理想模型应用之广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理想模型小结：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应该借鉴的研究模式物理学研究问题的一个基本模式这个研究问题基本模式在我们学习过程中实在太有意义了。它好比樵夫砍柴的绳子，把我们所学的知识串联起来，消化并吸收。我们学习任何一门课程时都可以用该模式来分析我们所学的知识，所学的知识可能没有运动学和动力学这样的提法，但一般都能区分出这样的结构，当你尝试用该模式将所学知识串联起来，系统化之后，再混沌的头脑也都会有不少清晰。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，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。状态量和参数量状态量参量（或参数）描述研究对象的状态，比如位置、速度和加速度，温度、压强和体积描述研究对象区别于其它研究对象的一些特性（性质）随时间变化一般不随时间变化以上内容小结：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（分析与综合法）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量子力学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——物理学一个基本研究模式在继承的基础上进行创新在遇到新问题的时，应该去研究前人解决类似问题的做法：即从原有的成熟的理论中寻找借鉴我们经常会发现，所学习的新理论和学过的一些理论尽管内容不同，但形式上、方法上、思想上总有些千丝万屡的联系质点力学刚体力学物理学解决问题的灵活性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，往往就可能解决了该问题类似的情形有很多，比如把面积定义成矢量，电磁场中人为引入假象曲线，电力线和磁力线，无穷小根电力线，没有实在意义的也可以定义为物理量等等做法，都值得我们学习借鉴特殊情景法：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，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？利用研究对象的特性做文章1最有代表性的是势能概念的引入因为“保守力做功和路径无关”（重要特性），利用这个特性采用数学手法使保守力作功问题得到简化具体做法是：选取一个位置有关的函数,保守力在某一过程所作的功可以用这个函数在此过程始末位置的差来表示搞清楚了这个函数，保守力做功问题就简单了，因为积分变成了加减运算2我们在引入物理量描述研究对象时，往往依据被研究对象的特性（或性质），例如电场强度电场的重要性质是对其中的电荷有作用力，由此，在电场中放置实验电荷，从而发现（有了文章）：实验电荷受到的力和其电量成正比，比值与实验电荷无关，反映电场的性质，从而引入了一个描述电场性质的物理量：电场强度=实验电荷受到的力/实验电荷电量微积分的特点（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总结：复杂问题简化的三种主要