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什么是物理學
精品源自歷史科 物理學是人類對于自然界無生命物質(zhì)的屬性、結構、運動和轉(zhuǎn)變的知識所作的規(guī)律性總結。人類對物理學的研究可分為兩個階段:經(jīng)典物理學的研究和量子物理學的研究。經(jīng)典物理學的研究特點是通過人們感官的感知或通過人為的裝置對物質(zhì)結構、運動形式的直接觀察,得出規(guī)律性或特殊性的結論。量子物理學的研究特點是通過精密準確的、按照人為安排的高科技儀器的實踐檢測,而間接認識到組成物質(zhì)內(nèi)部結構的基本粒子運動和轉(zhuǎn)變的規(guī)律性或特殊性的結論。所以說物理學是一門實驗科學。因此,我們必須遵從物理現(xiàn)象、知識、規(guī)律的發(fā)現(xiàn)、研究的方法,采取相應的方法去學習物理。即:從課內(nèi)外的活動性學習來講,必須做到以下幾點:
①.樂于觀察,善于觀察,記錄觀察、分析觀察、追求解決觀察中發(fā)現(xiàn)的問題;積極培養(yǎng)自己的觀察能力。如對彩虹的觀察,通常人們只注意欣賞他的美麗,而真正的觀察必須帶有一定的目的——為了研究它的彩色形成原因和虹與霓的彩色排列順序與什么有關、或為了研究它為什么會形成半圓弧形狀、或為了研究彩虹的半徑大小的決定因素、或為了研究彩虹與大氣氣候的關系、…… ;還要抓住與目的相關的主要現(xiàn)象進行觀察,實事求是地記錄觀察結果;在分析過程要抓住主要因素,忽略次要因素,以已有的知識和規(guī)律對現(xiàn)象進行分析,找出所觀察現(xiàn)象的原因或規(guī)律;若用已有的知識不能解決所觀察的現(xiàn)象,則必須通過重復實驗,觀察總結出新的規(guī)律性的東西和原因。
②.重視實驗、積極實驗、認真實驗、尊重實驗事實、科學處理實驗數(shù)據(jù);積極培養(yǎng)自己的實驗能力、科學的思想方法和科學精神。如我們將在高一物理學習中遇到的《驗證牛頓第二定律》實驗,他將使我們學會怎樣去校驗一個物理定律是否正確,學到做物理實驗的基本方法,做實驗不僅要動手,而且要動腦去設計、去理解、去科學記錄數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)、還要學會分析概括出實驗結論;只有積極動手做好這個實驗才能加深對牛頓第二定律的理解,只有認真了才能得到符合事實的結果,只有真正尊重實驗事實數(shù)據(jù)才能發(fā)現(xiàn)本實驗存在誤差、才能理解和找到產(chǎn)生誤差的原因、或者發(fā)現(xiàn)實驗過程中出現(xiàn)的操作失誤,只有學會科學的思想方法才能設計實驗并通過科學處理數(shù)據(jù)直觀地得出實驗結論;通過實驗我們才能掌握相關儀器的使用和進一步明白它的原理,通過實驗我們可以達到理論聯(lián)系實際的目的,可以體驗科學家進行科研實驗的科學思想和精神。
高中物理與初中物理的最大差異是:對物理量和物理規(guī)律的研究定量化、抽象化、表述的嚴謹科學化、實驗的精確化、解題過程的論文式規(guī)范化、物理情景動態(tài)化。物理學是一門定量科學。所以,要學好高中物理還必須做到以下幾點:
①.要重視理解。所謂理解就是要弄懂物理概念和規(guī)律的確切含義,以及物理規(guī)律的適用條件,能用適當?shù)男问?如文字、公式、圖像或數(shù)表)進行表達。并能解釋和說明有關自然科學現(xiàn)象和問題。失去了理解能力就失去了其它能力的基礎。下面就理解的方法作幾點闡述。
——Ⅰ.怎樣理解物理概念或物理量的定義?一般物理概念的定義可分為比值定義法、乘積定義法、文學語言定義法。一般情況下,描述物質(zhì)屬性的物理量采用比值定義法。理解這種方式定義的物理量與比值法的區(qū)別在于:它不是反映基本屬性,它反映的是這些物理量的決定因素;并且都有自己的成立條件和適用范圍;每個物理量符號都有確切的含義;應用于解決實際問題時因情況的不同有不同的解法。如W=FScosα可理解為:功跟作用在物體上的力成正比,跟物體的位移成正比,跟力和位移之間的夾角的余弦成正比;或理解為:功的大小等于作用在物體上的力跟物體在力的方向上的位移的乘積;該公式在F為恒力或平均力的條件下才成立;當對物體做功的力為變力時,取平均力或分成若干階段求解后再求代數(shù)和;若力的大小恒定,方向始終與速度方向在同一直線上,則該力做功不是與位移相關,而是與路程相關;若對物體做功的恒力是場力,則做功與路徑無關,取決于始末位置的沿場力方向的距離;若求合力的功方法有好幾種——先求合力后求功、或先求每個力的功再求所有功的代數(shù)和、或先求各階段的功再求所有階段功的代數(shù)和;或先建立直角坐標系然后分解力,再求各方向的合力做的功,最后求各向功的代數(shù)和。有的物理概念或物理量其意義是廣義的、具有一定性質(zhì)、特征、條件、關系的,無法用一個數(shù)學表達式加以表達,必須用文學語言加以概述——文學語言定義法。如:力、運動、振動、曲線運動、力臂、萬有引力、靜電感應、靜電平衡、電磁感應、光電效應、干涉、衍射、裂變、聚變、鏈式反應、……,理解這些概念的定義,應抓住能反映物理現(xiàn)象的性質(zhì)、特征、條件、關系的關鍵字詞,區(qū)分容易混的概念或錯誤的經(jīng)驗印象,把它與物理事實對應起來,形成一定的物理模型或形象。這樣,我們就可以熟練地從相近的物理表述中辨析出正確的說法。如周期、頻率、放射性元素的半衰期、交流電的有效值、……等物理量的定義也是如此;要具體計算它的值,就必須依據(jù)不同的物理情況進行分析、列式求解。
——Ⅱ.怎樣理解物理規(guī)律?物理學通常用文學語言表述、公式表述、圖像表述或數(shù)表表述的方法來描述物理規(guī)律。如簡諧運動的規(guī)律可從動力學的角度用文學語言表述為:“如果一個質(zhì)點在平衡位置附近來回往復運動,始終受到一個指向平衡位置的回復力作用,且回復力的大小與質(zhì)點離開平衡位置的位移成正比,則這個振動就是簡諧運動”。用數(shù)學語言表述為:“F= - kx”。用圖像表述為右圖(1)所示。 光從這三方面來理解物理規(guī)律還不夠,還要從實際物理過程中的每一個物理量的變化規(guī)律和物理圖景的想象圖示來理解。如簡諧運動的位移、回復力、加速度、速度、動能、勢能、機械能、時間、對稱性、v-t圖像、x-t圖像、振幅、周期、頻率、幾種常見模型以及跟非簡諧振動的比較。還要理論聯(lián)系實際地去理解。如哪些振動可以近似看作簡諧運動?簡諧運動有哪些實際應用?研究簡諧運動有什么價值?除此外,有的物理規(guī)律用于解決實際問題時常有很多不同的方法。如牛頓第二定律,可據(jù)矢量性進行分解應用,也可以按隔離法或整體法應用牛頓第二定律解題,還可利用牛頓第二定律的瞬時性分析解決變加速運動中的加速度問題、超重問題、連接體問題、圓周運動問題、天體問題、振動問題、撞擊問題……。不同的物理規(guī)律有不同適用條件,且不能只記表達規(guī)律的公式而不顧條件。
——Ⅲ.怎樣理解物理信息資料?物理課本中的閱讀資料、物理練習題、物理課文、科普雜志、中學生學習讀物等都是我們中學生為學好物理應該閱讀的。但閱讀這些物理信息資料與閱讀其它文章不同,若是物理學史、或科學家傳記,必須讀懂時代背景與科學發(fā)現(xiàn)的艱辛,科學家的科學精神、科學思想與科學方法;讀懂科學發(fā)現(xiàn)的成果及其社會價值;在理解其精髓的同時內(nèi)化成自己的思想、世界觀、和追求真理的動力。若是物理科學的信息資料、或習題,應依據(jù)所提供的信息資料正確想象物理情景和過程,建立起正確的物理模型,分析已知信息跟要求解的問題之間的聯(lián)系,或理出資料所描述的物理量之間的關系,用數(shù)學語言加以表述;再利用已有的規(guī)律與新理出的規(guī)律聯(lián)系起來解決問題。切忌用已有的經(jīng)驗或既成模式代替理解的思維過程,以避免產(chǎn)生錯誤的結論。
②.學會自學。不學會自學就不能培養(yǎng)思維能力,不通過自學很難形成對物理概念規(guī)律的深刻理解和實現(xiàn)對知識的正確運用。自學的過程要做到:按上述理解的要求理清概念,羅列出概念的內(nèi)涵和外延、與已有的相似概念進行比較區(qū)分;列出所學物理規(guī)律的內(nèi)容描述和適用條件;通過試應用規(guī)律解題,體會運用規(guī)律時應注意的問題;寫出相關演示實驗或應用設備的原理;應用數(shù)學工具和邏輯推理去推導或證明相關的推論。
③學會推理和表述。從高考的能力要求和社會工作的能力要求來看,推理是分析解決問題的關鍵。在學習物理的過程中要雜實地進行解題訓練,對作業(yè)不匆忙應付。要追求解題過程嚴密的想象、推理和熟練的邏輯思維,力爭對推理得出的結論進行正確的判定和盡可能準確簡練的表述。一切無法表述的現(xiàn)象都是不會達到推理最高層次的表現(xiàn)。
④學會分析綜合與評價 所謂分析綜合,就是力求能獨立地對所遇到的物理問題進行具體分析;弄情所給物理問題中的物理狀態(tài)、物理過程、物理情境,找出其主要作用的因素及有關條件;能夠把一個復雜的問題分解成若干個簡單的問題找出它們之間的聯(lián)系;能夠靈活的運用多方面的物理知識綜合解決所給的問題。用我們通常的一句俗話來說就是生題熟做,熟題生做。遇到很熟悉的問題要把它當作陌生問題來具體分析解決,防止套題;遇到陌生的復雜問題要把它分解為若干很熟悉的問題來解決,防止出現(xiàn)茫然而無從著手。所謂評價,就是通過物理學習產(chǎn)生對物理知識的理解、內(nèi)化,并納入已有的知識范疇,轉(zhuǎn)化為自己對事物判別的價值觀;同時能對自己的學習成果作出價值判斷,通過類比區(qū)分相近知識,學會對別人或自己的解題過程的做出正誤評判,并對復雜物理問題的不同解法的依據(jù)、思路、方法技巧作出優(yōu)劣評定。只要我們的學習存在以上所說的高級心理過程,我們學到的知識就能產(chǎn)生作為。
⑤積極培養(yǎng)自己靈活運用數(shù)學工具解決物理問題的能力。
⑥做好物理作業(yè) 一個小實驗、或一個研究性學習課題、或一道習題,都是一個小科研課題,一個課題的解決過程及其表述,就相當于寫一篇小論文。它要求根據(jù)可靠、邏輯嚴密、推理條理清晰、物理語言和數(shù)學語言的運用準確簡潔、過程的書寫規(guī)范、結論明晰。平常的學習中,我們?nèi)绻馨催@樣的要求去嚴格地完成作業(yè),則我們所學到的物理知識將是完整的、嚴密的、靈活的、能熟練運用的、已納入自己的知識和能力范疇的可以產(chǎn)生思想的一部分;我們的能力就會大大提高,我們就再也沒有物理太難學的感覺了。
物理學蘊含著極其豐富的科學思想和科學方法。物理思想有:對稱思想、類比思想、守恒思想、量子思想、相對思想、系統(tǒng)思想、統(tǒng)計漲落思想、互動轉(zhuǎn)變思想、……等。物理方法有:模型法、整體與隔離法、等效法、臨界法、分解與合成法、假設法、圖象法、極限法、……等。我們必須通過物理學習獲得物理思想和物理方法。這就要求做到:①.認真預習。做好預習筆記,列好不能解決和有自己想 [1] [2] 下一頁 精品源自歷史科 精品源自歷史科法、質(zhì)疑的問題;嘗試自學運用知識的能力。②認真聽課。聽課是學習物理的最關鍵環(huán)節(jié),一定要注意老師強調(diào)的重點。這往往是高考的重點,也是最能體現(xiàn)物理思想方法的地方。帶著預習問題來學。記性不如爛筆頭,做好聽課筆記,特別要記下哪些重要的特殊理解點、重要物理思想方法。積極思考和參與課堂活動、發(fā)表自己的見解、學會流利簡練地進行口頭表述。③.課后要積極地去提煉學習所得、實踐相關的物理思想和方法,并總結成自己的東西。
培養(yǎng)良好的物理素養(yǎng)
沒有良好的物理素養(yǎng)很難學好物理,更談不上將來在物理的科學殿堂達到登峰造極。從世界著名科學家的身上我們不難領會良好的物理素養(yǎng)對一個人一生成就的影響。請看:
牛頓讀小學時體質(zhì)差,成績不好,因此常被欺負;于是暗下決心,一定要奪取第一;最終如愿以償。上中學時很愛動手動腦去搞小發(fā)明,其成果令大人們贊不絕口;不顧生命危險,在發(fā)生龍卷風時親自到風中去順逆風奔跑,用自己設計的辦法測出風速。上大學時,他特別喜歡地理、物理、天文、數(shù)學,如饑似渴地學習,備受教授的賞識。在留在劍橋大學做研究工作期間,一次,學校因發(fā)生瘟疫而放假,牛頓抓緊在家的十八個月時間,奮力鉆研;批判地汲取前輩科學家的思想精華和科研成果,為解決它的物理問題,狠攻數(shù)學工具;發(fā)現(xiàn)了二項式定理、正切方法、微分學、積分學、光色彩理論、萬有引力、并把萬有引力推廣到月球、還研究了哈雷慧星。也因此,牛頓于1672年當選為英國皇家學會會員。牛頓并不因此而滿足,在科研的艱辛道路上仍不畏困苦地攀登。終于系統(tǒng)地建立了牛頓三定律和萬有引力定律,創(chuàng)立了經(jīng)典力學體系。除此外,他還在幾何光學和天文學方面都做出了巨大貢獻。當人們贊揚他的時候,他卻謙遜地說“如果說我比迪卡爾看得遠一點,那是因為我站在巨人的肩膀上�！薄拔也贿^像是在海邊玩耍的孩子,為不時揀到一塊比較光滑的卵石、一只比較漂亮的貝殼而喜悅,而真理的大海在我面前一點也沒有被發(fā)現(xiàn)�！焙髞頁�(jù)說牛頓的“科學豐產(chǎn)”還得益于它的一本厚厚的筆記本,那里面記錄了許許多多別人向他提出的、或別人刁難它的、或自己想到遇到的一系列問題,記滿了他突如其來的靈感。
法拉第因家庭經(jīng)濟極其貧困,只讀了兩年小學就退學了。在他當報童和做書店的學徒工期間,不失時機地利用自己所能接觸的讀物進行學習,在一次裝訂《大英百科全書》時對電學的文章產(chǎn)生了強烈的興趣,后來又被《化學對話》所吸引,從此他對自然科學傾注了巨大的熱情。他不但博覽群書,而且以這些書為指導做了許多實驗。他的工錢除了吃飯外全部花在買實驗用品上。后來他聽了化學家戴維的演講后便下定了“獻身科學”的決心。法拉第為了進英國皇家實驗室工作,與戴維進行了以下對話。戴維指著自己身上的傷疤說:“牛頓說過:‘科學是一個很厲害的女主人,對于為她獻身的人,只給予很少的報酬�！粌H吝嗇而且還很兇很呢。你看,我為她效勞十幾年,她給我的就是這樣的獎賞�！狈ɡ谡f:“我不怕!”戴維說:“這里工資很低,也許還不如你當訂書匠掙的錢多呢�！狈ɡ诨卮鹫f:“錢多少我不在乎,只要有飯吃就行�！贝骶S追問:“你將來不會后悔吧?”法拉第堅定地回答:“我決不后悔!”就這樣法拉第正式踏進了科學的殿堂。法拉第曾面臨這樣的機會——英國一家法院以每年二萬五千磅的報酬聘請他擔任專家作證的工作,他毅然謝絕,寧要英國皇家學會每年五百磅報酬的科研工作。他專心工作,分秒必爭,與科學實驗無關的事情盡量謝絕;它的實驗筆記本里記滿了“沒效果”、“沒反應”、“不行”、“不成”等字樣,但他從不灰心;四十年來,不知花了多少心血,終于獲得了一個個豐碩的成果,成為電磁學的奠基人,開啟了人類的電力時代。
一個可以跟牛頓相媲美的科學巨匠,一個劃時代的科學巨人——阿爾伯特·愛因斯坦,于1879年3月14曰誕生在德國的符騰堡烏爾姆城的一個猶太小業(yè)主家庭,小時候智力并不出眾,三歲才會說話,五歲仍結結巴巴說不清話,但他有強烈的求知欲,富于幻想,好奇心極強。12歲那年一本數(shù)學書深深地吸引了他。1895年報考蘇黎世聯(lián)邦工業(yè)大學,數(shù)學成績出眾,但因平均成績太差,沒被錄取。經(jīng)補習一年后考入聯(lián)邦工業(yè)大學師范系,攻讀數(shù)學、物理學。1900年大學畢業(yè)后沒找到工作而失業(yè)了。經(jīng)自學努力1905年獲得蘇黎世大學博士學位,后來一直相繼擔任許多大學的物理學教授。他一生惜陰如金,同事無法說服他去看一出喜劇;幾乎把分分秒秒都用在對自然奧秘的探索上。他推著兒子的小車走在街上,邊走邊思考,差一點被馬車撞了。他在一座橋頭等一個學生,掏出紙片進行計算,不知什么時候被細雨淋濕了全身,毫無察覺。躺在病床上時,朋友問他需要什么,他低聲地說:“我現(xiàn)在只希望有幾個小時的時間,把一些稿子整理好。”甚至在去世前的幾小時,他仍在抓緊時間工作。就憑著這種精神,它的一生才科學功績累累,為人類做出了輝煌貢獻。
被譽為在世愛因斯坦的當代最偉大的物理學家斯蒂芬·霍金,是英國理論物理學家。他的生曰是1942年1月8曰,這一天剛好是伽利略三百周年的忌曰。1959年,17歲的霍金開始就讀于牛津,并在劍橋跟隨導師鄧尼斯·西阿瑪作博士論文。21歲時被確定為得了運動神經(jīng)癥,留給他的時間只有兩年。史蒂芬·霍金最終只能永遠坐在輪椅上并且失去了語言能力,一切生活完全依靠他的妻子簡·瓦爾德照顧。但這位據(jù)稱全身只有三個手指能動的殘疾人,為了科學忘卻了疾病,不顧別人曾經(jīng)給他的輕視,珍惜僅有的短暫的生命,一往無前地向科學奇點攀登。至今他已60歲了,卻仍以他那永不疲倦的思維努力工作著。他謙虛、博采前人和同事的見解,敢于向權威挑戰(zhàn)。他曾依靠驚人的毅力,完成了一系列驚人的關于大爆炸和黑洞的理論,對量子物理作出了巨大的貢獻,將宇宙?zhèn)ゴ蠖衩氐谋尘罢宫F(xiàn)給世人。他被廣泛尊崇為繼愛因斯坦之后最杰出的科學家。
關于物理科學家的動人事跡太多了,說也說不完。但從他們的身上我們可以汲取做人和學習物理所需要的精神和素養(yǎng)。那就是,興趣物理;不畏困苦,勇于向困難宣戰(zhàn);有驚人的毅力和不敗的意志,愿意為科學獻身;珍惜時間、忘我地學習工作;勤思好問、謙虛而有批判精神;敢于質(zhì)疑、敢于創(chuàng)新;堅持原則、實事求是、認真嚴謹;積極實踐、理論聯(lián)系實際;有崇高的理想和高尚的人格;學好用好數(shù)學工具,博覽自然科學知識。同學們,讓我們從自己的學習、生活、思想、一言一行開始培養(yǎng)自己的物理素養(yǎng)吧!
是否看了《怎樣學好高中物理》后你就能學好物理呢?未必。這要看你是否把其他雜念排出,積極培養(yǎng)自己對學習的愛好,積極學習吸取科學的學習方法,拿出行動培養(yǎng)自己的物理素養(yǎng)。不要迷信天賦,要獲得學習物理的成功,需要的是精神、毅力和方法上一頁 [1] [2] 精品源自歷史科
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