类比法在物理学研究中的重要性

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1、类比法在物理学研究中的重要性C128摘要：类比法是通过比较两个或两类对象之间在某些方面相似或相同，进而把其中某一对象的有关知识、规律或结论推移到另一对象中去的一种研究方法。类比法在科学研究领域及物理学的发展中起着重大的作用，也是科学认知、理论建立的重要方法。类比法的应用，可大大缩短我们认知自然规律的时间。在物理教学中，能帮助学生加深对物理概念和规律的理解、把握，快捷掌握新知识。同时，本文还讨论了类比法的重要性。关键词：物理学研究类比法重要性。“类比”是逻辑学中的一种推理形式，是通过比较两个或两个对象之间某些方面的相似或相同，将某特定对象已掌握的知识推移到新的对象上去；这样便于新知识的

2、理解和掌握。其在物理学科学认知、理论建立过程中起着重要的作用。如：荷兰物理学家惠更斯，就是用类比的方法根据光也像声波那样能发生反射、折射，而提出光是一种波动的假说，为光的波动理论奠定了基础。法国物理学家德布罗意，用类比的方法根据光的波粒二象性而推论微观粒子也具有波动性，提出了物质波的概念。库仑从牛顿的万有引力定律中得到启发，把电荷之间的作用力类比万有引力，推论电力也像万有引力一样服从平方反比定律，从而总结出了库仑定律。实践表明，类比方法的正确使用，比单纯依靠实验数据，再通过归纳总结得出物理规律，大大节省了物理学理论创建的时间。在国内外，许多学者都对类比法这一研究方法的应用有较深入的研

3、究，特别是在物理学领域，主要探讨论证了类比法在物理学研究和教学中的运用；集中体现在用类比法进行教学，用类比法进行推理和对知识进行类别复习；却少见从物理学理论的建立和发展这一角度，系统详论其重要性的文章；虽然有些学者曾有所提及，但很大程度上都是一带而过。本课题将就这一方面的问题即类比法在物理学研究中的重要性进行系统的讨论。1.类比法及其特点和分类[1]类比是以比较为基础，通过对两对象之间的比较，找出其相似或相同点，把其中某一对象的有关知识或结论推移到另一对象中去；也就是把未知的东西和已知的东西相对比，或把陌生的对象和已经熟悉掌握的对象相对比，从而进一步获得新知识的一种方法。其特点是从特

4、殊过渡到特殊,其结论具有或然性，需经实践检验。应用类比法必须具有两个或两个以上的对象，且两事物之间具有某种相似或相同的特点才能进行比较，并要求对其中一对象熟知掌握；这样才能通过类比，可能获得对另一对象本质规律的正确认识。其中包括有属性类比法、模型类比法、数学类比法。属性类比法的一般式为：若A对象中有属性、、、；而B对象中也有属性、、；则可推想B对象中也应有属性。例如，卡文迪许—麦克斯韦曾经把电力和引力作了如下类比：引力——均匀物质球壳对壳内物质无作用力，对壳外物质却有万有引力作用，引力与距离平方成反比；电力——带电金属空腔对腔内电荷无作用力，对腔外电荷有力的相互作用；推理——电力可能

5、也和引力一样，与距离平方成反比。模型类比法的一般式为：若A对象中的、、、之间有K联系,而B对象中的、、、分别和A对象中的、、、有L联系,则可推想B对象中的、、、之间也有与K相同或相似的联系。例如：1911年,英国物理学家卢瑟福通过粒子散射检验原子无核模型时，发现占万分之一的粒子散射角大于90°、甚至等于180°。这使他惊奇万分，用他自己的话来形容：“这是我一生中从来没有过的最难以置信的事件，它的难以置信好比你对一张纸射击一发十五英寸的炮弹，结果炮弹却被弹了回来，反而打在自己身上。”为此,卢瑟福苦苦思索了几个星期；长冈半太郎的土星系模型给了他启发，通过如下类比，得出了原子有核模型的推测

6、。原子有核模型——原子结构由原子核与核外电子组成，原子核集中了原子中的所有正电荷，原子核与核外电子有力的相互作用。推理：电子可能也是绕原子核高速运转。数学类比法的一般式为：若A对象中、、有某种函数关系式，而B对象中在数量关系上与、、相似，则可推想也存在同一形式的函数关系式。或若A对象中、、有函数关系式，而B对象中也有函数关系式，则可推想B对象和A对象具有某种相同的规律。例如，德布罗意把实物粒子与光类比，光服从费马定理，其变分形式为：　　　　　　　　　　　（2－１）式中为光线的路程元，n为折射系数，为介质中的光速。而在经典力学中，质点的运动服从哈密顿原理，其数学形式为：　　　　　　　　

7、　　　　（２—２）式中L为拉格朗日函数，为时间元。通过对这两个原理在数学形式上相似性的类比，德布罗意大胆设想：既然光的最短路径原理是从波动理论中导出的，而又知光不仅具有波动性，还有粒子性（当时爱因斯坦已提出光量子说）；那么，实物粒子也应具有波粒二象性。并且，光波波长和光子动量之间有关系式；那么，物质波（德布罗意波）波长也应有相类似的关系式。根据这一类比推测，德布罗意预言：一个中等速度电子的波长相当于射线波段的波长。1927年，戴维逊—革末实验证实了这一预言