物理归纳的五种模式，本文主要内容关键词为：五种论文,归纳论文,物理论文,模式论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
在物理学研究和物理教学中，处处都隐含着物理逻辑的方法和规律。作为物理教师，了解和研究物理逻辑问题能够有效的提高物理研究能力和物理教学能力。本文对物理归纳进行试探性的研究。归纳是由特殊到一般的推理过程。物理归纳就是以物理观察和实验为基础，从一些个别或特殊的物理现象、物理过程和物理规律，推论出普遍的一般性的物理结论或原理。一些物理概念的建立和物理规律的揭示，都是由物理归纳得出的。物理归纳可作如下分类。
一、完全物理归纳及其模式
完全物理归纳，是根据某类物理事物中每一个对象（全部）的情况或每一个子类（全部）的情况而作出关于该类物理事物的一般性结论。我们试探性的建立完全物理归纳的模式如表1所示。
完全物理归纳 示例
物理对象S[，1]具有性质 水星以椭圆轨道公转；
《或规律》P；
物理对象S[，2]具有性质 金星以椭圆轨道公转；
《或规律》P；
…
物理对象S[，n]具有性质
（或规律）P；
冥王星以椭圆轨道公转
而太阳系只有水星、金星、地球、火
而S[，1]、S[，2]…S[，n]是 星、木星、土星、天王星、海王星、冥
S类的全部
王星这九大行星
所以，S类具有性质（或规 所以，太阳系的大行星都是以椭
律）P
圆轨道公转的
完全物理归纳的特点在于考察某类物理事物的全部对象而作出结论。因此，它的前提和结论之间有一种必然的制约关系，在前提真实的情况下能必然地得出一个真实的结论，所以说完全物理归纳推出的结论具有必然性。在物理学的研究中，多数情况是我们对所研究的物理对象很难知道它们的全部对象，因此，完全物理归纳在实际应用中用的不多，更多的是应用下面几种物理归纳。
二、枚举物理归纳及其模式
枚举物理归纳，就是根据某类中的一些物理对象（非全部）具有某种性质（或规律），且并没遇到反例，从而推出该类全部物理对象都具有这种性质（或规律）。我们试探性的建立枚举物理归纳的模式如表2所示。
物理对象S[，1]具有性质（或规律）P；
枚 物理对象S[，2]具有性质（或规律）P；
物 物理对象S[，n]具有性质（或规律）P；
理 而S[，1]、S[，2]…S[，n]包含在S类中（非S类全部）且没遇到
归 反例。
纳 所以，S类物理对象都具有性质（或规律）P
示例：开普勒通过枚举物理归纳总结出了开普勒第二定律。开普勒当时并不知道行星与太阳间的实际距离，但他以地球作为比较的标准，他以日地平均距离作为距离的单位，以地球绕太阳运动的周期作为时间的单位，反复耐心地进行各种运算。他当时对六颗行星进行了认真研究，他先把这六颗行星的公转周期T和距太阳的距离R算出来。经过几年的研究发现对这六颗行星都有T[2]=R[3]，数据如表3所示。
┌────┬──────┬─────┬─────┬────┐
││公转周期│太阳距离 │周期平方 │距离立方│
│行星名称││ │ ││
││
（T）│
（R） │（T[2]） │（R[3]）│
├────┼──────┼─────┼─────┼────┤
│ 水星 │0.241
│0.387 │0.058 │ 0.058 │
├────┼──────┼─────┼─────┼────┤
│ 金星 │0.615
│0.723 │0.378 │ 0.378 │
├────┼──────┼─────┼─────┼────┤
│ 地球 │1.000
│1.000 │1.000 │ 1.000 │
├────┼──────┼─────┼─────┼────┤
│ 火星 │1.881
│1.524 │3.540 │ 3.540 │
├────┼──────┼─────┼─────┼────┤
│ 木星 │11.862 │5.203 │140.7 │ 140.8 │
├────┼──────┼─────┼─────┼────┤
│ 土星 │29.457 │9.539 │867.7 │ 867.9 │
└────┴──────┴─────┴─────┴────┘
然后，他进行枚举物理归纳推出了所有行星都遵守的开普勒第三定律，如表4所示。
注：T用s作单位，R用m作单位，则有R[3]/T[2]=k，k是一个与行星无关的恒量。
应用枚举物理归纳进行推理，由于它的结论所断定的范围超出了前提所断定的范围，结论往往揭示出存在于无数现象中的普遍规律，具有很强的探索功能，能够作出一些物理发现。但是，枚举物理归纳其前提是单称命题，而结论是全称命题，从单称到全称、从已知到未知，不具有逻辑必然性，所得出的结论具有或然性。
三、科学物理归纳及其模式
科学物理归纳，就是通过列举出某类物理事物的一部分对象具有某种性质（或规律），并分析出制约此性质（或规律）的根本原因，以此因果联系作根据，从而推出这一类物理事物具有这种性质（或规律）的结论。我们试探性的建立科学物理归纳的模式如表5所示。
科学物理归纳示例
物理对象S[，1]具有性质（或规铁受热后，则其体积膨胀；
物理对象S[，2]具有性质（或规银受热后，则其体积膨胀；
律）P； …
物理对象S[，n]具有性质（或规
律）P； 铜受热后，则其体积膨胀
而S[，1]、S[，2]…S[，n]是S类的一部分， 经分析，铁、银、铜等都是金
并且它们具有P是由于某种 属，受热后，分子间距加大，
物理机制引起的必然结果 导致宏观上的体积膨胀。
所以，S类物理对象都具有性
所以，金属受热后，则其体
质（或规律）P。 积膨胀。
提高枚举物理归纳结论正确性的方法是多找事实，根据的事实越多，则结论的正确程度越高。而科学物理归纳结论的真实性不依靠前提的数量，而是对事物作出科学分析，找出因果联系，在确定的物理机制的制约下，其结论是必然的。科学物理归纳是一种最重要的、最常用的物理归纳方法。
四、消去物理归纳及其模式
消去物理归纳，就是选择某类物理事物中的一部分作为研究对象，并把当时背景知识和经验条件下所能作出的结论（性质或规律）都列出来，再逐个进行研究，把不正确的结论消去，留下可靠的结论，然后归纳概括S类具有某些性质或规律。我们试探性的建立消去物理归纳的模式如表6所示。
示例：伽利略研究摆的运动规律时就运用了消去物理归纳。他在教堂里看到烛架的摆动，他当时就给自己提出了问题：每一次摆动的时间变短了吗？每一次摆动的时间与什么因素有关？他马上用数自己脉搏的方法来测定每次摆动的时间，实验的结果使他很吃惊，尽管摆幅越来越小，但每次摆动用的时间是相等的。他回到家里用不同材料做了几个不同形状的摆进行实验研究，他首先根据他当时的知识，列出了摆的摆动周期T几种可能的结论，然后再逐一进行研究，消去不正确的结论，留下正确的结论，再概括归纳出一般性的结论，如表7所示。
摆1：T与m有关（A）；T与m无关
（B）；T与L有关（C）；T与L无关（D）；摆2：
消 T与m有关（E）；T与m无关（F）；T与L 经逐一进行研
去 有关（G）；T与L无关（H）； 究，消去不正
物 … 确的结论（A）、
理 摆5：T与m有关（J）；T与m无关
（D）…
归 （K）；T与L有关（L）；T与L无关（M）。
纳 摆1、摆2…摆5是摆类中的一部分
所以，摆的T与L有关，与m无关
五、综合物理归纳及其模式
综合物理归纳，就是在某几个物理事实类具有一些性质（或规律）的基础上，通过类比，推出在更大的物理事物类具有一些性质（或规律）。综合物理归纳具有在初步归纳的基础上进一步综合、进一步归纳的鲜明特征。我们试探性的建立综合物理归纳的模式如表8所示。
示例：牛顿力学的建立就运用了综合物理归纳。开普勒关于行星运动的三大定律揭示了太阳系这个特殊天体系统的运动规律，伽利略关于落体的实验也表明了重力加速度的存在，这些都为牛顿发现万有引力定律打下了基础。因为开普勒所揭示的是天体运动的规律，而伽利略所揭示的则是地球上在重力作用下落体运动的规律，那么，这两者有没有联系？有什么样的联系，能否将它们进行归纳呢？牛顿对这些问题进行了研究。
牛顿最初是借助重力的概念作为类比物，将其外推到所有星体、物体上，从而建立引力的概念。牛顿在1666年说：“我开始想到把重力推广到月球的轨道上，……因而把维持月球在它的轨道上所需要的力和地球表面上的重力作了比较。”牛顿正是通过类比，在抛射体的轨道和行星轨道之间建立了一种开普勒和伽利略所没能建立的联系。然后，他通过综合物理归纳作出了万有引力定律，把天体的运动规律和地面上物体的运动规律归纳为万有引力定律，并建立了牛顿力学。