物理学习中的思考

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  物理学科历史悠久,实验物理的兴起还要从16-17世纪伽利略的那些著名实验说起。从人们真正摒弃愚昧与迷信,真正以科学的角度审视这个世界,审视自己身边发生的事情,物理便诞生了。从这种意义来说,我们生下来就是物理的宠儿,如何学好物理,很大程度上依靠后天物理学科逻辑性思考能力的培养。
  学得好数学,不一定学得好物理,说的就是物理本身强大的逻辑系统。从最简单的安培力的推导再到高深的物理实验设计,这一切怎能脱离“逻辑”二字?
  从伽利略睁眼看宇宙以来的400多年,当下人们的视野从来没有如此广阔,小到普朗克长度(约为10-35 m),大到有限无边(根据爱因斯坦给出的宇宙模型)的宇宙的920亿光年,我们所了解的时间从来没有如此浩渺,从普朗克时间(10-43s)到宇宙的138亿年,物理,以其严谨性,实验性,成功描述了绝大多数我们所接触到的世界的现象。物理,永远是无法脱离实验而存在的,实验是物理的生命,没有实验,就没有时间单位的确定,我们又如何去描述百米冲刺的世界记录呢?没有实验,我们就没有质量单位,我们又如何关心自己的体重呢?
  物理学习,有时需要相信自己的直觉判断,但更多时候,需要严谨的逻辑思维和扎实的数学功底。在学习物理模型时需要特别注意物理模型的适用范围。例如狭义相对论和经典力学。如果是一个初学者接触到狭义相对论,他仅仅会被其所表征出来的实验现象所吓倒,因为在他所认识的宏观世界中,这些现象是根本不可能发生的,也有一些人仅仅根据自己的常识就去推翻类似双子佯谬、车库佯谬、火车车头车尾参考系不同带来的佯谬等推理现象,事实上,在现实生活中我们所用的GPS定位系统要是没有相对论的修正计算,可能将以一天数米的速度产生误差,我们可能今天在这个城市,半个月后就出现在了另外一个地方。经典的时空观是已经被实验证明不适用于高速情况的物理模型,但很多人仍旧无法接受。其实,从数学的角度去思考,并不是什么难事,运用闵氏时空和线元的相关知识就能够很好地描述狭义相对论下的物理现象。这些都是逻辑思维和数学功底对物理学习和研究的作用。
  高中的物理学习,练习题目只是暂时的通过检验的办法。殊不知,真正的物理思维的培养,是全然在做题之外的,做题,只是最表面的功夫,深入理解一个公式,你甚至不用记背,现场推导其能引出的所谓公式,也能很快解题。物理源自实验,物理思维的精髓也在于实验,从最简单的单摆实验,到复杂一点的光学实验(如要求测量光学玻璃材料的物理特性),再到更复杂的实验(如研究相关参數对蜂鸣箱音色、响度等物理量的影响,再如研究透明度与鸡蛋几分熟之间的关系)。这几个例子有些出自高中物理竞赛和课外书籍,有心者可以发现从最简单的给定了实验条件,实验环境,实验参数,甚至给定了要研究的物理量和相关关系式的验证性实验,到没有给定物理实验环境,控制变量,相关参数及物理量有些甚至需要自己定义,经历了由易到难的过渡。
  实验物理才是培养物理思维的理想地,如何选择相关的物理量,这个物理量的影响是否可以在计算中忽略,这不仅要考虑题目要求的精度,在真实的实验中甚至要考虑物理测量仪器的精度,有些实验甚至需要你自己去通过软件和回归方程得到物理量之间的关系解决的。摸着石头过河,如何保证少犯错,需要的是严谨的逻辑思维,有时需要勇气,甚至直覺!
  永远不要将视野局限于做题。在熟练掌握,灵活运用,并达到课内要求的情况下,同时需要重视自己的科学文化修养。
  作者单位:山东省济宁市第一中学高二(4)班
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