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思维方式---从定性到定量+++

(2014-07-04 15:10:39)
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股票

分类: 科学发现的方法

【概念解释】从定性分析转入定量分析,用数学形式来表达事物的内在规律。

【故事片段】

片段一:1785年,库仑(法国工程师、物理学家)用自己发明的扭秤建立了静电学中著名的库仑定律。库仑的扭秤是由一根悬挂在细长线上的轻棒和在轻棒两端附着的两只平衡球构成的。当球上没有力作用时,棒取一定的平衡位置。如果两球中有一个带电,同时把另一个带同种电荷的小球放在它附近,则会有电力作用在这个球上,球可以移动,使棒绕着悬挂点转动,直到悬线的扭力与电的作用力达到平衡时为止。因为悬线很细,很小的力作用在球上就能使棒显著地偏离其原来位置,转动的角度与力的大小成正比。库仑让这个可移动球和固定的球带上不同量的电荷,并改变它们之间的距离。第一次,两球相距36个刻度,测得银线的旋转角度为36度。第二次,两球相距18个刻度,测得银线的旋转角度为144度。第三次,两球相距8.5个刻度,测得银线的旋转角度为575.5度。上述实验表明,两个电荷之间的距离为421时,扭转角为1416。由于扭转角的大小与扭力成正比,所以得到:两电荷间的斥力的大小与距离的平方成反比。库仑认为第三次的偏差是由漏电所致。最后库仑终于找出了在真空中两个点电荷之间的相互作用力与两点电荷所带的电量及它们之间的距离的定量关系,这就是静电学中的库仑定律,即两电荷间的力与两电荷的乘积成正比,与两者的距离平方成反比。库仑定律是电学发展史上的第一个定量规律,它使电学的研究从定性进入定量阶段,是电学史中的一块重要的里程碑。

 

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(定量方程)

片段二:麦克斯韦大约于1855年开始研究电磁学,在潜心研究了法拉第关于电磁学方面的新理论和思想之后,坚信法拉第的新理论包含着真理。他在前人成就的基础上,对整个电磁现象作了系统、全面的研究,凭借他高深的数学造诣和丰富的想象力接连发表了电磁场理论的三篇论文:《论法拉第的力线》(185512月至18562月);《论物理的力线》(18611862年);《电磁场的动力学理论》(1864128日)。他对前人和他自己的工作进行了综合概括,将电磁场理论用简洁、对称、完美数学形式表示出来,经后人整理和改写,成为经典电动力学主要基础的麦克斯韦方程组。(从定性研究到提出量的关系--麦克斯韦方程组

 片段三:居里夫妇经过浓缩,分部结晶,终于得到少量的不很纯净的白色粉末,这种白色粉末在黑暗中闪烁着蓝光,据此居里夫妇把它命名为镭,它的拉丁语原意是放射。对的发现,一些物理学家保持谨慎的态度,要等研究得到进一步成果,才愿表示意见。一些化学家则明确地表示,测不出原子量,就无法表示的存在。为了克服这一困难,居里夫妇四处奔波,争取有关部门的帮助和支援。在他们的努力下,奥地利惠赠1矿残渣。他们又在理化学校借到一个连搁死尸都不合用的破漏棚屋,开始了更为艰辛的工作。4年中,不论寒冬还是酷暑,繁重的劳动,毒烟的熏烤,他们从不叫苦。对科学事业的执着追求使艰辛的工作变成了生活的真正乐趣,百折不挠的毅力使他们终于在1902年,即发现镭后的第45个月,从7沥青铀矿的炼渣中提炼出012克的纯净的氯化镭,并测得镭的原子量为225 (从镭的放射性到镭的原子量)

片段四:弗里德里希·威廉·奥斯特瓦尔德(德语Friedrich Wilhelm Ostwald拉脱维亚语Vilhelms Ostvalds185392日-193244日),出生于拉脱维亚德国物理化学家。1910年之后奥斯特瓦尔德进行了颜色学的研究,制定了衡量颜色的笔筒的测量标准,提出了奥斯特瓦尔德色彩系统。在这个系统他认为所有颜色都可以通过”(B)”(W)纯色”(F)三种成分按照一定的面积比例旋转混色得到,而且 W+B+F=100(%)。所以描述一个特定颜色,只要给出三种变量的具体数值就可以了,这使得颜色的调配不必完全依靠视觉,而有了类似科学的定量化方法。(从视觉到量化

片段五:尼古拉·尼古拉耶维奇·谢苗诺夫,苏联医生和化学家。谢苗诺夫和同事们用定量的方法研究了在不同的氧的压力(浓度)下磷的氧化反应。他们发现,当氧的压力小时,进入容器中的氧不会使磷蒸气马上发生磷光,而只是达到一定的临界压力时才能使之发光;超过临界压力时,反应迅速进行,直到磷蒸气燃烧起来。谢苗诺夫预言,除了存在有燃烧反应的压力下限外,还应该有反应的压力上限。超过这一界限,不能发生自燃现象(火花或爆炸),而只能是缓慢氧化过程,此预言已为实践证实。(从磷的氧化反应到不同的氧的压力下的定量磷的氧化反应研究)

 【方法说明】一门科学只有在成功的运用了数学的时候,才能称得上是一门科学。从理性的发展过程来看,以定量代替定性的科学方法使人类认识对象由模糊变得清晰起来。

图片 片段3 居里夫人

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特奥多尔·斯韦德贝里Theodor Svedberg,瑞典物理化学家。1924,他研制出超速离心机,用于蛋白质胶体研究,第一次测定了蛋白质的分子量。(从蛋白质到蛋白质的分子量,1924年)

 

 1831年,楞次(俄国物理学家)基于感应电流的瞬时和类冲击效应,利用冲击法对电磁现象进行了定量研究,确定了线圈中的感应电动势等于每匝线圈中电动势之和,而与所用导线的粗细和种类无关。(定量研究,1831年)

乌尔夫·斯万特··奥伊勒(Ulf Svante von Euler190527日-198339日),瑞典生理学家和药理学家。1946年,奥伊勒鉴定出肾上腺素的神经递质就是去甲肾上腺素,以后他的大部分研究工作就一直以此为课题。他的实验室研究了去甲肾上腺素在神经和器官中的分布情况及其在各种生理和病理情况下的排泄情况,同时还对该种物质作了定量分析。(对去甲肾上腺素的研究从定性到定量,1946年后)

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