物理学中抽象方法以及在力学中的应用 Microsoft Word 文档

目录1前言 (1)2．力学中的抽象方法如何建立理想模型和它的分类 (2)2.1抽象方法如何建立力学抽象模型的原则 (3)2.2抽象方法建立的力学抽象模型的分类 (5)2.2.1物体模型 (5)2.2.2过程模型 (6)2.2.3体系模型 (8)3．力学与技术科学和生产实践的关系 (9)4．结束语 (10)参考文献 (11)致谢.................................................. 错误！未定义书签。

物理学中抽象方法以及在力学中的应用摘要：物理问题的解决凝聚着历代物理学者的智慧与心血，至今已从延生出一门物理方法论的信的科学。

抽象方法是研究物理学的重要方法之一，抽象法是一种非常重要的教学和思维方法。

它质的一些特征和属性,抽出本质特征和属性,从而抓住，、物理现象和物理过程的本质,达到通过物理实验揭示物理本质,使学生理解和掌握物理知识的效果。

对一些微观的物理现象以及抽象的物理概念和规律,若采用放大法、推理法、物理模型法、等效替代法、理想化法、类比法、转换法等科学研究方法,不仅能提高学生对知识的认识和理解,而且对培养学生的科学思维和习惯,提高科学素养,将他们已掌握的知识和方法升华为可持续发展的能力都会有极大帮助。

关键词：物理学方法，抽象方法，理想模型，力学。

1前言自西方传来希腊文写作φυσικα而英文写作physics。

由日本人译作“物理学”，又传入中国。

“物理”顾名意思指的是自然界存在的各种事物的之道理，它最直接地关心自然界最基本的规律，应该说人们创造“物理”这一次勾意味着探索自然界的奥秘是人类的一个本质特征。

自然科学，包括物理学在内，是以认识物质世界的基本属性，研究物质运动的基本规律为对象的。

现代自然科学的知识宝库，是几千年来人们在生产实践和科学实验中对自然的探索和创作性工作的结晶。

我们学习这些知识，目的在于掌握自然规律，促进自然科学的发展，从而进一步利用自然，改造自然，使自然规律为人类服务。

自然界，无限广阔，丰富多彩。

形形色色的物质在其中不断地运动变化着。

什么是物质？大至日、月、星辰，小至分子、原子、电子，都是物质。

固体、液体、气体、等离体等，这些事物是物质：电场、磁场、重力场和引力场，这些场也是物质。

总之自然界的无数事物，形色不一，都是运动着的物质的不同形态。

一切物质都是永恒不息地运动着、变化着，自然界一切现象就是物质运动的表现。

运动是物质的存在形式，物质固有属性，它包括宇宙中所发生的一切变化和过程，从简单的位置变化至人的思维。

各种不同的物质运动形式既服从普遍规律，也有自己的独特规律。

自然科学的各个分学科就是研究不同的运动形式而区分的。

物理学所研究的是物质运动的最基本最普遍的形式，具体地讲，物理学是探讨物质结构和运动基本规律的学科。

它包括机械运动、分子热运动、电磁运动、光子的运动、原子和原子核内部的运动等等。

总之，物理学所研究的时空范围是非常广泛的。

物理学所研究的运动，普遍地存在于其他高级的、复杂的运动形式（比如：化学的、生物的等等）之中。

因此，物理学所研究的物质运动规律，具有最大的普遍性。

比如：宇宙的任何物体，不论其化学性质如何，或有无生命，遵从物理学中的万有引力定律；一切变化和过程，无论它们是否具有化学的、生物的或其他的特殊性质，都遵从物理学中确定的能量转化和守恒定律。

不可能、也不应该企图单纯地用物理学规律来解释物质的一切运动形式。

比如：生命现象就不能物理过程来说明。

由于物理学所研究的物质运动具有普遍性，所以物理学在自然学科中占有重要地位，成为其他自然学科、工程学科和应用学科的基础。

各门学科的研究方法都离不开人类对客观世界的认识法则，也就是实践—理论—实践的认识法则。

物理学的研究方法，当然也遵从上述认识法则。

具体地说，物理学的理论，就是通过观察、实验、抽象、假说等研究方法并通过实践的检验而建立起来的。

检验真理的唯一标准是实践。

观察和实验方法是科学研究的基本方法。

抽象方法是根据问题的内容和性质，抓主要因素，撇开次要的、局部的、偶然的因素，建立一个与实际情况差距不大的理想模型进行研究。

例如：“质点”和“刚体”都是物理学中最初接触的物体的理想模型，把物体看作“质点”时，“质量”和“点”是主要因素，物体的“形状”和“大小”是可以忽略不计的次要因素。

把物体看作“刚体”一形状和大小均保持不变的物体时，物体的“形状”、“大小”和“质量分布”是主要因素，物体的“变形”是可以忽略不计的次要因素。

在物理学的研究中，这种理想模型是十分重要的。

研究物体机械运动的规律时，就是从质点运动的规律入手，再研究刚体运动的规律而逐步深入的。

物理定律一般是指实验定律，是实验事实的总结，说明某些现象之间的相互联系，或说明某些物理量之间的关系，常用文字或数学公式的形式来表述。

由于实验条件，实验仪器精确度等的限制，物理定律具有近似性和局限性，但是在一定的程度上能够反映客观实在的规律性。

物理学的理论是通过许多不同的而相互有关的想象的研究。

从一些已经建立起来的定律中，经过更为广泛的概括，而得到的系统化的知识体系完整的理论往往可以从少数几条比较简单的基础原理出发，说明一定的范围内的各种现象，并且还能在一定程度上预言未知现象的存在，一步指导新的实践。

例如：麦克斯韦电磁场理论，不仅能够解释各种电现象与磁现象的关系，而且语言了电磁波的存在极其传播速度，并终于为实验所证实。

从观察、实验、抽象、假说到物理学的研究并没有结束，理论将继续受到实践的检验。

如果在实践中所发现的事实与理论有矛盾，这理论就必须修改，有时甚至要放弃原有的理论，而建立更能反映客观实际的新理论，上世纪以来，近代物理学中的许多重大成就，例如：相对论时空观和物质的波粒二象性的建立，基本粒子的相互转化的实验和理论等等都是一些重要的例子。

2．力学中的抽象方法如何建立理想模型和它的分类人们在观察自然现象时，常会发现要研究的对象中的一些性质，对于现象的过程及其最终结果具有决定性的影响，而另外的一些性质则起次要作用。

为了便于研究，人们在观察和实验的基础上，运用抽象思维能力，忽略次要因素和过程，只考虑起决定作用的主要因素和过程，把研究对象形式化、纯粹化，这就是抽象化的方法。

建立抽象模型是科学抽象方法的一种形式。

（1）抽象模型是以客观实体为原型进行科学抽象的产物，是客体主要特征的反映。

例如力学中研究的“刚体”模型是固体的形状、体积不易改变的突出反映；分子物理学中研究的“抽象气体”模型是一定质量的真实气体分子本身的体积和气体体积相比，以及分子之间的作用力在低压、高温下都显得十分微小这一特征的反映；光学研究中的“绝对黑体”模型是某些物体几乎能够全部吸收外来电磁辐射而很少发生反射的折射的这一特征的反映。

（2）抽象模型是研究解决实际问题的基础。

建立抽象模型代替实际的研究对象，可以使研究的问题大为简化。

例如研究抛体运动，可以忽略抛射体的形状和大小，把它看成“质点”，只研究它具有一定的初速度和只在重力作用下的平动运动的情况，而不考虑它自身可能的转动及受空气阻力的影响等，这对速度不大的真实抛射体来说，它的实际运动情况和抽象情况是很接近的。

在解决如炮弹飞行弹道这类实际问题时，仍是以抽象模型的研究为基础，然后考虑实际对象在运动过程中其他因素的影响，把研究结果作各种修正，便能较好地解决实际问题。

（3）由抽象模型建立起来的相应理论有一定的适用范围。

例如库仑定律只适用于“点电荷”的情况，对于两个靠得很近的带电体间存在的相互作用力，就不能简单地直接应用库仑定律。

又如抽象气体状态方程只能近似描述真实气体在低压、高温下各状态参量间的变化关系，而在高温、低压情况下，则必须考虑由于分子间作用力和分子体积的实际存在而进行修正。

2.1 抽象方法如何建立力学抽象模型的原则在自然科学的研究中, “抽象模型”的建立, 具有十分重要的意义。

第一, 引入“抽象模型”的概念, 可以使间题的处理大为简化而又不会发生大的偏差。

在现实世界中, 有许多实际的事物与这种“抽象模型”十分接近。

在一定的场合一定的条件下, 作为一种近似, 可以把实际事物当作“抽象模型”来处理, 即可以将“抽象模型”的研究结果直接地用于实际事物。

所谓“抽象模型”，就是为了便于研究而建立的一种高度抽象的抽象客体或抽象过程．“抽象模型”是现实世界中找不到的东西，但是，“抽象模型”是以客观实在为原型的，是对客观事物或过程的一种近似反映，它突出反映了客观事物或过程的某一主要矛盾或主要特性，完全忽略了其它方面的矛盾或特性。

物理学中创建的“抽象模型”，叫做“物理模型”。

抽象化的方法是科学抽象的一种形式。

科学抽象具有抽象的纯化作用。

在实验中, 为了保证自然过程能在纯粹形态下进行, 需要对自然条件加以纯化, 即排除各种次要的、非本质因素的干扰。

但是, 有些因素在实验中是不可能完全排除的。

然而, 科学抽象则可以弥补实验研究的这种不足。

在抽象思维中, 人们可以做到完全排除次要因素的干扰, 使研究条件达到抽象纯化的程度。

应用科学抽象的这种抽象纯化作用来进行科学研究的方法, 就叫做抽象化的方法。

著名物理学大师开尔文曾说过：没有给研究对象建立起一个力学模型之前，我是永远都不会满足的。

如果我能成功地建立起一个模型。

我就自理解它，否则，我就不能。

这说明建立和应用物理模型是创立物理科学理论的有力武器。

我国著名的科学家钱学森曾说：“模型就是通过对问题观察的分解．利用我们考究得来的原理，吸收一切主要因素。

略去一切不主要因素所创造出来的一幅图画…”这就是说，抽象物理模型的建立必须根据问题内容的性质和研究的重点突出原型的本质特征．抓其最主要的起决定作用的因素，忽略副要的局部的非本质的素，在一定的条件下，把复杂的客观研究对象简化和近似化，抽象为虽简单的可用一个足以表征，其主要性能的抽象化模型来表示。

这个抽象物理模型不再是原来包多种因素的客观研究对象，而是它原型的近似反映。

它代表了原型最主要的虽令人感兴趣的东西。

这样我们就抓住了问题的主要方面而不被次要方面所混淆，从而便于研究并准确简明地用一个与实际情况差距极小的抽象物理模型对客观研究对象的主要矛盾进行规律性描述．得出最主要的结论，尽管建立抽象模型的条件不是绝对的．而是相对的，但所选择的模型必须如实地反映所研究对象起主要作用的那些性质同一客观研究对象，在不同研究重点和目的下所建立的物理模型是不同的，只有满足所要研究的问题的性质而建立的抽象模型才可代替实际研究对象抽象物理模型是理性思维的产物，是根据理论研究工作的需要抽象出来的，绝不是随心所欲的塑造 ，正确合理的模型的建立、修正、适用范围的确定乃至取弃存亡都应以用该模型所得结论是否实际相符为依据。

2.2抽象方法建立的力学抽象模型的分类抽象方法是根据问题的内容和性质，抓主要因素，撇开次要的、局部的、偶然的因素，建立一个与实际情况差距不大的抽象模型进行研究，在物理学的研究中，这种抽象模型是十分重要的。