① 什麼是物理
什麼是物理
這是一個十分基礎的問題。翻開任何一本物理教科書,都不難找到這樣的定義:物理學是研究物質結構、物質相互作用和運動規律的自然科學。但這只是對於物理這門科學在學術意義上的一種界定。而我們所面對的「物理」,它同時又是一門課程,於是就有必要從教育意義的層面上去進行一番再認識、再分析,以挖掘蘊含在其中的豐富內涵。
首先,物理是一門科學。
物理學是一門以實驗為基礎的自然科學,它是發展最成熟、高度定量化的精密科學,又是具有方法論性質、被人們公認為最重要的基礎科學。物理學取得的成果極大地豐富了人們對物質世界的認識,有力地促進了人類文明的進步。正如國際純粹物理和應用物理聯合會第23屆代表大會的決議《物理學對社會的重要性》指出的,物理學是一項國際事業,它對人類未來的進步起著關鍵性的作用:探索自然,驅動技術,改善生活以及培養人才。
上世紀初相對論和量子力學的建立,為物理學的飛速發展插上了雙翅,取得了空前輝煌的成就,以致於人們將20世紀稱譽為「物理學的世紀」。什麼21世紀呢?有一種流行的說法:21世紀是生命科學的世紀。其實,這句話更確切的表述應該是:21世紀是物理科學全面介入生命科學的世紀。生命科學只有與物理相結合,才有可能取得更大的發展。
展望物理學的未來,充滿著機遇與挑戰。李政道先生在《物理的挑戰》一文中,曾提出21世紀物理領域所面對的四大難題:為什麼一些物理現象在理論上對稱但實驗結果不對稱?為什麼一半的基本粒子不能單獨存在而且看不見?為什麼全宇宙90%以上的物質是暗物質?為什麼每個類星體的能量竟然是太陽能量的1015倍?這些問題極大地激勵著人們不懈探索的勇氣與熱情。可以預見,一旦撥去這幾朵籠罩在物理天空中的烏雲,物理學將會展現出更加燦爛的前景。
其次,物理又是一種智能。
誠如諾貝爾物理學獎得主、德國科學家玻恩所言:「如其說是因為我發表的工作里包含了一個自然現象的發現,倒不如說是因為那裡包含了一個關於自然現象的科學思想方法基礎。」物理學之所以被人們公認為一門重要的科學,不僅僅在於它對客觀世界的規律作出了深刻的揭示,還因為它在發展、成長的過程中,形成了一整套獨特而卓有成效的思想方法體系。正因為如此,使得物理學當之無愧地成了人類智能的結晶,文明的瑰寶。
大量事實表明,物理思想與方法不僅對物理學本身有價值,而且對整個自然科學,乃至社會科學的發展都有著重要的貢獻。有人統計過,自20世紀中葉以來,在諾貝爾化學獎、生物及醫學獎,甚至經濟學獎的獲獎者中,有一半以上的人具有物理學的背景;——這意味著他們從物理學中汲取了智能,轉而在非物理領域里獲得了成功。——反過來,卻從未發現有非物理專業出身的科學家問鼎諾貝爾物理學獎的事例。這就是物理智能的力量。難怪國外有專家十分尖銳地指出:沒有物理修養的民族是愚蠢的民族!
當今,物理學的觸角已經伸向眾多領域,並取得了越來越大的成就,以至我們很難再用傳統的眼光去界分什麼是物理學了。1995年在我國廈門舉行了第十九屆國際統計物理學大會,會上交流論文的涉及面十分廣泛,諸如植物的花序、DNA葯物系統、交通的流量、文字的存儲等等,光看這些篇目,似乎都不太象是物理。什麼,究竟什麼是物理呢?幾年前,美國《今日物理》雜志,曾就此問題向讀者廣泛徵求意見。最後,他們推崇的答案是:物理學家所做的就是物理學。這話乍聽似覺偏頗,其實不無道理。因為在今天看來,物理學更多的是體現出一種智能,「代表著一套獲取知識、組織和應用知識的有效步驟和方法,把這套方法用到什麼問題上,這問題就變成了物理學。」(趙凱華語)
再次,物理還是一種文化。
從廣義來說,文化指的是人類歷史實踐過程中創造的物質財富和精神財富的總和。它包括科學文化和人文文化。同樣地,物理學家在長期科學實踐中所創造的大量物質產品與精神產品,也就構成了物理文化。物理文化是科學文化的重要組成部分。
大家知道,物理學是以實驗為基礎的科學,它的基本研究方式就是實踐,因而在客觀性上表現為「真」;物理學創造的成果最終是為了造福於人類,它在目的性上體現出「善」;另外,物理學還在人的情感、意識等多方面反映了「美」。正因為物理學本身兼具真、善、美的三重屬性,我們完全有理由說,物理不僅是一種文化,而且是一種高層次、高品位的文化。
物理學是求真的。物理最講究實證,物理學家在科學研究活動中最基本的態度就是實事求是,堅守「實踐是檢驗真理唯一標准」的原則。正如物理學家費曼所說:「不論你的想法有多美,不論你什麼聰明,更不論你名氣有多大,只要與實驗不符便是錯了,簡簡單單,這就是科學」。可以說,物理學的發展史,就是一部不斷修正錯誤、不斷逼近真理的「求真」史。
物理學是從善的。物理學致力於將人從自然中解放出來,從必然王國走向自由王國,幫助人們不斷認識自己,促使人的生活趨於高尚。這是物理學的價值取向和終極目標,因而物理學的本質是從善的;另外,物理學家的行為也是從善的。愛因斯坦曾這樣評價居里夫人和以她為代表的傑出物理學家:「第一流人物對時代和歷史進程的意義,在其道德方面,也許比單純的才智成就更大」。他們那種嚴謹求實的態度、獻身科學的精神,熱愛人民的情懷等等,對於後人無疑是一份尤為珍貴的人文財富。
物理學是至美的。德國物理學家海森伯說過:美是真理的光輝;羅馬哲學家普洛丁又說過:善是美的本原。由此,物理學因真而美、因善而美就是十分自然的了。物理的美屬於科學美,主要體現於簡單、對稱和統一;對稱則統一,統一則簡單,它們構成了物理學的基本美學准則。
翻開物理學的篇章,可以發現到處都跳動著美的音符,體現了人們對美的追求與創造。僅以統一性為例。當代物理學的發展,正朝著兩個相反的研究方向延伸:最宏大的宇宙與最微小的粒子。令人感到驚訝的是,隨著研究的深入,它們兩者並非是分道揚鑣、越走越遠,反倒顯示出不少殊途同歸、相反相成的跡象。例如,粒子物理學的一些研究成果常被天體物理學家所借鑒,用來探尋宇宙早期演化的圖象;(正由於此,粒子物理學在某種意義上也被稱為「宇宙考古學」。) 反過來,宇宙物理學的研究也為粒子物理學家提供了豐實的信息與印證。於是,物理學中兩個截然相反的分支,就這般奇妙地銜接在了一起——猶如一條怪蟒咬住了自己的尾巴。
又如,英國物理學家狹拉克首先發現,在自然界的某些物理量之間存在著下列引人注目的關系:
宇宙半徑/電子半徑≈1040,宇宙年齡/強衰變粒子壽命≈1040,
氫核與電子的電力/氫核與電子的引力≈1040,……
在上述比數中,宇宙這個最大的系統,與基本粒子這個最小系統之間,竟然珠聯璧合達到了如此完美的統一,讓我們再次領略到了物理世界的美,一種動人心弦的壯麗的美。正是這許多美不勝收的事例,激發起人們對大自然由衷的贊嘆與敬畏,難怪愛因斯坦會說:「宇宙間最不可理解的,就是宇宙是可以理解的」。
通過以上分析,我們對於物理有了一個較為全面的認識:它既是一門科學,又是一種智能,更是一種文化。作為一名物理教師,能對自己所任教的物理作一番全方位的審視與剖析,這是十分必要的。一方面可使我們看到,物理原來有著如此豐富的的內涵,從而會更自覺、有意識的去挖掘和開發它的育人功能,全面提升教學質量;另一方面又使我們看到,物理原來有著如此美好的稟性,從而會更加鍾愛物理,更有激情地去從事物理教學。我以為,只有真正熱愛物理的物理教師,才能做到不僅教會學生理解物理、應用物理,而且還進一步引導他們去感悟物理、欣賞物理。
二、為什麼教物理
這是一個看似簡單卻又十分根本的問題,要正確回答並非易事。筆者對此問題的認識,就經歷過從「知識本位」到「學科本位」,最後又回歸到「學生本位」這樣一個曲折漸進的過程。
有很長一段時期,我都把物理教學的目標鎖定在知識層面上,認為教物理就是要把物理知識盡可能多地傳授給學生,以供他們今後一生的受用。因為我信奉「知識就是力量」。然而令人困惑的是,我們授予學生什麼多的物理知識,其中不乏象「F=ma」這類極其重要的知識,但在他們往後的生活和工作中,卻很少顯示出有什麼直接的功用。以至過了若干年後,許多學生把所學的物理知識幾乎忘得一干二凈,用他們的話說,「全部都還給老師了」。我為此感到深深的失落;但每當我向他們提出「高中三年豈不白讀了」的反詰時,這些離開學校多年的學生,卻又都會異口同聲地作出否定的回答,一致認為高中階段的學習,對於他們的成長起到了重要的奠基作用,可又說不清究竟是哪些具體知識所起的作用。我想,這大概好比晚飯,誰都不會否認吃飯對於生存的意義,然而誰又都說不清楚,吃了這頓飯究竟是在身上的什麼地方長了塊肉。
一位畢業已有二十餘年的學生,曾與筆者聊起他「印象最深」的一堂物理課。原來那堂課講的是重力勢能。當時為了說明重力勢能的相對性,我曾向學生提出過這樣的問題:有人站在五樓的窗檯上要往下跳,你說危險嗎?開始大家都認為這太玩命了,後來仔細一琢磨,又全都樂了:你別往窗外跳,往窗里跳不就沒事了嗎?這位學生覺得這個例子特有意思,於是經久不忘;但問他該例說明了什麼物理知識時,他說忘了。正當我面露憾色時,他緊接著的一番話卻令人寬慰,他說:「這個例子使我懂得凡事都是相對的,從不同角度看會有不同的結果」。盡管這堂課所傳授的物理知識,這位學生已經遺忘殆盡,但通過有關知識的學習而凝煉成的思想、方法等,卻在他的心裡銘刻上深深的印記。從這個意義上說,二十多年前的這堂物理課,對他不也是極有價值的嗎?學生從高中畢業後,他們中的大多數可能將告別物理,所學的物理知識終究會被忘記,到那時再回頭審視一下:物理教學留給他們的還有些什麼呢?如果在他們的身上,體現不出物理所給予的才智與啟迪,那將是物理教學的失敗。由此看來,具體的知識通常只是作為教學的載體,在知識的背後還有更多值得我們去追求的東西。正如我國資深科學家錢偉長教授說的:「我在大學里學的是物理學,……. 以物理學為對象我學到了調查研究,收集資料,分析資料和邏輯思維的能力,物理學的知識有時是很有用的,但通過物理學學到的這些能力,比物理學知識更有用。」錢老在讀書時就是通過「物理學」這個載體,獲得了很多比物理知識更重要的能力。所以,那種將物理教學等同於物理知識教學的看法是偏面的,而以「知識本位」來確立物理教學目標取向的做法同樣是短視的。
隨著教學實踐的深入,教師一般都會對自己所任教的學科日臻熟悉,從而格外鍾愛。可能是受了這種職業情感的影響,我還一度把物理教學的目標,定位於「將盡可能多的學生培養成為物理學家或物理工作者」。尤其是當我從農村普通中學調入重點高中,面對的是一個個聰穎好學的學生時,這種願望愈顯強烈。但我不久就發現,其它學科的教師大概也出於各自的職業偏好,都對學生有著與我類似的期望。這樣一來,大家自掃門前雪,各唱各的調,沒能將各學科的分力凝聚成一股合力,實際效果當然就差強人意了。尤其令我沮喪的是,班上那些物理學習優秀的「得意門生」,日後直接從事物理專業的竟然也少之又少。正當我陷於迷惘之時,復旦大學原校長楊福家先生的一則事例給了自己極大的啟迪。當年復旦大學曾對核物理專業的畢業生的去向做過一次調查,結果發現,只有不到十分之一的學生畢業後從事與核物理有關的工作,其餘的都紛紛改行,活躍在金融、企業或行政等崗位上。對此,多數人都斷言這是物理系的失敗,而楊福家卻認為這正是「復旦」的成功。因為,通過這四年本科的物理教育,使學生具備了良好的素質,為他們今後的發展打下了堅實的基礎,於是畢業後都能很快適應各種不同領域的工作。這也印證了趙凱華先生的話:「一個人學了物理之後干什麼都可以,他的物理沒有白學。在我看來,對於學物理的人無所謂『改行』……。」
經過上述曲折的認識歷程,使我逐漸看清了物理教學最終目標的聚焦點,既不在知識的本位上,也不在學科的本位上,而應該落實在我們的教育對象——學生的本位上。
對於「為什麼教物理」這個問題,也可以反過來設問:「如果我們不教物理,學生不學物理,將會對他們今後的發展留下那些缺憾?」一種顯而易見的回答是,學生將因此學不到許多重要的物理知識。這話沒錯,但不夠全面。因為除此之外,學生還將失去更為重要的,有關科學方法、科學精神等方面的培養與熏陶,從而最終影響他們的科學素養的提高。當前,物理已經深入到社會的方方面面,成為每一位有教養的公民都必須懂得的知識。對於大多數學生來說,他今天學習物理的目的,恐怕不是為了明天去進一步研究物理,而是有助於他去面對或決策所遇到的大量非物理的問題,為他們今後一生的文明、健康,高質量的生活奠定基礎。正如《面向全體美國人的科學》一書中所說的:「教育的最高目標是為了使人們能夠過一個實現自我和負責任的生活作準備。」 據此,對於「為什麼教物理」這個問題,最確切的答案就是:為提高全體學生的科學素養而教。——這應該成為我們的物理教學觀。
眾所周知,生物基因對於生物進化有著非同小可的作用,極其細微的基因差異,往往會導致生物之間的巨大差別。受此啟發,有不少社會學者正致力於尋求在人類文化傳承與發展過程中,有著哪些最為核心的要素,從而提出了「文化基因」的概念,並將其定義為人類文化系統中的「遺傳密碼」。文化基因的核心是思維方式和價值觀念。人類的進化比一般的生物進化更為復雜,它具有雙重進化機制,除了生物基因進化機制外,還有文化基因進化機制。教育正是推動文化基因機制的重要途徑。學校教育的要義,不只是文化現象的展示與詮釋,而在於文化基因的傳承和發展。物理教育當然也不例外。什麼,蘊含在物理教學中的「文化基因」究竟有些什麼呢?筆者以為主要體現為三個方面,即科學知識、科學方法和科學精神,因為這三者是構成科學素養最基本的要素。如果將科學素養比擬為一座金字塔,什麼科學知識猶如塔基,科學方法就是塔身,科學精神則是塔尖。物理教學的最高宗旨,就是為了構建這座宏偉的科學素養之塔而添磚加瓦。換言之,物理教學的核心價值就在於促進學生實現三個轉化:一是把人類社會積累的知識轉化為學生個體的知識,使他們知識世界是什麼樣的,成為一個客觀的人;二是把前人從事智力活動的思想方法轉化為學生認識能力,使他們明白世界為什麼是這樣的,成為一個理性的人;三是把蘊含在知識中的觀念、態度等轉化為學生的行為准則,使他們懂得怎樣使世界更美好,成為一個創造的人。
② 求一篇大學物理實驗總結
經過一年的大學物理實驗的學習讓我受益菲淺。在大學物理實驗課即將結束之時,我對在這一年來的學習進行了總結,總結這一年來的收獲與不足。取之長、補之短,在今後的學習和工作中有所受用。
在這一年大學物理實驗課的學習中,讓我受益頗多。一、大學物理實驗讓我養成了課前預習的好習慣。一直以來就沒能養成課前預習的好習慣(雖然一直認為課前預習是很重要的),但經過這一年,讓我深深的懂得課前預習的重要。只有在課前進行了認真的預習,才能在課上更好的學習,收獲的更多、掌握的更多。二、大學物理實驗培養了我的動手能力。「實驗就是為了讓你動手做,去探索一些你未知的或是你尚不是深刻理解的東西。」現在,大學生的動手能力越來越被人們重視,大學物理實驗正好為我們提供了這一平台。每個實驗我都親自去做,不放棄每次鍛煉的機會。經過這一年,讓我的動手能力有了明顯的提高。三、大學物理實驗讓我在探索中求得真知。那些偉大的科學家之所以偉大就是他們利用實驗證明了他們的偉大。實驗是檢驗理論正確與否的試金石。為了要使你的理論被人接受,你必須用事實(實驗)來證明,讓那些懷疑的人啞口無言。雖說我們的大學物理實驗只是對前人的經典實驗的重復,但是對於一個知識尚淺、探索能力還不夠的人來說,這些探索也非一件易事。大學物理實驗都是一些經典的給人類帶來了難以想像的便利與財富。對於這些實驗,我在探索中學習、在模仿中理解、在實踐中掌握。大學物理實驗讓我慢慢開始「摸著石頭過河」。學習就是為了能自我學習,這正是實驗課的核心,它讓我在探索、自我學習中獲得知識。四、大學物理實驗教會了我處理數據的能力。實驗就有數據,有數據就得處理,這些數據處理的是否得當將直接影響你的實驗成功與否。經過這一年,我學會了數學方程法、圖像法等處理數據的方法,讓我對其它課程的學習也是得心應手。
經過這一年的大學物理實驗課的學習,讓我收獲多多。但在這中間,我也發現了我存在的很多不足。我的動手能力還不夠強,當有些實驗需要很強的動手能力時我還不能從容應對;我的探索方式還有待改善,當面對一些復雜的實驗時我還不能很快很好的完成;我的數據處理能力還得提高,當眼前擺著一大堆復雜數據時我處理的方式及能力還不足,不能用最佳的處理手段使實驗誤差減小到最小程度……
總之,大學物理實驗課讓我收獲頗豐,同時也讓我發現了自身的不足。在實驗課上學得的,我將發揮到其它中去,也將在今後的學習和工作中不斷提高、完善;在此間發現的不足,我將努力改善,通過學習、實踐等方式不斷提高,克服那些不應成為學習、獲得知識的障礙。在今後的學習、工作中有更大的收獲,在不斷地探索中、在無私的學習、奉獻中實現自己的人身價值!
③ 語,數,英,物理,政史歷生老師教會我們什麼
在個人看來,歷史老師教會我們的是歷史的變化,而政治老師教會我們的是正確的觀點。物理老師教會我們的是世界萬物運行的規律,數學老師教給我們的是正確的邏輯思維,語文老師教會我們的是溝通式書寫。英語老師教會我們的是掌握一門外語本領。
④ 請問 高中物理後面都教些什麼啊 詳細點
主要是從力學,熱學,電磁學等進行討論,力學上主要圍繞牛頓三大定律,以及機械能的守恆展開話題。熱學上主要圍繞分子的各種運動來分析的,還有就是能量守恆,對於電磁學而言,主要圍繞帶電物體的受力情況,分析帶電粒子在各種場(包括重力場,磁場,電場),因而這些都會進行受力分析。所以,對於我這個過來人而言,高一你一定要學好力學,打好基礎。
⑤ 什麼是物理,物理教啥
物理學是研究聲,光,熱,力,電等各種物理現象的規律和物質結構的一門科學。
⑥ 有關學物理的煩惱
首先問下房主你喜歡物理嗎??如果物理是你的愛好,那麼倒是不用擔心,只要對自己有足夠的信心應該是沒問題的,其實物理要說難可以很難,要說簡單也可以很簡單,高中物理應該還是比較簡單的。
你說你覺得物理學很多東西,其實這些東西都是可以歸納總結的,知道其中一些,可以很快推出另外一些,愛因斯坦就說過他一般不記很多東西,大部分是要用的時候推。
物理學的主要內容(高中):
運動學 要把那些常用公式爛熟於心,把位移,路程,速度,速率,加速度這些東西弄清楚,不要混淆概念
動力學 在把握好運動學的基礎上,在把牛頓定律融進裡面,把力和運動學的相關量聯系起來。
在以上兩個基礎上,就可以初步認識能量和動量。(不過到了大學就不是從動力學引人到動量的,而是從動量引出力的概念,現在鑒於你們數學知識有限,所以先接觸力的概念好理解)
電磁學 搞清楚電學量,無論學哪個內容,一定先搞清楚概念,概念錯了那就麻煩了。把電路的內容學好,因為這里考點很多,要把那些什麼電表,變阻器,電源,開關的接法和注意事項都熟悉。還有就是那些左右手定則別亂了。跟好老師走,一般老師在電磁學和力學都是過關的,學校在這兩個科目考察時很嚴格的。這里關於電磁學就說這么多(還有很多,這個是大考點,要學好)
至於光學,熱學要了解,不要求很深入,但是要懂得基本的東西,不同省份要求好像不一樣,跟好老師走。
如果你是喜歡物理的,用3年的時間去努力是不會有問題的,要有信心是關鍵。
還有就是,無論你是不是喜歡物理,想學好物理都要多做題,楊政寧就說過是因為做了大量的題才有這樣的成就的。熟能生巧。題做多了,公式就自然爛熟於心,還要多點想,多想,對物理的理解就會越來越深了。
⑦ 物理學對社會進步做出的貢獻,從中所受啟
物理學的發展和人類科技的進步 世界從蒙昧到明麗,科學關照的光輝幾乎從沒有終止過任何瞬間,一切模糊而不可能的場景和一切超乎尋常的想像,都極可能在科學的輕輕點綴之下變得順從、有序、飄逸而穩定。風送來精確和愉悅的氣息,一個與智慧和靈感際遇的成果很可能轉眼之間就以質感的方式來到人間。它在現實中矗立,標明今天對於昨天的勝利;或者標志人們昨天的生活方式已經一去不復返;或者標志一個科學偉人已徐徐來到人間……在人類的黎明,或我們的知識所能知道的過去的那些日子,我們確實可以看到科學在廣博而漫長的區域里經歷了艱難與失敗,但它更以改變一切舉足輕重的力量推動著歷史滾滾前行,卓然無匹地建立了一座座一望無際的光輝豐碑。信心、激情、熱望與無限的快樂就是這些豐碑中任何一座豐碑所暗示給我們的生活指向,使我們篤信勤奮、刻苦鑽研、熱愛生活、深思高舉……與此同時,我們也更加看到了科學本身深深的魅力,人文的或自然的,科學家的或某個具體事物的,都如一面垂天可鑒的鏡子矗立在我們面前,我們因為要前進和向上就無可迴避地站在它的面前梳理自己的理性和情感,並在它映照燦爛光輝中汲取智慧和力量,從而使我們的創造性更加有所依託,更加因為積累的豐厚顯得更加強勁可靠。
在人類發展的每一個階段,物理學始終站在解放生產力的前沿,而在物理學發展中的每一次小小的進步,都伴隨著極大的艱難與曲折,都是在傳統與現實之間的長期碰撞中才得以獲得發展和進步,其間既閃耀著拓荒者們智慧的靈光,同時也有讓無數科學先輩們在追求科學真理的道路上進行不曲不撓的斗爭中揮灑的血光與淚光。作為新時期的青少年,非常有必要踏尋這條荊棘之路,我們並不期望大家每一次在這條路上都能采擷到爛漫的鮮花,哪怕每一次只要能在這條路上聞到沁人心脾的花香,也算是對無數科學先輩們英魂的告慰。這就是我們開展本次科普知識系列講座的初衷。 (一)物理學的啟蒙與發展階段 物理學的發展經歷了十分漫長的啟蒙階段。在中世紀以前,物理學一直沒有被確認為一門獨立的科學,它在相當長的時間內被劃分到哲學這一范疇。在這一漫長的時期內,人們都是根據當時生產力的需求或者統治者的意志去開發和利用物理學知識(從無意識到潛意識),是以我根據人類發展進程中生產力的發展水平以及應用物理學知識的程度,把這個時期物理學的啟蒙階段作以下劃分:
1、火器時代:
人類的祖先首先進行了手和腳的分工,用自由之手製造工具,提高了勞動效率。這一時期人類最早製造的工具就是石器,石器的製造宣告了勞動的開始,同時也宣告了簡單物理學的啟蒙。
隨著石器的發展,出現了較為復雜的工具―――弓箭,從而產生了「狩獵」這個最早的生產部門。人類祖先憑自己的智慧和經驗製造了石斧、石刀和弓箭,我們在這里可以用物理學的原理說明其優越性:壓強和壓力成正比,和受力面積成反比。石斧的石刀的鋒刃做得很薄就是為了通過減小受力面積來增大壓強,使它們在不大的壓力作用下就能夠進入到物體里去;弓箭的使用不僅用到了物理學中的壓強知識,還用到了牛頓第三定律――當箭給弓弦一個作用力時,弓弦同時也給箭一個反作用力,這樣才能把箭射出。當時這種微妙的思想也被祖先們挖掘出來,足見祖先思想的進步。
我們知道,「鑽木取火」在人類發展史上有著巨大的意義。可以毫不誇張地講這是人類科技史上的第一次偉大的革命。隨著人工取火的實現,標志著人類已經「在實踐上發明機械運動可以轉化為熱」,「第一次使人類支配了一種自然力,從而最終把人同動物分開」。
有了隨時可以製造火的技術,才能使火進入到人類生產和生活的各個領域。在生產上,人們首先發明了用火燒制陶器―――制陶技術的出現,標志著人類對材料的加工第一次改變了材料的性質,從而創造了一種人工材料,並在加工過程中第一次使用了自然能源。後來人類又學會了煉銅和煉鐵的技術。世界上最早的生鐵冶煉技術,出現在我國春秋時代,到戰國時代,鐵器已被廣泛應用。至東漢時期,已有高五、六米、容積三四十立方米的大型冶鐵高爐。在鐵的基礎上,中國還最早發明了煉鋼技術,與煉鋼工藝同時還發展了淬火技術。這樣,大約到漢末,中國古代的冶鐵、鑄鍛、煉鋼和淬火技術已經形成了一個比較完整的體系,各種工藝方法已大致齊備,在當時世界上處於絕對領先地位。從而奠定了整個封建時代最基本的材料的加工技術基礎。
在取火和用火的技術條件下,人類實現了從石器向銅器和鐵器時代的轉換在人類歷史上引起了生產工具的革命,大大地推動了農業和手工業的發展,從而使生產力有了前所未有的進步。而且鐵器文明不只是技術的發展,還推動了科學的誕生。2、領先世界的中世紀中國物理學
在中國幾千年的封建社會里,在戰亂不斷的歷史縫隙里,中國的科學技術並沒有放慢前進的步伐,中國古代的科學技術系統逐漸得以提高和充實。並涌現出如王充、張衡、劉徵、祖充之、賈思勰、畢升、沈括等著名的科學家。其中張衡曾製造了世界上最早的利用水力轉動的渾象,即渾天儀,以及一種能測定地震震中方向的儀器,定名為「候風地動儀」,這是世界上第一台地震儀,其靈敏度很高,比歐洲地動儀早1700多年;在度量衡這個領域里,不論是我國在遠古時期發明的在天文上通過立圭表測影進行觀象授時,還是後來人們在實踐中發明的利用靜水壓強來量度時間的儀器―――漏刻,在沒有鍾表的古代是一項非常了不起的發明,在遠距離計量長度時,那時候還發明了計量里程的鼓車,當車前進時,利用車輪的轉動,可直接或間接地把車行駛的距離表示出來,這在當時世界上都堪稱是首屈一指的;到宋元時期,由於生產的發展,經濟的繁榮,實行扶植科技的政策及民族之間、中外之間的科學技術交流,宋元時期的科學和技術在隋唐的基礎上,達到了整個古代科學技術發展的高峰。這一時期,冶金技術、名窯瓷器、建築技術、紡織技術、水利建設、造船和航海技術都有巨大的發展,特別值得一提的是作為中國古代四大發明之一的指南針在不斷的改進中已被廣泛應用到航海,作為四大發明之一的火葯在火器和兵器的改進技術上大顯神威,史書上記載的「飛空擊賊震天雷炮」和「神火飛鴉」,至今仍作為現代火箭與火箭炮的雛形,作為四大發明之一的膠泥活版印刷術對世界文明的發展與進步起到巨大的推動作用……
總之,中世紀中國科學技術發展的成績是喜人的,但隨著時間的發展,中國科技在以後的歲月里進入緩慢發展時期,而歐洲科技在度過科學的「黑暗時期」之後,正一日千里地興起,並很快地趕超了中國。 3、後來崛起的輝煌燦爛的西方物理學
在這里值得一提的是西方在這個時期的文明。在封建社會以前,古希臘的科學和文化在歐洲處於領先地位:當時最著名的學者就是後來被西方史學家稱為「科學之父」的泰勒斯,他提出了影子與實物長度成正比關系的原理,並利用這一原理准確地測量計算了埃及金字塔的高度;同一時期還出現了另一位為後世稱頌不已的古希臘的學者―――畢達哥拉斯,他提出了數學是宇宙萬物之本的學說,並以提出畢達哥拉斯定理(即勾股弦定理)而聞名,他還發現了無理數,引起了第一次「數學危機」;還有當時很有影響的科學權威―――留基伯,他和他的繼承人德謨克利特提出了原子論,要知道原子論是現代科學的基石;在古希臘學者中,對後世影響最大的人物是集雅典學派之大成的亞里斯多德,他對天文學、物理學、生物學、醫學等方面都有深入研究,在當時的自然科學的發展中作出很大的貢獻;古希臘學者中還有一位聲名顯赫的科學家―――阿基米德,他發現了浮力定律、杠桿原理等,並利用杠桿原理,巧妙地發明了滑輪、螺旋器,以阿基米德命名的阿基米德螺線,在現代機械中應用極為廣泛,他是一位非常重視實驗的發明家,曾創造了許多儀器和機械,特別在軍事上發明甚多,此外他在天文學、幾何學、數學、圓周率等方面均有特別的貢獻。所以科學史上稱阿基米德是「站在整個希臘、羅馬古代科學家的最高峰而為亞歷山達里亞時期增添了光彩」,「是理論天才與實踐天才集於一身的理論化身,與近代的偉大人物相匹比,在很多領域都有巨大的獨創和真正的發現」……
在中世紀,歐洲在天文物理學方面發展迅猛,成效卓然。其中的代表人物是哥白尼、布魯諾、第谷和刻卜勒。哥白尼的偉大之處是實現了太陽中心說和前人已有的數學方法的結合,使太陽中心說牢固樹立在實際觀測與科學運算之上,使科學進入了新紀元。他在1543年出版的《天體運行論》中指出:⑴、地球不是宇宙的中心,而僅僅是引力月球軌道的中心;⑵、所有天體都繞太陽運轉,所以太陽在宇宙處於中心位置;⑶、地球到太陽的距離遠遠小於地球到恆星的距離,所以恆星看起來是不動的;⑷、地球像其他行星一樣繞太陽運轉,太陽的視運動起因於地球的運動;⑸、行星的表現逆動不是它本身運動引起的,而來自於地球的運動。哥白尼還大體上描繪了太陽系結構的真實圖景―――人們看到的日月星辰東升西落,乃是地球自身轉動的結果;火星、木星等行星在天空中有時順行,有時逆行,並非天皇教會所說的「動作奇特,行蹤詭秘」,而是由於它的繞日運行的軌道和速度不同所造成的綜合表現。哥白尼作為一名天主教徒,十分了解他的學說的「危險性」,所以他遲遲沒有發表。經過他的朋友再三敦促,在他去逝的那一年(1543年)才把《天體運行論》手稿復印發表。
義大利天文學家布魯諾是哥白尼學說的積極宣傳者和捍衛者,1584年他發表了《論無限性、宇宙與世界》一書,發展了哥白尼的學說,成著名的天文學家。不幸的是,由於他極力反對地心說,擁護哥白尼的日心說,主張宇宙是無限的,被教會打成異教徒,並於1600年3月17日在羅馬的鮮花廣場上被活活燒死。
1600年後,刻卜勒當了第谷的助手,開始與第谷合作,這是科學史上科學合作的美妙範例。1601年第谷去世時把他一生中收集的極其珍貴的全部天文資料都留給了刻卜勒,刻卜勒經過認真總結和研究,於1609年出版了他的著作,公布了關於行星運動的兩個定律―――「軌道定律」和「面積定律」,又經過9年的研究和無數次運算後,他發現了第三定律―――「周期定律」(關於三大定律,這里不作一一贅述)。刻卜勒行星三大定律的偉大貢獻,在於把哥白尼的理論向前推進了一步,為專業天文學家和數學家提供了支持日心說的強有力的論據,被後人稱譽他為「天文立法者」。
這里要說的另一位科學家伽利略大家可能比較熟悉(擺的等時性原理和著名的比薩斜塔落體實驗),他在近代科學史上,是一位劃時代的代表人物,他在天文學、力學、物理學、數學等許多方面都有重大貢獻,被公認為近代實驗科學的創始人,為後來經典物理學的建立作出不可磨滅的貢獻,是當之無愧的「近代物理學之父」。(二)物理學發展的第一個黃金階段―――經典力學體系的建立
伽利略的出現,開辟了實驗物理學的先河,為後來經典物理學的建立提供了大量的論據,但是他的許多發現都是對亞里斯多德學說的否定,因此也受到羅馬教廷的警告。他於1632年發表了《關於托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》,更加激怒了教會甚至教皇本人。1633年伽利略被宗教裁判所傳喚,並被判處終身監禁。在監禁中他克服重重困難,寫出了科學巨著《關於兩種新科學的對話》。伽利略設法將此著作秘密送到荷蘭,於1638年出版,為近代科學的發展作出了巨大的貢獻。他在新對話中關於力學知識一系列基本概念和基本定律的總結,成為後來牛頓提出力學三大宣言的基礎,不僅如此,他還創立了實驗和數學相結合的現代科學研究方法。所以說他是近代物理學的奠基人,是科學的鬥士,是打開近代科學大門的人,是不足為過的。
1642年,伽利略逝世了,但另一位未來的科學誕生了,他就是未來的英國物理學家、數學家、天文學家、經典物理學的創始人牛頓。
1661年,18歲的牛頓進入劍橋大學,有機會學到歐幾里德的《幾何原本》。後來他按照歐幾里德的《幾何原本》,撰寫出他的輝煌之作《自然哲學的數學原理》。1664年,牛頓成為他老師巴羅的助手,1665年倫敦流行瘟疫,牛頓不得不回到家鄉。表面上看來,牛頓隱居於窮鄉僻壤的田舍山村之中,但是在他的頭腦中卻掀起科學革命的巨浪。在家鄉的一年半時間里,是牛頓一生中創造性得到充分發揮的時期,也是近代科學史上數學、光學、力學的「黃金時代」。他發明了微積分,提出了著名的「萬有引力」,他還通過三棱鏡把光分解成7種顏色的單色光,從而奠定了現代光學的理論基礎。
1666年,牛頓製成了能夠放大40多倍的反射望遠鏡。1671年,他向皇家學會正式提交關於反射望遠鏡問題的論文;第二年,他又向皇家學會提交《光與色的新理論》。這些光學論文是牛頓顯示自己科學才能並把它們公諸於世的第一批科學成果。牛頓在物理學方面,除了取得力學、熱學、光學等多方面的成就外,更主要的是他還是經典物理學的開創者。他在伽利略等人工作的基礎上,進行了深入的研究,總結出了三大定律,創立了經典力學體系:
牛頓第一定律:
任何物體在受到外力作用而被迫改變自己的狀態之前,將保持靜止或勻速直線運動狀態。
(這就我們今天學習的慣性定律的最初表達)
牛頓第二定律:
動量的改變與所加的力成正比,其方向沿著該作用力的作用方向
(該定律我們將在高中一年級學到牛頓第二定律「力是使物體產生加速度的原因」的最初表達)
牛頓第三定律:
作用力與反作用力大小相等、方向相反。換句話說,兩個物體間的相互作用力大小相等、方向相反。
(該定律我們目前初中階段已經學過,只是沒有以定律形式呈現)
牛頓關於物體運動的這三條定律是我們認識一切力學現象的依據,也是整個經典力學的基礎。
關於牛頓發現萬有引力定律,廣泛流傳著「蘋果落地」的故事,其實這不過是故事而已。即使此事確實發生過,也不應過分誇大這件事本身的意義,只是我們要從這個故事中有所啟發,要留心觀察自己身邊發生的每一個現象。如果說牛頓由於看到蘋果落地就發現了萬有引力定律,那就歷史過於簡單化(不過西方一直流傳著這個說法,並且有「上帝說:讓牛頓去做吧」的普遍說法,足見牛頓當時在科學界的威望)。站在歷史的高度客觀評價,在對萬有引力定律的發現中做出貢獻的科學巨人之中,要首推刻卜勒和伽利略。牛頓不過是集大成者,並解決了別人未能解決的問題,走完了最後、最高的一步罷了。德國著名的哲學家黑格爾說過:「被德國人餓死的刻卜勒是現代天體力學的真正奠基者;而牛頓的萬有引力定律已經包含在刻卜勒的所有三個定律之中,在第三定律中甚至明顯表示出來了。」難怪他在談到他在自然科學領域的成就時說過這樣的謙遜的言辭「就象一個在沙灘上玩耍的小孩拾到幾個貝殼而高興不已」、「我的一切成就都是因為站在巨人肩膀上的緣故」。總之,萬有引力定律的誕生,對當時的天體力學乃至於當代天體力學的研究,都提供了最重要的理論保障。
在經典力學創立和不斷完善的過程中,人們開始意識到科學方法的重要性,特別是實驗方法的重要性。歷史上第一個探索新方法的是英國著名的哲學家培根,他在《新工具》一書中主張把經驗和理性的職能統一起來,要獲得科學知識,首先要進行實驗,最後在實踐中得出結論,另一位提出實驗的科學家是伽利略,他認為真正的科學就是宇宙、自然界,人們必須通過實驗去閱讀這部「自然之書」。可以說,正是培根和伽利略站在實踐和理論上的工作給科學指明了方向,使自然科學脫離了哲學而成為一門獨立的學科。要知道雄辯術―――優雅的語言和爭論的技巧,在自然科學領域中,是沒有用處的,自然科學必須要通過實驗事實來說話。事實也無不說明了這一點:後來的托里拆利、帕斯卡、波義爾、牛頓、托馬斯.揚、梅曼等科學家的研究成果,都是建立在實驗基礎之上的。
到了18世紀,牛頓力學向著深度和廣度兩方面進軍。一方面,通過人的努力,近代數學方法廣泛用於力學,形成了「分析力學」,它甚至被看做是新的數學分支;另一方面,牛頓力學又與具體物性相結合,形成了「固體力學」、「彈性力學」、「流體力學」等許多力學分支,使力學達到了相當完美的地步。
可以說在伽利略和牛頓時代,力學已形成了嚴密、完整、系統的科學體系,成為物理學發展史上第一個「黃金時代」。正是由於力學的帶動,物理學科已初具規模,並且在另一批科學家的努力下向著更深更廣的領域進軍。
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⑧ 物理教會了你什麼
實事求是
結論不能沒有根據