观察和实验_物理论文.doc

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1、观察和实验物理论文Arial,Helvetica,sans-serif">正像一个警探调查一件罪案那样，为了揭露大自然的秘密，你也必须仔细观察周围的世界。探索大自然的第一步和最重要的一步是观察。观察1-1:方糖的溶解在一个玻璃杯中倒入冷水，另一个玻璃杯中倒入热水。每杯水中放一块方糖。观察糖块会发生什么事，并且试着把你的观察结果准确地记录下来。糖在水中溶化的现象引起一个问题:为什么糖在热水中和冷水中溶化的方式不同？这种差异的基本原因是什么？只有糖才显示这样的差异吗？这都是些有趣的问题。善于提问题在研究中是很重要的。现在我

2、们用别的什么东西代替糖，但是让实验中其他一切都保持不变。实验1-2：预先作好计划在一个玻璃杯中倒入冷水，另一个玻璃杯中倒入热水。在每个玻璃杯中放一点高镒酸钾代替方糖。把你的观察结果同上次实验结果相比较。在事先规划好的一个计划中有意引入一种现象并且精确地观察这一现象叫做一个实验。通过实验你可以知道我们这个世界的更有趣的一些方面。在上面两个实验中你看到在热水中溶化进行得快一些。还可以观察到一些别的差异。比如糖水是无色的而高镐酸钾溶液是紫色的。也可能发生这样的事：你把糖块是放在一个带黑点的瓷杯中而高猛酸钾则是放在一个透明的玻

3、璃杯中。但是在试图找出为什么溶解速度不同的原因时，你会发现这些情况都不重要。在一个正确设计的实验中，事先应决定要把注意力集中在哪些因素上。实验1-3：试着弄明白溶解现象通过一个放大镜细看方糖块和高镒酸钾晶体的表面。把糖块弄碎，再用放大镜看这些碎屑。迄今你做实验用的固体材料似乎有一种粗疏的结构。溶解很像是这些固体材料瓦解成一些小碎片悬浮在水中。你看不见溶解在水中的这些物质的碎片。但是在你试图解释可溶性现象时，你仍然可以想象这样的碎片。籍助于这幅简单的脑海中的图画，你很容易解释我们积累的部分观察结果。其中之一就是虽然糖块在

4、我们眼前消失不见了，但同时水的味道却变甜了。（后面我们还将试图找出冷水中比热水中溶解得慢的原因。）固体材料是由小碎片组成的想法，又引起了许多进一步的问题。在固体材料中，这些小碎片是怎样呆在一起的呢？它们是有手臂或者钩子来保持在一起，还是有一种胶把它们粘在一起？水也是由小碎片构成的吗，还是一种连续体？你能用小碎片成分构成雪花的对称图样吗？这些问题涉及上述脑海中图画的细节，这些细节太纤细了，是人眼所看不见的。另一组问题强烈要求我们用已存在于我们想象中的图画解释其他观察结果：”为什么这些固体不投进水里就不瓦解呢？为什么在热水

5、中溶解比冷水中快呢？为什么匙子在水中不溶化呢？水冻结成冰时又发生了什么呢？”可以用来解释物质性质和行为的脑海中的图画叫做模型。建立模型就是建造和使用这种图画的方法。物理学家和研究工作者的工作方法就是建立模型。我们在后面几课中就要实践这种方法：从观察简单的现象开始，到建造模型解释观察结果，并用实验来检验模型。问题1.观察和实验有哪些相同之处和不同之处？2.金刚石是一种用来装饰皇冠的透明的、可燃的、坚硬的、贵重的宝石。煤则是在石炭纪生成的一种黑色的、易碎的、可燃的矿物。一上面列举的这些性质中，哪些是你根据个人经验已经知道的

6、？3.糖，可口可乐，灰姑娘，月光，我。这些东西中，哪些是可以用我们的感觉或仪器来研究的（这些东西是实物），哪些只存在于我们的想象中？4.你知道人们为太阳系建造过哪些模型吗？为什么这些模型这么重要，以至于有些建造或懂得这些模型的人可以豁免掉工作的义务，并被任命为神甫或术士，而另外一些人却被在火刑堆上烧死？关于奇异的外星人的访问的一段阅读材料我们曾在一本科幻小说中读到以下的内容：“外星人于次日到达地球。为了避免潜在的感染危险，曾告诫他不得与地球人有个人接触。他只能从一座孤独的房屋中通过电话同地球人通话。他想用这种方法来得到

7、有关地球人的情况。外星人首先拨通了一个装饰橱窗的人。她这样讲述她的职业：'我尽力使人们购买最新款式的衣服。我打扮商店橱窗里的模特儿。于是人们从橱窗里就可以看到，穿上那些衣服他们将会多么漂亮。我有一个备用的模特儿，我马上就寄给你。''谢谢。'外星人说道，'我只是不明白，为什么你不打扮一个真正的人呢？为什么你需要一种代用品呢？''因为人们除了整日价站在橱窗里还有更好的事要做。对这种工作模特儿是一个相当理想的代用品，它很像一个人。''我懂了。那么你要送我一个有许多空暇时间的人作礼物？''不，不。人们要做许多别的事。模特儿只不

8、过它的外形是模仿人做的。'外星人接触的下一个人是一个药理学家。他的回答如下：'我的职业是在把一种新药用于人类之前测试药效。因此我把要测试的药喂给老鼠吃。我观察这些老鼠来监测药效。我有许多老鼠，送你一只吧。'外星人高兴了：'啊，到底我能看见一个真正的人是什么样子了。''啊，不。人不是老鼠。人要复杂得多。只不过老鼠内部器官的功能、它的