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物理学概览 物理学是研究宇宙间物质存在的基本形式、性质、运动和转化、内部结构等方面，从而认识这些结构的组成元素及其相互作用、运动和转化的基本规律的科学。 物理学的各分支学科是按物质的不同存在形式和不同运动形式划分的。人对自然界的认识来自于实践，随着实践的扩展和深入，物理学的内容也在不断扩展和深入。 随着物理学各分支学科的发展，人们发现物质的不同存在形式和不同运动形式之间存在着联系，于是各分支学科之间开始互相渗透。物理学也逐步发展成为各分支学科彼此密切联系的统一整体。 物理学家力图寻找一切物理现象的基本规律，从而统一地理解一切物理现象。这种努力虽然逐步有所进展，但现在离实现这—目标还很遥远。看来人们对客观世界的探索、研究是无穷无尽的。经典力学 经典力学是研究宏观物体做低速机械运动的现象和规律的学科。宏观是相对于原子等微观粒子而言的；低速是相对于光速而言的。物体的空间位置随时间变化称为机械运动。人们日常生活直接接触到的并首先加以研究的都是宏观低速的机械运动。 自远古以来，由于农业生产需要确定季节，人们就进行天文观察。16世纪后期，人们对行星绕太阳的运动进行了详细、精密的观察。17世纪开普勒从这些观察结果中总结出了行星绕日运动的三条经验规律。差不多在同一时期，伽利略进行了落体和抛物体的实验研究，从而提出关于机械运动现象的初步理论。 牛顿深入研究了这些经验规律和初步的现象性理论，发现了宏观低速机械运动的基本规律，为经典力学奠定了基础。亚当斯根据对天王星的详细天文观察，并根据牛顿的理论，预言了海王星的存在，以后果然在天文观察中发现了海王星。于是牛顿所提出的力学定律和万有引力定律被普遍接受了。 经典力学中的基本物理量是质点的空间坐标和动量：一个力学系统在某一时刻的状态，由它的某一个质点在这一时刻的空间坐标和动量表示。对于一个不受外界影响，也不影响外界，不包含其他运动形式(如热运动、电磁运动等)的力学系统来说，它的总机械能就是每一个质点的空间坐标和动量的函数，其状态随时间的变化由总能量决定。 在经典力学中，力学系统的总能量和总动量有特别重要的意义。物理学的发展表明，任何一个孤立的物理系统，无论怎样变化，其总能量和总动量数值是不变的。这种守恒性质的适用范围已经远远超出了经典力学的范围，现在还没有发现它们的局限性。 早在19世纪，经典力学就已经成为物理学中十分成熟的分支学科，它包含了丰富的内容。例如：质点力学、刚体力学、分析力学、弹性力学、塑性力学、流体力学等。经典力学的应用范围，涉及到能源、航空、航天、机械、建筑、水利、矿山建设直到安全防护等各个领域。当然，工程技术问题常常是综合性的问题，还需要许多学科进行综合研究，才能完全解决。 机械运动中，很普遍的一种运动形式就是振动和波动。声学就是研究这种运动的产生、传播、转化和吸收的分支学科。人们通过声波传递信息，有许多物体不易为光波和电磁波透过，却能为声波透过；频率非常低的声波能在大气和海洋中传播到遥远的地方，因此能迅速传递地球上任何地方发生的地震、火山爆发或核爆炸的信息；频率很高的声波和声表面波已经用于固体的研究、微波技术、医疗诊断等领域；非常强的声波已经用于工业加工等。热学、热力学和经典统计力学 热学是研究热的产生和传导，研究物质处于热状态下的性质及其变化的学科。人们很早就有冷热的概念。对于热现象的研究逐步澄清了关于热的一些模糊概念(例如区分了温度和热量)，并在此基础上开始探索热现象的本质和普遍规律。关于热现象的普遍规律的研究称为热力学。到19世纪，热力学已趋于成熟。 物体有内部运动，因此就有内部能量。19世纪的系统实验研究证明：热是物体内部无序运动的表现，称为内能，以前称作热能。19世纪中期，焦耳等人用实验确定了热量和功之间的定量关系，从而建立了热力学第一定律：宏观机械运动的能量与内能可以互相转化。就一个孤立的物理系统来说，不论能量形式怎样相互转化，总的能量的数值是不变的，因此热力学第一定律就是能量守恒与转换定律的一种表现。 在卡诺研究结果的基础上，克劳修斯等科学家提出了热力学第二定律，表达了宏观非平衡过程的不可逆性。例如：一个孤立的物体，其内部各处的温度不尽相同，那么热就从温度较高的地方流向温度较低的地方，最后达到各处温度都相同的状态，也就是热平衡的状态。相反的过程是不可能的，即这个孤立的、内部各处温度都相等的物体，不可能自动回到各处温度不相同的状态。应用熵的概念，还可以把热力学第二定律表达为：一个孤立的物理系统的熵不会着时间的流逝而减少，只能增加或保持不变。当熵达到最大值时，物理系统就处于热平衡状态。 深入研究热现象的本质，就产生了统计力学。统计力学应用数学中统计分析的方法，研究大量粒子的平均行为。统计力学根据物质的微观组成和相互作用，研究由大量粒子组成的宏观物体的性质和行为的统计规律，是理论物理的一个重要分支。 非平衡统计力学所研究的问题复杂，直到20世纪中期以后才取得了比较大的进展。对于一个包含有大量粒子的宏观物理系统来说，系统处于无序状态的几率超过了处于有序状态的几率。孤立物理系统总是从比较有序的状态趋向比较无序的状态，在热力学中，这就相应于熵的增加。 处于平衡状态附近的非平衡系统的主要趋向是向平衡状态过渡。平衡态附近的主要非平衡过程是弛豫、输运和涨落，这方面的理论逐步发展，已趋于成熟。近20～30年来人们对于远离平衡态的物理系统，如耗散结构等进行了广泛的研究，取得了很大的进展，但还有很多问题等待解决。 在一定时期内，人们对客观世界的认识总是有局限性的，认识到的只是相对的真理，经典力学和以经典力学为基础的经典统计力学也是这样。经典力学应用于原子、分子以及宏观物体的微观结构时，其局限性就显示出来，因而发展了量子力学。与之相应，经典统计力学也发展成为以量子力学为基础的量子统计力学。
您的当前位置是:首页>>物理频道>>物理教学方法&教学论文指导学生撰写物理小论文 河南沈丘县纸店镇一中（466315）阎国文 著名的科学有茅以升曾经说过：“小发明孕育着大发明，小论文是大论文的序言。”开展“两小”活动，使青少年从小受到爱科学、学科学、用科学的思想教育，为他们将来从事祖国的四化建设、进行科技攻关打下良好的基础，其意义深远而重大。 从1988年起，我们从提高物理教学质量出发，把“小论文”活动作为主要的第二课堂内容来抓，有力地促进了课堂教学目标的实施和教学改革的进展，成效初见，现谈几点体会。 1．激趣 兴趣是学好一门学科的关键，学生在乐中学、学中乐，到乐于学，直至参与学习。无疑会产生积极的学习动机，促进学习的成功，我们从初二开始，在鼓励学生勤思考、勤观察、多实验的同时，引导学生写观察日记、调查报告、学习总结、问题讨论之类的小品文，让学生把观察到的物理现象和物理过程记录下来，认真讨论，形成书面文字。尽管学生在开始时遇到的困难很多，大部分学生还是能够认真地围绕自己的观察、实验提出自己的观点，找出解决问题的依据，作出近于完善的说理、论证，形成的文字初具小论文的特点。 在学完“重力”一节后，我们曾布置了一道：“假如没有重力”的论题，让学生通过联想完成一篇小论文。大部分学生都能设想出物体在失重状态下的奇妙情景。一位学生在小论文中写道：“假如没有重力，地球周围的一切事物都要发生根本的变化，江河无流水，我们再也看不到蔚蓝的天空，地面上既无高楼大厦，又无铁路桥梁，也无工厂、学校；人在空中漂浮荡漾，飞机不能降落，卫星不能返回地面，……人和动物在地面上将失去生息繁衍的场所，……很难想象，我们周围的世界是何等的状况。重力给我们创造了富丽美好的生活环境，提供了学习、生活、劳动的方便……。”学生把自己的小论文交给老师审阅，与同学互相交流，丰富了想象力，增强了兴趣感，而且学好物理的信心倍增。 2．励志 许多学生在小论文活动中，通过观察、实验、分析、推理，不断地发现问题、提出论点，为解决问题努力寻找论证的依据和方法、途径。一位学生在观察平面镜成像时，偶而发现物体在玻璃平面镜中形成“叠影”（两个像）的现象，十分好奇，便提出了“物体在一个平面镜中不一定形成一个像”的看法，引起老师的关注。在老师的鼓励下，他进一步发现，这两个像，一个清晰，一个模糊；清晰的像离物体较远，模糊的像离物体较近；当物体离平面镜较远时，这两个像几乎是重合的。老师表扬了他的重大发现，再次鼓励他用学过的光学知识作出论证。他终于借助几何光路图，综合运用了光的反射和折射规律，圆满解决了这个问题，如图1所示，“叠影”现象跟镜面具有一定厚度有关。通常研究平面镜成像问题时，是不考虑平面镜玻璃厚度的。学生在小论文的完成过程中，态度严肃认真，真的像从事科学研究一样，无疑，这对于培养他们严谨、求实的科学态度和不怕困难的进取精神是大有帮助的。 3．增知 学生在小论文活动中，从提出论点，到找出论据，直至作出论证，需要认真地动脑、动手。从而养成了良好的学习习惯。遇事不会轻易放过一个：“为什么”，总要问个究竟，搞个明白。对学习的要求不再是一知半解地囫囵吞枣，而是自觉地使自己从被动学习变成参与和掌握学习。例如一名学生在学完“热学”内容后，以温度、热量、热能概念为主线，找出了类似于“物体吸热，温度不一定升高”等系列问题。还有一名学生在“重心”的问题上，敢于质疑，越出教材范围，以充分的“论据”提出了“重心不一定在物体上”的论点，进而指出在解决“重力图示”中，“重心不在物体上，不能完成“力图”的问题，从而拓宽了知识视野。 4．拓智 学习的兴趣、热情、动机、意志等非智力因素的发展，对于学生的智力水平的提高将会起到积极的影响作用。学生在小论文活动中，通过思、辨、论证的训练，头脑越来越清醒、灵活，对问题的反应越机敏，往往表现为打破常规思维解决问题。一名学生在研究测量空瓶容积问题时，根据“等量替代”的原理，想出了用“倒置法”测量液体上方的不规则空间容积的测量方法，如图2（a）、（b）。还有一名学生提出了用天平称量碎玻璃面积的方法。不同寻常的思维，反映出学生的智力水平的新发展。5．益能 学生在小论文活动中，不断发现新问题，找到解决问题的新方法，不断地总结出适合自己而又行之有效的学习方法，较好地发挥其主观能动性。 学生通过撰写小论文的训练，不仅学习能力大有提高，而且把学到的物理知识联系和应用到本地工农业生产实际。几年来，我校有十几名学生的数十篇物理小论文发表在中学生报刊杂志上，或取得全国小论文评比的名次。
教学是教师的教与学生的学的统一，教学相长。因此，物理教学中课堂活动的设计要立足于发展，包括学生的发展和教师的发展两个方面。首先，教师要转变教学观念，立足于以“以学生的发展为本”来设计活动，帮助学生实现两方面的发展：一方面是对知识的发展，表现在学生自主参与类似科学家的学习活动，获得亲自体验。通过思辨，畅想，感悟等个性化的探索之路，逐步形成新思想，新观点，得出新的结论。另一方面是方法和能力的发展，其表现为自主探索，动手实践，从而发现新的方法，在探索的过程中形成能力，为他们的终身学习和发展奠定基础。这样的学生才能与时俱进。对教师而言，在课堂活动中，师生相互交流，彼此形成一个“学习共同体”，学生的活动离不开教师的合作，引导和参与，而学生富有个性化的创造思维，也必然促进了教师视野的开阔，思维的拓展，观念的变化，知识的更新。
物理是一门历史悠久的自然学科。随着科技的发展，社会的进步，物理已渗入到人类生活的各个领域；物理学存在于物理学家的身边；物理学也存在于同学们身边；在学习中，同学们要树立科学意识，大处着眼，小处着手，经历观察、思考、实践、创新等活动，逐步掌握科学的学习方法，训练科学的思维方式，不久你就会拥有科学家的头脑，为自己今后惊叹不已的发展，为今后美好的生活打下扎实的基础。关键词：物理渗入人类生活各个领域存在物理学家同学们身边科学意识
