物理发现的艺术 物理探索中的机智运筹PDF电子书下载

第一章 观察——探索世界的窗户 1

§1寻求·捕捉·验证——观察对物理学的作用 3

1．系统观察促成了物理学的诞生 4

2．物理学研究在观察中进行 7

3．观察是导致物理重大发现的途径 15

§2目的·方案·工具——物理观察的方法 18

1．观察的前期准备阶段 18

2．实际观察阶段 25

§3真实·全面·典型——物理观察的原则 31

1．真实性原则 31

2．全面性原则 33

3．典型性原则 38

§4多思·善疑·细察——物理学家的观察艺术 41

1．处处留心——伽利略发现摆的等时性 42

2．精细入微——瑞利发现氩元素 43

3．抓住机遇——查德威克发现中子 45

4．矢志不渝——约里奥—居里夫妇发现人工放射性 48

第二章 实验——发现奥秘的钥匙 51

§1纯化·强化·重复——物理实验的特点 52

1．什么是物理实验 52

2．物理实验的特点 53

§2发现·验证·完善——物理实验在物理学研究中的作用 57

1．发现物理规律，建立物理理论 58

2．验证物理假说，检验物理理论 60

3．完善理论体系，发展物理理论 61

4．测定常数 62

§3定量·探索·对比——物理实验的基本类型 64

1．定性实验、定量实验和结构分析实验 64

2．探索性、验证性及判决性实验 66

3．对比实验与模拟实验 68

§4选题·设计·控制——物理实验的基本程序 69

1．实验课题的选择 69

2．实验的构思与设计 70

3．实验的具体实施 72

4．实验的观测与记录 73

5．实验结果的数据处理与理论解释 74

1．周密思考，分解课题，精心设计 75

§5机智·巧妙·独特——物理实验的设计方法 75

2．原理正确，实际可行 77

3．明确物理实验的三个基本组成部分 78

4．实验应尽可能在“纯化”的条件下进行 80

5．善于改变实验的条件 81

6．熟悉测量物理量常用的基本方法 83

7．物理实验中消除误差的巧妙方法 88

§6列表·图像·解析——物理实验的数据处理方法 90

1．列表法是采集、记录数据的一种常用方法 90

2．误差理论是进行实验数据处理的依据 93

3．处理实验数据的几种方法 95

4．对实验结果作出恰当的评价 102

第三章 假说——科学理论的先导 104

1．概括性和抽象性 106

§1概括·预见·待证——物理假说的特征 106

2．预见性和待证性 108

3．并存性和竞争性 109

4．演变性和发展性 112

§2归纳·总结·判断——物理假说的形成 114

1．形成假说的客观要求 114

2．形成假说的基本过程 119

3．形成假说的具体方法 122

§3论证·比较·结论——物理假说的验证 130

1．验证假说的长期性和复杂性 130

2．验证假说的直接方法和间接方法 136

1．敏于发现问题 144

§4警觉·洞察·远见——物理学家建立假说的艺术 144

2．善于解决矛盾 148

3．敢于突破旧理论 150

4．勇于接受新观点 152

第四章 数学——描写规律的诗行 156

§1计算·分析·推理——数学方法的作用 158

1．发现物理定律的工具 158

2．表达物理规律的语言 162

3．预见物理事实的途径 165

4．分析物理数据的手段 168

5．建立物理体系的方法 170

§2提炼·抽象·对应——数学模型的建立 173

1．数学模型的基本特征 174

2．建立数学模型的步骤 180

§3必然·突变·模糊——数学模型的类别 184

1．必然现象的数学模型 185

2．随机现象的数学模型 188

3．模糊现象的数学模型 192

4．突变现象的数学模型 195

§4准确·均衡·优美——物理学家应用数学方法的艺术 199

1．简化的几何图景与哥白尼的日心说 200

2．伽利略与物理学的数学—实验方法 202

3．哈密顿的四元数及其在物理学上的作用 205

第五章 理想化——突出本质的抽象 208

§1忽略·简化·排扰——理想化的意义 210

1．突出本质 210

2．近似逼近 213

3．超越现实 215

§2实体·系统·过程——物理学的理想模型 217

1．理想模型的概念 217

2．理想模型的分类 219

3．理想模型的作用 224

§3思维·逻辑·客观——物理学的理想实验 229

1．理想实验的概念 229

2．理想实验与实际实验的关系 231

3．理想实验的作用 233

§4深刻·严密·合理——物理学家理想化的艺术 238

1．麦克斯韦的神奇构想 238

2．爱因斯坦的天才设计 242

3．爱因斯坦的机智诘难与玻尔的有力反驳 245

第六章 类比——通向创新的桥梁 248

§1相似·推移·或然——类比的概念 250

1．类比的逻辑意义 250

2．类比的两个基本特征 254

§2解释·启发·模拟——类比在物理学中的应用 260

1．类比的解释作用 261

2．类比的启发作用 262

3．类比的模拟作用 265

§3并存·因果·对称——类比的基本类型 268

1．并存类比 269

2．因果类比 271

3．对称类比 273

4．协变类比 275

§4参照·构造·过渡——物理学家的类比艺术 278

1．敏锐发现相似性 279

2．大胆预言可能性 281

3．坚信结论正确性 284

第七章 综合——创建体系的总结 288

§1归并·融汇·升华——物理规律大综合的意义 290

1．构建完整体系 291

2．确立重要概念 293

3．变革中心思想 300

§2萌芽·体系·顶峰——经典物理的三大综合 306

1．物理学的第一次大综合 307

2．物理学的第二次和第三次大综合 315

§3危机·革命·新生——现代物理的两大综合 324

1．物理学的第四次大综合 325

2．物理学的第五次大综合 329

§4广博·深邃·奇崛——物理学家的综合艺术 332

1．把握全局，重点突破 333

2．异曲同工，互相印证 336

3．彼此启发，协同攻关 339

第八章 悖论——引起风暴的“乌云” 342

§1命题·推演·矛盾——悖论的概念 343

§2前提·过程·范围——悖论的产生 345

1．“无限”是悖论产生的重要诱因之一 345

2．逻辑错误导致悖论 346

3．推理所依据的前提有问题而造成佯谬 347

4．悖论与一定历史条件下人的认识水平密切相关 348

5．由于语义学方面的原因造成悖论 349

§3惊讶·思考·突破——悖论的作用及其方法论意义 350

1．悖论在物理学研究中的作用 350

2．悖论在物理学研究中的方法论意义 354

§4谜妖·灾难·鬼魂——佯谬欣赏 358

1．芝诺佯谬 358

2．落体佯谬 359

3．阿拉果之谜 366

4．电子引出的佯谬 371

5．负能态之谜 375

§5导致悖论教学法 377

1．佯谬对中学物理教学的作用 378

2．什么是导致悖论教学法 379

3．导致悖论的方法 380

4．导致悖论教学法的心理学基础 385

第九章 科学想像——飞向真理的翅膀 386

§1储备·积累·猜测——科学想像 387

1．想像的概念和意义 387

2．产生科学想像的机理 388

3．科学想像是形象思维与逻辑思维相结合的产物 389

§2神奇·跳跃·超然——科学想像的特征 390

1．科学性 391

2．形象性 391

4．逻辑过程中断的跳跃性 392

5．理想化和超现实性 392

3．神奇性 392

§3无意·再造·幻想——想像的类别 393

1．有意想像与无意想像 394

2．再造想像与创造想像 394

3．理想和幻想 397

§4设计·诱导·预见——科学想像的作用 399

1．科学想像是物理学理论的设计师，对物理学的发展表现出极大的创造功能 400

2．科学想像能帮助人们建立新的物理学概念，对于逻辑思维有一种启动、诱导、促进作用 403

3．科学想像能使物理学家把已有的科学观点、方法和工具运用到新领域，作出新发现 405

4．科学想像在物理学理论的发展中起到巨大的激励作用 406

5．科学想像在物理学理论发展中起到预见作用 409

6．科学想像对物理学方法的建设作用 411

1．端正想像的方向是关键 414

2．渊博的知识和丰富的记忆表象储备是进行科学想像的基础 414

§5广博·立体·发散——科学想像的艺术 414

3．掌握思维的技巧方法是进行科学想像的重要途径 416

§6解困·简化·提速——猜想方法的应用 423

1．猜想方法概述 423

2．猜想方法在物理解题中的作用 424

3．运用猜想应注意的问题 428

附录1姆潘巴的故事 429

2反西格马负超子的发现 432

3费米和“超铀元素”猜想 435

4原子核结构的液滴模型、壳层模型和综合模型 440

5电子自旋概念的建立 442

6哈恩和铀裂变的发现 445

7数学方法的开创者——笛卡儿 449

8比值特性在建立物理概念中的应用 452

9黎曼几何与广义相对论 455

10完全弹性碰撞与完全非弹性碰撞模型 458

11理想实验与测不准关系 459

12台风旋转方向的奥秘 463

13不等臂天平与光具测量 464

14电话机的发明 466

15牛顿的一生 468

16麦克斯韦的一生 471

17爱因斯坦的一生 475

18玻尔的一生 480

19历年诺贝尔物理学奖 487

主要参考书目 499