數學方法在物理學研究中運用

2022-05-14 07:09:49 字數 865 閱讀 8054

【摘要】文章通過介紹物理學與數學的聯絡。提出了在物理學研究中把數學形式與物理規律、物理影象等緊密聯絡起來,達到提高學生分析、解決物理學問題的能力,為開啟從事物理學工作的教師探索性思維、創造性研究提供參考。

【關鍵詞】數學方法;物理學研究;運用

1物理學與數學的聯絡

自然界中的一切事物都是質和量的統一體,認識世界的重要途徑是對事物進行質和量的考察,量變到質變是事物發展的普遍規律。反映事物本質屬性及其規律的物理學,不僅應有正確的定性描述,還必須準確地刻劃出量的變化規律,而且也只有當物理學由定性進入到定量的階段,才算是真正把握住了事物的質,才標誌著物理學已經成熟,這當然離不開數學。16世紀以後,物理學逐漸發展成為一門成熟的自然科學,它不僅用實驗方法代替了以往整體的觀察法而且引進了數學方法。

在物理學研究中針對研究物件不同的特點,運用數學概念、方法和技巧,對研究物件進行量的分析、描述、計算和推導,從而找出能以數學形式表達事物的量的規律性。數學在物理科學中取得的成就有目共睹:從牛頓的經典力學到狹義相對論以及廣義相對論;從麥克斯韋方程組中的電與磁到量子力學中波粒二象性的對立統一,數學無時不在幫助陳述與幫助揭示自然的奧秘。

近代科學是以物理學為標誌的,其重要原因之一,就是它能以精確的數學形式表示出物體的運動規律,開創了科學實驗同數學相結合的方法。現代物理學則發展到了與數學須臾不離的地步,現代物理學的研究物件離直觀越來越遠,需要反映其內在聯絡的自然現象或實驗事實越來越複雜,欲想對其進行定量分析和深入研究,就非用數學不可,用數學不但能準確地反映出已知事物的本質聯絡,而且能做出科學預見,取得重大的突破。現代物理的一切重大發現,都與數學的應用密切相關。

物理學發展對數學的需要恰好在數學發展上起了直接的決定性的推動作用,如微積分是牛頓在處理物理問題時,用已有的數學知識沒法解決的前提下創立的。在歷史上牛頓等很多物理學家也是數學家。

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