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山巅野炊的博客

野炊山颠,痛饮林下,孩子们的欢笑合着野鸡的鸣叫惊断我石上午觉。

 
 
 

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关于我

社会矛盾积累到一定程度,只是在体制内寻找解决问题的办法往往是相当困难的。不识庐山真面目,只缘身在庐山中。而一旦跳到山门外,便会有柳暗花明又一春的境地。孙中山、毛泽东不同于维新派,他们在旧体制外找到了救国的道路,打破旧世界,建立新中国。邓小平也是在计划经济的旧体制外,找到了富民、富国的道路。相反的例子:始于2007年底的山东省素质教育改革,遇到了强大的阻力,面临反弹的困境。因此,在现有体制外寻找解决教育问题的办法,就成为了我和伙伴们思考和实践的方向。

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【转载】【报告】简洁 流畅 精确之美——物理  

2014-02-02 10:46:13|  分类: 学生好文 |  标签: |举报 |字号 订阅

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简洁 流畅 精确之美——物理

 

-判天地之美,析万物之理。

-从一粒沙看世界,从一朵花看天堂,把房屋纳进一个时辰,把无限握在自己手心。

第一句话是庄子说的,第二句话是西方著名诗人威廉.布莱尔说的。这两位伟人,一个东方,一个西方,用充满哲理的句子向我们展现了他们心中,也是那时候的人们心中物理世界。通过他们的话,物理在我们心中幻化成了一个极具亲和力,又非常有魅力的世界,让人想一探究竟。可是进入高中以来,物理的难度越来越大,越来越难以理解。于是,物理成了晦涩、艰深的代名词。今天,我想除去应试教育压在我们身上的枷锁,还原物理的本来面目—简洁、流畅、精确之美。

一、简洁

说到乘法就不得不提到剃刀原理。这是14世纪一个修道士创立的,这是说,当两种说法都能都能解释相同的事实时,应该相信,假设少的那个。比如,地球“本来”是方的,但“观测时显现出圆形”,这和地球“本来就是圆的”说明的是同一件事,但前者引入了一个莫名其妙的不必要的假设,所以前者是胡说。回到物理的世界中来:海森堡在观察电子的时候发出,不可能同时准确测量电子的动量P和位置Q,因为电子毕竟太小了,当我们用某种工具去测量电子的位置的时候,它的动量已经受到这种工具的影响发生了改变,所以就无法测量了。根据剃刀原理,“电子本来有准确的动量和位置,但是观测时只有一个能显示”。这和“只存在是有动量或具有位置的电子”说的也是同一回事,但前者多了一个假设。于是,我们应该相信后者:这便是著名的不确定性原理。

物理的世界里用全世界通用的符号表达简洁。就拿一个最简单的例子:

一个物体放在桌子上,它为什么不动?因为桌子在支撑着它。

一个物体放在地面上,它为什么不动?因为大地在支撑着它。

一个物体悬在空中,它为什么会掉下去?

因为地球在吸引它。

……

此类的问题只要换一种问法,用我们的语言来描述就大不一样了。就拿我们除了母语最熟悉的语言——英语来说,谁能够一点语法错误不出把它完整准确的描述出来呢?可物理呢,只要一个受力分析图:  

【报告】简洁 流畅 精确之美——物理 - 我是郑某某~ - 童心的树洞

 

竖直方向上不管是桌子还是地面,都给物体一个支持力,与物体本身的重力平衡,所以它静止;当安悬空时,支持力不存在了,只受向下的重力,所以会掉下去。

剃除多余的假设,用最简洁通用的符号表示事物的规律,这便是物理的简洁之美。

二、流畅

关于流畅,这主要是我们的一种感觉——真正的物理学说,整个过程都完整、流利,就像一首优雅熟练的钢琴曲,就像舞者纯熟的舞姿·····

有这样一个题:

【报告】简洁 流畅 精确之美——物理 - 我是郑某某~ - 童心的树洞

 

给你一条纸带,这是一个小车运动时打电计时器所打下的点。如果这辆小车以此时的加速度大小,以10m/s开始减速,那么小车要跑多远才能停下来?

我们以最简洁、最直接的方式对题进行分析:纸带——求加速度——知初速度——条件:停下——末速度是0——求位移

剩下的工作就非常简单了——只要一步步的计算:

2ax=v?-vo?求a

△x=aT?直接代入得到a

整个过程一气合成非常流畅,这就是最完美的物理解题思路。那么,对比一个不怎么流畅的解题思路:

求加速度的时候:先求平均速度作为一个点的瞬时速度,求出两个点的瞬时速度,放那儿,不先动——解题过程停顿了一下,还有大量计算;再用a=△v/△t求加速度——还得再做个差,还不能直接运用所给的数据。

再下一步,偏不用2ax=v?-vo?,先用v=v0+at求时间,再用x=v0t+1/2at?求位移。绕了一个大大的弯儿。

这种思路,显然不如每一种流畅,要红好几个弯,费好大劲儿,求好几个不怎么好求的数,冒着算错数的风险也偏要用这个公式—于是物理的流畅美也就失去了,所以用这种算法做物理题的人错得也多,误入歧途也多,做得无用功也多。

所以,想要学好物理,就要从心里欣赏物理,欣赏物理的流畅之美,像欣赏优美的歌曲一样,和着最流畅的曲子,走进物理的心里。

三、精确

为什么有很多人不爱充满诗意的语文,不爱变幻莫测的化学,偏偏痴迷于物理呢?因为它的精确。

19世纪初,法国的大科学家拉普拉斯在用牛顿议程计算出了行星轨道后,把它展示给拿破仑看,拿破仑问,“在你的理论中,上帝在哪儿呢?”拉普拉斯平静地回答:“陛下,我的理论不需要这个假设。”

是啊,上帝在物理学中能有什么位置呢?一切都是由物理定律来统治的,每一个分子都遵照物理定律来运行,就算是无限的宇宙,从它出生的那一刹开始,就坠入了一个预定的轨道,它严格的按照物理定律发展,没有任何岔路可以走,一直到遇到它那注定的命运为止。

在世事难料的今天,物理的这份精确,这份严谨,让许多人深深沉迷其中,在其中,找到了自己的信仰,找到了自己的精神支撑。

看一个有趣的题目:

【报告】简洁 流畅 精确之美——物理 - 我是郑某某~ - 童心的树洞

 

在一个长木板上有一个小车,在末端通过定滑轮连接一个物块,质量为m使它运动,产生加速度a1;如果用力F=mg代替物块,产生加速度a2,那么a1、a2大小如何?

如果根据我们的生活常识,物块所产生的G=mg,F=mg=G,力一样,那产生的a自然一样,a1=a2。

但是注意,我们现在是在研究物理啊—一门精确的学科,怎么能随便下结论呢?

我们要分析一下:

对于(1),小车和物块的运动状态相同,所以我们用整体法来研究:

       a1=f/m=mg/m车+m;而对于(2)呢,研究对象只有一个:小车a2=mg/m车

∴a1﹤a2

这便是经过严谨的推导、分析,得出的精确的结果——没有可能、大概,没有推测,就是一个清晰、精确、不容质疑的结果。

这就是物理的精确之美——不容偏差,不容猜测。

说过了物理的简洁、流畅、精确之美,我们再来看庄子的这句话:判天地之美,析万物之理。

在物理的题海中挣扎的时候,这句话不是一句空话,一句对提分、对做题毫无意义的空话,可当我们站在一个新的高度,来欣赏物理之美时,这句话是否能让我们重回当初人类探索物理世界,享受发现的惊奇与乐趣呢?

 

 

 

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