- 主题:关于十大的“物理教育也要被文科生给毁掉”?
物理学源于对客观世界的观测,其目的就是为了解释客观现象,发掘现象背后的客观规律。因此,物理学中的最基本的概念及相应物理量的引入,都是需要实验作为支撑的,不是凭空产生的。
人们一般把牛顿力学分为3块内容:运动学、动力学、静力学。运动学只涉及位矢、速度、加速度的问题,即只谈运动现象,不涉及背后的原因。动力学则要揭示物体间相互作用(牛顿将之归结为力)对运动的影响,动力学问题涉及力和质量,重要的动力学量:力、动量、力矩、角动量、动能或机械能。静力学则是动力学的特例,研究物体静力平衡问题。
下面就单纯从运动学角度介绍速度概念和速度这个物理量的引入。
在运动学范畴建立速度概念和相应物理量,只需有空间和时间概念就可以,这时物体就是几何形体,不涉及质量。
基于这样的实验事实:(1)物体都在运动,即运动是物质的本性之一,(2)物体运动有不同方向,且有快有慢。需要引入什么概念表征物体的运动特性?首先可以引入位矢概念并定义相应的物理量:矢量r,物体的位矢r变了,则表明物体运动了。但只有位矢不够,它只能表征物体动了,不能准确地表征物体运动有不同方向和快慢。进一步引入速度概念解决运动方向及快慢问题。那相应的物理量怎么定义,考虑到位矢随时间变化就表明物体在运动,则相应物理量的定义应该用到位矢和时间。通常以最最简单的关系下定义:线性或反比关系。则定义矢量v表示速度,规定它等于位矢对时间求导(大小是路程对时间求导,匀速直线运动下就是路程除以时间)。这样定义的矢量v能不能准确的反映运动方向即快慢,还需把该量用到其它涉及到运动的问题中进行检验,历经大量实践的检验,好使,就表明这样引入的物理量合适,正确。
物理学很多基本概念和相应物理量都是以上述类似方式建立的,如力、惯性质量、温度、理想气体温标、电荷、电场等。
物理学最终目的是解释客观现象,发掘客观规律。这意味着需要依据实验,建立能反映客观规律的物理量之间的定量关系式。物理量之间的定量关系式表明物理量之间存在逻辑关系,所以可以把数学和逻辑学当做方法用到物理问题研究中。但这些也是物理学(自然科学)和数学、逻辑学、诡辩、迷信的分水岭。数学是有了基本公理,就可以依据逻辑推演出一个理论体系,它可以不依赖客观世界,只存在于脑袋中,所以数学是科学,但不是自然科学。逻辑学、诡辩、迷信就更不是自然科学。近现代物理学史上,很多物理学家数学并不太出色,但却做出了惊人的发现,就在于他在不停地思索猜测实验现象背后的东西,这些思考过程中很多时候是没有什么逻辑可言的。
目前中学物理中的主要问题是把数学、逻辑等和物理混到一块,甚至混为一谈。的确,物理需要用到数学、逻辑等,但这些不是物理。举个例子,不少高中教材中把牛顿力学中的相对运动变换—伽利略速度变换说成是速度合成与分解。“速度合成与分解”这种说法极易是学生造成错觉,伽利略速度变换就是数学矢量合成或分解公式而已,完全忽视了参考系的重要性。忽视各个速度是在那个系中测量的,忽视为什么不同系的速度可以直接以矢量叠加(使用了绝对空间和绝对时间)。
该题的问题在于,对一个没有学过任何物理的人来说,竟然可以只依靠(1)语文的阅读理解得到正确答案,(2)情商高得到正确答案(听出题人的话)(2)依靠数学或逻辑学得到正确答案。这是在考查学生的物理知识吗?
建议出题的老师去知名大学物理系去进修,以提高物理品味。
既然是物理题,就要有物理味,而不是搞成数学或逻辑概念那套东西,这种东西多了,会使人走向诡辩。看看回帖中那些说风凉话的得意者,基本是这一类,这类人可能与之讨论毫无意义,那些被动的反倒是认真思考的。
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FROM 166.111.247.*
【 在 qianyishi 的大作中提到: 】
: 楼主这一段有启发,学习了。。。
: 不如我们来讨论一下,那道题出题者的意图是什么,如何才能正确体现出那种意图
: 我先试着猜测一下,那道题是想说速度和距离以及时间无关,想问速度和什么有关?
: ...................
我倾向于一些跟帖的说法,出题人希望学生了解(1)速度怎么定义的,(2)速度是反映物体的运动属性的量,(3)速度是状态量,不取决于路程和时间的大小,然后落脚点是(4)决定速度的因素,物体自身是其中之一。
争议主要是(3)(4)点。第(3)点单从速度定义是无法证明的。电学中常见的例子就是电阻,有些材料的伏安特性曲线是线性的,有些不是,即有些材料的电阻和电压有关。所以出题者干脆就直接灌输学生“它不随定义所用的物理量的大小而改变。例如...”,这不就把答案直接说出来了。第(4)点也是从速度定义无法证明。但是从逻辑上可以证明,因为引入速度就是为了反映物体的运动,那当然物体自身是决定速度的因素之一。所以这题就变成阅读理解题和逻辑题了,这让学过物理的人感到很别扭。
引入物理量都是为了解释实验现象。目前光引入速度只能做到描述运动状态,解决不了物体运动起源问题。也就是测量了物体的速度,能知道物体在动,动的快慢,但为什么动、为什么一会快、一会慢,这个单靠运动学决绝不了。有人说通过加速度或参照系就能解释速度为什么会变,会落入循环论证怪圈。
物体运动起源问题我认为有两个:(1)物体一出生为什么就有速度?(2)出生后物体的速度为什么会变?
根据实际观察:(1)物体出生就有速度,是和物体、母体以及周围其它物体的相互作用有关。(2)出生后物体的速度为什么会变是和物体与其他物体的相互作用有关。也就是物体运动起源是动力学问题。若能知道相互作用,就能了解物体是怎么产生的,如何变化的。相互作用是物理学家研究的核心内容。
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FROM 166.111.247.*
恩,学知识过程就是这样,学得越多,认识越深刻,对以前的某些认识进行修正。
我是理科生,没学过信号与系统。我猜测,系统是线性系统的情况下,你的题的答案才是只决定于系统。
物理学中也有线性响应理论,是量子统计中的内容,主要解决系统在外界扰动的作用下,出现的反应,
在线性近似下,响应函数决定于系统和其开始时的量子态,与外界扰动无关。这个似乎和你们的类似。
【 在 zyd 的大作中提到: 】
: 这道题就是想说
: v=s/t是书里的定义式
: 但是定义式不等于决定式
: ...................
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修改:a358 FROM 166.111.247.*
FROM 166.111.247.*
要是自己知道多些,而别人不太懂,对他解释又感觉很费力,就不解释了,也别嘲讽他,要不别人会难受不高兴的,以后再来这个场子遇到,就不停地互怼,不是也搞得自己难受嘛。
一个人有了自己的认知体系,要使他信服你的解释,这件事是很不容易。
这个在我们教狭义相对论的时候,经常碰到。学生包括我们自己学习狭义相对论的时候,脑子里都是根深蒂固的经验常识以及牛顿力学体系的东西,很难在短时间内建立相对论的观念以及分析问题的习惯,没办法的。
【 在 WAMP 的大作中提到: 】
: 我认为第(2)点也是争议点,虽然争议的不那么明显。
: 因为原题的题意并没有说“速度是反映物体的运动属性的量”,
: 原题的题意(之一)是“速度是反映物体的运动特征”,原题的这个观点是否正确另议,但是很多参与讨论的人都误以为原题的题意是“速度是反映物质最本质的属性(之一)”。所以以一个错误理解为出发点去拓展出的讨论,就没啥意义了。
: ...................
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FROM 111.199.106.*
【 在 rivaldo11 的大作中提到: 】
: 0和抵消是两码事,你这个反问毫无道理
: 既然质量是决定因素之一,自由落体运动中,物体自身如何决定速度,你解释一下
: 再解释一下,你和小球一起下落,小球相对你的速度是零。这个相对速度是怎么被物体自身决定的,是怎么被你的质量决定的
:【 在 zyd (dd) 的大作中提到: 】
: 上面的是一般公式
: 也就是自由落体也符合上面公式
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: 你是想说受力和m等比然后除以m抵消了,就和m无关了吗?
原问题争论的是“速度怎么被物体自身决定的”,你现在进一步把参考系对物体速度的影响牵涉进来。是这样的,运动是相对的,这是人们的共识,特别是无论牛顿力学还是狭义相对论,都认可物体A相对于B的速度等于负的B相对于A的速度,这个就当成假设了。
这样,讨论“速度怎么被物体自身决定的”,就在一个选定的参考系内讨论就可以了。否则运动学范畴讨论此问题,会陷入死循环。考虑参考系的影响,这个问题可表述为:“怎么解释参考物的运动对速度怎么被物体自身决定的影响”,那别人自然会提问:“得先解决了参考物的运动是被谁决定的,才有资格把它拿出来讨论它的运动对速度怎么被物体自身决定的影响”。
所以在牛顿力学的相对运动变换问题中,有个静止参考系,它是裁判,它用来观测物体的绝对速度和运动参考系的参考物的速度,即牵连速度,还有一个速度是物体相对运动参考系的速度—相对速度,速度变换中,不会牵扯静止参考系的运动,因为它是裁判,否则就乱套了。运动学中,静止系这个裁判是可以任意选择的。但在动力学中,这个裁判只能是惯性系(如果是非惯性系,需要引入虚拟力)。
我的看法是“速度怎么被物体自身决定的”在运动学范畴是讨论不清的。
如果按动力学讨论,表征运动状态的量是动量。牛顿认为惯性质量是绝对量,这样,动量对时间求导就变为惯性质量乘以速度对时间求导,运动状态改变可理解为速度发生变化。根据牛顿定律可知,物体是无法自己改变运动状态的,只有受到外力作用,其运动状态才会改变。但物体在自己的运动状态的改变中并不是一点作用都没有,物体具有保持自己运动状态的能力,这就是惯性,它阻碍状态发生变化(否则物体身不由己了,任由其它人摆弄了)。考虑到这一点,物体运动状态的改变(速度的改变)既受外因即力的影响,也受内因惯性质量的影响。
至于“速度是怎么被物体自身决定的”,这个只能借助于拉普拉斯的决定论了,牛顿方程体现出了因果决定论,任意时刻的速度都取决于先前时刻的速度、力、惯性质量,这样推演就会回到物体出生时刻,它的速度是谁赋予的?到这个地步了,那就变成这个世界是怎么产生的,大爆炸还是什么其他的?不清楚了。
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FROM 111.199.106.*
定义电阻R等于电压U除以电流I,R和U、I无关,只决定于U/I。那有些材料的R和U有关,这是怎么回事?
【 在 guiy 的大作中提到: 】
: 速度跟路程L无关
: 跟时间t无关
: 和dl无关
: 和dt也无关
: m和a也不决定速度,只决定速度的变量
: 要说速度和什么有关,只跟dl÷dt有关
: 这事儿咋就那么难理解呢
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FROM 166.111.247.*
早起人们对世界的认识来源于大量的生活经验感受,对客观现象本质的探索也基本以逻辑思辨为主,之后到了伽利略开始用实验验证一些观点后,标志着自然科学的诞生。
一切物理概念都是经得起推敲的,不光是逻辑上,还要实验上。光停留在逻辑上,是逻辑学,不是物理学。
说“决定速度的因素,物体自身是之一”,这种说法不恰当,因为无法用实验证实或证伪物体怎么决定了每时每刻自己的速度。换成“影响速度的因素,物体自身是之一”更合适。
【 在 qianyishi 的大作中提到: 】
: 我觉得你说得挺清楚了。
: 这道题其实如果换个角度,就是回到牛顿时代之前(相当于那个时候就跟现在初中生初学物理的状态类似,对距离和时间有概念能度量了,但是对快慢只是有感觉但还无法度量和精确定义)。这个时候人们发现,可以用距离和时间的比值也就是速度,来表示一个物体的运动状态(快慢),更能代表这个物体本身的一个运动能力或者说对运动状态进行定量化的描述,这个时候就会想,速度这个东西是不是跟物体本身有关啊,以前认为是和距离及时间都有关的,但是这两个一比等于抵消掉了么。
: 所以这道题对于初中刚接触物理的学生来说,貌似还挺顺理成章的。但是我们现在已经跨过了牛顿时代,知道他理论体系的局限性了,知道惯性系和非惯性系这些概念了,知道这些以后再来看这道题,就感觉有些别扭了觉得有哪里不对
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FROM 166.111.247.*
理科生,教大学物理
【 在 feitonfeiton 的大作中提到: 】
: 你是不是文科生
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FROM 166.111.247.*