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第一章 观察——探索世界的窗户1

§1寻求·捕捉·验证——观察对物理学的作用3

1．系统观察促成了物理学的诞生4

2．物理学研究在观察中进行7

3．观察是导致物理重大发现的途径15

§2目的·方案·工具——物理观察的方法18

1．观察的前期准备阶段18

2．实际观察阶段25

§3真实·全面·典型——物理观察的原则31

1．真实性原则31

2．全面性原则33

3．典型性原则38

§4多思·善疑·细察——物理学家的观察艺术41

1．处处留心——伽利略发现摆的等时性42

2．精细入微——瑞利发现氩元素43

3．抓住机遇——查德威克发现中子45

4．矢志不渝——约里奥—居里夫妇发现人工放射性48

第二章 实验——发现奥秘的钥匙51

§1纯化·强化·重复——物理实验的特点52

1．什么是物理实验52

2．物理实验的特点53

§2发现·验证·完善——物理实验在物理学研究中的作用57

1．发现物理规律，建立物理理论58

2．验证物理假说，检验物理理论60

3．完善理论体系，发展物理理论61

4．测定常数62

§3定量·探索·对比——物理实验的基本类型64

1．定性实验、定量实验和结构分析实验64

2．探索性、验证性及判决性实验66

3．对比实验与模拟实验68

§4选题·设计·控制——物理实验的基本程序69

1．实验课题的选择69

2．实验的构思与设计70

3．实验的具体实施72

4．实验的观测与记录73

5．实验结果的数据处理与理论解释74

1．周密思考，分解课题，精心设计75

§5机智·巧妙·独特——物理实验的设计方法75

2．原理正确，实际可行77

3．明确物理实验的三个基本组成部分78

4．实验应尽可能在“纯化”的条件下进行80

5．善于改变实验的条件81

6．熟悉测量物理量常用的基本方法83

7．物理实验中消除误差的巧妙方法88

§6列表·图像·解析——物理实验的数据处理方法90

1．列表法是采集、记录数据的一种常用方法90

2．误差理论是进行实验数据处理的依据93

3．处理实验数据的几种方法95

4．对实验结果作出恰当的评价102

第三章 假说——科学理论的先导104

1．概括性和抽象性106

§1概括·预见·待证——物理假说的特征106

2．预见性和待证性108

3．并存性和竞争性109

4．演变性和发展性112

§2归纳·总结·判断——物理假说的形成114

1．形成假说的客观要求114

2．形成假说的基本过程119

3．形成假说的具体方法122

§3论证·比较·结论——物理假说的验证130

1．验证假说的长期性和复杂性130

2．验证假说的直接方法和间接方法136

1．敏于发现问题144

§4警觉·洞察·远见——物理学家建立假说的艺术144

2．善于解决矛盾148

3．敢于突破旧理论150

4．勇于接受新观点152

第四章 数学——描写规律的诗行156

§1计算·分析·推理——数学方法的作用158

1．发现物理定律的工具158

2．表达物理规律的语言162

3．预见物理事实的途径165

4．分析物理数据的手段168

5．建立物理体系的方法170

§2提炼·抽象·对应——数学模型的建立173

1．数学模型的基本特征174

2．建立数学模型的步骤180

§3必然·突变·模糊——数学模型的类别184

1．必然现象的数学模型185

2．随机现象的数学模型188

3．模糊现象的数学模型192

4．突变现象的数学模型195

§4准确·均衡·优美——物理学家应用数学方法的艺术199

1．简化的几何图景与哥白尼的日心说200

2．伽利略与物理学的数学—实验方法202

3．哈密顿的四元数及其在物理学上的作用205

第五章 理想化——突出本质的抽象208

§1忽略·简化·排扰——理想化的意义210

1．突出本质210

2．近似逼近213

3．超越现实215

§2实体·系统·过程——物理学的理想模型217

1．理想模型的概念217

2．理想模型的分类219

3．理想模型的作用224

§3思维·逻辑·客观——物理学的理想实验229

1．理想实验的概念229

2．理想实验与实际实验的关系231

3．理想实验的作用233

§4深刻·严密·合理——物理学家理想化的艺术238

1．麦克斯韦的神奇构想238

2．爱因斯坦的天才设计242

3．爱因斯坦的机智诘难与玻尔的有力反驳245

第六章 类比——通向创新的桥梁248

§1相似·推移·或然——类比的概念250

1．类比的逻辑意义250

2．类比的两个基本特征254

§2解释·启发·模拟——类比在物理学中的应用260

1．类比的解释作用261

2．类比的启发作用262

3．类比的模拟作用265

§3并存·因果·对称——类比的基本类型268

1．并存类比269

2．因果类比271

3．对称类比273

4．协变类比275

§4参照·构造·过渡——物理学家的类比艺术278

1．敏锐发现相似性279

2．大胆预言可能性281

3．坚信结论正确性284

第七章 综合——创建体系的总结288

§1归并·融汇·升华——物理规律大综合的意义290

1．构建完整体系291

2．确立重要概念293

3．变革中心思想300

§2萌芽·体系·顶峰——经典物理的三大综合306

1．物理学的第一次大综合307

2．物理学的第二次和第三次大综合315

§3危机·革命·新生——现代物理的两大综合324

1．物理学的第四次大综合325

2．物理学的第五次大综合329

§4广博·深邃·奇崛——物理学家的综合艺术332

1．把握全局，重点突破333

2．异曲同工，互相印证336

3．彼此启发，协同攻关339

第八章 悖论——引起风暴的“乌云”342

§1命题·推演·矛盾——悖论的概念343

§2前提·过程·范围——悖论的产生345

1．“无限”是悖论产生的重要诱因之一345

2．逻辑错误导致悖论346

3．推理所依据的前提有问题而造成佯谬347

4．悖论与一定历史条件下人的认识水平密切相关348

5．由于语义学方面的原因造成悖论349

§3惊讶·思考·突破——悖论的作用及其方法论意义350

1．悖论在物理学研究中的作用350

2．悖论在物理学研究中的方法论意义354

§4谜妖·灾难·鬼魂——佯谬欣赏358

1．芝诺佯谬358

2．落体佯谬359

3．阿拉果之谜366

4．电子引出的佯谬371

5．负能态之谜375

§5导致悖论教学法377

1．佯谬对中学物理教学的作用378

2．什么是导致悖论教学法379

3．导致悖论的方法380

4．导致悖论教学法的心理学基础385

第九章 科学想像——飞向真理的翅膀386

§1储备·积累·猜测——科学想像387

1．想像的概念和意义387

2．产生科学想像的机理388

3．科学想像是形象思维与逻辑思维相结合的产物389

§2神奇·跳跃·超然——科学想像的特征390

1．科学性391

2．形象性391

4．逻辑过程中断的跳跃性392

5．理想化和超现实性392

3．神奇性392

§3无意·再造·幻想——想像的类别393

1．有意想像与无意想像394

2．再造想像与创造想像394

3．理想和幻想397

§4设计·诱导·预见——科学想像的作用399

1．科学想像是物理学理论的设计师，对物理学的发展表现出极大的创造功能400

2．科学想像能帮助人们建立新的物理学概念，对于逻辑思维有一种启动、诱导、促进作用403

3．科学想像能使物理学家把已有的科学观点、方法和工具运用到新领域，作出新发现405

4．科学想像在物理学理论的发展中起到巨大的激励作用406

5．科学想像在物理学理论发展中起到预见作用409

6．科学想像对物理学方法的建设作用411

1．端正想像的方向是关键414

2．渊博的知识和丰富的记忆表象储备是进行科学想像的基础414

§5广博·立体·发散——科学想像的艺术414

3．掌握思维的技巧方法是进行科学想像的重要途径416

§6解困·简化·提速——猜想方法的应用423

1．猜想方法概述423

2．猜想方法在物理解题中的作用424

3．运用猜想应注意的问题428

附录1姆潘巴的故事429

2反西格马负超子的发现432

3费米和“超铀元素”猜想435

4原子核结构的液滴模型、壳层模型和综合模型440

5电子自旋概念的建立442

6哈恩和铀裂变的发现445

7数学方法的开创者——笛卡儿449

8比值特性在建立物理概念中的应用452

9黎曼几何与广义相对论455

10完全弹性碰撞与完全非弹性碰撞模型458

11理想实验与测不准关系459

12台风旋转方向的奥秘463

13不等臂天平与光具测量464

14电话机的发明466

15牛顿的一生468

16麦克斯韦的一生471

17爱因斯坦的一生475

18玻尔的一生480

19历年诺贝尔物理学奖487

主要参考书目499