应用物理学(精选5篇)

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摘要

一、演示型CAI在中学物理教学中的运用 物理学作为以实验为基础的学科,在教学中需要用大量的演示实验来向学生传递直观知识,但由于时空、环境的限制,有许多演示实验在课堂上利用传统的教学媒体和教学方法进行教学时效果不理想或难以实现,这就需要演示型CA…

应用物理学(精选5篇)

应用物理学范文第1篇

【关键词】多媒体信息;CAI;优化设计

物理学是以实验为基础的自然科学,它的理论、规律的建立和发现都离不开实验,并且要不断地受到实验的检验。因此在传统教学中,学生在课堂上边看演示实验边听讲是比较常见的一种教学形式。教师普遍认为演示实验可以使复杂的概念、规律形象直观化,便于重点、难点的学习,还可以节约课时,活跃课堂,启发引导学生积极思维,引起学习兴趣。可是实际教学中由于实验仪器的限制以及教师操作能力等问题,有的演示实验教学效果并不理想,但是随着计算机以及网络技术的不断发展,CAI的介入,这种现象有所改观。

一、演示型CAI在中学物理教学中的运用

物理学作为以实验为基础的学科,在教学中需要用大量的演示实验来向学生传递直观知识,但由于时空、环境的限制,有许多演示实验在课堂上利用传统的教学媒体和教学方法进行教学时效果不理想或难以实现,这就需要演示型CAI来进行教学,以达到优化教学效果。通常主要用于以下几类演示实验:

1.定理、规律的推导实验。定理、规律是物理学中最重要的一部分学习内容,他们绝大多数都是在“理想状态”(真空、光滑无摩擦等)下推导出来的。这在传统课堂教学中是难以实现的,教师在进行演示实验时,实验过程以及实验结果不可避免的会与定理规律有所偏差,容易使学生造成误解,影响教学效果。而借助多媒体技术运用演示实验CAI课件制作就可以很容易的模拟出“理想状态”,使实验过程以及实验结果与定理规律很好的吻合,避免了实验误差对学生学习效果的影响,使其更清晰准确的接受、理解,达到良好的教学效果。

2.实验对象涉及宏观微观物体的实验。物理学中有许多微观结构和微观现象是看不见、摸不着的演示实验是无法实现的。另外,还有一些关于宏观物体的现象的学习,由于时空、环境的限制也是不可能进行演示的。传统课堂教学只是靠挂图、板书以及教师讲授来进行,学生学习时枯燥无味,学完后印象不深,抽象空洞,难以达到规定的教学目标。运用演示实验的CAI课件可以很逼真的模拟这些宏观和微观物体的现象与结构,使学生将抽象的内容具体化,给以深刻的印象,实现教学目标,优化教学效果。

3.实验过程不可控的实验。自然界中有很多物理想象的过程过快、过慢或者过于抽象,但在教学过程中它们要通过细致的观察才能学习掌握。如:“碰撞”是一个极短时间内完成的物理过程,仅仅通过教师讲解、板书,难以让学生真正认真认识理解。在教学中运用CAI课件就可以控制两物体的相互作用过程,通过放慢、定格,学生可以细致的观察整个实验过程,加深理解,引发学习兴趣,以达到良好的教学效果。

4.实验现象抽象化的实验。物理实验中有许多实验现象具有隐含性、抽象性,不便于学生观察,也不能达到预期的效果。如“磁化”现象,传统教学只是通过一些表面现象来进行教学,学生对知识的认识不够深刻,通过演示实验的CAI课件可以展示物体磁化过程的内部变化,使该现象形象化、具体化,给学生一个直观的印象,揭示物理本质,较好地实现教学目标。

二、演示型CAI的优化设计

通过上面的论述,我们了解到演示型CAI在现代物理教学中发挥着重要的作用,它的质量在某种程度上决定着教学效果。目前设计开发出的一些演示型CAI在表现形式、艺术展示等方面没有充分考察教学需要,造成教师在教学中的操作困难,或者是不符合课堂教学要求,不能充分吸引学生,因此辅助教学时总感到有一些美中不足,如果能将其进行优化设计,就可以更好的满足教学需要,达到良好的教学效果。笔者试图根据自己的认识提出以下几条优化意见。

1.选择确能体现CAI课件优势的实验。演示型的CAI课件在中学物理教学中多为助学型课件,主要用于辅助教师进行教学,为提高教学效果服务的。该课件与教师讲授是互为补充,取长补短,共同服务于教学目标。它不可能完全替代教师的工作,它在教学过程中一般只出现在一个适当的位置,教师的板书、讲授等都还是不可缺少的。一个演示型CAI课件不一定要形成一个完整的体系,主要是演示物理教学中一些不易实现的实验,如前面所提到的定理、规律的推导实验、涉及微观宏观、过程不易控制、实验现象抽象化等的实验,应该在教学中有较高的使用率,能发挥多媒体计算机长处的内容。对一些操作方便,效果明显的实验,就不一定非要用计算机辅助教学,真实实验会使学生更容易、更直观的接受。

2.充分合理地使用多媒体信息。多媒体信息是指文字、图形、图像、动画、活动影像、声音等多媒体技术来表现信息并把这些信息有机地结合在一起,形成图、文、声、像并茂的效果。人类对信息的接收主要依赖于五种感觉,即视觉、听觉、触觉、嗅觉和味觉,其中前二者接受的信息占接受信息总量的88%。演示型CAI在以视听觉信息为主的同时,一定要根据教学原理,教学需求合理有效地使用多媒体信息。使多媒体信息的使用要恰到好处,促进教学效果的产生。下面从各种多媒体信息类型出发谈谈优化设计的原则:

(1)文字不宜过多,文本的呈现要突出重难点。由于演示型CAI是配合教师课堂教学的,所呈现的应是配合实验需要突出加深的内容,例如公式、定理等。切忌满屏文字,要留给教师讲解的空间,从而使整个教学过程中的CAI课件与其他教学手段、方法有机地结合在一起,使CAI地使用流畅自然,不游离在教学以外,保证整个教学过程的完整流畅。

(2)图形、图像要清晰、实用。

课件中的图形、图像,不必过分追求艺术效果,只要能清晰、准确的表现实验过程、实验现象,只

要能将抽象的教学内容形象具体化,便于学生理解学习内容即可。如前面所提到的“碰撞”实验中的小球,不一定需要立体的,平面的实验展示更容易为学生所接受。同时清晰、实用的图形、图像还可以避免画面的过分艺术渲染对学生注意力的分散,从而有利于教学过程中学生注意力的维持。(3)动画模拟要得当,能切实解决问题。课件中的动画主要用于展示、模拟实验想象和过程,为了满足教学的需要,一般允许教师修改速度、观察角度等,但绝不允许随意安排动画效果,要科学地反映客观事实,符合科学原理,所有的操作、示范要正确规范。动画模拟一定要准确、得当。如果教师修改了速度、观察角度,一定要在讲解中向学生说明。总之,课件中的动画应本着科学性的原则,避免错误信息的呈现。

(4)活动影像的使用要方便、实用。为配合教师课堂教学,课件中的视频最好以小段视频为单位,以便于教师控制,灵活使用。为实现教学目标,教师可以根据教学需要以及课堂中的实际情况,灵活控制控制其播放速度和播放时机,必要时还可重复播放,让学生的思维跟得上CAI课件的展示速度,有利于学生思维的连贯性,避免学生消极思维、被动思维。使得演示实验的CAI课件在需要的环节准确的起到辅助作用,完善课堂教学,更好的发挥教师在课堂上的指导作用。

(5)音乐、音响尽量少用。在课堂教学中物理演示实验一般需要吸引学生的注意力,要求学生仔细观察现象。根据课程要求和中学生的心理特点、认知特点,演示实验CAI课件中应尽量少出现音乐、音响和不必要的音效,特别是不必要的背景音乐,这些都会分散学生的注意力影响教学效果。一次在演示实验的CAI课件中出现的是实验过程确实需要反映的客观音效,在呈现这些音效时一定要做到真实、合理,符合客观实际。

(6)恰当使用解说。中学物理演示实验的CAI课件,主要用于辅助教师进行教学,配合教师的课堂讲授,所以它的解说应该较少,甚至没有。从头到尾的解说不符合中学生的学习特点,容易使学生感到厌倦,教学效果不理想。一般在演示实验的CAI课件中可以不采用解说,如果采用,一定要简明准确,出现在合适的环节。这样的解说即可以缓解教师课堂讲授的枯燥,又可以吸引学生的注意力,使学生产生深刻的印象,在教学中起到画龙点睛的作用,收到良好的教学效果。

3.正确处理动画与静片的关系。根据中学生的年龄特点,决定了他们对鲜艳、逼真、动感强的画面十分感兴趣,动画演示的确也可以表现出许多优越性,它不仅能够再现事物的发生发展过程,揭示事物的本质属性以及事物间的内在联系,而且还能够激发学生的学习兴趣,通过过程模拟,启发联想和引申探究。因此,许多设计者总是为设计一套新颖有趣的动片而绞尽脑汁。但在教学中我们不能只追求动片,静片也有其优越的一面。它便于学生长时间细致观察和思索,并且具有操作简单、制作方便等优点。所以我们不能因为片面的追求表现形式而盲目的设计动片,应该动静结合,合理搭配使用。至于选取哪一种表现形式好,唯一的衡量标准就是教学的实际需要,即看他能否促进教学目标的实现。因此,设计师一定要注意学生的年龄层次结构特点,注意做到科学、合理,艺术性为教育,做到符合学生的认识规律,不能为了“动”而“乱动”,以至于妨碍了教学效果的产生。另外,在操作中还要注意各分片的定位,使得动静结合,保证教学过程中操作方便,一步到位,准确无误。

应用物理学范文第2篇

关键词:应用物理学 发展 历程

一、应用物理的起步与发展

在古代人们对自然界中的各种事物的认识往往是比较狭隘的,一般都是依靠自己的直觉来对周围的事物进行判断。但是随着物理学的发展,人们有了物理知识的应用,使得人们对自然界中的各种事物的认识程度也有所加深。应用物理是物理学发展过程中为了不断适应时代特征而产生的一个重要的分支,应用物理在我们的生活中是普遍存在的,比如静力学中的简单机械、杠杆原理等农业生产以及古代人们狩猎的过程中就有所应用。在日常生活中很多物理知识都得到了实践和应用,再如指南针的出现,就是电磁学与实际生活进行有效结合的一个典型。随着时代的不断进步,物理学对自然界中的现象的研究更加深入,应用物理学逐渐发展起来,应用物理学成为高校教育过程中的一项重要内容,并且和生活之间的关系变得更加紧密,在生活中的应用更加广泛。应用物理学的发展,也是对人才进行培养的一个重要过程,由于现代社会对人才的应用能力更加看重,传统的应用物理专业设置过程中重视理论物理的发展方式已经不适用于时代的特征,因此结合时代的发展对应用物理的专业方向以及内容进行调整,应用物理学就是在这样的背景下产生的一个物理学科分支。

应用物理学作为高校教育中的一个重要组成部分,从上世纪就开始逐渐发展起来,上世纪八十年代左右,当时很多高校都积极开展应用物理学科教学,对应用物理学的专业进行分析,并且根据自己学校的实际情况进行调整,使得应用物理学的范围变得更加具体。在当时的很多高校课程设置中,从上个世纪七十年代开始应用物理学就已经奠定了激光和光信息处理的科研基础,与此同时,随着各种科学技术在日常工作生活中的应用变得越来越广泛,应用物理学的研究内容也变得越来越广泛。加强对物理学的各个应用方向的重视,是应用物理学发展过程中的一个重要内容。在上世纪八十年代,应用物理学的研究内容有所拓展,比如增加了一些新的内容,如激光技术、信息光学、光电子学、微机原理等,随着信息技术的广泛应用,在应用物理学的发展过程中还结合信息技术以及通信技术等高科技技术,产生了光纤通信、计算机数据通信等研究内容,使得应用物理学的内容变得更加丰富,对学生的综合实践能力的提升有了很大的促进。

在十九世纪的末期,随着物理学的不断发展,各种先进技术的崛起,应用物理作为一个专门的领域,相对于传统的物理学而言,更加注重于数学理论进行结合,并且注重在现实生活中进行各种理论知识的运用。由此确立了应用物理的地位,这也是应用物理逐渐走向专业化的一个过程,是应用物理实现专业化的一个标志。应用物理实现独立化对于社会的发展和进步具有十分重要的意义。应用物理在现在的应用面上不断进行拓展,使得医疗、能源开发、宇航事业等多个领域中都有应用物理的相关内容,对于生活水平的提升有重要的促进作用。曾经的蒸汽机就是应用物理的一个典型代表,蒸汽机的出现使得劳动力被极大地解放,电子通信得到发展,拉近了人与人之间的距离,使得经济快速发展起来

二、应用物理学未来发展

当前物理学科的研究体系也逐渐发生了改变,由简单到复杂、由单一到多元化,物理学研究的内容主要是各种物质结构和运动基本规律,包括宇宙间的所有物质存在的基本形式、物质的运动规律、物质之间的转化、物质形态内部结构等。应用物理学作为物理学中的一个重要分支,其未来的发展还应该要加强与各种先进技术以及生活的联系。物理学近年来的发展虽然取得一些成就,但总体的发展趋势还是比较缓慢的,应用物理学的发展是与时展接轨的,在未来的发展过程中,加强与宇宙开发之间的结合,加强与计算机通信技术之间的结合都是应用物理学发展的一个重要方向。比如当前航天事业的发展十分迅速,加强新型航天器的研发是国家努力研究的一个方向,核反应可控化研究也是国家未来科学技术研究中的重要内容,这些都与应用物理学的相关内容有关,因此在未来的发展过程中应该要加强对新型能源的开发,加强对新技术的研究,从而促进我国经济的快速发展。

三、结语

物理学是一门应用学科,从十九世纪开始就已经逐渐形成物理学体系,在不断的发展过程中结合了很多时代的特征以及社会要求,随着时代的进步与发展,物理学在发展的过程中应用性变得越来越强,应用物理是物理学在发展过程中逐渐形成的一个重要的分支,加强对物理学的应用性的研究,是物理学发展过程中的一个重要内容。在未来的发展过程中还应该要顺应时代的发展,加强与各种先进技术之间的结合,实现物理理论知识的运用。

参考文献:

[1] 魏军.浅析应用物理学的发展历程[J].科技视界,2014(02)

[2] 王振雨.应用物理学与人类文明进步探索[J].科技视界,2014(03)

[3] 任雨尧.关于物理学的发展进行分析[J].山西青年,2013(15)

作者简介:

应用物理学范文第3篇

像介绍表面张力时,就与学生一起做一个熟悉的肥皂膜游戏,边做边提问并讲解,让学生自己发现力的存在和力的方向,之后再让学生画出滴定管下端的液滴、水面下拉环或向下压面时所形成的弯曲液面的表面张力的方向时,学生快速准确地画了出来;在引出微小液滴的饱和蒸汽压与平液面的蒸汽压的关系,即开尔文公式时,就以冬天路边的雪堆,环卫个人是怎么处理的为题,分析原因,得出结论,再从热力学原理推导出开尔文公式,并和学生一起讨论农民为何天旱时锄地,“三北防护林工程”植树利用了物理化学哪方面的原理。这样在课堂教学中设置一些和生活实际相关的有趣的问题,让学生带着疑问和好奇去学习,使学生感到物理化学就在他们身边,生动而具体,从而激发了学生的学习兴趣。

二、使学科发展前沿的新技术和新成果渗透到课堂

物理化学作为一门化学专业的基础课,在本科生的培养过程中,不仅具有为其它课程服务的作用,更重要的是培养学生的创新能力。这就要求物理化学的教学内容也需在原有课程体系的基础上,精简一些次要内容,而把学科发展前沿的新技术和新成果渗透进来,让学生感受到物理化学课程不完全是一些枯燥乏味的概念和公式,而是活生生的现实。另外,物理化学与其他学科相互渗透、相互结合,形成了许多边缘学科,拓宽了物理化学的研究领域。像光化反应与环境科学,生命科学,材料科学及信息科学的关系十分紧密,而光化反应在化学动力学中仅占很小比重,常被忽略,但在讲课时介绍光催化在环境净化和生命过程的应用,开拓学生的视野。在介绍表面活性剂时,引入学生比较关心的石油开采过程,扼要介绍一次开采、二次开采、三次开采等概念,使学生既掌握了表面活性剂的作用原理,又拓展了知识面;在讲解电化学时介绍燃料电池,在讲解真实气体时介绍超临界萃取技术等。教学大纲中虽然没要求这些内容,但可以增加学生的信息量,引起学生学习的兴趣,激发学生的学习积极性。

三、注重教学内容与教师科研的相互渗透

将教师的科研课题或成果直接转化为教学资源或综合性、设计性实验的内容,学生根据自己的专业和兴趣参加到教师的科研中,也可参加大学生创新创业项目,早期介入科研。例如,讲到活度的概念时,就向学生介绍一位研究生的硕士论文的部分内容;讲到接触角时,又给学生介绍我们测定金属溶液与不同种类固体接界时的接触角的过程和结果;讲到langmuir吸附和BET公式时,给学生推出了测定固体比表面的常用仪器-ASAP2020物理吸附仪,并给学生详细讲解测定分析过程。我们还将教师的科研项目二甲醚重整和甲烷重整用的催化剂的制备部分,转化成综合性、设计性实验,要求学生从查阅文献资料开始,自己设计全套实验方案,经指导教师审核后即可进行制备,所得产品直接用于后续的重整反应。对于部分参与科研活动实验结果较好的学生,我们积极鼓励学生整理数据,撰写论文并发表在部级学术刊物上,曾先后在表面技术、天津化工、辽宁化工、化学工程师等期刊上5篇。这样将教学内容与科研课题相互渗透,提高了学生的科研创新能力,还学到了科技论文写作方法,增强了学生的自信心,激发了学生的学习兴趣,调动了学生的学习积极性。

四、采用设问教学法活化物理化学课堂教学

所谓设问教学法,就是从人们公知公认的现象中提炼问题或困惑入手,设计一些与所讲授课程内容相关的问题,引导学生仔细思考分析,展开广泛讨论等解决这些问题。在教学过程中,我们始终坚持一个原则,就是教学的目的绝非是向学生灌输多少知识,学会推导多少个公式,完成多少种计算,而在于激发学生如何去思考与创造,授人以“渔”,而不授人以“鱼”。精心设计问题成为物理化学课堂教学常用的组织形式。通过采用设问教学法,让学生带着问题学,不仅激发学生的学习兴趣,积极参与教学,也让学生学到有关的基础知识,同时还培养了学生的科学思维能力、自学能力和运用所学知识解决实际问题的能力。例如,引出Kelvin公式时,先通过密闭容器中放置的大小不等的汞滴的变化情况,提问学生饱和蒸气压都与哪些因素有关?然后再从热力学角度进行公式的推导,加深了学生对公式的理解,也调动学生积极参与到教学环节中,教师与学生互动,活跃了课堂气氛。

五、建立物理化学教学的知识框架,注重学生的思路和知识点的衔接

应用物理学范文第4篇

一、物理实验教学在初中物理教学中的意义

1.培养学生对于事物的科学态度

物理实验是能够创造一个不受干扰的物理环境,让物理实验者在其中能够很好地对物理现象进行探索和研究,发现物理规律。基于物理实验这一特点,学生可以在老师的启发下或者自己动手创造一个相对适合物理实验的环境,将物理知识以一种具象的方式展现在眼前,从而了解事物的物理原理和物理规律,加深学生对于物理知识的理解,对于事物客观性存在的认知能力。

2.提高学生的动手和动脑能力

在进行物理实验的过程中,学生必须有一个明确的实验目的和清晰的实验操作程序。在进行物理实验的过程中,要正确对待做实验的每一个步骤,对实验现象进行观察分析,记录实验结果并且讨论。物理现象是错综复杂并且是不断变化的,需要学生在动手的同时不断运用大脑来进行分析。物理实验是训练学生综合能力的过程,不是简单的动手操作练习,是培养学生求知探索精神的重要方法。

二、物理实验教学在初中物理教学中的现状

1.教学观念传统,教学方式单一

目前课堂教学仍然是初中教学的主要方式,老师是教学的主体,学生在整个教学过程中呈现的是一种被动的学习状态。在讲解物理知识时,大部分老师更多的是结合课本进行讲解,让学生自己在课堂上消化吸收。但是物理是事物不断变化的本质过程,单依靠老师口头讲解难免抽象,学生没有办法光凭自己的想象完成对物理知识及现象的理解。从而导致学生对物理不感兴趣,甚至因为总是没有办法理解老师所讲的知识而产生厌学情绪。

2.实验设备满足不了物理实验教学的需求

实验设备的齐全是进行物理实验教学的必要条件,但由于物理实验所需要的器材较多,一些辅助器材成本较高,学校建设一个条件相对齐全的物理实验供学校师生使用。由于我国物理教学对物理实验的重视程度不够,在物理考试中也主要是将物理理论的掌握情况作为主要的考核标准,因此许多学校的实验室或者形容虚设或者设备陈旧只能完成物理书本上的实验,没有办法为学生进一步探究物理知识提供帮助。

三、物理实验教学在初中物理教学中的应用

1.转变教学观念,改善教学方法

转变以物理理论为主的教学观念,重视物理实验教学的推行。物理实验教学很好地利用了学生对于物理现象的求知欲,让学生自己动手去一步一步探究物理现象背后的物理知识。这样的教学方法一扫以课堂讲解为主的沉闷气氛。单一的教学方法并不适用于讲解所有的物理实验方法、步骤和原理。长久使用单一的教学方法不仅没有办法适应物理实验教学的要求,还很容易使学生产生厌倦心理。因此,物理教师要根据不同的物理实验采用不同的方式进行教学,体现物理实验教学的真正意义。

2.提高老师在物理实验方面的专业性

每一种物理现象都可以进行一种物理实验。物理现象的多变也就造成了物理实验的多样性。物理老师在进行物理实验教学的过程中,不能仅局限在书本教材中所提到的实验,还应该主动学习寻找其他物理知识的相关实验,丰富物理实验的教学内容。

3.走出课堂,让学生自己动手做实验

应用物理学范文第5篇

关键词:大学物理;物理学史;课堂教学;兴趣激发

作者简介:李玲(1980-),女,湖北荆州人,长江大学工程技术学院,讲师。(湖北 荆州 430020)

基金项目:本文系长江大学工程技术学院教研基金项目(项目编号:JY201112)的研究成果。

中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2014)08-0122-02

一、大学物理课程的意义

物理是自然科学的基础性学科,它的知识体系和思维方法贯穿人们学习自然科学知识的始终,培养人的科学精神,陶冶人的科学思维,教会人应用科学方法解决具体问题。大学物理是工程技术学院(以下简称“我院”)相关系部许多专业课的理论基础,但因有些学生认识不到这门课的重要性,经常在课程中期出现畏难厌学现象。现通过改革课堂教学内容,提高学生对物理的学习兴趣,以期提高教学质量。

物理学史上的许多名人轶事及其主要研究成果的研发过程都对今人有积极的指导作用,如光学波粒二象性对立统一的认知发展过程。若能结合教学内容将物理学史中有代表性的知识体系发展融入教学过程,既可激发学习兴趣,改变满堂灌的理论推导,又可有机地将物理知识要点与科学的世界观及哲学发展理论结合起来,有利于学生知识底蕴的累积和眼界的开阔。

表1 大学物理全模块教学内容及课时分配

我院经过数年的大学物理模块化教学改革[1]后,将学科内容分为六个模块(表1),参考课时分配,本文讨论如何在课堂教学中将物理学发明史、名人史等容易激发学生兴趣的内容导入,以及导入后其对课题教学可起到的积极作用,课程内容以我院现在使用的大学物理教材[2]为准。

二、大学物理全模块教学内容

1.力学

力学部分的讲授内容比较多,是物理学实践探索方法与思想体系建立的基础。质点运动学有两次课,第一次课绪论开端讨论物理学科的研究范围,介绍从古人对自然的朴素的感性认知,到近代利用微积分等数学工具归纳推导大量天文观测数据及实验室数据而获得的经典物理学基本定理与定律,再到近现代的量子物理和相对论,物理的发展史即人类文明的发展史。这两次课中要将大学物理用到的微积分、矢量等数学知识进行系统化介绍,而微积分的发明者之一牛顿正是近代物理的标志人物。

牛顿定律部分由于学生熟悉内容,在理论讲授部分很容易分散注意力,因此,介绍相关物理学史知识可以有效地激发学生兴趣。如被称为近代物理学之父的伽利略,其著名的比萨斜塔落体实验、斜面实验皆入选最美丽的十大物理实验,[3]其物理思想如惯性、力与运动的关系等,是牛顿定律得以建立的基石。而牛顿在1687年发表的《自然哲学的数学原理》里提出的万有引力定律以及他的牛顿运动定律是经典力学的基石。质点动力学的最后一节非惯性系略有些抽象。以科里奥利命名的旋转参考系中的惯性力有许多常见实例,很容易激发学生探究兴趣,如台风气旋、下水方向、河道两边的不对称冲刷,以及著名的列入十大最美物理实验之一的傅科摆。[3]

刚体力学三次课相对来讲较难较抽象,需要用到微积分、空间立体几何及矢量叉乘知识,质点的角动量守恒可以将开普勒第二定律的反向证明作为计算实例,而历史上牛顿正是由开普勒第二定律推导定义角动量的概念。在大段相对沉闷的概念讲解和定理推导之后,第谷与开普勒师生的历史故事以及他们对物理学发展的贡献很容易引起学生的兴趣。

2.振动与波

由于简谐振动的振动方程、平面简谐波的波动方程等都比较抽象,其对应物理量的计算和转换多,所以此处学生最易产生厌学情绪。

机械振动两次课,第一节课可用中国2013年6月太空课堂的单摆实验导入;第二次课的利萨,及其后的阻尼振动及共振在生活中的应用及历史中的实例就更多了,例如著名的18世纪拿破仑士兵齐步过桥致桥塌事件。在西方,波动现象的本质首先是由达芬奇发现的。机械波致质点受迫振动也可举共振的例子,如中国古代战场上利用共振器判断敌军多寡和方位、唐朝寺庙钟磬声波共鸣等事例。第二次课中可以用1842年多普勒在散步时的“多普勒效应”导入,目前该效应应用很广。

3.热学

热学部分我院仅勘工和化工类专业需要学习。气体动理论部分的两次课中涉及到微积分的计算不太多,学生们对克拉伯龙方程也有一定基础,总体难度不大。第二次课讲自由度及麦氏速率分布率时,由于涉及到统计学,相对比较枯燥且理论公式冗长。可以在前期已观察到学生状态及接受水平的基础上,淡化理论,介绍一下科学家麦克斯韦生平。麦克斯韦被誉为牛顿与爱因斯坦之间最伟大的物理学家,其一生对物理学的卓越贡献不仅表现在对后世产生巨大影响的电磁学上。他在热力学方面提出的麦克斯韦速率分布式也是应用最广泛的科学公式之一,在许多物理分支中起着重要的作用。同时代的科学家玻尔兹曼将麦克斯韦速率分布式应用到保守力场中,提出了玻尔兹曼速率分布律,在热力学研究中也具有重要地位。玻尔兹曼把物理体系的熵和概率联系起来,阐明了热力学第二定律的统计性质并引出了能量均分原理。

热力学基础三次课,可联系科学发展史上对永动机的探索导入。如第一类永动机不可能被创造出来是违背了能量守恒定律,但其探索过程为热力学第一定律的建立提供了实验基础;第二类永动机则违背了热力学第二定律。此外,热机的发明是工业革命的标志之一,第二次课的循环过程可借此话题导入。

4.光学

光学是一个古老而充满活力的学科。[4]从十七世纪中叶牛顿和惠更斯分别提出光的微粒学说和波动学说之后,对于光的本质的讨论一直是科学界热点话题,直到二十世纪爱因斯坦提出光的波粒二象性才告一段落。牛顿对光学的研究可视为近代光学的开端,其棱镜分解白光实验入选十大最美物理实验,[3]而牛顿环实验至今仍是大学普通物理实验室经典必选实验之一。因牛顿的权威,光的微粒学说在科学界占主导地位达一个多世纪。光的干涉第一次课以十九世纪初托马斯杨的双缝干涉实验导入,这一实验揭开了近代波动光学的序幕,亦是十大最美丽的物理实验之一。[3]第二次课薄膜干涉可以用牛顿环导入。第三次课中介绍在物理学史上有重要地位的迈克尔逊(1907年获诺贝尔奖)干涉仪。

在衍射部分,将菲涅尔等实验证明的著名泊松亮斑在第一次课中作简单介绍,可以很好激发学生的讨论热情,因泊松亮斑的相关历史很多学生都有所了解。第二次课的X射线衍射的发现过程亦十分有趣,伦琴(1901年获诺贝尔奖)夫人戴婚戒的手骨底片是第一张X光照片。

光的偏振总体上是介绍性质的讲授,重点是1808年发现的马吕斯定律和1815年布儒斯特定律,不作重点但比较有趣的双折射现象则是早在1669年就被人们发现的,其在生活中可作为辨别晶体与非晶体的一种方式。

5.电磁学

经典电磁学理论是大学物理中的必修模块,虽然理论推导多、微积分计算多,但现在电磁学在生活中的应用无处不在,且名人辈出,将课上得生动有趣并不困难。如静电学部分的库仑定律是1785年的库仑扭秤实验确立的,电荷的不连续性是由1909年密立根油滴实验证明,该实验是十大最美物理实验之一。[3]第三次课讲授的静电场高斯定理因“数学之王”高斯得名。高斯生平传闻轶事很多,尤其是其研究生时期,误将悬留两千余年未解的尺规作正十七边形问题作为导师布置的课后作业一夜解决的故事,与学生们发散讨论其心理学与教育学意义,对于学生打破心理设限努力钻研学习很有意义。

稳恒磁场八次课,第一次课可介绍中国古人在磁学方面的发现,司南和指南针的意义;1820年近代磁学标志性的奥斯特实验等,也是学生们熟悉且有兴趣的内容。第二次课的毕奥-萨伐尔定律,可介绍其定律的得出与安培、拉普拉斯等在数学上的帮助密不可分,再次强调大学物理学习中高数知识的重要性。安培是一位在数学、物理、化学领域都有很高造诣的科学家,约第四、五次课中学习的磁场安培环路定理、安培定律都由他发现,被称为“电学中的牛顿”。

电磁感应部分则由著名科学家法拉第的故事导入。被誉为电磁学领域的平民巨人,著名的自学成才的科学家法拉第,生于英国一个贫苦铁匠家庭,仅上过小学。1831年,他作出了关于力场的关键性突破,永远改变了人类文明。[4]法拉第是一位无以伦比的实验物理学家,在电磁学、化学、电解、气体液化等实验方面都做出了巨大贡献。而且法拉第十分幸运地在晚年遇到了既能理解他的物理思想,又长于数学的麦克斯韦,第三、四次课中的感生电场和位移电流假设都是由麦克斯韦提出。麦克斯韦于1873年出版了科学名著《电磁理论》,系统、全面、完美地阐述了电磁场理论,这一理论成为经典物理学的重要支柱之一。1888年,赫兹经反复实验,终于发现了人们怀疑和期待已久的电磁波,由法拉第开创、麦克斯韦总结的电磁理论,得以完美的证明。

6.相对论与近代物理

这部分内容我院只有全模块的勘工和建环专业按十六课时教学并考试,其他专业都只作为了解内容,用物理学史的故事串讲主要内容即可:

(1)被誉为20世纪最伟大物理学家的爱因斯坦,其狭义相对论的两个重要结论:时间延缓和长度收缩效应,及物理学史上著名的双生子佯谬已被实验证明,而为爱因斯坦赢得1921年诺贝尔奖的是光电效应的研究。

(2)光电效应方程中的普朗克常数对描述光的量子性非常重要,因研究黑体辐射而提出该常数的普朗克(1918年诺贝尔物理学奖)是量子力学的创始人。有趣的是,普朗克本人并不认同量子理论的许多观点,直到爱因斯坦利用能量子假设完美地解释了光电效应。

(3)被戏传一举拿下诺贝尔奖(1929)的德布罗意也是量子力学创始人之一,以物质波假设理论最初的确是在其博士论文中提出的,因德布罗意是法国公爵兼德国王子,使其曾被传闻是一位花花公子,事实上德布罗意终身献身于科学,深居简出,是个标准的工作狂。

(4)提出氢原子能级假设的天才玻尔是著名的哥本哈根学派创始人,量子力学的奠基人之一。

(5)概率波动力学的创始人薛定谔,提出著名假设“薛定谔的猫”。

三、结束语

本文按长江大学使用的《大学物理》教材[2]中各章节先后顺序列出各章可能提及的名人轶事,希望对执教于大学物理的同仁们在课堂教学中有所助益。

参考文献:

[1]李玲,梅丽雪.独立学院大学物理模块化教学探讨[J].华章,

2009,(9).

[2]康垂令, 伍嗣榕,李玲.大学物理[M].武汉:武汉理工大学出版社,2013.

[3]宫铁波,张炳恒.十大经典物理实验回顾[J].大学物理实验,