研究微观粒子物理方法.doc

研究微观粒子的物理方法 江苏丰县初级中学　刘庆贺 物理方法既是科学家研究问题的方法，也是学习物理中常用的方法。物理方法是人们在认识物理世界的过程中形成的具有普遍适用性的方法，是在经验的基础上抽象概括而形成的。学习物理不仅要学习物理学的初步知识，更重要的是要学会科学研究的方法，为终身学习打下良好的基础。人类在探索自然规律的过程中，总结了许多科学的研究方法：如等效替代法、控制变量法、理想实验法、建立模型法、等效法、类比法等。研究微观粒子中用到的物理方法有多种。 ? 一、转换法 ? 物理学中对于一些看不见、摸不着的现象或不易直接测量的物理量，通常用一些非常直观的现象去认识，或用易测量的物理量间接测量，这种研究问题的方法叫转换法。本章中转换法应用的例子：分子很微小，所以分子的运动难以观察，通常都是通过分子运动引起的扩散现象来认识分子运动情况；宇宙很庞大，它的膨胀用肉眼很难观察，而远离我们的物体发出来的光传播到地球时，它的光谱会向长波方向偏移（即红移现象），因此宇宙的膨胀结论就可用红移现象来得到了。 ? 【例1】通过直接感知的现象，推测无法直接感知的事实，这是物理学中常用的方法，小明真对下面观察到的现象做了以下推测，其中不符合事实的是（??? ） ? A．现象：用手很难将固体压缩。???? 推测：固体内分子之间有斥力。 ? B．现象：酒精和水混后体积变小。??? 推测：分子间有间隙。 ? C．现象：将小磁针靠近某物体时，小磁针发生偏转。???? 推测：该物体一定是磁体。 ? D．现象：摩擦起电。??? 推测：原子是由更小的磁粒组成的。 ? 解析：通过直接感知的现象，推测无法直接感知的事实，这是物理学中常用的转换观察法，在微观领域的研究中经常使用，以由表及里，透过现象认识本质。由分子动理论的知识可知，A、B正确，将小磁针靠近某物体时小磁针发生了偏转，小磁针受到了磁力的作用，而对小磁针施力的物体可能是磁体，也可能是铁、钴、镍等物体，C错误。因为摩擦起电的实质是电子的转移，而电子来自原子的内部，所以由摩擦起电可以推测：原子是由更小的微粒组成，原子是可分的。 ? 答案：C ? 二、类比法 ? 类比在物理学中有着广泛的应用。所谓类比，实际上是一种从特殊到特殊或从一般到一般的推理。它是根据两个（或两类）对象之间在某些方面的相同或相似而推出它们在其他方面也可能相同或相似的一种逻辑思维（“个别”→“个别”）。类比法在本章中应用的实例：将原子的结构与太阳系结构进行类比，将声音的多普勒效应与光的多普勒效应进行类比。 ? 【例2】微观粒子与宇宙天体有很多相似之处。下列说法中错误的是 （??? ） ? A．原子结构与太阳系结构很相似 ? B．宇宙天体、分子都在永不停息的运动 ? C．天体之间、分子之间都存在相互作用力 ? D．宇宙天体、分子的运动都没有规律 ? 解析：卢瑟福建立的原子的核式结构模型是受太阳系结构的启发并与之类比得到的，这说明原子结构与太阳系结构很相似，所以原子的结构模型也叫原子的行星模型；宇宙天体、分子都在永不停息的运动中，包括恒星也在运动。原子核是否运动呢？因为分子在永不停息地运动，构成分子的原子及构成原子的原子核当然也是永不停息地运动；天体之间存在万有引力，分子之间都存在相互作用的引力和斥力；每个宇宙天体都要确定的运行轨道，周而复始地运行，它们的运动有规律。以太阳系为例，所有的行星和卫星都有自己固定的运行轨道，它们在自转的同时，绕一个天体公转，且它们的自转和公转周期都是固定不变的。分子的运动也是有规律的。 ? 答案：D ? 三、推理法 ? 推理法是在观察实验的基础上，忽略次要因素，进行合理的推想，得出结论，达到认识事物本质的目的。当你在对观察到的现象进行解释的时候就是在进行推理，或说是在做出推论，例如当你家的狗在叫的时，你可能会推想有人在你家的门外，要做出这一推论，你就需要把现象（狗的叫声）与以往的知识经验，即有陌生人来时狗会叫结合起来。这样才能得出符合逻辑的答案。 ? 【例3】实验探究和推理都是科学研究的基本方法。比如科学猜想，往往是以一定的事实和已有知识为依据，通过推理而提出来的。用放大镜观察素描炭笔的笔迹，观察到微小的颗粒；麦粒碾成面粉，面粉揉成面团……大量类似事实，为我们想象物质的结构模型提供了依据，终于认识到：???? 是由大量分子构成的。向冷、热不同的清水中各滴一滴墨水，观察到墨水扩散的快慢不一样，大量类似现象使我们推想到：分子无规则运动的快慢与???? 有关。 ? 答案：物质(或物体)????? 温度 ? 四、模型法 ? 建立模型可以帮助人们透过现象，忽略次要因素，从本质认识和处理问题；建立模型还可以帮助人们显示复杂事物及过程，帮助人们研究不易甚至无法直接观察的现象。本章主要有分子模型、原子模型等。 ? 【例4】20 世纪初