2018年高中物理 第四章 牛顿运动定律 4.2 实验 探究加速度与力、质量的关系 物理实验 探究还是验证素材 新人教版必修1.docVIP

物理实验：探究还是验证 一直以来，这都是个问题。 新课程给我的印象是，由于过分强调“探究性学习方式”，对“验证性实验”的价值似乎有所贬低，有“探究性实验”优于“验证性实验”之意。而因为过分突出“实验探究”的地位，给人“物理探究”即“实验探究”之印象。（也可能新课程本身并无这些意思，而是鄙人理解有误。） 要回答这个问题，必须了解物理实验在物理学的研究中究竟起了什么作用？这需要去关注一下物理学发展的历史。看一看物理理论到底是通过实验探究出来的，还是实验验证出来的。物理实验在物理学中的作用，是探究为主，还是验证为主？物理学的研究，是先有了理论（假设），再去验证；还是先做了实验，再总结出理论？或者说，物理学的研究中，更多使用的是归纳方法，还是演绎方法？（归纳源于大量事实，实验主要起探究作用；演绎则是根据一般原理进行推理，实验主要起验证作用。） 追根溯源地细究起来，理论和实验的关系，实在是非常复杂，尤如鸡和蛋的关系一样，实在难说谁先谁后。 可以确定，最初的观点（还谈不上是理论），是从事实中归纳出来的。但物理学发展到近现代，这个问题反而变得明朗了。在我看来，物理实验在近现代物理学中的主要作用是验证而不是探究。 物理学发展到了形成理论体系的阶段时，假设－演绎－验证就成了一般的研究模式。即先提出理论假设，然后根据假设得出一些推论，再通过实验去验证这些推论，从而证明假设是否成立。如果成立，假设便成为原理。更多的时候，科学家在实验之前，已经对实验结果有了某种预计或假设，做实验的目的只是为了验证而不是纯粹的探究（比如α粒子散射实验）。 而有时候，物理探究倒是可以纯粹在笔尖上完成。相对论可以算是一个典型的事例，当年作为专利局小职员的爱因斯坦也没那个条件来做实验。据说牛顿当年也没有做过太多的力学实验，牛顿第二定律首先是在迪卡尔动量理论的基础上推演出来的（当然迪卡尔关于动量的很多观点是来自于实验的）。牛顿倒是做过很多光学实验和化学实验（炼金），但牛顿在光学和化学上并没取得划时代的成就。 甚至，理论演绎假设的一些前提和原理，也不一定都是基于实验和事实。有时候，物理学家提出某种假设，是源自于某个哲学观念。比如守恒定律的提出源自于对永恒不变的追求。科学家有时将只得到少数事例证明的结论推广到世间万物（万有引力定律），显然不是一种实验的思想，而是一种万物一律的统一思想。这里哲学观念的作用比实验更大。 当然，先辈们提出的假设，也不可能是空穴来风、突发奇想。一是任何假设总得有点依据（事实的或公认的）；二是整个理论模型，首先在逻辑上（数学上）必须是成立的，否则就没有实验验证的必要。 可见实验探究，在物理研究中，似乎并不具有压倒一切的重要性。? 诺贝尔物理学奖得主Kobayashi在浙大演讲时讲到，他们的研究就象是往一个黑屋子里扔一个保龄球，然后通过听到的声音来判断屋子里面有什么。实际上物理学的研究一直都是如此，物理学家总是试图利用有限的信息，来建立一套可以解释世界万物的理论。相对于整个自然界来说，人类所见总是有限的。但物理学是不仅试图对整个宇宙的过去、现在作出合理的解释，还试图对未来（或空间上的未知领域）作出正确的预计和预言。 爱因斯坦讲过，一个好的物理理论，必须具备预言未知的功能。物理学或物理学家的伟大之处，正在于它不仅仅是对过去经验的总结，而还能够在此基础上对未知的世界作出正确的预计。对未知世界的预言，是不可能通过归纳的方法得到的。 爱因斯坦还讲过，物理学家的理论工作不是一种发现，而是一种发明。 这些言论说明，一个好的物理理论，是用有限的知识去解释无限的世界。因此在其确立之初，必然存在一些当时还不能验证的成分，这些成分肯定也不是光凭实验现象的归纳所能够发现的。因此，物理学不完全是从事实和实验中去“发现”的，而是由科学家“发明”的。 ? 稍稍了解一下科学发展的历史，就会发现，物理实验所起到的作用，更多的也是验证，而不是所谓的探究。确有一些实验事实上起到了探究的效果，但这些实验的初衷仍是为了验证某一理论。这些实验常常是一些失败的验证，因而获得了意外的结果。比较著名的有迈克尔逊－莫雷实验、拉瓦锡测“燃素”的实验、卢瑟福的阿尔法粒子散射实验、研究光电效应现象的实验等等。实际上，验证性实验和探究性实验也并非泾渭分明，验证一个还不十分确定的理论本身就是一种探究。 可见，物理实验在物理研究中更多的是起验证作用，而非探究作用。验证性实验并不逊于探究性实验，验证性实验的教学功能不应该比探究性实验差。过度突出实验探究，忽视实验验证的作用，只是对物理探究的曲解。 极力主张实验探究，可能给学生这样的印象，物理学家们总是通过不断地实验，面对大量的实验数据经过没日没夜的反复计算，最后终于发现了规律――而在实验之前，科学家对这个规律则是一无所知的。确实，历史上有一些科学发现主要是通过这种方式实现