（精選）高中物理教學(xué)中的邏輯方法的滲透和運(yùn)用

1、高中物理教學(xué)中的邏輯方法的滲透和運(yùn)用我們通常說(shuō)某人思考問(wèn)題具有嚴(yán)密性，說(shuō)話具有條理性，推理具有邏輯性，實(shí)際上就是說(shuō)他（她）的邏輯思維能力強(qiáng)或者能正確地運(yùn)用邏輯方法?！案鶕?jù)邏輯學(xué)的規(guī)則處理問(wèn)題的方法稱為邏輯方法?！?物理學(xué)科理論的主體運(yùn)用形式邏輯，也大量滲透了辯證邏輯。在新課程的背景下，“過(guò)程和方法”被作為教學(xué)目標(biāo)的重要維度，邏輯方法的滲透和運(yùn)用，邏輯思維能力的訓(xùn)練和培養(yǎng)，應(yīng)該成為物理教師關(guān)注的熱點(diǎn)。歸納和演繹是物理學(xué)科中最重要的邏輯推理方法。本文主要討論歸納和演繹方法的幾種運(yùn)用。 1 歸納法 從已知的特殊事件出發(fā)，推演出一般性或普遍性的結(jié)論的邏輯推理過(guò)程是歸納。歸納是一種由表及里，由現(xiàn)象到本質(zhì)

2、的復(fù)合思維過(guò)程。李政道先生曾說(shuō)過(guò)：“中國(guó)的學(xué)生歸納思維能力比較差?！币?yàn)橹袊?guó)學(xué)生習(xí)慣大量做題，在操練中形成演繹能力，但缺少反思和歸納。歸納對(duì)發(fā)現(xiàn)科學(xué)規(guī)律，透視社會(huì)現(xiàn)象，作出理性思考具有決定性的作用。物理學(xué)中常依事物的因果關(guān)系，推出該類事物中所有對(duì)象都具有某一屬性，稱為因果了解歸納法。此法的關(guān)鍵在于找出真正的本質(zhì)性原因，而判斷原因的過(guò)程往往采用以下方法。 11 求同法 即在不同場(chǎng)合下考察相同的物理現(xiàn)象，若在這些場(chǎng)合里只有一個(gè)共同的條件，那么這個(gè)條件就是該現(xiàn)象發(fā)生的原因。 如圖1所示，閉合電路的一部分導(dǎo)線切割磁力線，線框內(nèi)產(chǎn)生感生電流；圖2中一個(gè)條形磁鐵接近和遠(yuǎn)離線圈，線圈也能產(chǎn)生感生電流；圖3中

3、勻強(qiáng)磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)的線框也能產(chǎn)生感生電流，從而可歸納出導(dǎo)線與磁場(chǎng)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和產(chǎn)生感生電流的因果關(guān)系。如圖4所示，回路A中滑動(dòng)變阻器電阻的改變可使回路B中產(chǎn)生感生電流；回路A中電鍵的開(kāi)合同樣能使回路B中產(chǎn)生感生電流，從而可歸納出原線圈電流的變化在副線圈中產(chǎn)生感生電流的因果關(guān)系，但上述幾種情況下更本質(zhì)的原因是什么呢?是穿過(guò)閉合回路的磁通量的變化! 單擺的擺長(zhǎng)通常被定義為從懸點(diǎn)到擺球質(zhì)心的距離，如圖5的雙線擺中，擺球在垂直于紙面的平面內(nèi)擺動(dòng)，其等效擺長(zhǎng)不是AO或BO而是OO；在圖6中，擺球在紙面內(nèi)作小幅擺動(dòng)，其等效擺長(zhǎng)不是OO而是OO；在圖7中，擺球中垂直于紙面方向小幅擺動(dòng)，其等效擺長(zhǎng)應(yīng)為OO，以上

4、三例中具有共性的物理量是等效擺長(zhǎng)，比等效擺長(zhǎng)更具共性的應(yīng)該是等效懸點(diǎn)O。 1.2 求異法 如果某種現(xiàn)象在第一個(gè)場(chǎng)合出現(xiàn)，在第二個(gè)場(chǎng)合不出現(xiàn)，這二個(gè)場(chǎng)合只有一個(gè)條件不同，這個(gè)條件就是該現(xiàn)象發(fā)生的原因。 場(chǎng)合一，一塊質(zhì)量為M的木塊被釘子固定在光滑水平地面上，一顆質(zhì)量為m的子彈以速度v0射向木塊，在木塊內(nèi)前進(jìn)d深度后靜止(如圖8)。 場(chǎng)合二，在以上情景的基礎(chǔ)上，拔掉釘子，讓子彈以同樣速度v0射向木塊，在木塊內(nèi)前進(jìn) d深度而相對(duì)木塊靜止(如圖9)。 差異點(diǎn)1：場(chǎng)合一與場(chǎng)合二只有一個(gè)外部條件差異，即釘子的作用，場(chǎng)合一因釘子作用木塊與子彈系統(tǒng)動(dòng)量不守恒，場(chǎng)合二因沒(méi)有釘子作用合外力為零而系統(tǒng)動(dòng)量守恒。 差異

5、點(diǎn)2：場(chǎng)合一，子彈動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)內(nèi)能，設(shè)木塊對(duì)子彈阻力恒為f， 則有Q=12mv20=f·d(1) 場(chǎng)合二，子彈動(dòng)能沒(méi)有全部轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)內(nèi)能，所以Q=12mv20-12(M+m)v2(2) 其v=mv0M+m 1、2的差異點(diǎn)在于子彈進(jìn)入木塊的深度不一樣，導(dǎo)致轉(zhuǎn)化的系統(tǒng)內(nèi)能不一樣，如果對(duì)子彈和木塊分別用動(dòng)能定理： (5)式的意義可歸納為系統(tǒng)動(dòng)能變化等于摩擦力f乘以相對(duì)位移d得到的功，可稱為贗動(dòng)能定理。 至于歸納推理中的其它方法，如剩余法（即控制變量法）等不再贅述。 2 演繹法 從一般的具有普遍性的知識(shí)出發(fā)，推出個(gè)別特殊性的知識(shí)或結(jié)論的邏輯思維過(guò)程是演繹推理。簡(jiǎn)單的判斷推理“三段論”實(shí)

6、際上被自覺(jué)或不自覺(jué)地應(yīng)用在解題過(guò)程中，在復(fù)合判斷推理中值得注意的是假言推理和歸繆反證。 2.1 假言推理法 即以假設(shè)某一條件成立作為前提的演繹推理，典型的假言連鎖推理案例粒子的散射實(shí)驗(yàn)中盧瑟福的推理：如果原子中帶正電部分很小，而電子在帶正電部分的外邊，那么粒子接近原子時(shí)，受到電子的作用不大如果粒子受到電子作用不大，那么受到正電體的作用是引起運(yùn)動(dòng)改變的原因如果正電體的作用是引起其運(yùn)動(dòng)改變的原因正電體很小，那么粒子進(jìn)入原子區(qū)域時(shí)，其應(yīng)在正電體之外，所以粒子所受力很大因此能產(chǎn)生大角度散射 如圖10所示裝置中，電源內(nèi)阻不計(jì)，滑動(dòng)變阻器以外的一切外電阻不計(jì)，如要使絲線懸掛著的閉合金屬環(huán)M向左擺動(dòng)，可采取

7、下列哪些措施? A.改換電動(dòng)勢(shì)大的電源 B.增加L1的匝數(shù) C.讓滑動(dòng)觸頭P向左勻速移動(dòng) D.讓滑動(dòng)觸頭P向右勻速移動(dòng) 我們可以用假言連鎖推理來(lái)判斷，如果P向右勻速滑動(dòng)，則回路1中總電阻增加回路電流將減小(如圖11)螺線管內(nèi)磁通量將減小，回路2中將產(chǎn)生感生電流其磁通量方向與原磁通相同，但電流也在減小回路3中電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)中減弱，穿過(guò)M的磁通量在減小M中產(chǎn)生感生電流感生電流受磁場(chǎng)作用向左擺攏。 2.2 歸繆反證法 如果說(shuō)假言推理是正向的演繹推理法，那么歸繆反證則是一種逆向的演繹推理法，物理學(xué)發(fā)展史中不乏許多歸繆反證的精彩案例，伽利略就是利用歸繆反證推翻了亞里士多德延襲二千多年的關(guān)于落體運(yùn)動(dòng)速度的

8、定論：重的物體比輕的物體快。 從假設(shè)逆命題出發(fā)，運(yùn)用已知的定律，公式進(jìn)行演繹推理，論證逆命題非真，即設(shè)法證明逆命題不成立(或不正確)，歸繆就是反證法中的一個(gè)核心環(huán)節(jié)。 為了證明電場(chǎng)中導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部一定不存在凈電荷，導(dǎo)體表面的場(chǎng)強(qiáng)一定與表面處處垂直，可先假設(shè)導(dǎo)體內(nèi)部存在凈電荷(提出逆命題)則無(wú)論這種凈電荷是正是負(fù)，它周圍必形成電場(chǎng)，可畫出電力線，表示導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)不為零，由上述逆命題得到的這個(gè)結(jié)論與導(dǎo)體在電場(chǎng)中達(dá)到靜電平衡時(shí)導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)等于零的基本特征相矛盾(歸謬)，可見(jiàn)上述逆命題不成立。 同樣，對(duì)后一個(gè)結(jié)論，可假設(shè)導(dǎo)體表面的場(chǎng)強(qiáng)與表面不垂直，(提出逆命題)，把導(dǎo)體表面的場(chǎng)強(qiáng)沿導(dǎo)體表面的切線方向和垂直導(dǎo)體表面的切線方向分解成Ex、Ey兩個(gè)分量，其中Ex使導(dǎo)體表面的電荷受到沿表面的力驅(qū)使電荷沿表面移動(dòng)，從而破壞達(dá)到靜電平衡的題設(shè)條件(歸謬)，也即證明了導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡時(shí)，其表面的場(chǎng)強(qiáng)一定與表面處處垂直的結(jié)論。 邏輯方法在科學(xué)研究中起了很大作用，但它們不是萬(wàn)能的，也具有局限性。如歸納推理帶有很大的或然性，只根據(jù)某些事實(shí)或非本質(zhì)屬性，倉(cāng)促、輕率地下結(jié)論，在邏輯上稱為“急遽歸納”，往往會(huì)導(dǎo)致歸納的失敗。在