物理学论文范文

2022-05-09

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第一篇:物理学论文范文

物理实验在物理学中的作用

摘要 本文通过对古今中外物理学发展历史的快慢及各国科技在不同历史时期水平高低及其相对时间里对物理实验的重视程度和态度的思考,并通过对历史中一些重要实验的论述,总结出物理实验在物理学中的作用。

1.引言

加速器高能物理已经有50多年的历史了,西欧起步比美国要晚几年,而且人力物力等又在二战中受到严重破坏。因此,在头十年,西欧要比美国落后的多。但后来,西欧的工作方向和方法对头,加速器选得对,造的快,选得好;重大物理问题选得对,解决的快,解决的好!所以,西欧显得领先了。为什么呢?我想西欧有良好的物理系统,尤其是好的科学实验传统。这些传统都是经过三、四百年来长期培植出来的。如果说西欧是物理学的主要发祥地和成长的地方,并不算夸大。

2.实验是物理学理论基础,实验检验真理,判定理论的适用范围

物理学的研究方法通常是在实验的基础上,对物理现象进行分析、抽象和概括,从而建立物理定律,进而形成物理理论。人们根据科学实验的结果,在一定的局限范围内,提出科学理论,再回到实践中去去检验,如果出现了新的实验事实和这个定律相违背,那么便需要修正原有的物理定律与物理理论,通过实践又提出新的理论,进行新的认识,如此反复,促进了科学的发展。因此,科学实验是科学理论的源泉,是自然科学的根本,同时,科学理论对实验起着指导作用。

理论有一定的适用范围,这个范围往往也要由实验来确定。例如。玻意耳-马略特定律只适用与理想气体,因为雷尼奥的实验证明当气体压强增大时,PV值偏离常数。塞曼效应固然为洛仑兹电子论提供了用武之地,用这个理论从塞曼的观测推算出了带电微粒的核质比,与几个月后 汤姆生的阴极射线磁偏转所得结果,数量级正好吻合,从而肯定了洛仑兹电子论。但是,不久证实塞曼效应还有大量的反常现象,即所谓的反常塞曼效应,却得不到经典理论的解释,甚至玻尔的定态跃迁原子模型理论也无能为力。这个疑难曾捆扰了物理学家达二十余年,直到1924年泡利还在为之苦恼。

理论和实验是物理学的两个组成部分,缺少哪一方面都是不可思议的。有句名言说的好:“没有实验,理论是空洞的;没有理论,实验是盲目的。”理论和实验之间是相辅相成的辨证关系。强调实验的作用,丝毫不意味着贬低理论的地位。

3.实验测定常数

常数在物理学中有重要意义。物理学研究的是“物”,这就会遇到许多与物质性质有关的量,量与量之间存在函数关系,在函数关系中必然会有一系列常数。例如:导热系数、比热、电阻率、电阻温度系数、折射率等等。确定这些常数要靠实验。这些常数在一定条件下会随某一因素改变,也要靠实验来测量这一类叫物质常数。

另有一类常数叫基本常数。它是物理学领域中的一些普适常量,于物质无关。例如:真空中的光速、基本电荷、电子的核质比、普朗克常数、里德伯常数、精细结构常数等等。基本物理常数是理论计算和实际应用中不可缺少的依据。

4.实验发现新事实,探索新规律。实验上的发现为物理学开辟了新天地,推广了物理知识的应用。

在电学方面事例很多,库仑定律的建立、欧姆定律的建立、伽伐尼和伏打发现动物电和化学电源、法拉第发现电解定律和电磁感应定律,无一不是通过大量实验做出的。

19世纪末,经典物理学发展到了相当完善的地步,人们纷纷认为物理学已经发展到了极点,以后只是把常数测的准些,向小数点后面再推进而已。然而,正是实验的新发现打破了沉闷的空气,揭示了经典物理学的严重不足。在19、20世纪之交的年代里,x射线、放射性和电子的发现接踵而至,开拓了新的领域,物理学孕育着一场新的伟大革命。

历史上每次重大的技术革命,大都起源与物理学的发展。热力学、分子物理学的发展,使人类进入了蒸汽机时代;电磁学的发展,使人类跨入了电气化时代;原子物理学、量子力学的发展,促进了半导体、原子核、激光、电子计算机等新技术的迅猛发展。

总之,理论基础、提供事实、验证理论、测定常数、推广应用这五个方面基本上概括了实验在物理学中的作用。

作者:李吉照

第二篇:中学物理教师与物理学前沿

摘 要:各国对教育的改革与发展都给予了极大的关注,谁掌握了21世纪的教育,谁就在未来的信息社会及国际竞争中取得主动权。

关键词:物理 教育 改革

当今科学技术正在迅速发展,知识经济已初见端倪,世界各国之间的竞争也日趋激烈,为此,各国对教育的改革与发展都给予了极大的关注。谁掌握了21世纪的教育,谁就在未来的信息社会及国际竞争中取得主动权。面对新形势,实施素质教育,尤其是物理教学现代化已成了时代的要求。与这种现代化要求相伴随的是中学物理教师必须把握物理学前沿的脉搏。为了能与物理学前沿接轨,中学物理教师该怎么办呢?本文就这一问题谈一点浅见。

一、中学物理教师应更新教育思想,树立全新的教育理念

目前,全国各地正在进行着轰轰烈烈的教育改革,即从传统的应试教育转变到素质教育上来,但这种改革的步伐缓慢,实质性的进展不明显,究其原因是多方面的,但教育思想严重滞后,对于传统的教育观念、教学内容、教学手段、教学方法偏爱至深,形成了一种强大的传统惯性,以至难以转向,不能不说是主要的原因之一。

我国中学物理教学传统的讲课风格是细嚼慢咽式的,教师把知识组织得井井有条,滴水不漏,对课程内容的每一个细节都作详尽的解说,对学生可能出现的问题一一予以告诫,久而久之,学生养成了唯书、唯师的学习习惯,缺乏创造的热情和竞争的态势。同样,我国的中学物理教师长期在统一的教学大纲,统一的教材,统一的考纲,统一的考试下,已习惯于把自己的思想和兴趣局限于这统一的框架内。教师的创造性逐渐地被磨灭,多数教师不敢轻易地将有争议的尚未定论的或正处于发展之中的科技新成就,科学新思想介绍给学生,将物理学的前沿知识排斥于教育之外。在这样的物理教育思想指导下,只让中学生了解物理学的昨天,而不懂得重要的是应让中学生知道物理学的今天,更不会让他们去探索物理学的明天。出现这一系列现象的根源是陈旧的教育观念。

教育部长陈至立最近强调:必须转变教育只为分数服务的目标观,树立教育为提高人民素质,为社会主义现代化服务的目标观。我们的中学物理教学一定要给学生日后接受各种新观念、新思想作好铺垫,而不能将中学物理讲得太“绝对”,太“确定”,太“线性”。应当让中学生体验到物理学是一门发展中的科学,是现代前沿科学中最为激励人心的学科之一。这就要求我们每个中学物理教师不盲从权威,不迷信教条,敢于大胆想象,大胆创新。同时,我们必须要对物理学现代进展的各个前沿领域,如超导技术、同步辐射、遥感技术、核磁共振、可燃冰、新材料、纳米技术等,有概括的清晰的了解。中学物理教师应树立全新的教育理念。

二、中学物理教师应补充新知识,提高自身的文化素养

 由于历史的原因,目前绝大多数的中学物理教师是狭窄的专业模式中培养出来的,教师在大学时代学习的知识很多已经陈旧、过时,如果试图靠吃老本,那是绝对行不通的。现代社会青少年学生的知识信息来源非常广泛,各种渠道的信息扩大了学生的知识面,但也给他们带来了各种新问题,他们希望从教师那里找到正确答案。“要想给学生一杯水,教师就得有一桶水”。

20世纪的物理学已取得的成就是极其辉煌的。时至今日,物理学仍是一门充满生机和活力的学科,它的创造性进展仍日新月异,整个物理学,在21世纪将有一个更加辉煌的发展。

 三、中学物理教师应掌握现代教育技术,改进物理教学方法

从传播学的角度看,教育是凭借一定的媒体与相应的教学方法与手段才能进行的活动。我国传统的教学方法与手段以传授知识为主,强调以课本、课堂、教师为中心,运用灌输式、一言堂的教学方法,使用黑板加粉笔的教学手段,这种现象对目前教学改革的进一步深化将成为“瓶颈”因素,严重地制约与阻碍了教学改革的深入。现代教育技术的发展,特别是多媒体教学、远程教育、网络教育的发展,突破了时间与空间的限制,极大地方便了中学物理教学,使中学物理知识与现代物理学的前沿知识更能有机地联系起来。

当然,现代教育技术绝不是强加在传统教育体系上的一堆仪器,也不是传统程序上的增添或扩大一些什么东西,只有当教育技术真正统一到整个教育体系中去的时候,只有当教育技术促使我们重新考虑和革新这个体系的时候,现代教育技术才具有价值,否则现代教育技术将无用武之地。诚然,现代教育技术能否成功地为中学物理教育服务,关键在于教师要学会对媒体的使用,并熟练运用现代教育技术的理论和方法指导教学活动及整个学习过程进行优化设计,促成有效学习发生在每个学生身上,这对中学物理教师掌握信息技术的水平提出了新的要求,为此,中学物理教师必须紧跟时代发展的步伐,了解物理学近代发展的前沿领域。

 四、中学物理教师应积极参与物理教育科学研究

 要提高广大中学物理教师的业务水平素质,必须进行教育科学研究,物理学的现代进展将为中学物理教师科学研究提供宽广的研究领域。用现代的观点来重新审视中学物理的概念、原理、规律、观点是否过时,各规律的相对位置是否发生了变化,在中学物理各部分内容的讲授中如何渗透现代物理知识等都是值得深入研究的。也许有的教师会认为现代物理学发展的前沿与我们相距遥远,把它们介绍给中学生更不现实,但事实并非如此。

结合各学科的特点分析,物理教学理应走在创新教育的前列,这就要求我们每一位中学物理教师都应该去抢占创新教育的先机和制高点。我们不能仅仅停留在“传道,授业,解惑”这一层面上,更要善于“启疑”。正是由于20世纪初物理学上空的“两朵云”,才引发出相对论和量子论,由此产生了整个20世纪的高科技的迅猛发展。

整个物理学,在21世纪将有一个更加辉煌的发展,李政道教授认为:“目前的情况与20世纪初很相似,同样面临两个疑问:其一,目前的物理理论都是对称的,而实验却发现了不少对称的破缺;其二,有一半基本粒子是至今一点都独立不出来的。”只有我们中学物理教师积极参与物理教育科学研究,追踪物理学的现代前沿领域,努力提高自身的学术水平,才能对现代物理学知识理解得越深刻,才有可能深入浅出、简明生动地向学生阐述深奥的物理学理论。

(河北省霸州市实验中学)

作者:孙东风

第三篇:高中物理电磁学深度融合物理学史

摘 要:科学家的深度研究为现如今的美好生活提供了一定的支持,因此应当体会他们所具备的科学精神,并将其渗透到日常生活中。教学的目的是培养对社会有用的人才,因此要注重对个人能力和精神的培养,通过将物理学史与课程教学紧密结合,达成以上目标。重点研究高中物理电磁学深度融合物理学史的基本方式,以期确保在后续的教学中提升学生的个人素养。

关键词:高中物理;电磁学;物理学史;融合

物理学史包含科学家展开研究的整个过程,将其引入实际的教学中能够解决学生对于定理推导、实验原理无法深入理解的问题,通过展示物理学家的研究过程,直观参与到定理的推导环节,有助于突破时间、空间的限制,与科学家对话,从而提升学生的学习兴趣。与此同时,任何一项定理的推演过程都十分艰辛,科学家严谨、不畏艰难的精神值得学生学习,因此可将物理学史与高中物理教学深度融合,发挥提升学生基本物理素养的作用。

一、课程导入阶段

在课程导入阶段,教师的行为将直接影响学生对本课的兴趣,为此要想激发兴趣,应当创设相应的学习情境或引入一些趣味性话题,从而激活学生的内在动力,使其积极参与到后续的教学过程中。而物理学史对于学生来讲具有一定的新奇感,教师要重视在课程导入阶段对物理学史的融入。为了保证融入的效果,教师需要针对学生的发展情况以及课程基本内容确定课程展开的最终目标,并借助信息技术查阅网上资料对物理学的有关内容加以细化,保证在应用过程中激发学生的兴趣[1]。

例如,在开展静电场和恒定电流的教学活动过程中,其展现了从静电到动电的转化过程,通过引入从静电到动电最终到电流发现的物理学史,可使学生感受到在整个过程中科学家的研究精神,并使学生以积极的态度参与到后续的学习过程。具体的引入方式如下:教师可在课前导入环节,为学生播放意大利生理学家伽伐尼在解剖过程中所发生的趣事,在青蛙的不远处有一个起电机,此时生理学家用刀触碰青蛙,观察到其四肢剧烈痉挛而起,电机也出现火花,随即更换另一种金属也会出现同样的现象。在此种条件下伽伐尼认为产生这一情况的原因是动物电,但在之后一段时间里,伏打对这种观点并不认同,他觉得是潮湿物体与金属接触,两个物体所带电荷的种类不同,由此引起的痉挛现象,基于此发明了伏打电堆。此电堆,可提供恒稳的电流。将此物理学史融入具体的教学环境当中,能引发学生对于恒定电流的兴趣,从而使他们更好地参与到后续的探究环节当中。

二、思想方法渗透阶段

在核心素养的实施背景下,教师应当基于学科特点,向学生传递具备学科特征的思想以及思维方式,但传统模式下采取的灌输方法并不符合学生思维发展以及能力培养的特征,为此教师应当对现有的方法进行改良,积极引入物理学史的有关内容,从而起到刺激物理探究方法产生的作用[2]。

对于物理这门学科,针对其较为基础的推理思想,教师可在库仑定律、电流磁效应以及电流定律的发现过程中引入相应的物理学史,达到渗透类比思想的效果。如在库仑定律的讲解过程中,可为学生播放富兰克林实验的视频,视频中将软木球用一根丝线悬挂于带电金属桶附近,但并不像富兰克林做实验前的预期,没有观察到电力所产生的作用,而后普利斯特利就此实验进行了改良,但发现的结果与初次实验相同,此时普利斯特利与力学原理中关于牛顿所推出的两块物质间的引力以及距离之间的关系所做的实验进行类比,分析重物之间的电荷引力和其距离之间的关系是否也呈现出反比的特点。但这仅仅是一个大胆的推测,无法将其作为定理应用于实际问题的解决中,经过多年的研究库仑,最终运用库仑扭秤将此转变为定理,并说明所带电荷量与静电力之间的关系,为库仑定律的生成做出了贡献。通过以上物理学史的引入,引导学生关注在整个过程中所运用的类比思维,可更好地帮助学生感知物理方法。

三、实验探究阶段

实验活动的开展是保证知识内化以及理论体系形成的必要措施,教师应当重视在实验开展过程中利用物理学史引导学生对此实验的本质有所了解,这就要求教师分清引入的阶段,基于实验本质及其重难点部分合理引入相应的实验案例[3]。

例如,在开展库仑定律的教学活动当中,学生需要了解库仑扭秤实验,此时教师可展示库仑所给出的扭秤结构,其通过对仪器设备的观察发现扭秤的高、直径等数量关系所存在的特点。基于此,教师可开展定量实验活动,说明在整个实验中库仑所应用的方法,结合控制变量以及类比推理等多个物理方法,在开展实验的过程中加入操作原理,使实验数据更具有可借鉴的价值。

綜上所述,在高中物理教学中融入物理学史所起到的作用十分明显,教师应当重视在电磁学中积极与科学家的研究过程和具体背景等相联系,从其具体的行为中引发学生的思维感知,体会研究的不易,并培养严谨的科学精神,从而将其应用于物理问题的解决当中,提升学生的思维能力以及学习水平。

参考文献:

[1]都鹏程.物理学史与高中物理教学过程的融合研究[D].大连:辽宁师范大学,2020.

[2]许敏萱.核心素养下将物理学史融入高中物理教学的研究[D].大连:辽宁师范大学,2020.

[3]孙军法.高中力学深度融合物理学史的案例开发[D].广州:广州大学,2020.

注:本文系河源市2020年中小学(幼儿园)教学研究课题“高中物理深度融合物理学史的案例开发”(课题编号:hy20074)。

作者:黄益辉

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