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量子力學(xué)簡(jiǎn)明教程范文第1篇

關(guān)鍵詞：物理學(xué)科；類(lèi)比方法；邏輯思維

【中圖分類(lèi)號(hào)】G424.1

1.什么是類(lèi)比推理

類(lèi)比推理，也稱(chēng)"類(lèi)比法"，這是根據(jù)兩個(gè)對(duì)象某些屬性的相同，推出它們的其他屬性也可能相同的間接推理。也可以說(shuō)類(lèi)比推理是立足在已有知識(shí)的基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步認(rèn)識(shí)事物的一種有效的試探性方法。例如荷蘭物理學(xué)家惠更斯曾運(yùn)用類(lèi)比推理，提出了光波的概念，思路如下：光和聲這兩類(lèi)現(xiàn)象具有一系列相同的性質(zhì)：直線傳播，有反射、折射和干擾的現(xiàn)象，而聲有波動(dòng)的性質(zhì)，他由此推出結(jié)論："光可能有波動(dòng)性質(zhì)"。再如丹麥物理學(xué)家?jiàn)W斯特由電生磁的發(fā)現(xiàn)震動(dòng)了十九世紀(jì)初期的物理學(xué)界，一些勇于探索和創(chuàng)新的科學(xué)家不約而同地思考著這樣一個(gè)問(wèn)題：既然電可以生磁，反過(guò)來(lái)，磁可不可以生成電呢？帶著這樣的思索信念，英國(guó)物理學(xué)家法拉第經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)，終于實(shí)現(xiàn)了"轉(zhuǎn)磁為電"，為人類(lèi)打開(kāi)了進(jìn)入電氣化時(shí)代的大門(mén)。由此可見(jiàn)，類(lèi)比推理的邏輯性質(zhì)特點(diǎn)，決定了它同創(chuàng)造思維，科學(xué)假說(shuō)、靈感緊密相連，它是一種重要的思想方法。

2.類(lèi)比推理可以起到聯(lián)系新舊知識(shí)的紐帶作用

新舊知識(shí)的聯(lián)系，除了有遞進(jìn)式的聯(lián)系外，還有平行擴(kuò)展式的聯(lián)系，它比遞進(jìn)式的關(guān)系更廣泛，認(rèn)識(shí)這種橫向延展的聯(lián)系，類(lèi)比是一個(gè)很好的方法。通過(guò)類(lèi)比，無(wú)論異同，都可以借助于已知的熟悉對(duì)象達(dá)到對(duì)未知的生疏對(duì)象的某種理解和啟發(fā)，起到由此及彼，觸發(fā)聯(lián)想，的作用。類(lèi)比雖不是邏輯論證，但可為新知識(shí)的闡述提供依托的支持，使學(xué)生對(duì)十分陌生的東西很快有"似曾相識(shí)"的感覺(jué)，從而獲得明晰的認(rèn)識(shí)。

類(lèi)比是多樣的，按研究對(duì)象的不同來(lái)區(qū)分有三種：1、局部性質(zhì)的類(lèi)比，通常是某些概念或概念的某些性質(zhì)的類(lèi)比，比如水位與電位，力與電動(dòng)勢(shì)等等；2、整體間的類(lèi)比，如平動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)規(guī)律的類(lèi)比；3、體系之間的類(lèi)比，如力學(xué)與電學(xué)規(guī)律的類(lèi)比。

有些新規(guī)律是不可能直接從舊知識(shí)中直接導(dǎo)出的，但是可能存在著形式上或者性質(zhì)上的某些類(lèi)似，通過(guò)類(lèi)比的誘導(dǎo)，可以建立橫向的平行聯(lián)系，使知識(shí)形成有機(jī)聯(lián)系的網(wǎng)絡(luò)，使認(rèn)識(shí)得到強(qiáng)化，或者預(yù)示著新的規(guī)律。比如萬(wàn)有引力定律和庫(kù)侖定律顯然是相互獨(dú)立的，在教學(xué)中將兩者類(lèi)比，可以達(dá)到認(rèn)識(shí)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)內(nèi)在規(guī)律的同一。庫(kù)侖定律F=kQ1Q2/r2形似萬(wàn)有引力定律F=Gm1m2/r2，在重力場(chǎng)∮G·dl=0，引出了重力勢(shì)能的概念：Ep=G·dl，以此可類(lèi)比在靜電場(chǎng)∮E·dl=0，據(jù)此引進(jìn)電勢(shì)概念：V=E·dl，從而，從能量角度揭示出靜電場(chǎng)的特有性質(zhì)。

著名的薛定諤方程，奠定了量子力學(xué)大廈的基礎(chǔ)，也是用類(lèi)比法得到的。薛定諤把光學(xué)與力學(xué)類(lèi)比：幾何光學(xué)是波動(dòng)光學(xué)的近似和簡(jiǎn)化，若經(jīng)典力學(xué)等同于幾何光學(xué)，則應(yīng)該有一門(mén)波動(dòng)力學(xué)等同波動(dòng)光學(xué)，它將如波動(dòng)光學(xué)可以解釋干涉和衍射一樣，用來(lái)解釋原子領(lǐng)域的物理過(guò)程。于是他經(jīng)引入了波函數(shù)，把粒子在力場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)描繪成波動(dòng)過(guò)程，建立了薛定諤方程。那么，有關(guān)這部分問(wèn)題的導(dǎo)入，知識(shí)的講授即可采用上述類(lèi)比推理的思路進(jìn)行之。

類(lèi)比推理是在新舊知識(shí)之間架起橋梁，是從主體通過(guò)向客體（認(rèn)識(shí)對(duì)象）的道路，是培養(yǎng)學(xué)生研究和創(chuàng)造能力的一種方法。

3.類(lèi)比方法可以起到增強(qiáng)對(duì)舊知識(shí)的記憶作用

在教學(xué)過(guò)程中，經(jīng)常要對(duì)已學(xué)過(guò)的知識(shí)體系進(jìn)行復(fù)習(xí)和總結(jié)，其目的在于鞏固和運(yùn)用。通過(guò)概念、規(guī)律的相似性比較，相反性的對(duì)照，不僅可以使學(xué)生掌握知識(shí)的網(wǎng)絡(luò)，還可以弄清概念之間的細(xì)微差異，使紛紜復(fù)雜的知識(shí)系統(tǒng)化、條理化，便于記憶掌握之。例如將剛體繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的概念和規(guī)律，與質(zhì)點(diǎn)力學(xué)中的有關(guān)概念和規(guī)律如剛體與質(zhì)點(diǎn)、角速度與速度，轉(zhuǎn)動(dòng)定律與牛頓第二定律等等進(jìn)行類(lèi)比是十分方便和有益的：

從上表中對(duì)照比較，很容易發(fā)現(xiàn)這些知識(shí)體系在形、性上的相似和相異，可加深印象，便于記憶。

對(duì)于不同體系的知識(shí)規(guī)律，同樣也可用類(lèi)比法加以對(duì)照比較。例如可將在LC電路中發(fā)生的電磁振蕩過(guò)程與彈簧振子的簡(jiǎn)諧振動(dòng)過(guò)程進(jìn)行類(lèi)比，也是比較恰當(dāng)?shù)模勺饕韵碌膶?duì)應(yīng)：

mv2（彈簧振子的動(dòng)能）Li2（線圈中的磁場(chǎng)能）

kx2（彈簧振子的動(dòng)能）q2/c（線圈中的磁場(chǎng)能）

我們很容易列出力學(xué)量與電學(xué)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表：

力學(xué)量電學(xué)量

mL

vi

kl/c

xq

彈簧振子做簡(jiǎn)諧振動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)的機(jī)械能守恒：

對(duì)LC振蕩電路而言也有類(lèi)似的規(guī)律：

即在LC電路電磁振蕩過(guò)程中，磁場(chǎng)能與電場(chǎng)能相互轉(zhuǎn)化，但總能量守恒。

記住了力一電關(guān)系對(duì)應(yīng)表，也就可以記住磁場(chǎng)能、電場(chǎng)能的表達(dá)式以及它們?cè)贚C電路電磁振蕩過(guò)程中能量轉(zhuǎn)化及守恒關(guān)系式。

需要指出的是類(lèi)比法作為形式邏輯思維的一種方法，雖然有判斷推理作用，但是由于類(lèi)比的客觀基礎(chǔ)限制了類(lèi)比結(jié)論的可靠性，即同一性提供了類(lèi)比的根據(jù)，而差異性限制了類(lèi)比結(jié)論的可靠性，所以由類(lèi)比提出的結(jié)論具有局限性或或然性，即是說(shuō)類(lèi)比不能代替結(jié)論分析和實(shí)驗(yàn)研究，而且正是需要后者來(lái)檢驗(yàn)和核實(shí)。

參考文獻(xiàn)