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研究微观粒子的物理方法 江苏丰县广宇学校 刘庆贺 物理方法既是科学家研究问题的方法，也是学生在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活动方式，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。本题选C。 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。但分子是做无规则的运动，电子也是做无规则的运动，它们的运动没有规律。 答案：D 点拨：原子的核式结构与太阳系结构的异同可以用下表表示：
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 世纪初科学家先后提出了如图（a）、（b）、（c）所示的三种原子模型，依照提出时间的顺序正确的排列为（ ）  A．（a）、（b）、（c） B．（c）、（b）、（a） C．（b）、（c）、（a） D．（a）、（c）、（b） 点拨：卢瑟福提出的原子结构行星模型并不是原子存在的真实情况，实际上核外电子并不像地球绕着太阳旋转那样有确定的滚道，电子的运动并没有确定的方向和滚道，只能用电子云描述它在原子核外空间某处出现机会的大小。离核近处，电子出现的机会多，离核远处，电子出现的机会少。这是现代物质结构学说。 答案：D 五、比较法 是通过观察、分析和比较，找出研究对象的相同点和不同点，它是认识事物的一种基本方法。当你想寻找两件事物的相同和不同之处，就需要用到比较法，可以进行比较的事物和物理量很多，对不同或有联系的两个对象进行比较，我们主要从中寻找它们的不同点和相同点，从而进一步揭示事物的本质属性。如比较分子和原子，它们有一些相同点和不同点。相同点：都是构成物质的基本粒子，都在永不停息地作无规则运动，质量都很小。不同点：分子是保持物质化学性质的最小微粒，分子在参与化学反应时，可以再分为原子。同种分子只能构成同一种物质，同种原子采用不同的排列方式可以形成不同的单质，如由碳原子可组成石墨、金刚石等多种单质。 例5 下列关于分子和原子的说法，正确的是（ ） A．原子是不可再分的最小粒子 B．分子是不可再分的最小粒子 C．原子结构与太阳系十分相似，它的中心是原子核 D．分子结构与太阳系十分相似，它的中心是原子 解析：分子和原子都是可以再分的，所以A、B都是错误的；分子可以分为一个一个的原子，不存在中心边缘的问题，所以D错；正确答案是C。 答案：C 点拨：大家要掌握分子和原子的基本观点。分子是保持物质化学性质的最小微粒，分子很小，物质是由大量分子组成的；一切物体的分子都在不停地做无规则的运动，分子间有间隙；分子间既有斥力又有引力。分子可以分为原子，原子由原子核与核外电子构成，原子核由质子和中子构成，质子和中子都是由夸克构成。其中原子核位于原子的中央，核外的电子围绕原子核告诉运转；原子、中子不显电性，带负电的是电子，带正电的是原子核和质子。 (责任编辑：admin) |