计算物理学的应用和发展

1 物理学发展史上类比法应用研究

目 录

中文摘要 …………………………………………………………… 2

英文摘要 …………………………………………………………… 2

前言…………………………………………………………………… 2

一、类比方法及常见分类…………………………………………… 3

（一）什么是类比法………………………………………………… 3

（二）类比法的特点………………………………………………… 3

（三）类比法分类…………………………………………………… 3

二、运用类比法时应注意的问题…………………………………… 4

三、类比法在物理学发展史上的作用……………………………… 5

四、类比法的应用在物理教学中的作用及应用举例……………… 5

（一）类比法的应用在物理教学中的作用………………………… 5

（二）类比法在物理教学中的应用举例…………………………… 6

五、类比法在物理应用中的局限性………………………………… 7

六、怎样正确运用类比法…………………………………………… 8

结论…………………………………………………………………… 8

参考文献……………………………………………………………… 9

2 物理学发展史上类比法应用研究

田锦云

摘要: 类比方法是 物理学中重要的学习方法，它在提出假说，作出预言，研究新理论等方面发挥了重要的作用，也在物理学发展史上有着不可替代的地位。物理研究中许多重大成果都建立在物理类比基础上，许多著名的理论就是通过类比法而创立的。通过对类比方法的分析，使我们了解类比方法在物理学中的重要性及如何使用类比法来进行物理学习指导。

关键词：物理学；发展史；类比；作用；应用；局限性

Research on the Application of Analogy Method in the

History of Physics Development

1 椭圆的几何性质和在物理学中的应用

1 几何性质

为了思路清晰简明，我们采用罗列命题的方式叙述椭圆的几何性质，但这又不是简单的罗列，各命题间是有紧密地联系的。

定义1：椭圆是到两个定点（焦点）的距离和等于定长（2a）的点的轨迹。

命题1：椭圆外一点到椭圆两焦点的距离和大于椭圆上一点到两焦点的距离和。

【证明】：如图1所示，M是椭圆外任一点，1MF和2MF分别是该点到两焦点1F和2F的距离。由于M在椭圆之外，所以我们总能够在椭圆上找到一点N，使此点在21FMF内。所以总有aNFNFMFMF22121。

下面我们证明命题1中用到的关于三角形的一个命题。

命题2：三角形内一点到两个顶点的距离和小于第三个顶点到这两个顶点的距离和。

【证明】：如图，M是ABC中任一点，我们要证明的是CBCABMAM。

延长AM与BC交于D点。

在ADC中，由于两边之和大于第三边，有MDAMCDCA；

在BDM中，由于两边之和大于第三边，有MBMDDB。

上面两式相加有CBCABMAM，命题得证。

命题3：椭圆内一点到两焦点的距离和小于椭圆上一点到两焦点的距离和。

F1 F2 M N

图3 F1 F2 M

N

图1

A B C

M D

图2 2 【证明】：如图3所示，我们总能够在椭圆上找一点N，使M位于21FNF内。由命题2可知命题正确。

我们可以说，椭圆的外部是这样的点的集合，它到椭圆的两个焦点的距离之和大于2a；椭圆的内部是这样的点的集合，它到椭圆的两个核糖点的距离之和小于2a；椭圆上的点到两个焦点的距离之和恰为2a。

定义2：与椭圆只有一个公共点的直线称为椭圆的切线。

命题4：椭圆的切线不可能通过椭圆内的任何一点。

【证明】：假设切线可过椭圆内一点，则必与椭圆交于两点，这与该线为椭圆的切线相矛盾。

命题5：构成椭圆的切线的点的集合中，切点是到两个焦点的距离和最小的点。

物理学的由来

中文里的“物理”一词，最早出现在战国时期，《鹖冠子·王鈇》一文中最早出现：“庞子云：‘愿闻其人情物理’，意思是事物的道理，之后被广泛运用，在《淮南子》，《庄子》，《荀子》等中国典籍中都有运用。

而外语中的“物理”(physics)一词最早出现于古希腊文φυσικ，原意是指自然。

物理学的历史发展

早在石器时代前 ，人们就尝试着理解这个世界：为什么物体会往地上掉、为什么不同的物质有不同的性质等等。宇宙的性质同样是一个谜，譬如地球、太阳以及月亮这些星体究竟是遵循着什么规律在运动，并且是什么力量决定着这些规律。人们提出了各种理论试图解释这个世界，然而其中的大多数都是错误的。这些早期的理论在今天看来更像是一些哲学理论，它们不像今天的理论通常需要被有系统的实验证明。像托勒密(Ptolemy)和亚里士多德(Aristotle)提出的理论，其中有些与我们日常所观察到的事实是相悖的。当然也有例外，譬如印度的一些哲学家和天文学家在原子论和天文学方面所给出的许多描述是正确的，再举例如古希腊的思想家、哲学家、数学家、物理学家阿基米德(Archimedes)在力学方面导出了许多正确的结论，像我们熟知的阿基米德定律。

在十七世纪末期，由于人们乐意对原先持有的真理提出疑问并寻求新的答案，最后导致了重大的科学进展，被称为科学革命。科学革命的前兆回溯到在印度及波斯所做出的重要发展，包括：印度数学暨天文学家Aryabhata以日心的太阳系引力为基础所发展而成的行星轨道之椭圆的模型、哲学家Hindu及Jaina发展的原子理论基本概念、由印度佛教学者Dignāga及Dharmakirti所发展之光即为能量粒子之理论，电磁学方面，发现了摩擦起电，由穆斯林科学家Ibn al-Haitham(Alhazen)所发展的光学理论、由波斯的天文学家Muhammad al-Fazari所发明的星象盘，以及波斯科学家Nasir al-Din Tusi所指出托勒密体系之重大缺陷。

网格计算技术的应用和发展走向

【摘要】：文章论述了网格计算的发展概况、在科学领域的应用范围、网格服务的特点以及在未来网络市场中的发展潜力。

【关键词】：网格；互联网；数据库；资源共享

现代社会由于大规模的科学和工程计算的需求，迫使计算机必须不断地提高其运算速度和存储容量。计算机的发展历史表明，为了达到更好的处理性能，除了必须提高系统的硬件的速度外，系统的结构也必须不断改进，特别是当元器件的速度达到极限时，后者将变成焦点问题。于是，超级并行机已经成为复杂科学计算领域的主宰。但以超级计算机为中心的计算模式存在明显的不足，而且目前正在经受挑战。而随着人们在日常工作遇到的商业计算越来越复杂，人们迫切需要数据处理能力更强大的计算机，而超级计算机的价格显然阻止了它进入普通人的工作领域。于是，人们开始寻找一种造价低廉而数据处理能力超强的计算模式，最终科学家们经过努力找到了答案——Grid Computing（网格计算）。

1. 网格（grid）的概念

网格（grid）是一个集成的计算与资源环境，或者说是一个计算资源池。网格也是一种先进的计算基础设施（Advanced Computational Infrastructure，简称ACI），用于研究与工程应用相结合的项目，学科领域涉及超级计算技术、网络技术、数据库技术、中间件技术、并行算法和各种计算科学研究与应用技术，是一个综合性的跨学科高技术研究课题。网格计算（Grid Computing）是伴随着互联网技术而迅速发展起来的，是将地理上分布的计算资源（包括数据库、贵重仪器等各种资源）充分利用起来，协同解决复杂的大规模问题,特别是解决仅靠本地资源无法解决的复杂问题，是专门针对复杂科学计算的新型计算模式。这种计算模式是利用互联网把分散在不同地理位置的电脑组织成一个“虚拟的超级计算机”，其中每一台参与计算的计算机就是一个“节点”，而整个计算是由成千上万个“节点”组成的“一张网格”，所以这种计算方式叫网格计算。这样组织起来的“虚拟的超级计算机”有两个优势，一个是数据处理能力超强；另一个是能充分利用网上的闲置处理能力。