物理学中的科学方法

寇志红河南省洛阳外国语学校 河南洛阳 471000

1. 科学方法

（1）物理学能帮助你成为一个“科学侦探”。要成为一个“侦察”自然的科学家，应该使自己具有敏锐的观察力。对自然现象的观察应尽可能地准确，而不受先入之见的影响。

（2）应该学会对观察对象进行精确的测量。如果对同一对象的多次测量结果都趋于一致的话，可以说你的测量很可能是精确的。

（3）测量结果的精密度受测量仪器上所标明的最小单位的限制，对比最小单位还小的那部分数据只能粗略地估计。例如，一把尺子的精度是1毫米（毫米），且几个读数的平均值为168.5（毫米），则测量结果应表示为168.5毫米±0.5毫米。这表明测量结果有±0.5毫米的绝对误差，它可能是在168毫米和169毫米之间的任意一个数。

（4）通过绘制一个测量量Y与另一个测量量X相对应的图线，可以得到这两个测量量之间的简单关系。如果这个图线是一个通过坐标原点（0，0）的直线，则变化率是一个常数：k=y／x，由此可以引出关系式y=kx。

（5）直线是得到两个测量量之间数学关系的最简易途径。如果测量数据的图线类似图4．1．1（a）所示形状，那么变换横轴自变量，就可能得出图4．1．1（b）中相应的直线。若确实如此，就表明纵坐标分别和Xn、X1/n、X-1/n成正比。

（6）如果根据观察或实验结果能做出在两个量之间存在着某种确定关系的预言，那么这个预言就被称之为假设。通过对由假设出发所做出的预测进行实际测量，假设不是被肯定就是被否定。

（7）科学定律是由实验提出或证明的被普遍接受了的关于自然界运动的陈述，例如能量守恒定律。

（8）科学定理是从已有规律经逻辑演绎得出或证明的描述某一内容的普遍性陈述，例如动量定理。

（9）科学理论是一组定理和定律，它能够对在较宽领域的观察予以说明，并能通过数学计算做出精确的预言。例如爱因斯坦狭义相对论。

（10）模型是一种智力图像，用它来揭示能够观察到的运动的深刻本质，或描述不能直接观察到的对象以及它们的运动状况。例如，光的波粒二象性就是一个物理模型。

（11）一个好的模型不仅能够给出关于对象变化状况的智力图像，而且还能正确预言从未观察到的变化。

（12）有效数字是包括一位存疑数字在内的所有从仪器上直接读出的数字，所谓存疑数字是指估读出的仪器最小刻度的下一位数。从一把尺子上得到的读数是168.5毫米，它有四位有效数字；而一个读数0.016则只有两位有效数字。

（13）物理公式可以通过数学法则加以重新整理。例如，

（14）如果一个量A与另一个量B是成正比例的，且比率能得到，这就可以写作A∝B。对这些量的不同值有：A1∝B1和

这能写成A=kB，k是一个常数，那么，A1=kB1，A2=kB2，等等。

2. 图线的定性分析

记录两个相关物理量之间发生的对应关系，总可以在直角坐标系里描出一条图线。通常人们只注意到用图线的形状和变量本身来判断物理过程（如v-t图中的直线表示匀速或匀变速过程，p-v图中与v轴及p轴平行的直线表示等压及等容过程，等等），而忽视了对图线进行定性分析。实际上图线的定性分析往往可以告诉人们丰富的信息，也是值得注意的。比如图4．1．2是甲、乙两个人在长25米的游泳池中游了两个来回的距离一时间图线。对该图线的定性分析起码可以表明下述内容：

（1）甲、乙各领先一次。

（2）在很长时间里都是甲领先，但最后乙赢了。

（3）接近终点时乙才超过了甲。

（4）第一个来回中，甲远远超过乙；第二个来回的头25米，两人间基本保持在同一距离。

（5）曲线的突出部分最引人注意。本图的突出部分说明了甲是怎样输的：他第二个来回比第一个来回游得慢，第二个来回中最后一次转身后游得更慢；而乙正相反，第二个来回比第一个来回快，而且最后四分之一游程最快。

（6）计时不是从出发开始的。