1、关于数学知识在物理上的应用探索学生：张泽良数学知识在物理学中的应用广泛而深远。在理解物理概念和物理规律，解决物理问题时，数学知识起着重要的工具作用。在高考考纲中明确指出，要考察考生应用数学知识处理物理问题的能力，即能根据具体问题列出物理量之间的关系式，进行推导和求解，并根据结果得出物理结论，必要时能应用几何图形、函数图像进行表达、分析。所以人们普遍达成一种共识，学好数学是学好物理的重要基础。但学好数学的同学不一定能学好物理。原因是什么呢?这些学生往往不注意在应用数学知识时，物理公式或规律中包含的物理含义及应用条件，而用纯数学的思维方式理解物理概念、规律或求解物理问题。这样在应用数学知识解决物理
2、问题时就会产生许多思维误区。如回旋加速器中，D 型盒的半径越大，粒子最后获得的动能越大。由此推论 D 型盒的半径越大，粒子最后的能量越大。这里忽视了相对论效应，当物体运动速度大到可与光速相比较时，物体的质量要发生变化，使运动粒子的运动周期发生变化而不能与交流电源的变化周期同步，从而导致粒子不一定能加速，还有可能减速。又如远距离输电时，输电电压越高，电能损失越少，输电效率就越高。由此推论输电电压越高越好，而忽视了当电压很高时，高压线间的空气将被电离而击穿，从而发生强烈的放电现象。另外，当电压很高、导线横截面积也很大时，电抗造成的电压损失比电阻造成的电压损失要大的多。目前我们的物理学是以力学为基础
3、的学科，现在的物理学仿佛一切都可以归结为力学，即把一切力学定量化后完全用数学描述。力的多义性歧义性：化学亲和力、引斥力、免疫力、抵抗力、活力、生命力、权力、影响力等，仿佛一切都成了力学范畴。历史的传统似乎以世界的机械图像为物理内容的，是在这个力学框架下发展演变的。人类的眼能看、耳能听、鼻能闻、口能尝、脑能思等功能属性，用人为机械主义物理学岂能解释得了的？力是什么？我们却无法解释。 力的概念最初是具有人类自身生物学意义上的，类比地面物体的推一推动一动是力所致，所以人们总是以人为力去理解自然力。物质世界是以自然力而运动着的，然而我们却用人为惯性机械论的思想观点去类比对待自然界显然是不妥的，力被定义
4、为“引起物体运动变化的东西”，只不过是人们对于司空见惯了的事实发生了某种误会而已。问题是自然界所能产生类似机械运动的自然惯性现象的机理本质原因是什么？它们在实质上是有区别的，不能用完全类比统一等同的方法来对待。力学的目的是计算力的大小与速度、位移等，而力则只能解释运动中的动量、速度、距离位置变化。从应用的角度来对待力是有效的，力学不能揭示自然本质，从认识的角度来对待力的概念严重地混淆了人们的视线。混淆人为力与自然力的关系才会引起认识不清，所以才不知自然力是怎么回事。只看见物体位置变化的运动，于是误以为是力的作用推动的。却看不见物质形态变化就是物体位置变化运动的原因。虽然自然力与人为力在测量的结
5、果上都是相等的，但是产生它们的原因都完全是不相同的，在坐标变换下是不变的，在纯数学作用下完全抹杀自然中所有的区别性，这更是数学所无法揭示或进行解释的，只能在相对人为性的坐标系内有意义。目前只知道力的作用不知道力的原因或来源，实际上自然运动的里面已经包含了运动的原因。 物理学不只应该研究物体与运动，而是应该指物质和所有的自然的事物，即应该研究不同形态物质之间的相互作用与相互联系，由量化技术手段到为定性解释。物理学应该以物质作为研究对象，不管我们的认识与否，世界上只有物质是实在的，因为一切都是物质派生出来的，应该摆正关系避免本末倒置。什么运动位置、距离、速度、方向、转换变化力等各种现象，都脱离不开
6、这个物质作用的。力不是基本概念，物质之间的相互作用才是基本概念，离开物质一切都不存在了。 数学是在考虑对象中产生的，然后又脱离了对象，可是物理学却以数学化的方法来对待物理，显然是不合适的。数学不必考虑数学的对象，也是情有可原的，因为考虑不过来。数学的公设或公理是公认成立而不要求证明的，然后推出其它定理，数学采用这种方法是可以的，这是数学的特点，然而物理也采用或仿效数学这种逻辑演绎方法显然是不合适的。所有的物理定理规律等都是通过观察自然后而又经过人为性规定的，将规律当作了不证自明无可争议的真理。类似自主性，规律实则掩盖了事物过程中存在有效的相互作用的原因。对于那些认为自然是混乱无序无法解释，而盲
7、目迷信崇拜超自然神的人们来说，推理出来的规律不能不说是一种进步。 数学又可以说是人脑思想的想象和理想的产物，而不必非得是事实，物理却不可以这样，如果不是事实那还叫什么物理。数学物理化是为了满足数学上的实际应用，物理数学化却是为了逃避解释物理原因的困难。仿效数学方法以数学为描述手段的物理，根本也不再是属于物理而是属于数学了。只是具有物理名称，却无物理内容的一个称谓而已，现在的物理学实质就是数学。 物理学目的就是应该寻找物质变化原因的初始源头，应该研究几何图形是什么原因形成的和所有的前提性原因。目前的物理学没有从物质的范围来对待考虑，而又是从哪里来的理呢？天下是没有无物之理的，天下万物又不能离开理
8、，理与物是不可分割而共同存在的。理是指事物现象的道理或本质原因，如果这个事物不是表示物质，那么这个事物的理就不应该称为物理学，否则物理学岂不成了空洞之物。实际上物理学在开始建立那天就已经存在危机了，只是没有明显地显示出来。 数学在实际应用技术方面获得巨大的成功，数学在应用技术方面的成效是不容抹杀否定的。数学在科学活动中所发挥的实际应用作用是显而易见的，数学本身就是属于一种实际应用技术性的工具，如果说没有数学也就没有科学是毫不夸张的。数学家或几何学家们为物理学家们准备了各种可供选择使用的数学公式或几何形式。公式是数学家通过抽象归纳发明的，它起到了物理学家所起不到的作用，这是数学所起到的作用。人们
9、受到欢欣鼓舞并试图用数学手段来解决处理一切问题。 数学的优美表现在形式上，数学形式化是一种必然，因为它本身就是抽象，大可不必非得存在具体内容。数学形式系统是抽象没有任何真实物质意义的表示，即不管任何物质变化作用关系内容。数学只是对现象或结果的一种定量描述，而不必管内容实质原因的。以观察和实验事实通过推导所获得到的唯一地可能来把握现象的公式，优点在于可以超脱关于产生这些现象的原因，即寻找数学规律而用不着寻找原因。它的目的作用是为了实际应用，知道原因内容与不知道原因内容是没有任何区别的。 数学是具有它本身的特点，即高度的符号化、抽象化、形式化、逻辑化、简单化的特点。我们追求简单化，而不单是数学上无内容的简单化，数学看似容易简单，而实质却没有实际事实内容，才有时把认识问题复杂化了。数学只关注形式数量的变化，却容易忽视内容和关系上的变化。实质原因只是在事实发生或产生的之前，也不是在过程之中，更不是过后的结果。总之，物理学作为一门自然科学，既跟其他自然学科有密切的联系，同时又是一门独立的学科，有其自身的特殊规律。所以在应用其他学科的知识尤其是应用最为频繁的数学知识分析物理问题时，要特别注意物理学科的特殊性，注意概念的物理含义和规律成立的条件，这样才不至于受其他学科思想的影响而陷入因其引起的思维误区。
