2022年思想实验在物理学中的地位和作用.docx
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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 立身以立学为先,立学以读书为本思想试验在物理学中的位置和作用一、引言:物理学从本质上看是一门试验科学;物理试验在物理学的进展和物理学训练中占有重要地位;可以说, 离开了物理试验, 就无法明白物理学;正由于如此, 在物理学的讨论和 教学 中,对于物理试验历来非常重视,无论从试验的设计、仪器的制作和调试,仍是到试验过程的控制、试验结果的分析等各个环节,都强调一丝不苟;想比之下,对于与此有关联的思想试验却介绍不多;因此,对物理学中的思想试验进行纵向的历史考察,横向的比较讨论,是非常必要的;有助于物理学的讨论和 教学 ;二、思想试验的一般考察伽利略是位
2、近代物理学的先驱者;他对物理学作出了多方面的奉献;其中, 他发觉的落体定律和惯性定律, 为近代物理学供应了两快牢固的基石;伽利略的胜利, 得益于他领先采纳了科学的物理试验, 更得益于他独创的物理试验与思想试验相结合的科学方法;伽利略的杰出工作,说明白他既是一位物理学的大师,也是一位进行思想试验的先驱;众所周知, 在相当长的一段时间内,人们对于力和运动等物理现象、物理规律的熟悉,始终受到亚里士多德学说的束缚;亚里士多德认为:物体运动速度的大小和有无,是由它是否受力以及力的大小直接打算的;地面上轻重不同的物体下落速度不同;重物下落较快, 轻物下落较慢, 对此也曾有人反对过他的错误说法,但都由于没有
3、准确的试验和理论的认证,所以没有被人重视; 第一个胜利的打破亚里士多德的错误权威的正是伽理略;伽利略奇妙地运用思想试验否定了这一统全欧洲近两千年的错误理论;物体下落的速度和物重成正比;伽利略在他的著作关于两种新科学的谈话和数学证明中写道: “我非常怀疑亚里士多德曾用试验验证过;当两个石头,一个的重量是另一个的 10倍,从同一高度,如 100 库比特,下落时,其速度的差别会达到这样的程度,以致前者着地时,后者仍不超过 10 库比特; ” 加利略紧紧抓住这一疑点,设计了思想试验来进行分析和论证;他指出:假如亚里士多德的论断成立的话,即重物比轻物体下落得快,那么,当重物体和轻物体绑在一起下落时,由于
4、快的受慢的阻碍而减慢;慢的受快的促使而加快,其结果绑在一起的物体下落速度肯定介于原先两个物体的速度之间,即小于原先重物体下落的速度;但是, 两个物体绑在一起就成了一个复合体,它比原先的重的物体仍要重,按亚里士多德的论断复合体下落的速度要大于原先重物体下落的速度,这就和上面的结论相冲突了;由此可知,重物体下落不会比轻物体下落的快,二者下落的速度应当是相等的;正是这一思想试验,坚决了伽利略落体试验的信心和决心;在否定了亚里士多德的落体定律之后,伽利略进一步对自由落体运动进行了定量讨论;他根据对自由落体运动的定性观看结果:速度越来越快的基础上,假设自由落体运动是一种匀加速运动,在 15901592
5、年期间进行了大量的落体试验;但在当时的测试条件下,不行能立即用试验来证明这一假设,伽利略便用思想试验与真实试验相结合的方法解决这个难题;他借助于数学,求出了从静止开头的匀加速运动的距离 不包括任何速率,只要直接测定 s 和 t 就行了;s 与时间 t 的关系,即: s/t2=常量 .这时但是,物体的自由下落仍是太快了,在当时无法精确测定;伽利略想用不太快的运动来测量,即用斜面代替落体试验,经过多次的反复试验测定,得到如下结果:(1)当斜面倾角固定时,球滚过的距离 s 与所用时间 t 的平方之比为一常数,即:s/t2=c. (2)转变斜面的倾角,s/t2的值随之转变,但小球通过的距离与时间平方成
6、正比关系不变,变化的仅是比例常数;伽利略用思想试验把这个结果推向极端 当倾角为 90o时;即物体作自由落体时,这个论断也成立;他由此得出结论,自由下落运动是匀加速运动;名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 4 页精选学习资料 - - - - - - - - - 立身以立学为先,立学以读书为本伽利略对自己所独创的物理试验和思想试验相结合的科学方法感到由衷的兴奋;伽利略之后, 随着科技的进展和熟悉活动的深化,思想试验在物理学中得到了日益广泛、自觉的运用,显现了马赫、爱因斯坦等善于使用思想试验的物理学家;物理学的各个分支中,产生了一些闻名的思想试验;例如,在力学中,马赫对“牛顿旋转
7、水桶 ”的思想试验;否定了牛顿的肯定时空和肯定运动;在量子力学中, 有证明粒子波动性的单电子衍射试验,能量势阱等思想试验, 证明测不准关系的抱负显微镜试验,电子束单缝衍射试验;在相对论中,有证明同时性相对性的“爱因斯坦列车 ” “光子火箭 ”的思想试验等等;可以说没有思想试验,物理学的进展是困难的,它的理论体系建立不起来;对此,爱因斯坦曾评判说“伽利略的发觉以及他所应用的科学的推理方法是人类思想史上最宏大的成就之一,而且标志着物理学的真正开端”;三、思想试验的基本特点从对物理学中的思想试验的历史考察,我们可以看到: 思想试验是按真实试验的格式绽开的一种复杂的思维推理活动;其思想操作包括以下几个
8、方面:(1)对从未进行过的或潜在的可以实现的试验的预想; (2)对真实试验的抱负化抽象或外推,即抱负试验;(3)现实中不存在,与体会相冲突,但规律上讲得通,物理学上有意义的抽象;这种思想试验操作不必物化就可以得到确定的结论;由此可见,物理学中的思想试验具有以下基本特点:1、具有试验的可操作性思想试验不是实际进行的试验,但是之所以被称为试验,是由于这种思维活动是依据实验的格式而绽开,是可操作的;R.哈里指出: “所谓思想试验是想象中操作模型时形成的;” 思想试验的操作者依据自己的熟悉和摸索,使用储存于头脑中的体会表象,语言材料, 通过分析、想象、类比、推测和规律推理,进行想象的操作;思想试验使用
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- 2022 思想 实验 物理学 中的 地位 作用
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