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目录 1

第一章　观察 1

第一节 故事与反思 1

一、中学生姆潘巴的精心观察对权威的牛顿冷却定律提出挑战 1

二、反思 4

第二节　典型事例 5

一、哥白尼通过观察建立了“日心说” 5

二、古德利克发现恒星大陵五的暗伴星 7

三、细心观察是物理学家卢瑟福的特点 7

四、爱因斯坦的三大著名预言 7

六、观察手段的飞跃性变革 8

五、对宇宙线的观察加深了对物质结构的认识 8

第三节 实例与练习 9

例1．观察布朗运动 9

例2．谁是纵火犯 11

例3．实物的形状 11

例4．眼睛不会欺骗你吗 12

练习与解答 13

第四节 本章提要 20

一、观察的意义 20

二、观察的要素 21

三、观察的方法 21

四、观察方法的局限性 22

第一节 故事与反思 24

一、近代实验科学的奠基人——伽利略 24

第二章　实验 24

二、反思 28

第二节 典型事例 29

一、自由落体实验 30

二、木卫蚀观察实验 30

三、摩擦生热实验 30

四、双缝干涉实验 30

五、热功当量实验 30

六、莱顿瓶放电实验 31

七、以太漂移实验 31

八、α粒子散射实验 31

九、日全蚀观察实验 31

十、证实存在第六种夸克的实验 31

例1．欧姆定律的发现 32

第三节 实例与练习 32

例2．测定光速的实验 39

练习与解答 44

第四节 本章提要 52

一、实验的意义 52

二、实验的特点 52

三、实验的要素 53

四、实验的类型 53

五、实验的步骤 53

六、实验的局限性 54

第三章　思维实验 55

第一节 故事与反思 55

一、思维实验战胜了主观臆想 55

二、反思 58

第二节 典型事例 59

一、阿基米德的思维实验 59

二、富兰克林的思维实验 59

三、安培的思维实验 59

四、卡诺的思维实验 60

五、麦克斯韦的思维实验 60

六、爱因斯坦的思维实验 60

七、海森堡的思维实验 60

第三节 实例与练习 60

例1．落体运动的思维实验 60

例2．理想气体状态方程的思维实验 62

例3．思维实验创建了相对论的时空观 62

例4．对一个思维实验正确性的讨论 67

练习与解答 69

第四节 本章提要 73

一、什么是思维实验 73

二、思维实验的特征 73

三、思维实验的作用 74

四、思维实验的局限性 75

第四章　类比 76

第一节 故事与反思 76

一、惠更斯用类比建立了光的波动说 76

二、反思 79

第二节 典型事例 79

一、台风旋转方向的揭示 79

二、电场和磁场的描绘 80

三、物质粒子波粒二象性的推论 81

四、波动力学的建立 82

五、铀核裂变的发现 83

六、微型化领域的开辟 83

第三节 实例与练习 84

例1．定滑轮与等臂杠杆的类比 84

例2．串联弹簧与串联电容的类比 85

例3．用不等臂天平测物体质量与用光具测玻璃罩中物体高度的类比 86

练习与解答 87

第四节 本章提要 94

一、什么是类比法 94

二、类比法在科学研究中的重要作用 95

三、类比法的局限性 96

第五章　模型 97

第一节 故事与反思 97

一、原子模型的历史故事 97

二、反思 105

第二节　典型事例 106

一、毕达哥拉斯构思宇宙整体模型 106

二、哥白尼建立“日心说”新宇宙模型 107

三、牛顿广泛运用理想模型 107

四、德拜建立固体比热模型 107

五、工程技术专家假设理想变压器模型 108

六、玻尔提出复核模型 108

七、麦克斯韦充分运用模型法 108

例1．质点模型 109

八、薛定谔和海森堡的量子力学理论——数学模型 109

第三节 实例与练习 109

练习与解答 111

例2．弹性碰撞与完全非弹性碰撞模型 115

练习与解答 117

例3．理想气体模型 121

练习与解答 123

例4．习题中的模型举例 124

练习与解答 125

第四节 本章提要 128

一、什么是模型 128

二、为什么要引入模型 129

五、模型的种类 130

三、如何正确地建立模型 130

四、怎样使用模型来研究物质的运动 130

六、模型在认识中所起的作用 131

七、模型的局限性 131

第六章　数学方法 132

第一节 故事与反思 132

一、数学方法的开创者——笛卡儿 132

二、反思 134

第二节 典型事例 135

一、运用数学计算法发现海王星 135

二、将物理实验和数学方法结合起来描述自由落体运动规律 137

六、借助数学方法研究物理学规律 138

五、运用张量分析和黎曼几何揭示时空的辩证关系 138

四、数学方法的发明发展促进了物理学的研究和发展 138

三、运用数学方法推导万有引力定律 138

七、运用数学演绎法和计算法预言正电子的存在 139

第三节 实例与练习 139

例1．借助函数及其图象研究物理规律 139

例2．利用比值的特性建立物理概念 141

例3．运用数学方法导出有规律性的物理学推论 144

例4．运用数学方法解答物理习题 146

练习与解答 158

第四节 本章提要 165

一、什么是数学方法 165

三、数学方法在物理学研究中的作用 166

二、数学方法的特点 166

四、数学方法在物理学应用中的局限性 167

第七章　假说 169

第一节 故事与反思 169

一、法拉第的成功之路 169

二、反思 173

第二节 典型事例 174

一、正电子的发现 174

二、热的早期假说——“热素说”与“热的唯动说” 175

三、中微子的发现 176

四、哥白尼的“日心说”等 176

第三节 实例与练习 177

实例 巴耳末公式的诞生 177

练习与解答 179

第四节 本章提要 180

二、假说的特征 181

三、假说在科学研究中的作用 181

一、什么是假说 181

四、科学假说应遵循的原则 182

五、提出假说的科学步骤 182

六、假说的局限性 183

第八章　分析与综合 184

第一节 故事与反思 184

一、牛顿与万有引力定律的故事 184

第二节 典型事例 190

一、能的转化与守恒定律的建立 190

二、反思 190

二、光的颜色问题的解决 192

三、太阳上基本元素的确认 192

四、氢光谱线的综合 192

五、元过程法的形成 193

六、科学概念的综合 193

七、热运动本质的揭示 193

第三节 实例与练习 194

例1．用分析法与综合法解题的一般程序 194

例2．分析与综合“互补” 196

例3．惠斯通电桥故障的分析与综合 197

练习与解答 203

一、什么是分析法与综合法 209

二、分析法与综合法在科学研究中的作用 209

第四节 本章提要 209

三、分析与综合的辩证关系 210

四、分析法与综合法的类型 210

五、分析法与综合法的局限性 211

第九章　归纳与演绎 212

第一节 故事与反思 212

一、归纳与演绎的故事 212

二、反思 219

第二节 典型事例 220

一、归纳法所起的巨大作用 220

二、共变法是科学研究中仪器仪表的设计基础 220

三、爱因斯坦运用归纳法提出光量子学说 221

四、归纳法与演绎法的典型例证——门捷列夫元素周期律 221

六、演绎法的预见性 222

五、维恩运用演绎法获得位移公式 222

第三节 实例与练习 223

例1．怎样求火箭运行中的即时速度 223

例2．求地球的质量 224

例3．一般与个别不能混淆 225

练习与解答 226

第四节 本章提要 234

一、什么是归纳法和演绎法 234

二、归纳法的类型 235

三、演绎法的一般推理形式 237

四、归纳法与演绎法在科学认识中的重要作用 238

五、归纳法与演绎法在科学研究中的局限性 239

参考文献 240