物理毕业论文:推演“离心力”概念以及得到的启示.doc
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1、推演“离心力”概念以及得到的启示 (西华师范大学物理与电子信息学院 )摘要牛顿的醉心神学的原因在于想弄清楚运动的“初始”,而运动是物理学的大框架,我们的一切研究都在这一框架下进行着,所以注定了牛顿的失败。运用大框架分析基础概念,再行离向心力的概念。从中我们明白在一个大的框架中的教学是一个事半功倍的事情。关键词 公理 运动 大框架 约束 离心力 向心力Map centrifugal force conceptand has been The inspirationXu Jingyi(China West Normal University Nanchong Sichuan 637002)Abst
2、ract : Newtons interest theology because of the campaign to make initial and the physics of movement is the main framework, we all research carried out in this framework, to the failure of the Newton. Great use framework analysis based concept further from the concept of solidarity. We understand it
3、 in the framework of a large teaching is a result of things.Keywords: Justice, the campaign, big framework binding, centrifugal force, centripetal引言一六四二年,在我看来,是物理学承前启后的一年。伽利略(Galileo Galilei,15641642)年前去世,牛顿年尾降生。两个伟人,一个是“物理学之父”,一个是“力学之父”。牛顿(Lsaac Newton,16421727)更像是个集大成者,这一点如同孔子之后的孟子,干脆就叫他物理学的“亚圣”吧!
4、不过西方人却没有东方人之骄傲,无胆居于神人之上,也就无亚圣之说,仅以“父亲”称之。在他们西方人头脑里,一切最终都在神的操控之中,就如同孙猴子永远都在如来的手心里一样。将自己生命的前半段献给了伟大的唯物主义事业过后,“力学之父”感觉到了上帝的“五指山”,陷入了迷惘,走起了徘徊的步伐,掉进了神学的包围,一个崭新的唯心主义者诞生了。究其使牛顿醉心神学的难解之题,也就是著名的“第一力”的问题了。宇宙洪荒,天地初始,也就是盘古刚开始开天地而又没有开天地的那一刹那,如果宇宙中的一切是静止的,那么之后,也就是天地被开开后,宇宙中所有天体所具有的初速度来自于哪个力?如果没有这个力,宇宙中的一切天体按照“力是改
5、变物体运动状态的原因”这个真理,都将会永远静止,更不会有:月亮围着地球转,地球绕着太阳跑了。运动的“初始”是什么?!当然西方没有盘古先生的传说。但是牛顿之聪明,却又想到了一个类似“盘古神”的东西,那就是“上帝”。他那万能的主呀!一下子开了天地,给一切以初速度。于是,该围着谁转的围着谁转;该绕着谁跑的绕着谁跑。我就后悔呀!为什么“盘古开天劈地”的传说没随着丝绸之路同四大发明一起传到西方呢?那是多么美好而漂亮的事情呀!牛顿会随着贩丝的驼队踏沙而至,为了盘古那伟大的“第一推动力”;经典物理会在中国被发扬光大,因为牛顿带来了思想的火种;百余年后中国将不再受欺负,因为一切军事、民间设施都会在物理学理论的
6、指导之下而大大变样,不断的更新。再加上我们特有的民族气节,那时候我看谁还敢视中国为无物?然而,我们不想这样富国强民啊!因为这是利用了一个科学家可怜的无知!每个人都有可怜的无知,而一旦但这种可怜的无知被人利用的时候,就变了另一翻味道!任何理论都是建立在一定的公理之上,公理即自然,科学也只是建立在自然这一框架基础上的科学。公理是自然界中最最最普遍的现象,是构成其他现象的基础。推证公理,会陷入循环的尴尬,而其本身就是循环的错误。牛顿之无知也就在于此。而他的可怜则在于他做出的为了跳出这种循环的尴尬的举动借助精神世界的上帝!风马牛不相及!一个是以真相扫除愚昧,创建人类文明景象的东西;一个是以幻象抚慰弱者
7、受伤的心灵,填充强者空虚世界的玩意儿。对立矛盾的东西却在牛顿身上得到了综合的体现,可见人果真是矛盾的统一体,而不管居于何位、名声如何,大不了也就是矛盾的虚壳。世事也就是充满着对立矛盾,世间阴阳,上达下迷。“运动”是整个世界的公理,追逐公理的本源,陷入了循环的尴尬,为了保存“面子”,请来了亲爱的上帝,然而上帝只是精神上的万能,于是一个科学巨星坠入了神坛。此类人,迷!以“运动”之公理为基础,辐射开去,他让我们看到、利用并改造了四维美丽的宇宙。此类人,达!运动是绝对的,是整个物理学的大框架。我们无法以物理学的观点去寻找他的本源,于是就让我们安心地在“运动”这个大框架基础之上来研究我们的物理吧!这一点
8、在我推演“离心力”定义的过程中深有体会。我突然觉得的物理教学也应该在这个大框架的基础上进行,让学生多注意观察运动现象,分析运动现象。而这一过程绝不是简单的几堂实验课,也不是实验课,而是强调结合现象分析的过程,是一种长期氛围的熏陶。现就将我的推演思维过程简述如下。一、力的概念“离心力”与“向心力”都是力。那么,什么才是力呢?力是物理学基本概念。我们先看看辞书上的解释吧:力(force):物质之间的一种普遍的相互作用,其效果是使物体的运动状态或形状发生变化。物体的运动状态发生变化时,物体便获得加速度,因此可以认为力是使物体获得加速度的相互作用。人们对力的认识最初是与人在推、握、拉、抛时的肌肉活动联
9、系到一起的。在这些活动中肌肉感觉到紧张。人们就认为肌肉对其他物体有力的作用。力的科学概念是伽利略首先提出来的。他指出物体有匀速和加速之分,并把力和物体获得加速度联系起来。牛顿继承和发展了伽利略的观点,提出了三条定律。力的科学概念才被确定下来。 1所谓牛顿的三大定律早已闻名于世,并成为高中物理教学的核心构架。在学习过程中,我们常用牛顿的三大定律解决物理问题,诠释物理现象,可是我们却忽略了她在力的定义中的地位。人们认识自然的过程,总体而言,也就是如下3步。现象概念深化概念现象1)先从众多现象中抽象出共同,建立思维意识上的概念。2)通过思维对概念的消化,进一步深化概念,使其独立。3)通过这些概念分析
10、个别现象以至所有相关现象。之所以说牛顿三大定律使力的概念最终科学的确立了起来,就是因为其本身很好的反应出了上述1)、2)点。其运用则更好的实现了3)点中的要求。牛顿第一定律,从众多的现象中提出了运动状态的概念,观察到运动状态会发生改变,但是提出了在无外界扰动的情况下系统的运动状态不变。牛顿第二定律,进一步深化思考,提出运动状态的改变是因为受到外力,并运用运动状态的改变快慢,结合物体自身性质,定义了力的大小和方向。成功的定量的描述了力。牛顿第三定律,进一步结合了现象,阐述了力的性质。就这样,力的概念诞生了。概念是思维的东西,是精神世界的东西。但她是众多物质现象的抽象,更何况她还要反作用于物质世界
11、,去解释和改造物质世界。所以概念也充当着人类精神世界和周围物质世界的桥梁,也成为了我们改造物质世界的精神工具。二、向心力的初步分析离向心力往往在平时叙述中会成对出,现在就让我们粗略的看看向心力的定义。简明物理学辞典中,只是对这个概念作出了简单如下的描述。向心力(centripetal force):供给物体作曲线运动时产生加速度的外力。向心力不是什么特殊力,更不是质点“作圆周运动产生的力” 2虽然只有简单的几个字,但与教科书上对向心力的特征描述相冲突。援引“物理教材”关于向心力的特征描述:“向心力指向圆心,所以向心力的方向总与物体运动的方向垂直所以向心力的作用只是改变速度的方向” 3一个说是“
12、曲线运动时产生加速度的外力”即证明这个力还可以改变其线速度的大小;另一个却说只能其“速度方向”!结合例子,对两种说法进行筛选。平抛运动,是曲线运动!可是给平抛运动提供加速度的外力即重力G,是不是就能叫作向心力呢?当然不能了!这也就是说2中表述的存在缺陷。向心力也应该正如教科书上所说,是只改变速度方向的效果力。那么只改变速度方向是否就意味着其方向始终指向于轨道圆心,即轨道法线反方向呢?不如让我们用极限法来论证一下如图V0=Vt时有:0 得 900; 900若V0Vt时则:0 得0;1800若V0Vt时则:0 得1800;0由第一个条件我们知道了,要想速度能大小不变的改变方向,那么合外力就应该垂直
13、轨道;由后两种假设我们也可以看出,有且只有垂直于运动轨迹的分力才与物体运动轨迹相关。那么在我们眼里,有希望赋予向心力一种新的角色定义,即,从轨道约束方面入手。三、离心力通过一、二小节对离心力(centrifugal force)的部分相关概念的梳理,现在进入正题。不过这个离心力,可怜到在很多物理学辞典上都看不到他的解释,在高中教材上也不是重点。但是老师们却经常提到她,生活中也有太多关于她的例子。难道这就是传说中的“大音稀声”么?这么有用的离心力,我却找不到她合理的解释,从高中一路走来,其概念依然叫人那么模糊,只好自我安慰“这是一种朦胧美”咯!离心力究竟是啥?与我们平时所说的的离心运动有没有联系
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