物理學中的科學方法

寇志紅河南省洛陽外國語學校 河南洛陽 471000

1. 科學方法

（1）物理學能幫助你成為一個“科學偵探”。要成為一個“偵察”自然的科學家，應該使自己具有敏銳的觀察力。對自然現象的觀察應盡可能地準確，而不受先入之見的影響。

（2）應該學會對觀察對象進行精確的測量。如果對同一對象的多次測量結果都趨于一致的話，可以說你的測量很可能是精確的。

（3）測量結果的精密度受測量儀器上所標明的最小單位的限制，對比最小單位還小的那部分數據只能粗略地估計。例如，一把尺子的精度是1毫米（毫米），且幾個讀數的平均值為168.5（毫米），則測量結果應表示為168.5毫米±0.5毫米。這表明測量結果有±0.5毫米的絕對誤差，它可能是在168毫米和169毫米之間的任意一個數。

（4）通過繪制一個測量量Y與另一個測量量X相對應的圖線，可以得到這兩個測量量之間的簡單關系。如果這個圖線是一個通過坐標原點（0，0）的直線，則變化率是一個常數：k=y／x，由此可以引出關系式y=kx。

（5）直線是得到兩個測量量之間數學關系的最簡易途徑。如果測量數據的圖線類似圖4．1．1（a）所示形狀，那么變換橫軸自變量，就可能得出圖4．1．1（b）中相應的直線。若確實如此，就表明縱坐標分別和Xn、X1/n、X-1/n成正比。

（6）如果根據觀察或實驗結果能做出在兩個量之間存在著某種確定關系的預言，那么這個預言就被稱之為假設。通過對由假設出發所做出的預測進行實際測量，假設不是被肯定就是被否定。

（7）科學定律是由實驗提出或證明的被普遍接受了的關于自然界運動的陳述，例如能量守恒定律。

（8）科學定理是從已有規律經邏輯演繹得出或證明的描述某一內容的普遍性陳述，例如動量定理。

（9）科學理論是一組定理和定律，它能夠對在較寬領域的觀察予以說明，并能通過數學計算做出精確的預言。例如愛因斯坦狹義相對論。

（10）模型是一種智力圖像，用它來揭示能夠觀察到的運動的深刻本質，或描述不能直接觀察到的對象以及它們的運動狀況。例如，光的波粒二象性就是一個物理模型。

（11）一個好的模型不僅能夠給出關于對象變化狀況的智力圖像，而且還能正確預言從未觀察到的變化。

（12）有效數字是包括一位存疑數字在內的所有從儀器上直接讀出的數字，所謂存疑數字是指估讀出的儀器最小刻度的下一位數。從一把尺子上得到的讀數是168.5毫米，它有四位有效數字；而一個讀數0.016則只有兩位有效數字。

（13）物理公式可以通過數學法則加以重新整理。例如，

（14）如果一個量A與另一個量B是成正比例的，且比率能得到，這就可以寫作A∝B。對這些量的不同值有：A1∝B1和

這能寫成A=kB，k是一個常數，那么，A1=kB1，A2=kB2，等等。

2. 圖線的定性分析

記錄兩個相關物理量之間發生的對應關系，總可以在直角坐標系里描出一條圖線。通常人們只注意到用圖線的形狀和變量本身來判斷物理過程（如v-t圖中的直線表示勻速或勻變速過程，p-v圖中與v軸及p軸平行的直線表示等壓及等容過程，等等），而忽視了對圖線進行定性分析。實際上圖線的定性分析往往可以告訴人們豐富的信息，也是值得注意的。比如圖4．1．2是甲、乙兩個人在長25米的游泳池中游了兩個來回的距離一時間圖線。對該圖線的定性分析起碼可以表明下述內容：

（1）甲、乙各領先一次。

（2）在很長時間里都是甲領先，但最后乙贏了。

（3）接近終點時乙才超過了甲。

（4）第一個來回中，甲遠遠超過乙；第二個來回的頭25米，兩人間基本保持在同一距離。

（5）曲線的突出部分最引人注意。本圖的突出部分說明了甲是怎樣輸的：他第二個來回比第一個來回游得慢，第二個來回中最后一次轉身后游得更慢；而乙正相反，第二個來回比第一個來回快，而且最后四分之一游程最快。

（6）計時不是從出發開始的。