大學(xué)物理 第1篇

一、現(xiàn)象是物理學(xué)的根源

什么是物理學(xué)?

第23屆國際純粹物理與應(yīng)用物理聯(lián)合會決議,1999年3月,亞特蘭大:

物理是研究物質(zhì)、能量和它們的相互作用的學(xué)科


而趙凱華的觀點(diǎn)是:

物理學(xué)代表著一套獲得知識、組織知識和運(yùn)用知識的有效步驟和方法。

把這種方法運(yùn)用到什么物問題上,這問題就成了物理學(xué)。


物理學(xué)的領(lǐng)域

1.空間尺度(41個(gè)數(shù)量級)

10^(-15)m~10^26m

左,fm,質(zhì)子半徑,可用儀器測得的尺度

右,目前可探測到的最遠(yuǎn)類星體距離地球的距離

2.時(shí)間尺度(64個(gè)數(shù)量級)

10^(-15)s~10^39s

從最不穩(wěn)定粒子的壽命到質(zhì)子的壽命

著名的物理學(xué)大蟒

從上圖可以看出,在蛇的頭尾銜接處,天體物理和粒子物理兩大尖端是彼此銜接的,成為天體量子力學(xué)或天體粒子物理這個(gè)學(xué)科。

物理學(xué)的分支

1.按基礎(chǔ)性和建立的歷史分類:

牛頓力學(xué),熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理,電磁學(xué)相對論,量子力學(xué),量子場論

2.按物質(zhì)的層次和狀態(tài)分類

粒子,原子核,凝聚態(tài),原子分子,等離子體,引力和宇宙學(xué),宇宙射線……

物理學(xué)的發(fā)展

1.牛頓力學(xué) 研究弱引力場中物體的低速作用

2.狹義相對論 1905年由愛因斯坦發(fā)表,把力學(xué)擴(kuò)展到高速、高能領(lǐng)情形

3.廣義相對論 1916年由愛因斯坦發(fā)表,包括了加速參考系,是普適的引力理論。牛頓的萬有引力理論是其弱引力極限。

↑經(jīng)典力學(xué)

經(jīng)典力學(xué)在以往被認(rèn)為是決定論的,但在上世紀(jì)60年代,由于計(jì)算機(jī)的應(yīng)用,人們發(fā)現(xiàn)經(jīng)典力學(xué)的實(shí)際問題大部分是非決定論的,具有不可預(yù)測性,也即——混沌。(比如小混沌擺)

動(dòng)力學(xué)方程是非線性的系統(tǒng),稱為非線性的系統(tǒng)。非線性的系統(tǒng)往往是非決定論的。

現(xiàn)象是物理學(xué)的根源:

楊振寧:很多學(xué)生在學(xué)習(xí)中形成一種印象,以為物理學(xué)就是一些演算。也算是物理學(xué)的一部分,但不是最重要的部分,物理學(xué)最重要的部分是與現(xiàn)象有關(guān)的。絕大部分物理學(xué)是從現(xiàn)象中來的?,F(xiàn)象是物理學(xué)的根源。

(這里可以自行查找一下電子駐波簡正模式——建立量子論的啟發(fā))

方法論:

演繹:基本定律-推理演算-新理論

歸納:歸納實(shí)驗(yàn)、觀測事實(shí)-假設(shè)、模型-新理論

具體包括:

對稱性分析、守恒量的利用、簡化模型的選取、概念和方法的類比、定性和半定量分析、量綱分析、能量分析……

二、物理學(xué)是技術(shù)的基礎(chǔ)

1986年3月863計(jì)劃和以及高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃

生物技術(shù),信息技術(shù),激光技術(shù),自動(dòng)化技術(shù)能源技術(shù)以及新材料技術(shù)

物理原理是技術(shù)的基礎(chǔ),是學(xué)科交叉、轉(zhuǎn)移和滲透的支撐點(diǎn)。

研究型人才不僅能掌握和應(yīng)用新技術(shù),而且還能發(fā)展和創(chuàng)造新技術(shù)。

三、物理課的任務(wù)是培養(yǎng)能力

愛因斯坦:

發(fā)展獨(dú)立思考和獨(dú)立創(chuàng)新的一般能力,應(yīng)當(dāng)始終放在首位,而不應(yīng)當(dāng)把知識放在首位。如果一個(gè)人掌握了他的學(xué)科的基礎(chǔ)理論,并且學(xué)會了獨(dú)立思考和工作,他必定會找到自己的道路。而且比起那些主要以獲取細(xì)節(jié)知識為其訓(xùn)練內(nèi)容的人來,他一定會更好適應(yīng)進(jìn)步和變化。

足夠優(yōu)秀的物理課,需要培養(yǎng)的學(xué)生的能力,最重要的一點(diǎn)就是培養(yǎng)他們從物理原理上進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新的能力。

四、以研究者的心態(tài)學(xué)習(xí)物理

愛因斯坦:“一個(gè)人如果在30歲時(shí)還沒有發(fā)表科學(xué)見解,那么他一輩子就難以在科學(xué)界有所作為了?!?/b>

大學(xué)物理的課程并不能并不一定能夠使學(xué)生的疑問得到解答,但是它能夠使學(xué)生的疑問能夠在更高層次產(chǎn)生。


還是那句話,不要在低水平層次創(chuàng)新。

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