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物理理论论文范文第1篇
有人可能认为培养优秀学生主要靠课外小组和个别辅导，与课堂教学关系不大，这种看法是片面的，实际上课堂教学也是至关重要的．本文着重从高中物理课堂教学这一侧面来总结取得这些成果的经验．
我们十多年来的课堂教学经验可以总结成三句话：追根寻源真一点，实验研究多一点，能力要求高一点，简称“三点”教学法，因此我们称自己的教材为“三点”法教材．
我们的“三点”法教学完全是根据国家教委颁布的高中物理教学大纲编写的．因为我们面对的是全班学生，不可能而且也不应该把课堂教学变成物理竞赛辅导，我们确确实实通过课堂教学明显提高了学生的素质和能力，为学生在高考和物理竞赛中取得优异成绩打下了扎实的基础．
一、追根寻源真一点
一个学生学习物理，首先接触到的就是物理定律．因此，怎样搞好物理定律教学，必然是每个物理教师首先要考虑的问题．
在进行某一物理定律教学时，我们有意识补充了大量的与这一定律的建立过程有关的内容，这就是所谓的“溯源”教学．任何一个重要物理定律的建立，都有一个艰辛而漫长的过程．探索定律的工作只所以能成功，这个定律最后只所以能够确立起来，其中一定有很多科学的研究方法和正确的推理思维方式，这些内容毫无疑问是属于物理学科中最重要的东西，是人类一笔宝贵的知识财富，也是我们物理教学的宝贵财富．
在讲授牛顿万有引力定律时，我们从第谷对行星进行几十年的观测积累的大量第一手资料讲起，然后是开普勒在拥有这些数据的基础上，通过大量计算总结出描写天体运动的经验规律（开普勒三定律），最后才是牛顿用定量的动力学原理对这些规律予以解释，终于发现了对天上、地上的物体具有普遍意义的万有引力定律．在学习牛顿万有引力定律的过程中，我们还着重向学生介绍了“归纳法”、“理想化”和“间接验证”三种科学研究的重要方法．
在学习库仑定律的过程中，我们纠正了学生由于大多数教科书叙述笼统而形成的错误观念，使他们明白：1．库仑当年只用扭秤做了两个同种电荷互相排斥的实验，而未做两个异种电荷互相吸引的实验，因为在后一实验中的平衡有可能是不稳定的．库仑是用电摆来完成后一实验的；2．无论是扭秤还是电摆，精确度都是很有限的，根本无法确定两电荷之间的作用力与距离的平方成反比，更不是和距离的1．98次方或2．02次方成反比．当年的库仑（实际上还有更早的卡文迪许），以及后来的麦克斯韦、普林普顿等人都是用另一种实验方法将指数的精度逐渐提高，直至今天的2±3×10－16，终于使库仑定律成为当今物理学中最精确的定律之一．结合库仑定律的建立过程，我们还向学生介绍了“类比”和“演绎验证”的方法．
在学习欧姆定律的过程中，学生一开始都以为研究通过导体的电流和导体两端的电压之间的关系是不困难的，只要用电流表、电压表再加电源和可变电阻器等组成电路即可．可是我告诉他们，在欧姆那个年代，非但没有电流表、电压表等仪器，连电压、电流和电阻的定义和单位都没有，欧姆所面临的困难之大是可想而知的．他到底是怎样得到这个电学中最重要的定律的呢？学生顿时产生了浓厚的兴趣．在学习欧姆定律诞生过程的同时，我们还结合欧姆的实践，介绍了用图线探究新规律的方法．
此外，我们还结合牛顿运动定律介绍了“理想实验”、“推理”、“实验研究”等方法，结合气体定律介绍了“分析法”，结合能量的转化和守恒定律介绍了“综合法”．使学生比较系统地掌握了一些重要的科学研究方法．有的同学深有体会地说：物理定律是宝贵的，但研究物理定律的科学方法更宝贵．谁掌握了这些方法，谁就能不断地去探索大自然层出不穷的奥秘．
在物理定律的教学中，我们在课堂上经常采用设问的方法，不是直接告诉学生某个定律是怎样建立起来的，而是不断地提出问题让学生去思考，摆出困难让学生去克服，提出任务让学生去完成，制定目标让学生去实现．这样可以有效地发展学生的创造性思维和解决问题的能力．
我们要求学生在课外进行大量自学．早在公元前4世纪，古希腊苏格拉底明确强调过：“好的、正确的教学不是传递，而是对学生的自学辅导”．我一贯强调学生要学会自学、讨论、研究．我教的优秀学生，学得的物理知识，最多只有一半是在课堂上听我讲的，其它一概由他们自学．到一定阶段，我开始指定几个学得比较好的学生轮流给其他学生上课．每次课分两部分，前半部分由主讲同学讲，后半部分由全体同学提问、讨论．像王泰然和任宇翔在高二阶段就给其他同学作过二十几次讲座，杨亮、谢小林、陈汇钢等同学也不例外．
我们这种自学讨论式教学还延续到学生毕业以后．获金牌或学有所成的学生进了大学甚至出国留学后，有机会还回来给小同学谈自己的体会．例如1994年暑假任宇翔从美国回国探亲一个月，来学校给95、96届学生讲了10次课．他向小学友介绍物理学中一些新进展、中美物理教学中的差异以及他们当年学习过程中曾激烈争论过的问题，使听课的学生大受裨益．1996年暑假，谢小林和陈汇钢两位金牌获得者又为97、98届同学讲了十多天课．他们既讲物理知识，又讲国家集训队队员奋发学习的感人事迹，使小同学们大开眼界．
这样的训练方法也得到了权威人士的肯定．1992年10月，在上海召开的全国物理特级教师会议上，原中国物理学会副理事长、现全国中学物理竞赛委员会主任、北京大学沈克琦教授在他的题为“国际物理奥林匹克竞赛与中学物理教学”的报告中说：“我听到两名得金牌的上海学生讲他们的老师如何培养他们的情况，我认为这个经验倒很值得推广．他们说他们的老师不是采取灌输的办法，而是启发引导，要求他们给同学讲课，这对他们搞清概念原理和科学地进行表达都非常有帮助．我想这可能是提高优秀学生能力的有效方法之一．”
那么自学为什么会对提高学生的能力起这么大的作用呢？从心理学角度来看，自学与听课可能有以下两点不同：
（1）人类的思维活动表现为分析、综合、比较、抽象、概括等过程．一个学生在自学某一个新的物理内容时，少不了理解、思考、建立正确的物理模型等工作，这里面充满了分析、综合、比较等过程．因此相对听课而言，自学对学生的思维活动提出了更高的要求，从而使他们得到更大的锻炼．
（2）人们的注意可分为无意注意、有意注意和有意后注意三种．事先没有预定的目标，也不需要作意志努力的注意叫做无意注意；有预定的目标，在必要时还需作一定的意志努力的注意叫做有意注意．一个学生在自学的时候，他的目的一定是十分明确的，而且需要一定的意志努力（否则难以坚持），因此学生在自学时，可保证在绝大多时间内都处于有意注意的状态，这一点对提高学习效率和学习能力都是很有好处的．有的学生在自学中往往会十分投入，进入一种旁若无人的境地，而相对来说，这种情况在听课时就比较少．一个学生坚持自学一段时间之后，便能渐渐地从有意注意转化到有意后注意，即不需要意志努力也能够将自己的注意力长期保持在这项工作上．有意后注意是一种高级类型的注意，它既有明确的目的，又不需要用意志努力来维持，是人类从事创造性活动的必需条件．学生一旦进入这种状态，他们的物理学习效率就会大大提高，学习成绩就会有明显进步．
二、实验研究多一点
物理学是一门实验科学，物理学中的每一个概念、规律的发现和确立主要依赖于实验．因此，在高中物理教学中加强学生实验方面的训练，无疑是提高物理教学质量的一条必由之路．
目前中学物理教学大纲中安排了相对数量的学生实验和演示实验，不难发现，这些实验存在着某些不足，主要表现在下面几个方面：
第一，教材中几乎所有实验是为配合所学内容而安排的，目的是帮助学生加深对所学内容的理解，因此学生不易通过这些实验掌握一些重要的实验方法．
第二，课本中每个实验的实验原理及操作步骤都讲得十分清楚，学生只需按部就班地完成实验操作即可．这样的实验只能增加学生的感性认识，锻炼学生的动手操作能力，而对学生创造性思维的训练是不够的，也无法培养学生解决问题的能力．
第三，目前课本中的实验大多是验证性实验，学生只要学懂了书上的定律，一般都能轻而易举地完成实验．这种安排违反了教育应该走在学生智力发展前面的原则，对培养学生的能力是不利的．
针对以上不足，我们对实验教学内容和教学方法进行了改革，使实验教学为发展内容的改革方面，我们主要采取了以下三条措施：
（1）增加实验数量．
不论是在课堂演示实验，还是在学生实验或小实验方面，平均增加了60％的实验．其中有一部分新实验，学校没有现成的仪器，安排学生自己制作，对学生有较高的要求．
（2）重视实验误差讨论．
物理实验离不开测量，测量是实验科学最本质的东西．从某种意义上讲，结果准确的实验就是成功的实验，反之就是不成功的实验．因此在培养优秀学生的过程中，应该让他们掌握一些必要的实验误差的基本知识．在设计实验方案时，要求学生们尽量消除实验的系统误差；在选择实验器材时要考虑它的精确程度；在处理实验数据时，要采用尽量科学的方法．
（3）加强重要实验方法教学．
在实验领域中有一些重要的方法，比如减小实验系统误差的方法、减小实验偶然误差的方法、实验探究规律的方法、迂回测量的方法等，这些方法不是在个别实验中，而是在许多实验中都有应用，因此具有一定的普遍意义，这些方法一定要让学生很好地掌握．在必要时，我们甚至根据实验方法来安排实验内容，集中安排几个某种方法体现比较典型的实验，这样便于学生深刻领会和熟练掌握某一种实验方法．
在实验教学方法改革方面，我们做了以下尝试：
（1）在课堂上创设一些实验问题让学生研究．
在高中阶段，每周至少有4节物理课，充分利用物理课中碰到的各种各样问题，可设计一些供学生讨论的实验题目，并引导他们一步一步地探索、解决．
我在讲功率一节时，设计了这样一个实验题目：要求测定一个人骑自行车的功率．在自行车由静止启动的过程中，人做的功除了增加人和车的动能之外，还要克服空气阻力和地面的摩擦力，其中哪些因素是主要的，哪些因素是次要的？学生根据自己骑自行车的经验，认为空气阻力是很明显的，不能忽略，而地面和车轮之间的滚动摩擦一般比较小，可以忽略．接下来的问题是怎样测量人克服空气阻力做的功？学生都有这样的体会：顶风骑车时，骑得越快风的阻力越大，因此可以设风的阻力和车的速度成正比．车的速度怎样测？风的阻力和车速成正比的比例因数是多少？问题一个接着一个地出现，被大家一个又一个地解决，终于找到了一个大家都比较满意的实验方案．接着全班同学兴高采烈地到操场上去做实验，最后再回到教室里，师生一起处理实验数据，作出图象，得出实验结果．在整个实验过程中，除了实验题目是由老师提出的外，实验方案和解决问题的途径都是由学生讨论研究出来的，因此他们都觉得很有意思，收获很大．
（2）对课本中一些重要实验进行深入研究．
物理课本中有大量现成的实验，有时可以对这些实验进行一些讨论和改进．
在做直流电路的实验时，我们让学生对伏安法测量导体的电阻这个实验进行了深入的研究．用简单的伏安法电路，不论是采用电流表内接还是电流表外接，都有系统误差．结合这个问题，我给学生介绍了补偿的思想，然后由学生自己设计了电流补偿和电压补偿两种线路．补偿法解决了由于实验电路不完善带来的系统误差，但这个矛盾解决了，电流表和电压表不够准确的问题上升为主要矛盾．怎么办？经过进一步研究改进，大家认为可以用准确度高得多的电阻箱来取代电压表和电流表，再辅以灵敏度很高的电流表，便可以明显提高实验结果的准确度，这就是常用的惠斯通电桥．接下来学生分别用简单伏安法、补偿伏安法和惠斯通电桥测量了同一个标准电阻，比较测量结果，可以证实先前的想法．在历史上，从伏安法到惠斯通电桥是有一个很长的过程的，而在我们这堂实验课中，学生经历了这么一个碰到问题、分析问题、解决问题的完整过程．这样的实验课对增强学生的能力是很有帮助的．（1）和（2）实际上都是不断地给学生提出新的目标，诱导他们提高实验水平，我们有时称之为“目的诱导法”．（3）给特优学生安排一些特殊实验．
我校有一批进口物理仪器，性能比较好，涉及的实验内容面也比较广．这批仪器的说明书是英文或日文的，我指定一名学生准备某一个实验，要求他先翻译好说明书，准备好器材，然后带领其他同学做实验．这个主讲的学生还要准备好一些讨论题，在实验后供同学们讨论．学生对这样的实验非常感兴趣．此类实验虽然有时和高考、竞赛没有直接的关系，但是这种带有研究性的实验对优秀学生很有好处．
三、能力要求高一点
物理习题教学是物理教学的重要组成部分．不论是教师还是学生，都在解习题上花费了大量的时间，因此，习题教学的改革是一个很重要的问题．就本质来说，物理习题是人们编制的一些假想物理场景．毫无疑问，物理学家是不会去做物理习题的，而他们是在研究那些真实的、尚未发现的物理规律．同样，发明家也是不会去做物理习题的，他们是在力图应用已有的物理规律去解决一系列实际问题，那么我们为什么要让学生做那么多人为假想的物理习题？目的无非是要培养学生的理解、分析、推理等能力．所以物理习题教学应该围绕这个目标来进行．
我们常用以下两种方法来进行习题教学：
（1）按照解题方法组织习题教学
一般的习题都是按力、热、电、光的顺序来讲授的，但我们比较倾向于按照解题方法来讲解物理习题．例如理想化法、整体法和隔离法、等效替代法、小量分析法、叠加法、对称法、图象法等，这样比较有利于学生掌握一些重要的解题方法．到学习的某一阶段，集中将一批用解决方法相同的习题安排给学生练习，使他们由不会用到会用这种方法．在以后的学习中，每隔一定阶段让这种方法再出现一次，以加深这种解题方法在大脑中的印象，达到牢固掌握，应用自如的目的．
物理理论论文范文第2篇
当人们用望远镜观测银河系以外的星系时，可以发现绝大多数星系光谱都存在红移或蓝移现象，并且越远的星系其光谱红移值越大。根据多普勒效应：星系光谱存在红移说明星系正离我们远去，星系光谱存在蓝移说明星系正向着我们运动。需要指出的是越远的星系红移值也越大，看起来所有的星系都好象以银河系为中心向外爆炸形成的一样，越远的星系离开我们的速度也越大。鉴于此有人提出宇宙大爆炸假说：认为宇宙是由150亿年前发生的一次大爆炸形成的，人类居住的银河系则是宇宙的中心。可是人们在观测银河系和河外星系时，却并没有发现银河系有什么特别之处。有人据此怀疑宇宙大爆炸假说；也有人从星系的演化推算出宇宙的年龄大于150亿年；还有人认为若宇宙大爆炸假说是正确的，那么宇宙辐射在各个方向上就会表现出各向异性；更有人担心宇宙的膨胀没有尽头，遂认为宇宙的膨胀和收缩是交替进行的……。但不管怎样，大部分人还是相信“眼见为实”，由星系光谱的红移现象承认了宇宙大爆炸假说。更有人把红移现象与宇宙背景辐射和宇宙元素丰度并作宇宙大爆炸假说的三大支柱。那么宇宙是否发生过爆炸并仍在向外扩张，年龄是否只有150亿年呢？非也！
1．星系光谱红移原因
20世纪初，当人们用望远镜观测银河系以外的星系时，发现绝大多数星系光谱都有红移现象，并且越远的星系其光谱红移值越大。有人认为星系光谱红移是因为星系正在离我们远去，从而得出这样的结论：所有的星系都是以我们银河系为中心向外爆炸后形成的，越远的星系离开我们的速度也越大；宇宙中所有的星系都在彼此分离，并且越远的星系相互分离的速度越大。值得一提的是，我们银河系正处在爆炸中心，足以值得我们自豪的是：银河系是宇宙中独一无二的星系—因为它是宇宙的中心。更让我们惊奇的是，银河系自身也在不断运动着，然而无论它运动到哪里，它始终是银河系的中心。我们解释不了银河系为什么是宇宙的中心，因为银河系也和其它星系一样，并沒有什么特别之处。有人以为，银河系处于宇宙的中心是一个巧合，虽然银河系从上个世纪至今一直在不断运动，但它走过的距离和整个宇宙空间的尺寸比起来是微不足道的，所以银河系目前仍然处在宇宙的中心，这种看法未免有些牵强。因为人们在观测近处的星系时，发现近处的星系并没有相互分离的趋势，并且也没有证据表明近处的星系正在以某一个中心为起点向外膨胀。因此“银河中心说”颇值得怀疑。还有的人虽然承认宇宙大爆炸假说，但不承认“银河中心说”，他们不认为银河系是宇宙的中心。这种观点同样也是站不住脚的。我们可以这样分析：如果宇宙大爆炸假说是正确的，那么宇宙中所有的星系必定在以某一个中心为起点向外膨胀，星系之间彼此互相分离。目前我们观测到近处的星系并没有相互分离的趋势，并且也没有证据表明近处的星系在以某一个中心为起点向外膨胀。倘若我们不是在宇宙的中心而是处于偏离宇宙中心的任一点处，因为在我们周围的星系都没有相互分离的趋势，也没有以某一个中心为起点向外膨胀，这样一来，倘若宇宙中任一点处的星系都没有相互分离的趋势，那么整个宇宙也不可能在膨胀，即宇宙大爆炸假说是错误的。
前事不忘，后事之师。人类文明发展到今天，“地心说”和“日心说”都被证明是为科学，难道我们还要重蹈覆辙提出“银河中心说”吗？愚以为，我们应当承认这样一个假设，那就是：银河系按目前的速度运动下去，100万年，100亿年以后，我们仍然会发现自己处在宇宙的“中心”，无论我们处在宇宙的任何地方，中心也好，边缘也好，我们都会发现宇宙中越远的星系光谱红移值也越大，就好象我们处在宇宙的“中心”一样。事实上，这个“中心”是光子在宇宙空间中的传播特性引起我们视觉上的错误，“眼见”未必“为实”，我们不能过分相信“眼见”的东西。
红移现象是否由观测者自身的运动引起的呢？不是的！如果红移现象是由观测者自身的运动引起的，那么我们将观测到与我们相向运动的星系光谱将发生蓝移而与我们相背运动的星系光谱将发生红移，然而事实并非如此。再者，虽然我们“坐地日行八万里”，但这个速度和光速比起来实在算不了什么，不至于影响观测结果。换句话说，我们在观测星系红移值时，观测者自身运动速度的影响可以忽略不计。红移现象说明光子与观察者之间的相对速度变小了。产生这种情况有两种可能：第一是星系正离我们远去，第二是光子在穿越宇宙空间时速度变小了。这两种情况都可能导致星系光谱红移。我们认为导致星系光谱红移的原因是后者。光子在穿越宇宙空间时会与各种粒子(比如引力子)相互作用从而使其速度逐渐减小。当然单个粒子与光子作用时间极短，引起光子速度的改变量也是极其微小的，以致于我们观测不到。随着光子穿越宇宙空间距离的增大，与光子作用的粒子数目也逐渐增多，光子速度的减小量也越明显。可以推测：光子在穿越一定的宇宙空间距离后速度将减小到零。由于光子速度为零故相对我们的能量也为零，这样的光子当然不会被我们观测到。可见用光学法观测宇宙空间尺度时有一个极限：150亿光年(也有人认为是200亿光年)。在这个尺度以外的星系发出的光子由于在没有到达地球时速度已经降低到零，所以这样的星系不可能被我们观测到，至少目前还没有办法观测到。也有人认为，红移现象是由光子频率减小引起的，即认同第一种可能：认为星系正离我们远去。这种观点听起来很有道理，却经不起分析。我们知道，星系离我们远去时会引起光子频率减小，但各种不同频率光子的频率减小量应该相同，反应在星系光谱上，各种不同频率光子的红移量应该相同。因此，不论星系离我们多远，星系光谱虽然发生红移但不应该变宽，但事实上远处星系光谱却被拉宽了（星系光谱不会变宽是指星系光谱中任意两条谱线的距离恒定，虽然它们都发生了红移，但它们移动的距离相等，因此各谱线之间的距离不变）。而且能量越小的光子红移值越大，能量越大的光子红移值越小。不同频率光子的频率减小量不同，说明红移现象不是由光子频率减小引起的。即第一种可能站不住脚。假设宇宙中所有的星系都是静止的，宇宙空间中的物质是均匀分布的，那么光子穿越宇宙空间时的速度衰减量仅与其通过的空间距离有关。光子穿越的宇宙空间越长，其速度衰减量也越大。这样星系光谱的红移值仅与其离我们的距离有关，离我们越远的星系红移值也越大，就好象越远的星系正在以越快的速度离开我们一样。这也正是哈勃定律所揭示的：星系远离银河系的速度ν与距离成正比，ν=H*D，其中H为哈勃常数。实际上宇宙中各星系都在不断运动着，宇宙空间中的物质也并非均匀分布的，造成星系光谱红移的原因也很多，所以光谱的实际红移值要考虑许多情况。
2．谱线红移与光子速度衰减
光子与宇宙空间中的粒子是如何作用的呢？可以设想，宇宙空间中存在许多比光子质量小得多的粒子(比如引力子)。由于光子在与粒子作用后仍然是光子，可以认为光子仅与粒子发生了弹性碰撞。既然是弹性碰撞，我们知道，二者质量越接近光子损失的能量越大。由于光子的质量远远大于引力子的质量，所以在不同频率(质量)的光子中，频率(质量)较小的光子损失的能量较大。于是经过同一段宇宙空间以后，在不同频率(质量)的光子中，频率(质量)较大的光子损失的能量较少，频率(质量)较小的光子损失的能量较大，例如红光损失的能量比紫光损失的能量多。由于不同频率(质量)的光子在宇宙空间运动时都损失了能量，这样整个星系的光谱将向红端移动，但由于红光损失的能量多向红端移动的距离大，而紫光损失的能量少向红端移动的距离小，于是整个光谱被“拉宽”了。如果不同频率(质量)光子的能量损失率相同，虽然它们都产生红移，但是它们红移的距离相等，这样星系光谱虽存在红移但不会被“拉宽”，星系光谱存在红移而且被“拉宽”说明两点：第一光子在穿越宇宙空间时速度会衰减，第二不同频率(质量)的光子速度衰减率不同。显然，由于不同频率(质量)光子的能量损失率不同，各种光子的速度衰减量差异将随着空间距离的增加而增大，这样星系光谱被“拉宽”的程度与其离我们的距离有关，离我们越远的星系其光谱被拉宽的程度也越大。另外，星系光谱被拉宽时还有一个特点，那就是能量大的光子被拉宽的程度小，能量小的光子被拉宽的程度大。也就是说，越靠近红端光谱被拉宽的程度越大，越靠近紫端光谱被拉宽的程度越小。考虑到星系引力场的影响，实际情况还要复杂一些。
上面我们谈到光子在宇宙空间运动时速度会逐渐减小，这和人们熟悉的“真空中光速不变”的看法相矛盾。实际上宇宙空间并非真空，即使宇宙空间是绝对真空它还存在引力场。换句话说，光子在真空中速度变不变的问题，实际上是光子受不受引力作用的问题。如果光子不受引力作用，那么真空中光速不变，但这样一来不论星体的引力再强，对光子都没有影响，从而宇宙中也不可能产生“黑洞”了，而现在的黑洞理论基础将不复存在；假如光子受引力作用，则就不应该有“真空中光速不变”的结论。有人对此这样解释：宇宙空间中各星体的引力分布在不同的方向上，它们的作用力相互抵消，因此光子在宇宙空间中的速度不变。这种解释也是站不住脚的。我们知道在太阳系内，引力的方向是指向太阳的；在银河系里引力的方向是指向银河系中心的，所以局部的宇宙空间引力总是有一定的方向的。我们认为光子作为一种物质实体，它的速度并非一成不变的。无论在真空中还是在介质中，它的运动速度都会越来越小。所以，光速不变只是一个神话，光年也不能作为距离单位，因为光子在前一年中走过的路程总比后一年中走过的路程长。
3.光子在引力场中的运动
星光在通过太阳附近时会受到太阳引力的作用而发生弯曲，说明光子也会受到引力的作用。其实光子也有质量，当然会受到引力作用了。通常我们认为：引力场中物质的加速度仅与引力场的强弱有关，而与物质的质量无关。如在地球表面不管是1吨的物体还是1千克的物体，其每秒获得的速度增量都是9.8米/秒。但引力场中光子的加速度与其质量有关：质量越小的光子加速度越大，质量越大的光子加速度越小。既然光子也受引力作用，那么很自然，光子在离开引力场时必然会被减速，在进入引力场时必然会被加速，在垂直于引力方向(或其它方向)运动时受引力影响其运动轨迹也会发生变化。既然光子在离开引力场时会被减速，而且质量越小的光子速度衰减量也越大，那么星体发出的不同频率的光子就有不同的速度。一般而言，星体引力越强，其发出的光速度也越小；当星体引力足够强时甚至可能使一部分光子摆脱不了星体引力的束缚，产生黑洞现象。对同一星体而言，在它发出的光中，质量大的光子速度大，到达地球的时间也越早；质量小的光子速度小，到达地球的时间也越晚。我们通常认为不同频率的光同时到达地球，这其实是错误的。关于这一点我们可以用实验来证实。当星体发生爆发或其它异常时，总是能量较大的X射线或γ射线先被我们观测到，其次才是可见光，然后才是红外线。虽然理论上如此，但在实际观测中总有这样或那样的因素及别的解释使大部分人不相信这一点。如果条件允许的话，我们可以用一个实验来证实我们的观点。在离我们很远的宇宙飞船上以两种不同能量的光子同时发出一种信号，这两种光子的能量差异越大它们到达地球的时间差异也越大。实际上考虑到不同能量的光子在同一介质中的传播速度不同，我们应该想到不同频率的光子在真空中的传播速度也不相同。由于光子在穿越宇宙空间时速度逐渐减小，并且质量小的光子速度衰减得快，可以想象，在经过一段相当长的距离以后，质量小的光子速度已经衰减到零而质量大的光子速度不为零，这样我们就只能观测到质量大的光子。若星体离我们更远一些，则我们只能观测到质量更大的光子……，随着空间距离的增大，最终我们将看不到远处星体发出的光，这个距离就是我们现在认为的宇宙极限--150亿光年。人们在观测宇宙时总有一个错误想法：由于真空中光速不变，所以不管离我们多远的星系，只要足够亮就可以被我们发现。事实上宇宙空间并非真空，光子在其中穿行时速度会逐渐减小，所以任何星系发出的光只能传播一定的距离，也正因为如此，不管我们在宇宙中任何地方，始终只能看到有限的宇宙空间。换句话说，目前我们能够观测到的宇宙空间的尺度实际上是光子在宇宙空间中传播的最远距离。
4.光子在宇宙空间中的运动
实际上光子在宇宙空间运动时并不总是做减速运动。在光子离开星体时它要挣脱引力的束缚而作减速运动，当它脱离星体的引力场在空间自由运动时，也作减速运动；如果它进入另一个星体的引力场向着该星体运动时，就会在该星体的引力作用下作加速运动。光子就这样减速--加速--减速--加速……不停地穿越宇宙空间，直到其速度为零。倘若星体离我们很近而引力又很小，从该星体发出的光速度衰减量不大，但进入银河系时光子的速度增加量有可能很大，当光子的速度增加量大于其速度衰减量，或者说大于刚离开星体表面时的速度，在我们看来该星体光谱就发生了蓝移。忽略距离因素，由于星体自身在不断运动，这样它相对银河系引力场的强弱也可能发生变化，所以其光谱也可能有规律的发生红移或蓝移。通常情况下，宇宙空间对光子的减速作用总大于加速作用，所以星系的光谱以红移的居多。
光子在引力场中速度变化的问题许多人恐怕不相信也不能理解。一些人认为光子没有静质量，况且光子是一种波，在引力场中的运动规律和宏观物质不同。其实持这种观点的人把光子神话了，弄的不可捉摸了。现在大多数人都接受了“黑洞”的概念，认为当一个星体的引力足够强时甚至连光子也逃脱不了，因而是漆黑的一团。这里实际上指出了光子也会受到引力作用。既然光子也受引力作用，那么它在引力场中的加速与减速自然就可以理解了。稍后我们将看到，引力作用是造成衍射现象的重要因素之一。
5.类星体
一个很明显的事实是：宇宙中离我们越远的星体能量越大，通常类星体离我们的距离都在10亿光年以上，并且远处星体发出的光中能量较大的光子占有很大的成分。有人把这作为支持宇宙大爆炸的依据，认为：若宇宙中物质是均匀分布的话，则在我们银河系或其周围就应该有象类星体这样的高能星体存在。为什么我们在近处发现不了类星体呢？一些人看见远处的星体发出的光中含有大量的X射线或γ射线成分，就推测此类星体存在着目前尚不为我们知道的能量源。这种观点未免有些片面。实际上宇宙中大部分恒星的能量都差不多，能量特别大的和能量特别小的只是极少数，恒星的能量呈中间多、两头少的分布态势。从远处的恒星发出的光，在经过漫长的宇宙空间以后，能量小的光子由于速度衰减率大而停了下来，不被我们观测到；只有X射线和γ射线才能到达地球。所以我们观测到该星体的光子中，X射线和γ射线占有很大的成分，以致于我们误认为这类星体只向外发出X射线和γ射线。实际上这类星体也向外发射可见光和红外线，但是可见光和红外线由于速度衰减到零故我们观测不到。这就导致我们观测到极远处的星体，其颜色通常是蓝色或紫色，事实上可能和该星体的真实颜色相差极大。这说明我们看到的星体的颜色未必就是星体的真实颜色，星体的颜色是由其自身能量状况和离我们的距离决定的，星体离我们的距离越大往往使其颜色中的蓝色和紫色成分增加。另外，我们认为类星体离我们非常远，是因为类星体的红移值很大。也就是说我们没有直接证据表明类星体真的离我们很远。考虑到光子在引力场中的运动，我们知道：当星体的引力足够大时，其发出的光子速度衰减量也较大，因而该星体的光谱也将发生较大的红移。这就是说，引力因素也可以使星系光谱产生红移。倘若星体引力足够大又离我们很近，由于星体红移值较大，往往导致我们认为该星体离我们很远。举例来说，假设有一个引力较大的星体处于银河系的中心，由于该星体引力很强，导致它发出的光子速度衰减量极大，我们在观测其光谱时就会观测到很大的红移值，根据该星体很大的红移值我们就会认为它离我们非常遥远，绝不会想到它就在银河系中心。
如何解释类星体离我们那么远而其发射的X射线和γ射线又是如此强烈呢？只有两种可能。第一，类星体的能量非常大，向外发出的X射线和γ射线非常强；第二，类星体离我们并没有原先认为的那么远，类星体光谱的红移是由类星体的引力造成而并非由距离因素造成的。我们认为两种因素都有。因为如果类星体离我们非常远，那么我们观测到其向外发出的X射线或γ射线就不可能很强；倘若类星体的能量不是很大，它的引力场也不可能很强，不足以使其光谱产生较大的红移。这说明：星系光谱发生红移可能是距离因素造成的，也可能是引力因素造成的，红移值大的星体未必就离我们远。那么，如何区别星体的引力红移和距离红移呢？对观测者而言，由距离因素造成红移的星体发出的光不可能很强，而由引力因素造成红移的星体发出的光往往很强，特别是X射线或γ射线的成分多。类星体的发射光谱和吸收光谱的宽度不同，通常吸收光谱的宽度比发射光谱窄，为什么呢？我们知道，吸收光谱是由于光子经过大气后产生的，这说明类星体周围也存在气体。光子从高温星体内部发出以后，总会有一部分光子没有被气体吸收而直接射向宇宙空间，这些光子形成发射光谱；还有一部分光子在与气体作用后，频率（质量）大的光子损失的能量大，频率（质量）小的光子损失的能量小；光子离开类星体在宇宙空间中运动时，则是频率（质量）大的光子损失的能量小而频率（质量）小的光子损失的能量大，总的看来各种不同频率的光子速度差异减小，所以其光谱红移值也较发射光谱小。实际上类星体的吸收光谱还可能有几种不同的宽度。
6.黑洞与星体引力
最初在人们考虑黑洞时，认为它的引力强到连光子也逃脱不了，因而是漆黑的一团，黑洞是宇宙中物质的坟墓。后来人们认为黑洞可以向外发出X射线和γ射线。同样是光子，能量大的可以逃脱，能量小的逃脱不了，说明(黑洞的)引力对光子的作用是不一样的。事实上我们知道当星体的引力逐渐增强时，总是质量较小的光子逃脱不了，质量较大的光子则可以摆脱星体的引力，并不是所有的光子全部被吸入星体中。所以从这个意义上来说，狭义上的黑洞仅指引力强到可见光不能脱离的星体，即在可见光波段观测不到的星体；广义上的黑洞指引力强到使一部分光子不能脱离的星体，即在某一能量较小的波段观测不到的星体，这里广义上的黑洞甚至可能非常亮，可以被我们肉眼看到，但在红外线波段或能量更小的波段却观测不到。从理论上讲，“黑洞”并不黑，至少它可以向外发射X射线和γ射线或能量更高的光子，完全不向外抛射粒子的黑洞是不存在的。那么宇宙中黑洞存在吗？当然存在了。当星体离我们足够远，以致于该星体发出的红外线速度衰减为零而不被我们观测到时，它就像一个“黑洞”；若星体离我们再远一些，可见光不再为我们观测到，只能观测到X射线和γ射线，这时它就是漆黑的一团，成为名副其实的黑洞；而宇宙中150亿光年以外的星体对我们来说是完全彻底的黑洞，因为我们完全观测不到它们。除了因空间距离造成“黑洞”现象以外，星体的引力也可以造成黑洞现象。黑洞现象并不是我们原先想象的那样：“当星体的引力足够大时，所有的光子都被吸入星体中，整个星体变成黑暗的一团”。当星体的引力逐渐增大时，它对光子的束缚作用也逐渐增强。星体的引力足够大时，红外线光子将摆脱不了星体引力的束缚，而可见光、紫外线则可以摆脱星体引力的束缚；星体的引力再增大时，可见光将摆脱不了星体引力的束缚，而紫外线则可以摆脱星体引力的束缚；若星体的引力再增大，可能只有γ射线放出。应该明确指出：黑洞现象是与星系光谱的红移紧密相连的。若某一星体的光谱不存在红移现象，则它一定不是黑洞；若某一星体的光谱存在红移现象，则它可能是黑洞也可能是距离因素造成的。
总的来说，我们对黑洞的认识经历了三个阶段：第一阶段认为黑洞的引力足够强，所有的光子都不能摆脱黑洞的引力，因而整个星体是黑暗的一团；第二阶段认为黑洞可以向外发出强烈的X射线或γ射线，人们认识到黑洞的引力对不同能量光子的作用不同；第三阶段也就是现在正在探索的阶段。应该明确指出：与黑洞现象紧密联系的因素有两个，引力因素和距离因素。以往我们在考虑黑洞现象时往往只考虑引力因素而忽略了距离因素，这就导致我们认为整个宇宙空间仅有150亿光年，对150亿光年以外的宇宙空间，认为看不见的就是不存在的。
7.恒态宇宙
也许有人会问，既然光子的速度能够降低到零，那么宇宙中会不会堆积越来越多的光子呢？不会的！光子作为物质的一种存在方式，它不是永恒的，在一定条件下光子可以转化为别的物质，也就是说光子是有一定寿命的。任何一个光子不可能永远存在下去，它必将转化为别的物质形式。宇宙中的物质无时无刻不在运动，所以宇宙中不会堆积越来越多的光子。虽然我们目前并不知道光子是如何转化为别的物质的，但我们依然相信整个宇宙是稳定的、恒态的，而局部宇宙则可能是不稳定的，处于演化过程中的。同样的道理，整个宇宙也不会被光子均匀照亮。由于光子在宇宙空间中运动时速度逐渐减小，所以任何星体发出的光只能传播到有限远处。也正因为如此，我们所观测到的宇宙始终是有限的。如果想观测更远的宇宙空间，一个方法是派出宇宙飞船，另一个办法是在宇宙空间中建立许多中转站，在光信号速度未衰减到零以前接受、放大、转播它。理论上讲，只要中转站的数量足够多，我们就可以看见任意远处的宇宙空间。
8.浩瀚宇宙
假设我们能够乘座一艘高速飞行的宇宙飞船遨游太空，在刚离开地球时，我们可以观测到150亿光年的宇宙，离我们越远的星体其红移值也越大，远处的星体放出强烈的X射线或γ射线。随着我们飞行距离的增大，我们会发现银河系的红移值越来越大，并且其颜色逐渐偏蓝，而原先我们观测到呈蓝色或紫色的星体颜色逐渐偏红，最终银河系将消失在我们的视野之外。当我们飞到离银河系150亿光年的地方，我们发现展现在我们面前的宇宙范围仍然有150亿光年；而原先我们认为正在以很大速度分离的星体或膨胀的宇宙空间并没有膨胀。无论我们飞到哪里，始终只能看见150亿光年的宇宙空间，也始终能够看见150亿光年的宇宙空间，宇宙是无限的；并且我们始终是宇宙的“中心”，因为所有的星体看起来所有的星体都好象以我们为中心向外爆炸形成的一样，越远的星系(红移值越大)离开我们的速度也越大。我们认为，宇宙是无始无终的，物质的存在是永恒的，对某一特定的物质形态有其产生和消亡的过程，但整个宇宙不存在产生和消亡的过程，它是自始至终存在并且不会消亡的。同时也应该看到，宇宙是无限的，不会仅仅只有150亿光年的空间。
从上个世纪以来，人们已经探索到了上百亿光年的宇宙空间，然而这只不过是苍海一粟。也许还要几十年甚至上百年人类才能认识到宇宙的无限性，但只要天下有志之士携手合作，这一天定会早日到来。
二、浅谈光的衍射
通常情况下光总是直线传播。但当光线经过足够窄的窄缝时将形成明暗相间的衍射条纹。由于光子不带电，在电磁场中不偏转，所以光子的衍射不是电磁力作用的结果，而是引力子与光子作用产生的。光子与引力子作用不是一个简单的碰撞过程，而是一个极为复杂的过程。在光子与引力子相遇的一瞬间它们形成一个混合体，这就打破了结合前光子内部各部分的平衡，混合体内部存在着排斥力和凝聚力两种作用。若排斥力占主导作用，则混合体将在极短的时间内“裂变”放出引力子；若凝聚力占主导作用，则混合体将形成一个新的光子。那么满足什么条件的混合体(光子)才是稳定的呢？经典电磁理论指出：所有光子的能量均为某个最小能量的整数倍。也即所有光子的质量均为某个最小质量的正整数倍，只有这样的光子才能稳定存在。当然这并不表明能量为某个最小能量的非整数倍的光子就不存在，只不过由于它们极不稳定，在形成后瞬间就“裂变”生成能够稳定存在的光子，目前我们还没有观测到或注意到这类光子罢了。从这里我们可以看出，与原子核一样，所有光子的质量均为某个最小质量的正整数倍，说明光子也有一定的内部结构，某些质量的光子由于极不稳定，在其形成后瞬间就“裂变”生成能够稳定存在的光子，这就造成稳定存在的光子质量的不连续。言归正传，由于引力子质量远远小于光子的质量，所以光子不可能吸收一个引力子形成新的光子(因为这样的光子是不稳定的)。但是若在同一时刻，光子与许多引力子相互作用，而这些引力子质量之和又大于最小光子的质量，光子就有可能吸收质量和等于最小光子质量的引力子数目而形成新的光子。举例来说，若最小光子的质量是引力子质量的10万倍，那么当同一瞬间有15万个引力子作用于光子时，光子只可能吸收10万个引力子，另外5万个引力子不被光子吸收，仅对光子产生微小的冲量。倘若在同一瞬间有9万个引力子作用于光子,那么这9万个引力子都不会被光子吸收，它们仅对光子产生微小的冲量。光子可能吸收的引力子数目只可能是10万的正整数倍。只有光子吸收引力子形成新的光子才能全部吸收引力子的冲量，否则的话，光子仅受到极小的冲量。
现有一个宽度为α的窄缝，绝大多数光子经过窄缝时虽然与许多引力子作用，但大多不会形成新的光子，这样大部分光子仅以极其微小的发散角投射到屏幕上，形成宽度略大于α的中央亮纹。由于衍射条纹是对称分布的，所以我们只讨论一半。拿中央亮纹以上的条纹来说，这些条纹是由缝中心到缝顶部经过的光子偏转形成的。从缝中心到缝顶部经过的光子，若吸收10万个引力子则形成稳定的新光子，而新光子由于全部吸收了引力子的冲量因而向上发生较大的偏移，从而在屏幕上形成宽度为0.5α的第一条亮纹。从缝中心到缝顶部经过的光子，若吸收20万个引力子则它向上的偏移量是第一条亮纹偏移量的两倍，形成第二条亮纹。同样形成第3条、第4条、第5条……第n条亮纹。中央亮纹以下的亮纹也是这样形成的，并且中央亮纹的宽度约为其它亮纹宽度的两倍。由于从缝中心到缝顶部引力逐渐增大，所以与光子作用的引力子数目也可能逐渐增多。假设在离开缝中心向上的极小位移处，在该处最多只可能有10万个引力子与光子发生作用，那么经过该处的光子最多只可能偏移到第一条亮纹处。换句话说它最多只可能对第一条亮纹的形成做贡献，对第2条、第3条、第4条……第n条亮纹都没有贡献。由此在向上某处经过的光子最多只可能吸收20万个引力子，但也可能吸收10万个引力子，故经过该处的光子对第1条、第2条亮纹的形成做出贡献而对第3条至第n条亮纹都没有贡献……；从缝顶部经过的光子可能吸收10万*1、10万*2、10万*3……10万*n个引力子，所以从该处经过的光子对第1条、第2条、第3条至第n条亮纹的形成都有贡献。这样形成的亮纹亮度依次为第一条 第二条 第三条 …… 第n条。若缝变窄，则在离开缝中心向上的极小位移处，光子最多可能有20万个引力子，经过该处的光子对第1条、第2条亮纹的形成都有贡献，这样就减小了第1条、第2条亮纹亮度的差异。也就是说，缝越窄条纹亮度越向两边分散，缝越宽条纹亮度越向中央集中。当缝很宽时，条纹亮度几乎全部集中在中央区域，两边的光子数几乎为零。这就是我们看到的光的直线传播现象。由于光子并不是一种波，其偏离直线传播(衍射)现象是由引力子引起的，所以光的衍射现象与缝的宽度无关。物体在阳光下的阴影边缘常常较模糊，这说明光子在经过物体表面时受到引力作用而偏离了直线传播。理论上来说只要光子的运动方向和引力方向不在一条直线上，光子就会偏离原来的运动轨迹，并且引力场越强光子弯曲的程度也越大。星光在经过恒星以后通常会发生弯曲，有时我们甚至能够看到星体后面的其它星体发出的光。
三、论电子结构与原子光谱现象
1.电子发光
原子是如何发光的？要弄清这个问题首先必须明白光子是由原子的哪一部分发出的。我们知道，原子是由原子核和核外的电子组成的，原子核的结合能很大，不可能发出光子，所以光子只可能是电子发出的。在化学反应中伴随着电子的得失，常常有能量(光子)放出，光电效应、激光现象及其它一些实验也证明了光子是由电子发出的，所以可以肯定原子发光其实是电子发出光子。既然电子可以放出光子，那么光子必然是电子的组成部分，或者说电子有一定的内部结构，光子是其组成部分之一；由于光子不带电，说明电子内部电荷的分布是不均匀的，因为如果电子内部电荷是均匀分布的，则光子就应该带电。原子中原子核和电子之间的距离很小，它们之间的静电力很强，因为电子内部电荷分布不均匀，所以在原子核强大的静电力作用下电子内部电荷将重新分布，甚至可能发生裂变，这就为电子放出光子创造了条件。当电子裂变放出光子后，它的各个组成部分结合的更加紧密，在适当的时候可能吸收一个光子，这就为电子吸收光子储存能量创造了条件。而电子正是通过不停地吸收、放出光子来和外界交换能量的。稍后我们将看到，原子正是通过电子不断吸收、放出光子来和外界完成能量交换的。一般来说，电子质量越大其内部各部分结合的越松散，在静电力作用下越容易发生裂变；电子质量越小其内部各部分结合的越紧密，在静电力作用下越不容易发生裂变。与原子核“幻数”相似，总有特定质量的电子的结合力相当大，比其它质量电子的结合力大许多，这些特定质量的电子往往对应于某些稳定的轨道。
有人认为物质发光是由于物质中的原子或分子受到扰动的结果，认为光子是由原子或分子发出的。其实这是一种错误的看法。我们知道，原子是由原子核和核外电子组成的，光子是一种物质实体，或者是由原子核发出的，或者是由电子发出的，除此以外再没有别的选择。说光子是由原子发出的，这是一种不确切的说法。
2.原子核和电子之间的磁力作用
两个相距一定距离的异种点电荷在静电力作用下必然会吸引在一起，因为静电力作用在两点电荷连线上。而原子核和电子不会吸引在一起。这就启示我们在原子核和电子中必然存在一种其它作用力。这个力就是原子核和电子之间的磁力。我们知道，在通以相同方向电流的两条平行导线间会产生磁力作用，在磁力作用下它们将彼此吸引，原子核和电子的相向运动正相当于通以相同方向电流的两条平行导线，在它们之间也将产生磁力作用。静电力的作用总是使电子获得指向原子核的向心速度，而原子核和电子之间的磁力则使电子获得切向速度，并且原子核和电子之间的相对速度越大，它们之间的磁力也越大。当原子核和电子之间彼此相对静止在一定远处时，在静电力和磁力的共同作用下，它们并不会吸引在一起。因为静电力使电子获得向心速度，磁力使电子获得切向速度，电子并不是沿着直线靠近原子核，而是沿着螺旋线靠近原子核。开始时螺旋线的半径为无穷大，电子作直线运动；一旦电子相对原子核的速度不为零，磁力开始起作用，电子的运动轨迹开始发生弯曲；当电子与原子核靠近到一定的距离时，电子和原子核之间的静电力恰好等于电子作圆周运动所需的向心力，此时电子处于平衡状态，螺旋线变成了圆。同样在电子离开原子核时也是沿着螺旋线运动的。在静电力作用下，电子总要尽量靠近原子核，在磁力作用下，电子有远离原子核的离心趋势，正是在这两种力作用下，电子处于稳定的平衡状态中。电子在原子核中处于稳定状态时，它的轨迹是圆。因为当电子的轨迹不是圆时，它总要受到磁力的作用，这个力使电子的切向速度增加、运动轨迹向圆靠近。而电子受磁力作用时它的运动轨迹就要发生变化，就不是稳定的，只有当电子的轨迹是圆时才不受磁力的作用，所以说电子在原子核中的稳定轨迹是圆。太阳系中的行星在太阳引力作用下，其运动轨迹可以是圆或椭圆，但在原子系统中，电子在原子核静电力作用下，其稳定轨迹只可能是圆而不可能是椭圆。
3.基态电子的稳定性
处于基态的电子为什么是稳定的？为什么不会被原子核吸收？人们通常认为：做加速运动的电荷会向外辐射能量.如果电子在原子核中做圆周运动，则它就有加速度，必然会不断地向外辐射电磁波，随着电子能量的减小它将沿着螺旋线落入原子核中，这样整个原子就是不稳定的，然而事实并非如此。于是人们推测电子在原子核中不可能做圆周运动。我们认为以上推断是错误的，电子的确在原子核中做圆周运动，其理由如下：第一，电子辐射电磁波并不是一个只出不进的过程。电子时刻不停地向外辐射能量，也在时刻不停地吸收光子，这是一个动态平衡过程。如果电子吸收的能量大于其辐射的能量则原子的温度升高，如果电子吸收的能量小于其辐射的能量则原子的温度降低，倘若没有外界能量输入，原子总会由于向外辐射能量而降低温度，只要物体的温度在绝对零度以上就会向外辐射电磁波。第二，电子在原子中的质量并非一成不变的。一般而言，电子离核越近质量越小，离核越远质量越大(这一点我们稍后证明)。第三，电子和原子核之间并非只有静电力作用，还存在磁力作用。正因为磁力作用的存在使电子在靠近原子核时切线速度不断增大，从而使其离心力逐渐增大，以致于可以与静电力抗衡维持电子在原子核中的稳定。
这里需要我们证明随着电子离核距离的减小，离心力的增加速度大于静电力的增加速度。设电子稳定时质量为M，速度为V，与原子核相距R，原子核电量为Q，此时静电力F正好等于电子作圆周运动的向心力，
离心力大于静电力，所以此时电子作离心运动，将回到距核R的轨道上。同样当电子受到远离原子核的扰动后，静电力F大于电子作圆周运动的向心力，电子将向原子核运动，最终要回到距核R的轨道上，这里不再证明。
另外我们认为，做加速运动的电荷会向外辐射电磁波这个提法不够确切，应该说做加速运动的自由电荷会向外辐射电磁波，而电子在原子核中做圆周运动时不会向外辐射电磁波。两者有什么区别呢？我们知道，在原子核和电子结合成原子的过程中要向外放出能量，即自由电子要在原子核静电力作用下裂变放出光子才能够成为原子中的电子，原子中的电子和自由电子是有区别的。自由电子的质量大于原子中的电子的质量，自由电子各部分结合得较为松散，受到外界扰动(有加速度)时会向外辐射电磁波；而原子中的电子质量小，各部分结合得较为紧密，受到外界扰动(有加速度)时未必会向外辐射电磁波，只有当外界扰动(加速度)足够大时才会裂变辐射电磁波，所以电子可以在原子中做圆周运动而并不向外辐射电磁波。
4.稳定轨道的形成
对于处于基态的电子来说，每秒会有许多光子与其作用。这些作用有指向原子核的，也有指向核外的。电子在吸收一个或几个光子以后质量增加，形成新的电子。我们先考虑指向核外的扰动。设电子在吸收一个或几个光子以后质量增加为M+Δm，与原子核相距R+Δr，我们知道，一定质量的电子总有与一条特定轨道与之对应，比如电子的质量为M时其轨道半径为R，那么当电子质量为M+Δm时就可能停留在半径为R+Δr的轨道。但这里我们少考虑了一个条件，那就是质量为M+Δm的电子的结合能。我们知道电子在每秒内会受到许多光子的扰动，假设质量为M+Δm的电子运行在半径为R+Δr的轨道上，若它受到一个指向原子核的扰动，离核距离变为R+Δr-r，此时原子核静电力对它的作用增强，若它的结合能小的话则电子立即裂变放出光子重新回到其原来的轨道R上；如果质量为M+Δm的电子内部的结合能非常小，以至于受到微小的扰动时立即裂变放出光子，那么它在半径为R+Δr的轨道上停留的时间也趋近于零，换句话说半径为R+Δr的轨道根本不存在；如果质量为M+Δm的电子内部的结合能非常大，以致于受到很大的扰动时它才裂变放出光子，那么电子就能够在半径为R+Δr的轨道上停留一段时间，这段时间就是原子的平均寿命。假设有一群电子处于同一激发态，由于每个电子受到的扰动情况不一样，有的电子受到的扰动大有的电子受到的扰动小，而只有电子受到足够大的扰动并运动到离核足够近的地方才会裂变放出光子，所以电子裂变回到基态的时间也不一样。处于同一激发态的原子的平均寿命和两个因素有关：一是电子的结合能，二是电子受到的扰动。电子内部的结合能与原子核“幻数”相似，只有特定质量的电子的结合能才是很大的，所以电子的轨道也是特定的、不连续的，其它质量的电子由于结合能很小，裂变时间极短，所以它们不可能稳定停留在原子中，也形成不了稳定轨道甚至根本就没有轨道。我们再来考虑指向原子核的扰动。设电子在吸收一个或几个光子以后质量增加为M+Δm，与原子核相距R-Δr，此时原子核对电子的静电力增强，电子立即裂变放出质量为Δm的光子，由前面的证明我们知道，此时电子的速度增大，离心力大于静电力，电子最终将停留在半径为R的稳定轨道上。也许有人会怀疑，这样看来电子可能存在的稳定轨道岂不是唯一的了？实际上由于电子在原子核外有几个不同的稳定质量，所以它也有几条稳定轨道，一定的质量总是与某一条特定轨道相对应。从这里我们可以看出，电子在原子核中的稳定轨道往往对应于电子结合能极大的质量，结合能小的质量由于在原子中不稳定因而不会形成稳定轨道。
5.电子结构与不同跃迁轨道
对于处于同一激发态的一群电子而言，设电子的质量为M+Δm，它们可能会有不同的跃迁轨道，放出的光子的能量(质量)也不同，但总是跃迁到离核近的电子放出的光子的能量(质量)大。电子从激发态回到基态的过程并不是先放出光子再回到基态，而是先回到比基态更近的地方放出光子然后才回到基态。当电子回到离核R-Δr处时，在静电力作用下电子裂变放出质量为Δm的光子，此时离心力大于静电力，电子将回到半径为R的稳定轨道上。那么电子为什么会有多条跃迁轨道呢？这说明处于同一激发态的电子内部结构(结合力)不同，有的结合力大，有的结合力小，结合力小的光子在离核较远的地方裂变，放出的光子能量也较小；结合力大的光子在离核较近的地方裂变，放出的光子能量也较大，电子的跃迁方式是由其内部结构决定的。同一质量的电子可能有多种裂变方式，再次向我们说明电子具有内部结构，在考虑原子光谱时一定要考虑电子的内部结构。处于激发态的电子在向基态跃迁时会发出光子；把原子的内层电子打掉以后外层电子会放出光子并向离核更近的轨道跃迁。这些现象启示我们：电子离核越近质量越小，电子离核越远质量越大。从这里也可以看出，电子质量越小其内部结合力越大。因为离核越近电子受到的静电力越大，而电子能够稳定存在说明其内部结合力越大。在同一个原子中，内层电子的质量小于外层电子的质量；同一个电子离核越近质量越小。
人们发射的人造卫星可以设定轨道，其轨道变化可以是连续的，但对原子核中的电子来说，其轨道变化则是不连续的。怎样理解这一点呢？让我们做一个假想实验。把两个带异种电荷的点电荷放置在一定远处，并且假定它们之间除了静电力以外不在受到其它力的作用，则最终它们将互相吸引在一起。无论怎样改变这两个电荷的质量、电量，结果都是相同的。这说明：用宏观电荷不可能模拟原子核和电子之间的作用力。说到这里，好事者马上就会解释，因为宏观电荷物质波的波长极短而电子物质波的波长较大，所以用宏观电荷不可能模拟原子核和电子之间的作用力。换一个角度来说，宏观物质和微观物质是有区别的，用宏观物质不能模拟微观物质。但区别究竟在哪里？一个是宏观物质而另一个是微观物质，这个解释近乎无聊了。还是让我们来仔细分析为什么用宏观电荷不可能模拟原子核和电子之间的作用力。我们知道，在静电力作用下，电子和原子核开始时相向运动，而后在磁力作用下沿着螺旋线相互靠近，正是由于原子核和电子之间的磁力使电子获得了绕原子核运动的切向加速度，并使整个原子处于稳定状态。那么，两个宏观点电荷之间的运动轨迹为什么是一条直线呢？这是因为宏观电荷的荷质比远远小于原子核和电子的荷质比，在静电力作用下宏观点电荷获得的最终速度也小得可怜，因此宏观点电荷之间因相对运动而产生的磁力也微乎其微，近似于零。所以宏观点电荷在静电力作用下表现为相向运动，其运动轨迹接近直线。从这里我们可以得出这样一个结论：虽然静电力作用在两个电荷的连心线上，但是仅在静电力作用下，电荷的运动轨迹不一定就是直线，两个电荷的荷质比越小，其运动轨迹越接近直线，反之则越接近曲线。那么，如果宏观点电荷的荷质比足够大甚至可以与原子核或电子相比时，是否可以用宏观点电荷模拟原子核和电子相之间的作用呢？也不能！如果宏观点电荷的荷质比足够大，甚至可以与原子核或电子相比，那么这样的两个异种电荷在静电力作用下会沿着螺旋线相互接近，最终会处于稳定状态，但由于宏观点电荷的质量不会发生变化，因此最多只能形成一条稳定轨道，而不可能象电子那样在原子核中有多条稳定轨道。
在多电子原子中，各电子间有什么主要区别呢？有人认为离核越近的电子能量越低，越不容易失去；离核越远电子能量越高越容易失去，但这还不是最主要的区别。多电子原子中各电子间最主要的区别在于它们的质量不同。离核越近的电子质量越小，离核越远的电子质量越大，同一个原子中没有两个质量相同的电子存在。在氢原子中也是电子离核越近质量越小，离核越远质量越大。
6.原子的吸收光谱和明线光谱
在原子的吸收光谱中，只有特定能量的光子才被电子吸收；在原子的明线光谱中，同样也只能发出特定能量的光子。于是人们认为电子只能吸收或发出特定能量的光子。我们知道，只要物体的温度在绝对零度以上，就会向外发射电磁波，物质的发射光谱是连续光谱。那么其它能量的光子是由哪一部分发出又是如何发出的呢？显然还是由电子发出的，因为原子核不可能发出光子。当我们用电子束轰击汞原子蒸汽时，可以发现当电子的能量为某些特定值时，汞原子强烈地吸收其能量；对于其它能量的电子汞原子只吸收其一部分能量。汞原子只吸收电子束的能量实际是汞原子中的电子吸收电子束的能量。可见，原子中的电子可以吸收各种能量(质量)，但对特定的能量(质量)吸收能力十分强。在原子的吸收光谱中，电子可以吸收各种能量的光子，只不过大部分光子被电子吸收后与电子的结合能并不大，受到微小的扰动后立即放出光子，由于该过程极短，所以当连续光通过原子蒸汽时，大部分光子被吸收后又很快放出，看起来似乎没有与原子作用，只有极少数具有特定能量的光子与电子的结合力极大，这类光子被吸收后要保持一段时间才可能放出，故吸收光谱会出现几条暗线。至于原子的明线光谱，与其说是明线光谱还不如说原子的发射光谱中有几条线特别亮。这是因为处于激发态的电子比别的能量状态的电子稳定，停留的时间较长，所以在一群原子中处于激发态的电子数目总比别的状态的电子数目多，因而它们发出的光也更亮一些。事实上原子的发射光谱不仅仅是明线光谱，明线光谱只是原子发射光谱中极个别的具有代表性的光子，原子几乎可以发出小于一定能量的任何光子。电子在原子中时刻不停地吸收各种能量的光子，由于电子与绝大部分光子的结合力都不大，所以电子也在时刻不停地放出各种能量的光子，因此物质的发射光谱往往是连续光谱。
许多人都认为原子只能吸收特定能量的光子，原子也只能放出几种特定能量的光子，因为他们看到原子的吸收光谱中仅有几条特定频率的暗线，而子的发射光谱也仅仅是几条特定频率的明线而已。其实这种看法是错误的。我们不妨这样分析，若原子只能吸收特定能量的光子，则只有特定能量的几种光子对物体具有明显的热效应，并且每种物质的敏感光子不同。实际上并非如此。我们知道，红外线具有显著的热效应，对任何物质都是如此。此外，物质的发射光谱是连续光谱，这也说明原子或分子的吸收（或发射）出的光子是广谱性的。为了充分理解这个问题，需要作进一步的说明。现代物理学指出：氢原子吸收的光子能量只能是13.6/n*n电子伏（这里n取自然数），也就是13.6、3.4、1.5……电子伏，并且认为对于10电子伏、3电子伏这样的其它能量的光子不会被电子吸收。我们认为：电子吸收的光子能量是连续的，对于10电子伏、3电子伏这样的其它能量的光子同样会被电子吸收，只不过电子吸收这些光子后，电子和光子的结合能不够大形不成稳定的轨道，所以电子又很快放出该光子，由于作用时间极短，以致于我们误认为电子没有吸收光子。换一个角度来考虑，当大量的原子吸收了能量连续的光子时，由于大部分电子与光子的结合力都不大，所以这些电子在极短的时间内（设为t）就会裂变放出光子，而能量为13.6、3.4、1.5……电子伏的光子与电子的结合力很大，所以电子裂变放出光子的时间也很长，如果这个时间是100t，则电子放出相应的光子也比其它光子亮100倍；如果这个时间是1000t，则电子放出相应的光子也比其它光子亮1000倍……，这样，在原子的明线光谱中自然就形成几条特殊的亮线了。由此我们得出一个结论：在原子的发射光谱中，任意一条谱线的亮度与处于相应激发态的原子的平均寿命成正比，原子的平均寿命越长，谱线的亮度越大；原子的平均寿命越短，线的亮度越小。当然这有个前提，那就是被原子吸收的连续光谱中各种能量的光子是平均分布的。
7.热现象的本质
由于电子时刻不停地受到光子的扰动，不断地吸收各种能量的光子，也不停地放出各种能量的光子，所以电子在原子核中并不是处于稳定状态，它的运动轨迹也不是正圆。一般来说，温度越高，电子受到的扰动越大，其运动轨迹偏离圆形的趋势越明显；温度越低，电子受到的扰动越小，电子的运动轨迹越接近圆(只有在绝对零度时，电子的运动轨迹才可能是正圆)。从这个意义上来说，原子模型可以看作是卢瑟福的行星模型和电子云模型的结合：温度越高，原子模型越接近行星模型；温度越低，原子模型越接近电子云模型(但在某一瞬间，电子在原子核中有确切的位置)。温度的高低反映了电子偏离稳定轨道程度的大小，单个原子(分子)也有温度。电子偏离圆形轨道的程度越大，表明该原子的温度越高，电子裂变后放出的能量也越大。所以温度升高时物体发出的电磁辐射向短波方向移动。对于温度一定的物体来说，它内部包含了大量的原子，这些原子中的电子由于受到的扰动大小不同，它们裂变放出光子的质量也不同，但大致满足正态分布，即发出的光子中能量特别大的和能量特别小的都是极少数。由前面的论述我们知道，电子在原子核中的能量大小并非定值：电子离核越远电势能越大，离核越近电势能越小。与宏观电荷一样，电子的电势能是其与原子核距离的函数，电子和原子核间的作用力服从库仑定律。温度越高，电子离核越远，电势能也越大，因而也越容易失去；温度越低，电子离核越近，电势能也越小，也越不容易失去。
什么是热现象呢？这似乎是不是问题的问题。人们通常认为：热现象是大量分子无规则运动的反映，温度越高分子的平均速率越大，温度越低分子的平均速率越小。果真如此吗？我们知道，太阳时刻不停地向外抛射高能粒子，这些粒子的速度接近光速，宇宙中其它恒星也在不停地向外抛射高能粒子，所以在宇宙空间任何地方，都有许多高能粒子正在做杂乱无章的运动，这些粒子的速度通常都接近光速或亚光速。这样看来宇宙空间的温度应该很高(至少比恒星内部高)，宇宙空间应该是很明亮的。但事实上，宇宙空间是漆黑的一团，温度只超过绝对零度一点。这说明粒子运动速度大未必温度就很高，物体的温度不是由组成它的原子(分子)的平均运动速度决定的。温度升高，原子(分子)的平均速度增大。但反过来，原子(分子)的平均速度增大并不意味着温度升高。我们知道，只要物体的温度在绝对零度以上就会向外辐射电磁波，而物质向外辐射电磁波的原因是电子受到扰动后在静电力作用下放出光子，并且光子受到的扰动越大放出的光子能量也越大，相应的物体的温度也越高。从这个意义上来说，原子是储存热量的最小单位，单个原子也有温度，因为它可以储存热能。但单个的带电粒子如质子、电子在不受外界任何扰动时，即便速度再大也不会向外界释放能量，因此它们都不能储存热能，因而也没有温度。应该看到，原子(分子)的高速运动所具有的能量仅仅是动能而不是热能，和宏观物体一样，速度大未必温度高。宏观物体的速度与其温度无关，原子(分子)也是如此。一个原子(分子)的速度比其它原子(分子)的速度大，只能说明它的动能大，储存的热能未必就多。热能仅储存于原子核和电子形成的原子体系中，两者中缺少任何一个都不能储存热能。在日常生活中我们用红外线(微波)加热而不用紫外线，紫外线的热效应远远小于红外线(微波)。这是因为红外线(微波)光子的质量小，和原子中电子的结合力大(包括内层电子)，而紫外线和原子中电子的结合力小(它几乎不与内层电子作用)，所以红外线往往容易被物体吸收，其热效应当然比紫外线强。
再进一步考虑，什么是热现象呢？热现象和温度之间有什么关系呢？我们认为：对一个物体而言，倘若它储存了热能它就有温度，并且它储存的热能越多它的温度就越高，反之则温度越低；倘若物体没有储存热能则它就没有温度或者说它的温度是绝对零度；倘若物体不能储存热能，则用温度来衡量该物体是没有意义的。我们知道，原子是储存热能的最基本单位，原子的热能实际上是储存在电子中的。单独的原子核、单独的电子都不能储存热能，所以单独的原子核、单独的电子都没有温度。同样的道理，光子也不能储存热能，它仅仅是热能的载体，因为单独的原子可以储存热能，所以单独的原子有温度，但由于单独的光子不能储存热能，所以单独的光子没有温度，不同能量的光子之间只有能量的差异而没有温度的差异，用温度来衡量光子是毫无意义的。倘若光子也有温度，则在太阳系中离太阳越近的空间温度就应该越高，离太阳越远的空间温度就应该越低，事实上完全不是这么回事。
8.电子的质量-结合能曲线表
物理理论论文范文第3篇
关键词:法律行为;事实行为;无因性;善意取得;公示公信
一、物权行为理论及其原则
物权行为的概念公认为德国历史法学派代表人物萨维尼最早提出,他在柏林大学讲学时提出,以履行买卖契约或其他转移所有权为目的而践行的交付,并不是一种单纯的事实行为,而构成了一个特别的以转移所有权为目的的“物的契约”。萨维尼为了将交付从债权行为中抽离出来,特别赋予其以独立的意思表示(即以物权变动为直接内容的“物的合意”),这就成为物权行为概念和理论的演绎基础。从法律技术上看,创制物权行为概念的实际目的在于使物权行为与债权行为相分离,尤其是在法律效力上相分离,因此便发展出物权行为的独立性和无因性理论,这些理论与公示公信制度一道构成了物权行为理论的三大原则:
1.分离原则。根据萨维尼的主张,债权行为的效力在于使当事人承担债法上的权利和义务,并不能发生物权的变动,而要发生物权变动,必须另有一个以直接发生物权变动为目的的法律行为,即物权行为。因此,债权行为与物权行为各有其独立的意思表示和成立方式,它们是两个分离的、不同的法律行为。
2.形式主义原则。因为物权具有排他性,若无可以使公众知悉物权变动的外部征象,易造成对第三人的损害,并损及交易安全,因此必须在立法上确定以登记作为不动产物权变动的公示方式,以交付作为动产物权变动的公示方式。由此又发展出公信原则:“凡信赖物权变动的外部征象,认为有其物权存在而有所作为者,即使该征象与真实权利存在不符,法律对于信赖该征象的人亦加以保护”。（李湘如编著:《物权法》,中国广播电视出版社1993年版,第15页）
3.无因性原则。物权行为的无因性是指债权行为(原因行为)的无效或撤销不能导致物权行为(结果行为)的当然无效,所有权的受让人仍保留标的物的所有权,而出让人则丧失所有权返还请求权,只有不当得利返还请求权。
二、法律行为与事实行为的界定
自物权行为理论被1896年德国民法典采纳以来,迄今已历时百余年,但是该理论在各国法学界所引起的激烈批判和争议至今仍然尚未止息。这些争论大都局限于对其现实功效的评判,而缺乏深入的理论分析。无论支持者还是反对者都为自己设定了一个不证自明的前提:物权行为是一种法律行为。事实果真如此吗?笔者认为,对此不宜妄下结论,惟有深入探讨法律行为的若干重要问题之后,才能对此作出回答。
法律行为概念的创设曾被视为德国民法学最辉煌的成就,但同时它又是一个极端抽象、难以理解的概念。从法制史上看,严格意义上的法律行为概念便是在有约束力的意思表示无须靠即时交付来保障,并在时空上与后者相分离时才得以真正形成的。从德国民法学者对法律行为概念的描述中我们可以清楚地看到这一点。19世纪的多数德国学者认为,法律行为就是意思表示行为。尽管后来的德国学者原则上承认,意思表示仅仅是法律行为中某种更为基本的要素,具体的法律行为还可能包括其他事实要素,但是在理论上学者们从不否认:法律行为之本质乃意思表示。即使是现代德国民法学者,他们对于法律行为概念的表述也仅有用语上的改变而无实质性的变化,其目的仅在于强调法律行为与意思表示间具有包容关系。德国学者拉伦兹(Larenz)就认为,“法律行为是一项或几项行为,它们中至少有一项是旨在引起一定的法律后果的意愿表示”。尽管法律行为与意思表示不再同义使用,但是法律行为的本质是意思表示这一点却是无可否认的。也正是这一点决定了法律行为和事实行为的根本分野。行为是指有意识的活动,任何行为都具有主观意思和客观活动两个要素。法律行为的核心在于主观原因,客观行为的核心要素却在于客观活动,这一实质性区别决定了两者在特征上的一系列的差异:
第一,两者发生法律效果的方式不同。法律行为依当事人的意思表示而发生法律效果,这一法律效果源自法律行为对行为人意思自治的容认,即法律对法律行为产生的意思后果只能给予合法性评价,而非在内容上的事先假设和规定。与此相反,事实行为仅仅取决于法律规定,当事人实施行为并不具有追求某种法律效果的意图。或者说,这种意图的有无并不影响法律效果的发生,而只要符合一定的规定便能产生法律效果。
第二,法律行为只能产生法律效果,事实行为却能同时产生法律效果和事实效果。如,签订买卖合同是一种法律行为,它的法律后果是出卖人承担交付标的物义务而买受人承担支付价款的义务,但是事实效果——买受人成为标的物的所有人,出卖人成为价款的所有人——却并不随之发生。而拾得遗失物作为一种事实行为,其法律效果和事实效果是同时发生的,拾得人依法律规定取得该物的所有权是法律效果,拾得人对拾得物的实际占有则是事实效果。由此可见,法律行为的效力实际上来自法律的拟制,而事实行为的法律效果则以其事实效果为基础。
第三,法律行为是从事实行为中分离出来的,它离开事实行为则无独立的意义。从前述的法律行为概念产生的历程可以得知,法律行为产生的基础是设定权利义务的意思表示行为与履行义务的行为相分离,但分离只是针对“分步进行”而言,法律行为并不能离开事实行为而单独起作用,因为法律行为不发生事实效果,它所设定的权利义务只能通过事实行为才能得到切实的履行。因此不需要履行的行为不可能是法律行为。
第四,从事实构成来看,事实行为必须具有法定的构成要件,如此才能体现其客观性和法定性的特征。各国民法对事实行为一般作出详尽而直接的规定,内容涉及行为的主客观构成要件、持续状态及其产生的后果。事实行为的各构成要件有机联系,不相独立,惟有符合全部法律规定的行为才构成这一类的事实行为。而法律行为实质在于意思表示,从一定意义上说不存在事实构成问题,因为法律不可能对其意思表示作出具体的规定,而只能抽象概括其意思表示的合法范围。
第五,法律行为的主观意思和客观活动在内容上并不一致,再以买卖合同为例,合同当事人的主观意思是互易货物和价款,在客观活动上却表现为谈判和签订文书;事实行为的主观意思与客观活动在内容上则是概括一致的,一致才能构成相应的行为。在即时交易这种事实行为中,当事人的主观意思和客观活动都是指向交付货物和价款,不存在“表里不一”的现象。
从这些比较可以看出,事实行为的核心在于客观活动,其主观意思并无决定意义,仅仅影响事实行为的法律意义;与此相反,法律行为以意思表示为其必备因素和核心要件,其客观活动的意义主要在于承载或传达其主观意思,并使法律行为成为一种独立的行为,因为任何行为都必须具备主观意思和客观活动两个要件。相对于客观存在的事实行为而言,单纯以在当事人之间设定权利义务为目的的法律行为更接近于一种思想行为。因此它在本质上是法律虚拟的行为。
法律行为的产生具有重大意义,它是一种行为,同时又是一种作为行为的法律,它对当事人而言就是活的法律。我们可以从以下几个方面揭示法律行为的价值;第一,法律行为具有在当事人之间创设权利义务的功能,因而是法律实施的重要手段。由于实体法不可能穷尽现实所有的情况,而且无法适应社会的快速变化,法律为弥补这种缺陷,只好通过在法定的范围内赋予当事人的意思表示以法律效力而成为当事人之间权利义务的实质调整手段。这样法律行为就将抽象的、客观的权利义务落实为具体的、主观的、可实现的权利义务,从而弥补了实体法体系不确定性的缺陷。第二,法律行为是法律形成的一个必经阶段。考察法律规范产生的一般历程可发现,人们在从事个别行为的过程中逐渐抽象出为众人所认可的通用规则,并赋予其一定的强制力——这便是法律。其中法律行为对于形成法律的作用不容忽视。在民商法领域,人们正是从签订合同等法律行为中抽象出广泛适用的普遍性规范,而这些法律规范又构成一系列民商法律的基础。在行政法领域这一点也表现得非常明显,通常总是先有具体的行政行为存在,再在客观化普遍化之后上升为行政立法,最终形成法律。此外,尽管我国不承认判例法,但谁也不能否认,判决这种法律行为能为修改和制定法律积累经验。因为判决能检验法律在现实适用中的漏洞和不足,具有典型意义的判决更能直接为未来法律的修订提供指导作用。简而言之,法律行为的价值在于能在当事人之间创设新的权利义务关系,并在此过程中形成潜在的、新的法律。
以上论证有助于理解物权行为的性质归属问题。在笔者看来,物权行为在概念、效力、特征和价值等诸方面均与法律行为不符,绝无理由将物权行为归入法律行为的范畴。首先,物权行为不同于以意思表示为核心要件的法律行为。任何一种行为都必然具备主观意思和客观活动两个要素,因此本文并不否认物权行为中存在意思表示。但如果把物权行为定义为转移物权的合意,那么它只是某种行为的构成要素,尚不能构成独立的行为;既非行为,也就谈不上是什么“法律行为”了。如果将物权行为定义为物权合意和交付或登记相结合的行为,那么我们可以看到这更符合事实行为而非法律行为的特征。因为物权行为中的意思表示是法定的,当事人不能以意思自治为由法律规定,该意思表示的作用在于限定交付或登记的意义,因而仅被当作整个行为的构成要件之一,同时物权行为中意思表示的内容还受到债权行为中意思表示的严格限定,它不能自主设定超出债权合意范围之外的权利义务关系,因此物权行为中的意思表示因素完全不具备法律行为中意思表示因素的地位和作用,将两者混为一谈将损害法律行为概念的准确性。
其次,物权行为的法律效力源自法律规定,这与法律行为的本质是根本相悖的。法律行为调整方式本来就是作为法定主义方式的对立面而存在的。众所周知的物权法基本原则之一就是物权法定原则,即物权只能依照法律规定的权利义务类型设定或转移。对此即使是支持物权行为理论的学者也不得不承认,“依此原则,民事权利主体达成设立或转移一项物权的协议时,不可以依照法律行为自由的原则,——实质上即缔约自由原则,按自己的意思选定的形式和内容设定或转移权利,而只能按法定的形式设定或转移权利”。1这充分说明了,如果将物权行为归入法律行为之一类,必将导致物权法定原则与法律行为之间不可调和的冲突,因为物权法定原则的本义就是要排除当事人通过意思自治更改物权法律关系的效力,这是物权行为理论的支持者也无法否认的。
最后,从价值上看,物权行为并不具备在当事人之间设立权利义务关系的功能。因为根据物权法定原则,法律对物权变动的权利义务应作出明确而直接的规定,绝不存在引进当事人的意思表示予以调整的余地。
由此可见,物权变动行为实为一种事实行为,若要将其定义为法律行为则必然要片面夸大、扭曲物权变动中意思表示的效力,并引起物权法定原则与法律行为制度根本性的冲突。物权变动行为也不具备在当事人之间创设权利义务关系的效力,就其本质而言不符合法律行为的核心精神。从理论上说,创设物权行为这么一个与“法律行为”有种属关系的概念,只能导致法律行为概念本身的混乱,并在法律行为规则(如意思表示推定规则)的适用上引起一系列的矛盾。因此,物权行为概念虽然眩惑了不少聪明人的眼睛,但却只不过是一个“美丽的错误”。
三、物权行为无因性理论
仅仅证明物权行为概念在理论上的谬误尚不足以全盘否定物权行为理论,因为相当一部分学者推崇物权行为理论的原因不在于物权行为概念在法理上的价值,而在于物权行为无因性对交易安全的保护机能。可以说,物权行为理论的实践意义即在于其无因性原则,因此我们有必要对其进行深入的剖析,以期在实践的层面上了解物权行为是否有存在的价值。
就事实而言,任何有意义的法律行为都必然存在原因,而法律确认其有因或无因则体现了立法政策对该行为效力独立性的不同立场。因此“物权行为有因或无因,不仅是逻辑的关系,而且是一项由价值判断及利益衡量来决定的立法政策问题”。2德国民法典立法者正是为交易安全之目的,基于政策之考虑,而将原因从物权行为中抽离,使物权行为无因化。然而立法意图与真正的法律适用毕竟存在着距离,无因性的应有功能能否顺利在法律实践中实现并不存在显而易见的答案,而有待于更深层次的探讨。
物权行为无因性理论最为人所称道的功能,即是“物权交易的安全保护机能”,而正是这项机能决定了该理论有根本的存在价值。依据物权变动的无因构成,物权行为的效力不受原因行为瑕疵的影响,交易得以进行得安全、迅速、无后顾之忧。但在善意取得制度出现并获得制定法之确立后,物权行为无因性的交易保护功能便绝大部分为此制度所吸收。只是因“重大过失”而发现第一受让人取得原因有瑕疵而取得动产的人(第二受让人)可基于无因构成而获得保护;同时从对第一受让人的调查范围减少、交易容易化上考虑,善意取得制度不可弥补无因性构成的功能,因为善意取得之成立,以对前述取得原因之调查为必要。1赞成无因性的学者因此认为,第二受让人尽管有重大过失,但在无因性原则的保护下仍能取得动产所有权,且不负任何债法上的责任,这一点确实保护了交易完全。但是德国学者Heck对此一针见血地指出,交易之际应避免这样的重大过失,这正好是交易法原则的应有之义和基本要求,违反这种原则的基本要求来谈谋求动产交易的安全已完全没有必要。2而在公示公信原则获得普遍承认和确立的今天,物权交易的简单、快捷和安全的理想可籍此而轻易达到。即使确实存在非依无因性不能保护的领域,只要仔细考虑便可发现,这是无因性保护的不当扩大。最典型的莫过于第二受让人基于恶意(针对不动产而言)或基于重大过失(针对动产)不能受公信原则保护的场合。首先考察不动产场合,由于恶意第二受让人的行为在多数场合均构成侵权行为,因此其负有损害赔偿义务,根据德国民法典应返还标的物,这样无因性的不当扩大因受到相关法律的限制而仍不能保护第二受让人。3至于动产场合,前文已论及此种情况的悖理之处,在此不再重复。物权行为无因性的最后一项功能是减轻举证责任。
从物权行为无因性理论进入德国民法典的历史背景来考察,该理论是肩负摒弃不动产之实质审查主义的历史使命才于法律制度上确立来的。因为无因性理论使物权行为和债权行为在效力上相分离,于是不动产登记的审查范围就可仅限于物权变动本身,登记程序得以客观化和简便化,登记官员对私法交易的过分介入也被排除了。由此可见,在德国民法史上,物权行为无因性正是为了用来排除登记实质审查主义所带来的严重弊病才获得制定法之确立。4实际上,物权变动之客观化、明确化及随之而来的举证责任之减轻,严格而言系来自物权变动之公示方式——登记或交付所具有的功能,而不是来源于物权变动的无因构成。而物权行为无因性为登记实质主义奠定理论基础之后,已经可以功成身退,公示公信制度完全可以独立发挥减轻举证责任的作用。
经由以上考察可以发现,物权行为无因性的诸多“应有功能”与其“实有功能”之间产生了极大的分离,其“应有功能”绝大部分已被善意取得制度和公示公信制度所抽空,而残余部分也超出了交易安全保护的合理范围,甚至有鼓励不诚实交易的倾向,因此有违民法的根本宗旨。鉴于物权行为无因性的严重缺点,德国司法判例及学说理论不得不限制其适用范围,从而引发了“无因性的相对化”之趋势。依笔者观之,“无因性的相对化”实与取消无因性无异。例如“共同瑕疵说”提出物权行为与债权行为得因共同的瑕疵而致无效或撤销;“条件关联说”则主张当事人得以其意思表示物权行为之效力系于债权契约之存在,如果原因行为非合法有效,则物权行为不能成立。这两种学说形式不同但目的都是为了将物权行为的效力系于原因行为,在原因行为无效或被撤销时,物权行为也随之无效或被撤销。因此无因性的相对化实际上反映了取消无因性的趋势,这也是由无因性本身的致命缺陷所决定的。
物理理论论文范文第4篇
论文关键词：单相Na
1 引 言
单相多铁性材料是指同时表现出铁电性和铁磁性的单相化合物，多铁性材料不仅具有铁电性和铁磁性，而且铁电性与铁磁性之间存在磁电耦合效应，从而可能实现铁电性和铁磁性的相互调控[1]。然而自然界中具有室温铁磁性和铁电性的单相磁电材料很少，因为铁电性和磁性对过渡金属离子d 轨道的填充要求不同而导致这两种有序性相互排斥[2]。BiFeO3是一种典型的单相多铁材料，同时具有室温的反铁磁和铁电性质，其奈尔温度为380 oC，铁电居里温度为810 oC[3]物理论文，并且其化学掺杂体系有很多都具有室温的铁磁性和铁电性。此外，还有BiMnO3[4]，RMnO3[5]，RMn2O5[6](R: 稀土元素)，但是这些材料的多铁性质大多都在室温以下。最近，人们发现通过在铁电材料中掺入少量过渡金属可以获得室温单相多铁材料。Song等[7]用分子束外延法制备了Co掺杂LiNbO3薄膜，表现出室温铁磁性和铁电性。随后，Luo等[8,9]报道了Co掺杂BaTiO3和Co掺杂Ba0.5Sr0.5TiO3都表现出室温多铁性。
Na0.5Bi0.5TiO3 (BNT)是一种A 位复合取代的钙钛矿型结构的铁电材料，具有较高的居里温度点(320 oC)，相当大的剩余极化Pr= 38 C/cm2，介电常数小，烧结温度低等优点。使BNT基压电陶瓷的研究成为无铅压电陶瓷领域最具吸引力和最活跃的研究方向之一[10]。目前很多学者都在关注利用部分A 位取代来提高BNT材料的铁电性，而很少研究改性后BNT材料的磁性质。基于上述制备稀磁铁电体的思路，本文采用溶胶凝胶法成功制备了单相Na0.5Bi0.5Ti1-xMnxO3陶瓷，并系统研究了样品磁性和铁电性。
2 实验过程
用溶胶凝胶法制备了Na0.5Bi0.5Ti1-xMnxO3(x = 0, 0.02, 0.04) 多晶样品，所用原料为分析纯硝酸钠、硝酸锰、硝酸铋和钛酸四丁酯，以柠檬酸为螯合剂, 并保持金属阳离子和柠檬酸的摩尔比为1 : 1.5。按摩尔比称取钛酸四丁酯溶入柠檬酸水溶液中形成无色透明的溶液，在搅拌下依次把硝酸钠、硝酸锰、硝酸铋加入到溶液中, 形成无色的澄清溶液中国学术期刊网。然后在持续搅拌下滴加氨水溶液, 调节pH值到7左右, 溶液变成淡黄色。把配置好的溶液放在水浴箱中100 oC水浴3h，蒸发浓缩该溶液得到粘稠的凝胶。将凝胶于150 oC下烘6h, 得到蓬松脆性的棕褐色焦状物。将脆性焦状物研磨分散, 然后在550 oC预烧3h, 得到淡黄色的超细陶瓷粉体。在粉体中加入适量的粘结剂, 以20 MPa的压力干压成形得到生坯片, 再在1050 oC下烧结2h, 得到陶瓷样品。最后两面均匀涂上高温银浆，便于电学测试。
用X射线衍射仪(X'Pert PRO物理论文，荷兰)对陶瓷样品进行晶相分析；用综合物性测量系统(PPMS，美国)测量样品的磁性质；用多功能铁电测试仪(Precision Premier II，RT，美国)测量样品的铁电性能。
3 结果与讨论
3.1结构分析
图1 Na0.5Bi0.5Ti1-xMnxO3(x = 0, 0.02, 0.04) 陶瓷的XRD图谱
图1为Na0.5Bi0.5Ti1-xMnxO3(x = 0, 0.02, 0.04) 陶瓷的X射线衍射(XRD)谱。可以看出：制备的陶瓷样品均形成了单一的钙钛矿(ABO3)型结构。当Mn的掺杂量达到0.04时，仍然没有第二相的出现，表明Mn离子可以完全进入该体系陶瓷的晶格中。随着Mn含量的增加，XRD峰向右偏移，即向高角度方向移动，表明Mn离子以小离子半径的形式进入晶格，考虑到Mn3+ 和Mn4+ 离子半径分别是0.65 ?和0.53 ?，Ti4+离子半径为0.61 ?，因此可推断Mn离子以+4价的形式存在。
3.2磁性分析
图2 Na0.5Bi0.5Ti1-xMnxO3(x = 0.02, 0.04) 陶瓷的室温磁滞回线
图2为Na0.5Bi0.5Ti1-xMnxO3(x = 0.02, 0.04) 陶瓷的室温磁滞回线，从图中可以看出，掺杂量为0.02和0.04的样品均表现出室温铁磁性，其矫顽力分别为115和105 Oe。并且随着掺杂浓度的增大，样品的磁化强度增加，但是铁磁成分减少，顺磁或反铁磁成分增多。这表明，较大的Mn掺杂浓度不利于样品长程铁磁有序的形成，这种行为与Mn掺杂ZnO块材样品[11]报道的结果相似。
图3 Na0.5Bi0.5Ti0.98Mn0.02O3陶瓷(a) 磁化强度随温度变化曲线物理论文，插图内为磁化率倒数曲线；(b) 温度为10 K下磁滞回线
图3(a)为Na0.5Bi0.5Ti0.98Mn0.02O3样品在外加磁场1000 Oe下测量的磁化强度随温度的变化曲线。从图中可以看出，样品的磁化强度随着温度的降低而单调增加，表现出很强的顺磁性行为。图3(b)为样品在10 K时测量的磁滞回线，没有发现有铁磁性。这表明在样品中仅有很少一部分Mn离子之间的耦合作用为铁磁耦合，其它的Mn离子没有形成铁磁耦合。为进一步澄清样品中的磁相互作用，我们在插图中给出了磁化率倒数曲线，并采用Curie Weiss定律对磁化曲线进行外推处理，得到居里－外斯温度为 0 = ?220 K。居里外斯温度 0为负值这就表明样品中存在很强的反铁磁作用。因此，样品中的Mn离子存在三种相互作用：很少一部分Mn离子形成铁磁耦合，一部分Mn离子形成反铁磁耦合，其它的Mn离子表现为顺磁性行为。
在将实验观察到的室温铁磁性归因于Na0.5Bi0.5Ti1-xMnxO3 稀磁铁电体的本征行为之前，首先要排除第二相的存在对铁磁性贡献的可能。在锰的相关氧化物中，大部分氧化物为反铁磁性物质，如：MnO、Mn2O3和 MnO2它们的反铁磁奈尔温度对应为116,76和84 K，它们对室温下的铁磁性毫无贡献。只有Mn3O4和BiMnO3是铁磁性的物质，对应的居里温度为43 和100 K，然而我们在XRD中并没有观察到其对应的第二相；从磁性角度看，在对应的转变温度附近并没有观察到相应的磁转变，它们的存在也不能对室温铁磁性给出合理的解释。因此，我们将室温铁磁性归因于本征稀磁结构的属性。
我们根据Coey等人[12]提出的浅杂质缺陷诱导铁磁性模型对我们的实验结果做出定性的解释。在Na0.5Bi0.5Ti1-xMnxO3样品中Mn离子之间的相互作用与氧空位的浓度以及它的分布存在密切的关系物理论文，最终导致Mn离子之间的磁相互作用有以下三种：（a）在样品的颗粒表面，由于无序效应，存在大量的氧空位，当氧空位的浓度足够高时，Mn离子可以与氧空位形成束缚磁极化子，束缚磁极化子之间发生交叠，可诱导铁磁相互作用中国学术期刊网。（b）在颗粒内部，氧空位的浓度远低于颗粒表面，此时氧空位的浓度低于渗流阈值，因此不能形成磁极化子，当Mn离子之间的距离缩短，它们之间可以通过氧离子作为媒介形成反铁磁耦合。（c）当Mn离子之间的距离较大，氧空位的浓度较低时，Mn离子自旋表现为顺磁性离子。以上三种相互作用的竞争和叠加行为，最终决定了样品在不同掺杂浓度的磁化行为。当掺杂浓度较低时，Mn离子之间通过氧空位调制可以形成铁磁耦合，当掺杂浓度增加时，Mn离子之间距离减小，容易形成Mn团簇，Mn团簇的形成会导致近邻间反铁磁耦合作用物理论文，反铁磁作用会抑制铁磁性，从而导致铁磁性消弱。
3.3铁电性分析
图4为Na0.5Bi0.5Ti1-xMnxO3(x = 0, 0.02, 0.04) 陶瓷的室温电滞回线，测试频率为10 Hz。明显的回线形状说明样品都具有室温铁电性。其中，在40 kV/cm的电场下，剩余极化(2Pr)分别为18.4,18.8 和19.2 C/cm2；矫顽场(2Ec)分别为52,36 和42kV/cm。可以看出，随着Mn含量的增加，剩余极化单调增加，而矫顽场先降低后稍微增大。表明Mn的引入使铁电性能得到增强。这可能是因为掺杂样品中Mn离子主要表现为反铁磁或顺磁相互作用，使得掺杂样品的电阻增大，从而导致漏电流减小，铁电性增强。
图4 Na0.5Bi0.5Ti1-xMnxO3(x = 0, 0.02, 0.04) 陶瓷的室温电滞回线
4 结 论
用溶胶凝胶法成功合成了具有室温多铁性的单相多晶Na0.5Bi0.5Ti1-xMnxO3(x = 0.02, 0.04) 陶瓷。这些样品中存在复杂的磁相互作用，包括铁磁，反铁磁和顺磁相互作用。我们认为样品的磁性是本征行为而非来源于第二相，并且可以用浅杂质缺陷诱导铁磁性模型对我们的实验结果做出定性的解释。实验结果表明，通过在纯铁电材料中掺入少量过渡金属可以获得室温单相多铁材料。
参考文献
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[10]Y. M. Li, W. Chen, Q. Xu, et al., Mater. Lett., 59(2005), 1361.
[11]P. Sharma, A. Gupta, K. V.Rao, et al., Nat. Mater.,2(2003), 673.
[12]J. M. D. Coey, M.Venkatesan, C. B. Fitzgerald, et al., Nat. Mater., 4(2005),173.
物理理论论文范文第5篇
从可供选择的宽广领域中为中学物理课程选择合适的内容，对教师和学校来说都不是一件容易的事。深度和广度，学生的兴趣和经历，师资力量等这些都需要加以考虑，对许多学生来说，中学物理课程可能是他们接受物理学正规训练的唯一机会。对另外一些学生来说，中学物理课程给他们打下一个基础，以备今后进一步深造。于是，课程所提供的准备是否充分，便引起学生和家长以及高等院校的密切关注。一些州关注课程的内容并提供大纲，以便有助于对学校进行指导。
但是，说到底，这种选择必须由任课教师来做，因为他们了解自己的学生和社区，了解学校情况，尤其是了解不同的课题对学习的重要性。
二、概述
在“初级物理”这个题目下有很多知识。在一学年内无法把它们学好。初任教的老师应该特别注意不要试图教太多的课题。教好少数课题比了解物理学的概况更为可取，那么教师应当怎样选择课程内容呢？也就是哪些课题应该教给学生呢？
首先我们将考虑作为一门科学和作为一种活动的物理学的范围。展现在师生面前可供考虑的课题范围是极其广泛的，但选择时要注意以下问题。
虽然过分狭窄和专业性不是中学物理应该具有的特征，但是，在选择适合于中学不同学生所需要的课题时，理解要比单纯知道更重要。应该让学生学会一些必要的课题。还需要考虑教学目标和希望学生获得哪些能力。
三、可供选择的广泛领域
物理学的范围十分广阔，其中大量课题应该包括在中学课程之中。
1．物理学作为自然科学的重要基础，从时间上来说，可以从当前一直追溯到“大爆炸”的时刻。
2．物理学的研究范围很广，但它是由贯穿其中的一些基本观念联系起来的。
物理学的普遍原理使它和谐、有力而且具有物理美。
3．物理学是当代人们所热烈追求的一项事业，前沿正在扩展，物理学正在发展之中。
4．物理学的研究方法在很大程度上能有效地发展其它自然科学。提出关于自然界的问题，并用不同的方法得到解答。应该让人们知道，“物理学家的方法”在科学研究中具有代表性。
5．物理学不是工程学，物理学在工程中的应用以及在医学和其它许多领域中的应用，将被那些理解物理学基本原理的人们所关注。
6．物理学的应用之一是解释自然现象，这真是很吸引人的一个方面。例如，日落时为什么是红色？天空为什么是蓝色？鸟如何知道飞行路线？为什么海浪总是拍岸？
7．还有一些物理学在技术上的应用导致人们关注某些社会政策，如核电站、核废料处理、空间计划、能源、环境保护以及国防等。
这些课题应该有足够的数量，以便能体现物理学的广泛程度。但也不能太多，致使对每一课题的讲授都不充分。在整个课程中，应该强调那些基本原理，以及把物理学各个分支联系在一起的那些观念。应该使中学生感受到物理是一门发展中的科学，是最引人入胜的当代科学前沿之一。其次，通过学习物理，学生应该知道物理学家如何提出有关自然的问题并给出解答，从而勾画出宇宙的情景，学生应该学习如何提出类似的问题。最后，关于物理学基本原理在技术和日常生活中的应用，如果引用得当，会增加多数学生和教师对物理课的兴趣。
所有这些，说起来容易，做起来并不容易。企图讲述过多的课题将会流于肤浅，这是在基础科学的初级课程中容易犯的毛玻另一方面，过分集中少数课题会使本来应有多方面才华的学生成为“少年专家”，同时把一些本来会对广泛的课题有兴趣的学生排斥在外。物理学在日常生活中。在技术中、在相关科学中的应用，会使物理课生动活泼。然而，过多地引用技术实例，在教学中可能忽略这一点：应用是结在科学之树上的果实，而不是树本身。
四、课题少而精，则学习效果好
首先，要说几句关于物理课程的“覆盖面”问题。一些课本，由于其内容包罗万象，有时会误导新教师，为了满足不同教师和不同学生的不同兴趣，课本所包含的课题比作者打算在任何一个年级所讨论的要多。物理教师与其肤浅地覆盖许多课题，不如处理好较少的课题。这一点在几十年前举行的称之为“美国物理教师协会”（AAPT）的会议上已经提到过。
由很多知识组成的物理学，目前它的范围更加广泛，在初级课程中不可能充分普遍地加以覆盖。教师不应该牺牲深度和理解程度，百科全书式地包容过多的课题。
1．动量守恒；2．质量和能量守恒；3．电荷守恒；4．波动；5．场；6．物质的分子结构；7．原子结构。
这7方面的原理和概念勾画出最低限度的内容。
应当指出：诸如牛顿运动定律这样一些课题，通常应该在讲述初等水平的能量守恒和动量守恒原理的发展过程时加以讨论。
1956年以来，物理学已经向前发展，因此关于现代物理（基础物理在粒子物理、固体物理、相对论和宇宙学中的简单应用）的介绍现在也适合于中学物理课程。
五、应当教授某些技能
中学物理课的一个极其重要的方面是使学生获得一定的能力。下面举例说明应该培养的某些技能。
1．识别所观察到的现象中的变量。
2．整理观察到的信息（例如，观察和记录电流改变时导体上的电压）。
3．会处理信息，以便研究找出关系（例如，作出电压与电流的关系图线）。
4．会解释用图线表示的信息。
5．学习“问题解决”。
6．会根据简化的假设粗略地进行估算。
7．会把空间信息转化成其它形式（例如，理解实际电路与电路图的关系）。
学生获得这些技能，需要多次反复和实践，只有反复注意其应用，才能获得技能。应该在学生学习力学、光学、热学、电磁学、波动、近代物理等知识时，学习和利用这些技能。稳步地发展这些技能是物理课程的一项根本任务。
六、课本的内容
学生学习物理在课本上花费的时间要比做实验多，也比同物理教师接触的时间多。因而必须认真选择课本，以适应师生的需要。
在选择课本时，应该考虑哪些标准呢？课本中应该包含哪些内容呢？在AAPT领导下的物理教师小组认为，评价中学物理课本有下述7项主要标准：1．内容（题材的正确性和合适程度）；2．程度（讲述适合于中学学生）；3．可读性（课本易于学习）；4．外观（看起来吸引人）；5．科学（把物理学展示为发展中的知识）；6．社会问题（认识到物理学对社会的影响）；7．作业（给学生的附加作业，材料合适）。
基于这些标准，教师小组评价了14种使用比较普遍的中学物理课本。
同一小组分析了这些课本的内容，认为主要课题的分布如下：1．测量：导论，数学技能，误差，实际测量，SI单位制。
2．力学：平衡状态，动力学，牛顿运动定律，万有引力，动量，能和功。
3．分子物理：量热学，分子动力论，气体定律，热力学。
4．波动：在弹簧和发波水槽中的机械波，声学。
5．光学：光的波动说，光线，镜和透镜，衍射和干涉，偏振。
6．电磁学：静电学，简单电路，静磁学，电场和磁场，磁力，电磁感应。
7．量子物理：光电效应，氢原子能级，原子光谱，核结构，放射性，核能。
此外，一些课本还涉及如下课题：电磁波，相对论，能源，物理学史和（或）天文学史，流体力学，电子技术，固体物理，天体物理，交流电路等。随着物理学的发展，课本也必须改变。在美国促进科学协会（AAS）领导下的教师小组审查课本的标准包括：内容的通用性；内容的正确性；内容的范围；科学的结构和方法；编排和连贯性；易于理解。
七、考试的内容
某些广泛应用的物理考试，从它的考试范围透露出一种课程内容的线索，因而许多物理教师认为它很重要。它对选择物理课程内容多少具有指导作用。然而，当作分析和选择课程内容的文件，它不具有绝对标准，应该慎重对待。
国家科学教师协会的初级物理考试，以其自身的权威而博得人们的关注。通过研究，发现考试的主要课题及其在试题总数中所占的百分比如下：力学30％热学和分子动力学10％电磁学25％波动、光学和声学20％现代物理学15％.
八、大纲
大纲以提纲的形式列举出所要讨论的课题，并指出课题间的关系以及与课程目标的关系。有经验的物理教师通常要正式地或非正式地编制自己“个人的”大纲。由州教育部门或地区性的学校系统制订的大纲，在选择内容方面也为教师提供了指导。在一些州，课程委员会当前正致力于编制或修订具有不同目标的物理大纲。
物理大纲既有有利的方面，也有不利的方面。有利的方面是：它为物理教育规定了目标，它反映物理学家和教育学家双方的思想，可以在学年之初这个关键时刻对物理新教师给予指导，不利的方面是：大纲趋向于“冻结”教学模式，并限制选择教学内容。教师常常感到，不得不刻板地执行大纲中提出的建议，从而受到束缚，而且不能去试验新的教学方法，任何大纲都应该留有适当的余地，以便有经验的教师能发展他们自己的物理课程。
大纲是关于课题和课时的初步安排。随着课程的进行以及学生的能力和兴趣逐渐显露，教师应当保持主动，以调整顺序和进度，调整能力要求和教学程度，在一年之内，要覆盖每个主要物理领域中的一些部分，这虽然是人们所希望的，但许多有经验的教师发现这是做不到的。他们相信，发展学生的信心和能力更为重要。某些重要问题应该提出来并给予回答：1．贯穿每个学期的最重要的内容和能力是什么？就如同多数课本所编写的那样，教师可以确定牛顿定律、牛顿定律的历史发展和应用是第一学期的中心内容。
或者还可以把守恒定律（能量守恒、线动量守恒、角动量守恒）作为重点。一旦能够决定一学期所学的内容，就可以相应地做出每周和每天的进度表。
2．可以删去大纲中的哪些课题，教师应当认真地阅读课题目录，并认真选定删减对象。此后，随着学期的进展，在课程进行中要不断地与计划（大纲）相对比，而不要等到课程的最后几周再这样做。
3．大纲期望学生能记住什么？是否使学生确信他们能学习物理，并对物理增加了（或具有了）兴趣？
九、新课程
物理学是一门生气勃勃的学科，新近观察到的现象不断丰富着它的内容，处理熟悉的和新的现象的模型不断在改变，而且，应用物理学不断诵现。物理课程的内容不能固定不变。
其实，当代的中学物理教师已经感觉到有必要不断重新审视和思考课程的内容，这是令人鼓舞的趋势。相当数量的教师正基于自己的观点设计新课程，他们想的是如何把变化中的物理内容组织起来，以适应教学目标，并提供更好的课程以适应学生不同的需要。
下面简短介绍几个学区的课程实例。
下默里安（宾夕法尼亚州）中学物理大纲。这个大纲提供了一个以学生活动为中心的计划。这种活动可以使学生重视并提高自己学习物理和数学的能力，渐渐成为一名合格的科学实践者，物理教师的基本信条是：学出兴趣，而不是“学完大纲”。
