物理学的概念问题.docx

1、物理学的概念问题物理学的概念问题物体和物质的区别什么是物理意义上的物质呢？只要全面认真地考察一番，不难知道物质是对空间的占有。这里占有空间的泛指石头、水、原子、中子等任何一种客观实体。具体地说，已占据了某空间的物质就会反抗别的物质来占领该空间，这就是碰撞。因此，凡是能相互碰撞的双方都是物质。在碰撞过程中，总动量保持守恒。这就是动量守恒定律，也是碰撞过程的规律。当然，这里的碰撞包括人们宏观上看得见的和微观上看不见的。我们知道，意识或精神是不会占有空间，它们是不会发生碰撞的，因此它们不是物质。物质的这一定义是不会产生任何矛盾的，而且和人们哲学上的物质概念也是兼容的。人体是靠视觉、听觉、嗅觉、味觉和

2、触觉来感知物质世界的。人体的感觉并不一定是完全可靠的，同时人体的感觉只能感知自然界很少的一部分。例如，我们看到的影子、虚象、海市蜃楼等就不是物质，因为它们不会占有空间，不会发生碰撞。但是它们是客观存在，可见客观存在的东西并不一定是物质。只有客观实在的东西才是物质。我们看到的世界只是客观世界的很少的一部分。原子分子和暗物质我们就看不到。人们听到的声音不是物质，是空气分子运动而产生的声波。同样地光也不是物质。嗅觉、味觉和触觉所感知的当然是物质，但也只是物质中很少很少的一部分。质量是物质一个重要属性，什么是质量？质量是对物质的量化，也就是物质的多少。物质和质量是互为存在的，没有无物质的质量，也没有无

3、质量的物质。怎样来求出质量的多少呢？实际上，可以根据动量守恒定律来测量物质的多少。可用“千克原器”的仿制品作为质量的基准，使它去碰撞待求质量的物体，只要测出它们碰撞前后的速度，就可以用动量守恒定律公式求出另一个物体的质量。质量基准是由人们规定的。1791年法国政府规定1（分米）3的纯水在4时的质量为1千克，并于1799年用铂制成质量与此相等的圆柱体，叫做标准千克，保存于法国档案局。因此也称之为“档案千克”。1872年经过精确测量发现，档案千克比4时1（分米）3的纯水质量小0.04克。此后就选取了档案千克作为质量单位的基准器。1883年，用铂铱合金制出的质量基准器1千克原器是仿照档案千克制定的。

4、它是一个高和直径都为39毫米的圆柱体。当时共制成41个千克原器的质量基准，现在在国际单位制中仍采用千克原器作为质量的基准。测量物体质量最简单的方法是利用受力平衡，例如使用天秤或弹簧秤。称量的方法归根到底仍然是在使用碰撞的方法，只不过这种碰撞是人们看不到的。因为力是物体间的相互碰撞，我们会在第二章中详细地讨论这一问题。占据空间、客观实体、能碰撞和有质量是同一个意思。“实”就是占据了一定的空间。有质量，就意味着有碰撞能力。反过来，占据空间的多少、碰撞能力的大小就含有质量多少的意思。质量是通过碰撞过程来测量的。物质和质量是整体和部分的关系，有质量的地方就一定有物质。空间和物质也是整体和部分的关系，因

5、为物质只占有空间的一部分，另外一部分空着。什么是物体？物体这一概念可以看作是不言自明的，如果硬要下个定义，则物体是由各种物质和各种层次构成的某个整体。其实物质也是有一定层次的，因此物体和物质并没有一个严格的界线。只不过在物体和物质这两个名词同时使用的时候，似乎物体的层次和结构要更大一些，所包含的物质种类要更多一些。从所掌握的资料来看，物质结构有一个重要的特点，那就是物质以不同的层次分布，这种分布是不连续的。目前，通常认为可分为微观、宏观和宇观三个大的层次，每个大的层次又可以再分为若干个小的层次。1、微观系统的层次微观系统是指目前已知的分子、原子、原子核和基本粒子所构成的物质系统。2、宏观系统的

6、层次宏观系统包括地球上的物体、卫星、行星和恒星所构成的物质系统。3、宇观系统的层次宇观系统一般是质量或尺度很大物质系统。它包括星团、星系、星系团、超星系团和总星系所构成的物质系统。物质的层次是互相联系和无限可分的。任何一个物质层次无不都是上有更高的层次，下有更深的层次。层中有层，层层相联。任何一个物质层次只是无穷层次系列中的一个“关节点”，从而形成层次的等级性。某个层次总是由下一个或下几个层次所组成。物质的种类极其繁杂，性质也千奇百怪。就拿恒星来说吧，太阳只是一颗普通的中等恒星。恒星中有光度比太阳亮几十万倍的巨星，也有光度只及太阳几十万分之一的矮星；有的恒星体积比太阳大千、百倍甚至百亿倍，但密

7、度只有地面空气的千、万分之一，有的恒星体积比地球甚至月亮还小，但密度却大到水的密度的几万倍甚至于上亿倍；恒星的质量有比太阳质量大或小几十倍的，恒星的表面温度有几万到十几万度的，也有表面温度只有几XX的红外星；中子星的直径只有20到40公里，质量却同太阳相当，密度大到每立方厘米上亿吨，表面温度高达一千万度。在自然界中，物质以各种形态出现。例如大家熟知的固、液、气以分子或原子为基本单元的三种不同的聚集状态。此外还有由高速运动着的正离子和电子组成的等离子态、有由中子构成的中子态、有弥漫于较大空间的各种场态物质、还有所谓的由正电子反质子反中子构成的反物质等等。总之，辽阔的大地，巍巍的群山，无边的星辰，

8、微微的粒子都是由物质组成的质量表示物体所含物质的多少。质量是物体的一种基本属性，与物体的状态、形状、温度、所处的空间位置变化无关。不同物体含有的物质的多少不一定相同。物体所含物质的多少叫做物体的质量（mass）。单位不同于重量，虽然都是以kg为单位，但质量相对于重量要小一点。质量，是表现一个物体的惯性的一种性质质量是质的属性，是实质化的量，能量是量化的量。能量和质量可以相互转化，但是它们是不同的量。质量可以理解为质（量、可转化的能）的多少。质量大，物体含有物质多；质量小，物体含有物质少。物理质量概念的定义 物理是研究物质运动变化原理的一门学科，在物质的运动变化规律中，力学系统是判定物质运动变化

9、最基本的系统，它的合理性与否，直接决定这个系统是否有可操作的性质以及这个系统应用的范围。 在力学系统中，最基本的结构关系是由牛顿三定律所决定的。牛顿第一运动定律定义了惯性，它是物体所存在的固有属性。对于物体这种属性在物质运动变化过程中所反映出的量，我们通常采用质量来描述，即：质量是量度物体包含物质多少的物理量。 现在的物理所发展的领域已经远远超出牛顿力学的范围，同样的，物体在运动学中表现出来的属性也已经远远不是简单的牛顿三定律可以合理解决的问题。本文主要讨论质量定义在物理研究的扩展过程中的合理性问题。二、质量的定义途径 1、经典的定义 采用牛顿第一运动定律所赋予的物体惯性是物体本身固有的属性，

10、其实质在于给所有的物质建立一种定量的标准。我们知道一千克棉花和一千克铁在体积和质料上是完全不同的。根据运动学或者引力场中所反映出的量的属性给与定量。在运动学中通过牛顿第二运动定律的途径提供了定量的依据，我们通常把它叫做惯性质量。而在引力场中通过引力场对物体所施加的作用力同物体的质量成正比的途径提供了定量的依据，我们通常把它叫做引力质量。两种途径都是采用物体所受到的作用力同质量成正比。1905年爱因斯坦发表狭义相对论，这是一个崭新的物理理论，它统一了力学理论和电磁学理论，带来了时空观的根本变革。爱因斯坦随后证明质能关系，E=mc2，一定的质量对应于一定的能量，反之一定的能量对应一定的质量。在这里

11、，能量包括了能量的各种形式，突破了上面把某一种形式的能量与惯性联系起来的认识。这样，惯性是能量的属性，能量具有惯性（质量），任何惯性质量都应归因于能量。作为物理学基本概念和物质的量的质量概念退居次要的地位，如今在近代物理中能量、动量等概念要比质量、力等概念要重要得多。惯性”与“第一定律”的区别 “惯性”与“惯性定律”不是同一概念，不能混为一谈。它们的区别：惯性是一切物体固有的属性，是不依外界（作用力）条件而改变，它始终伴随物体而存在。牛顿第一定律则是研究物体在不受外力作用时如何运动的问题，是一条运动定律，它指出了“物体保持匀速直线运动状态或静止状态”的原因。而惯性是“物体具有保持原来的匀速直线

12、运动状态或静止状态”的特性；两者完全不同。为何牛顿第一定律又叫惯性定律，是因为定律中所描述的现象是物体的惯性的一个方面的表现，当物体受到外力作用（合外力不为零）时，物体不可能保持匀速直线运动状态或静止状态，但物体力图保持原有运动状态不变的性质（惯性）仍旧表现出来。“惯性”与“力”的区别“惯性”与“力”不是同一概念，“子弹离开枪口后还会继续向前运动”，“水平道路上运动着的汽车关闭发动机后还要向前运动”这些都是惯性。惯性与力的区别：物理意义不同；惯性是指物体具有保持静止状态或匀速直线运动状态的性质；而力是指物体对物体的作用。惯性是物体本身的属性，始终具有这种性质，它与外界条件无关；力则只有物体与物

13、体发生相互作用时才有，离开了物体就无所谓力。构成的要素不同：惯性只有大小，没有方向和作用点，而大小也没有具体数值，无单位；力是由大小，方向和作用点三要素构成，它的大小有具体的数值，单位是牛。惯性是保持物体运动状态不变的性质；力作用则是改变物体的运动状态。惯性的大小只与物体的质量有关，而力的大小跟许多因素有关（视力的种类而定）。“物体惯性”与“外力作用”的辨证关系物体的惯性和外力作用这一对矛盾的对立统一，形成了宏观物体的形形色色的各种复杂的运动。如果没有外力，物体也就没有复杂多样的运动形式；如果没有惯性，物体的运动状态改变不需要力的作用。只有当我们理解了惯性与外力作用的辨证关系，就不难解释惯性现

14、象。例如“锤子松了，把锤把的一端在物体上撞几下，锤头就能紧套在锤柄上”这是因为锤与柄原来都向下运动，柄撞在物体上受到阻力作用，改变了它的运动状态，就停止了运动，锤头没受阻力仍保持原来运动状态，继续向下运动，这样锤头就紧套在锤柄上了。“惯性”与“速度”的区别惯性大小与物体运动的快慢无关。“汽车行驶越快，其惯性越大”是不正确的。运动快的汽车难刹车是因阻力大小有限，如果增大阻力，它也会很快停下来。常说“某物体受到惯性（力）的作用”，这一说法是错误的。但科学家也曾经把惯性作为假想力而存在。 一切物体都有惯性，与它是否运动，是否受力无关，它是物体的一种属性。物体具有保持原来运动（或静止）状态的属性，这种

15、属性称为惯性。所有物体都具有惯性。 2、两种途径所定义质量的内涵 从两种定义途径所定义的质量的形式来看，质量的定义定义了物体本身固有的惯性所反映的量同作用力的关系。然而，在物理上同时还定义了另一种含义，即物体的质与量之间的数量关系，这个关系也来自于质与量的哲学观念。也就是物体包含物质多少。作为物理单位的质量这种意义更重一些，当然，在人们日常生活中的应用过程中，也是这种物理上的定义。人们所购买的东西也是所指的这种质、量的数量关系。 3、质量的定义在物理中应用所引起的分歧 在19世纪以前，物理学中对物体本身固有的惯性所反映的量同作用力的关系、质量是量度物体包含物质多少两种含义是不用区分的，两种含义都是等效的。但在19世纪相对论诞生后就打破这两种含义等效。物体包含物质多少就变成具有非常争议的概念了。 这种争议的分歧来自于质量的哲学观念。 物体本身固有的惯性所反映的量同作用力的关系，只要具有这样特征的关系，那么质量的含义就可以看作不变的，依据这种定义，相对论系统无疑是满足这样的条件的。 质量观念的这种相同来自于力学系统的单纯的数量形式的相同。 物体包含物质多少，质与量之间的关系无疑不能满足相对论系统。在物体的高速状态和物体的低速状态，物体的质是不同的。接近光速状态的一个