物理在人類文明科學(xué)技術(shù)方文化藝術(shù)面應(yīng)用

【專家解說】：物理學(xué)與人類文明（高一物理第一堂課）同學(xué)們，你們通過了激烈的中考競爭，現(xiàn)在坐在了高中教室里。可以說每一位在座的同學(xué)都是佼佼者。并且我們是實驗班，坐在我們班里的每一位同學(xué)更是佼佼者中的佼佼者。我為你們高興，也為我自己高興。人說相逢是一種緣。我能和優(yōu)秀的你們相聚在這里，我感到由衷的高興和自豪。人還說相逢是一首歌。那么在以后三年的共同學(xué)習(xí)和生活中，讓我們共同唱一曲和諧的、奮發(fā)向上的歌。我相信、經(jīng)過同學(xué)們和老師們的共同努力，三年后你們這些優(yōu)秀者中的更優(yōu)秀者，都能夠更加自豪地走進大學(xué)，走進重點大學(xué)，走進名牌大學(xué)。 同學(xué)們在初中已經(jīng)學(xué)習(xí)了一些物理知識和科學(xué)方法。初中的學(xué)習(xí)，可以說比較淺顯，很多情況下只局限于對物理現(xiàn)象的表面的認識。你們進入高中后，還要繼續(xù)學(xué)習(xí)物理。在高中里你們將會見識更為豐富多彩的物理現(xiàn)象，學(xué)到更為深刻的物理知識，進一點領(lǐng)悟科學(xué)研究的方法。并在學(xué)習(xí)的過程中，希望你們進一步增進對科學(xué)的感情，進一步受到科學(xué)精神的陶冶。 那么今天這一節(jié)課，我們就來探討一下什么是物理學(xué)？為什么還需要進一步學(xué)習(xí)物理學(xué)？怎樣才能學(xué)好高中物理？ 一、什么是物理學(xué)？ 1、物理學(xué)是一門自然科學(xué)。 物理學(xué)起始于伽俐略和牛頓的年代。（伽俐略：1564－1642年，活了78歲。牛頓， 1642-1727，85歲，英國物理學(xué)家、天文學(xué)家和數(shù)學(xué)家）經(jīng)過三個多世紀的發(fā)展，它已經(jīng)成為一門有眾多分支的、令人尊敬和熱愛的科學(xué)。 其實我們身邊處處有物理?，F(xiàn)在我問大家一個問題，蘋果熟了為什么會從樹上掉下來？……那為什么火箭又能將楊利偉乘坐的神州六號推上天呢？最后飛船為什么又能平穩(wěn)地在太空遨游呢？這就是物理。還有，大家都喜歡看電視吧，電視中一個個精彩的節(jié)目，會令屏幕前的你流連忘返，開懷捧腹。那么，電視臺的直播間的畫面和音樂是怎么即時傳過來的？又是怎樣在電視屏幕上顯示出來的呢？這也是物理。同學(xué)們還都知道電子書籍，一盤小小的光碟，可以裝得下很多的書，那么光碟又是怎樣讀出來的呢？這也是物理。這些問題等我們學(xué)習(xí)了高中物理后就能夠一一地解答了。 可以說，遠到宇宙深處，近到咫尺之間，大到廣袤蒼穹，小到分子原子，都是物理學(xué)的研究范疇。 它不僅研究物體的運動規(guī)律，例如月亮為什么會繞著地球轉(zhuǎn)？它還研究物體為什么會做那樣的運動。即物理學(xué)還研究物體之間的相互作用的規(guī)律，還比如剛才的問題，現(xiàn)在我可以回答你，是因為地球?qū)υ虑虼嬖谥Α?用較為嚴謹?shù)恼Z言來說，物理學(xué)是研究物質(zhì)存在的基本形式、本質(zhì)和運動規(guī)律，及物體之間的相互作用和轉(zhuǎn)化的規(guī)律的科學(xué)。它崇尚理性、重視邏輯推理?？梢哉f物理學(xué)是關(guān)于“萬物之理的”科學(xué)。我們學(xué)習(xí)物理呢？就要注重一個“理”字。 2、物理學(xué)是一門實驗科學(xué)。 自然界的本質(zhì)和規(guī)律能不能自動地展現(xiàn)在人們的面前呢？當然不能。這就要求我們要能過觀察和實驗，先提出假設(shè)，再經(jīng)過積極的思考和邏輯推理，得出結(jié)論，也就是找出規(guī)律。然后呢，我們再用規(guī)律去應(yīng)用于實際，在實際應(yīng)用中檢驗規(guī)律的正確，并應(yīng)用規(guī)律去解決實際問題。 具體的過程是這樣的： 觀察 思考實驗――假設(shè)――邏輯推理――結(jié)論（規(guī)律）――解決問題 探索――假設(shè)――推理――規(guī)律――――――應(yīng)用于實際。 所以物理學(xué)是極富洞察力和想像力的科學(xué)。 經(jīng)過三百多年的發(fā)展，物理學(xué)不僅作為一門獨立的科學(xué)，有完事的科學(xué)體系，而且物理學(xué)的基本理論、基本的實驗方法和精密測試技術(shù)，已經(jīng)越來越廣泛地應(yīng)用于其他學(xué)科，極大地推動了科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新和革命，極大地促進了社會的發(fā)展和人類文明的進步。 二、物理學(xué)與其他科學(xué)技術(shù)。 物理學(xué)的發(fā)展，促進了科學(xué)技術(shù)的進步。現(xiàn)代物理學(xué)更成為高新技術(shù)的基礎(chǔ)。 1、在牛頓力學(xué)和萬有引力定律的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的空間物理，能把宇宙飛船送上太空，使人類實現(xiàn)了飛天的夢想。也使中國人“九天攬月”成為可能。（2007年我們國家要登月，那時就是神州7號）。楊得偉是神州6號。（學(xué)完萬有引力定律可窺一斑） 2、帶電粒子在電場磁場中的偏轉(zhuǎn)的規(guī)律在科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用。電視機顯像管等。（學(xué)完帶電粒子在電場磁場中的偏轉(zhuǎn)會了解了。） 刀。如核磁共振，超聲波，X光機等。g3、核物理的研究使放射線的應(yīng)用成為可能。醫(yī)療上的放療。在醫(yī)療上還有很多，如用于治療腦瘤的 4、20世紀初相對論和量子力學(xué)的建立，誕生了近代物理，開創(chuàng)了微電子技術(shù)的時代。半導(dǎo)體芯片。電子計算機。沒有量子力學(xué)也就沒有現(xiàn)代科技 。 5、20世紀60年代，激光器誕生。激光物理的進展使激光在制造業(yè)、醫(yī)療技術(shù)和國防工業(yè)中的得到了廣泛的應(yīng)用。大家熟悉的微機光盤就是用激光讀的。光導(dǎo)纖維等。 6、20世紀80年代高溫超導(dǎo)體的研究取得了重大突破，為超導(dǎo)體的實際應(yīng)用開辟了道路。磁懸浮列車等。80年代，我國高溫超導(dǎo)的研究走在世界的前列。 7、20世紀90年代發(fā)展起來的納米技術(shù)，使人們可以按照自己的需要設(shè)計并重新排列原子或者原子團，使其具有人們希望的特性。納米材料的應(yīng)用現(xiàn)是一個新興的又應(yīng)用很廣泛的前沿技術(shù)。秦始皇兵馬俑的色彩防脫。 8、生命科學(xué)的發(fā)展也離不開物理學(xué)。脫氧核糖核酸（DNA）是存在于細胞核中的一種重要物質(zhì)，它是儲存和傳遞生命信息的物質(zhì)基礎(chǔ)。1953年生物學(xué)家沃森和物理學(xué)家克里克利用X射線衍射的方法在卡文迪許（著名實驗物理學(xué)家）的實驗室成功地測定了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)。 可以說物理學(xué)的發(fā)展，促進了各個領(lǐng)域科學(xué)技術(shù)的進步。使人類的生產(chǎn)和生活發(fā)生了翻天覆地的變化。 三、物理學(xué)與社會的進步。 物理學(xué)的發(fā)展引發(fā)了一次又一次的產(chǎn)業(yè)革命，推動著社會和人類文明的發(fā)展?？梢哉f社會的每一次大的進步都與物理學(xué)的發(fā)展緊密相連。 18世紀中葉，在熱學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)上發(fā)明并改進了蒸汽機。蒸汽機的廣泛使用，促成了手工業(yè)向機械化的大生產(chǎn)的轉(zhuǎn)變，并使陸上和海上的大規(guī)模的長途運輸成為可能。大大推動了社會的發(fā)展。古人云：一日千里?；疖?、飛機的使用使每一個地球人實現(xiàn)了“一日千里”甚至日行萬里的夢想。蒸汽機的使用是第一次產(chǎn)業(yè)革命。 1840年，法拉弟發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，并逐漸形成了完整的電磁場理論。在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的電力工業(yè)，使人類進入電氣化的時代，給人類的生產(chǎn)和生活帶來翻天覆地的變化。大家想想現(xiàn)在使用的電燈、電話、電視、微機等一切的電力設(shè)施就能體會了。這是第二次產(chǎn)業(yè)革命。 20世紀70年代，微觀物理方面取得重大突破，開創(chuàng)了微電子工業(yè)，使世界開始進入了以電子計算機應(yīng)用為特征的信息時代。這是第三次產(chǎn)業(yè)革命。 可以說社會的每一次巨大的進步都是在物理學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)上完成的。沒有物理學(xué)的發(fā)展就沒有人類社會和文明的巨大進步。 四、物理學(xué)與思維觀念 物理學(xué)的發(fā)展也提高了人類認識世界的能力，并改變著人們的思維方式。 在人類文明的初期，人們認為大地是一個大扁盤，我國古代曾有過“蓋天說”?！吧w天說”是我國古代最早的宇宙結(jié)構(gòu)學(xué)說。這一學(xué)說認為,天是圓形的,像一把張開的大傘覆蓋在地上;地是方形的,像一個棋盤,日月星辰則像爬蟲一樣過往天空,因此這一學(xué)說又被稱為...蓋天說。 古代西文有“地心說”。地心說的起源很早，最初是由古希臘哲學(xué)家亞進里士多德提出的。地心說認為地球處于宇宙中心位置并靜止不動，太陽、月亮、行星和其他衛(wèi)星都圍繞地球運轉(zhuǎn)。公元140年前后，天文學(xué)家托勒玫進一步發(fā)展了前人的學(xué)說，建立了宇宙地心說。在16世紀“日心說”創(chuàng)立之前的1000多年中，“地心說”一直占統(tǒng)治地位。 哥白尼的日心說:認為太陽是宇宙的中心,地球和其他行星都繞太陽轉(zhuǎn)動,日心說又稱為“日心地動說”或“日心體系”。 物理學(xué)的發(fā)展使人們對大地乃至宇宙的認識發(fā)生了翻天覆地的變化。從“天圓地方”到“地心說”到“日心說”；從太陽系到河外星系；從靜態(tài)的宇宙到膨脹的宇宙；從“盤古開天地”到“大爆炸”的宇宙演化論……人們對自然界的認識隨著空間物理學(xué)的發(fā)展逐步地深化。 人們更可以掌握的規(guī)律對物體的運動和未來做出準確的預(yù)言。在牛頓力學(xué)建立后，人們精確地預(yù)言哈雷彗星每76年回歸地球一次。這意味著已知受力情況和初始條件――物體的位置和速度（比如，將一個物體以一定的初始速度拋出去，知道開始的時候的位置和速度，我們可以確定任意時刻物體的位置。同學(xué)們通過以后的學(xué)習(xí)完全可以做到），就可以求出以后任何時刻物體的位置和速度。由此，人們形成了“機械決定論”的思維方式。 很自然地人們夢想對天氣也能做出同樣的預(yù)報。那么能不能呢？20世紀60年代初，美國氣象學(xué)家洛倫茲研究了服從三個含有非線性項方程的氣象模型系統(tǒng)。洛倫茲將兩個僅僅相差0.0001的兩個初始值輸入一個數(shù)學(xué)方程，計算得出的兩條曲線不久就分道揚鑣，南轅北轍。真是“差之毫厘，謬之千里”。這揭示了復(fù)雜系統(tǒng)的行為對微小初始差異的敏感依賴性，從而斷言長期天氣預(yù)報是不可能實現(xiàn)的。為此他提出一只蝴蝶在巴西扇動翅膀，有可能在美國得克薩斯引起一場“龍卷風(fēng)”的說法，被稱為“蝴蝶效應(yīng)”。這就動搖了長期在人們頭腦中占主導(dǎo)地位的“機械決定論”的思維方式。 物理學(xué)的發(fā)展告訴人們，沒有任何一種思維模式可以是僵化不變的。物理學(xué)的每一個重大進展，都是人類思維觀念進步的偉大階梯。 20世紀初，人們創(chuàng)建并發(fā)展起了核物理。并把它應(yīng)用于技術(shù)上，發(fā)展了核能，使核能的利用越來越廣泛?，F(xiàn)在世界上已經(jīng)有為數(shù)眾多的核電站，特別是在能源貧乏的國家核電站更是廣泛的被利用。核電占德國電力總量的1/3。法國占到70%以上，日本占到30%以上。我國目前是占到2%。（2004年8月），有資料稱到2020年達到4%。 但是核泄漏時有發(fā)生，核泄漏造成的核污染對環(huán)境造成極大的破壞。還有原子彈的制造和使用，嚴重地威脅著人類的和平。人們在利用核能的同時已經(jīng)認識到了核能利用中的負面影響。現(xiàn)在世界上已經(jīng)在控制核技術(shù)的擴散。使核技術(shù)更好地服務(wù)于人類。 人們已經(jīng)學(xué)會分析技術(shù)的正、負面效應(yīng)，使技術(shù)能夠更好地為人們利用。 五、物理學(xué)的未來 到19世紀下半頁，以經(jīng)典力學(xué)、統(tǒng)計物理和電磁場理論為主要內(nèi)容的物理學(xué)，幾乎可以解釋當時已知的各種現(xiàn)象。整個物理學(xué)界充滿樂觀的氣氛，物理學(xué)界的人士也一泒喜氣洋洋。因此，20世紀的第一個春天來臨之際，久負盛名的英國物理學(xué)家，被英王授予“開爾文”獎的威廉.湯姆遜在《新春獻詞》的演說中，躊躇滿志地宣告：“科學(xué)大廈已經(jīng)基本建成……后輩物理學(xué)家只需做一些零碎的修補工作就行了?！钡捯粑绰?，他的預(yù)言就被一個接一個的重大發(fā)現(xiàn)所粉碎。 20世紀，物理學(xué)捷報頻傳，重大發(fā)現(xiàn)此起彼伏，從來沒有停止過。 看幾個例子。（略） 大家注意，弱相互作用下宇稱不守恒，是美籍華裔科學(xué)家李政道和楊振寧發(fā)現(xiàn)的。“宇稱”是一個物理學(xué)名詞，許多人可能不熟悉。但即使這樣，我們也應(yīng)該對它有親切感，因為美籍華裔物理學(xué)家李政道、楊振寧在物理學(xué)的這個領(lǐng)域取得了舉世矚目的研究成果。1956年，他們二人在研究物理學(xué)的“τ——θ”之謎當中發(fā)現(xiàn)了在弱相互作用下宇稱不守恒，隨后另一位美籍華裔女物理學(xué)家吳健雄用實驗證實了這一發(fā)現(xiàn)。1957年，李政道、楊振寧因此榮獲當年的諾貝爾物理學(xué)獎，從此在諾貝爾獎這個最神圣的科學(xué)殿堂里有了炎黃子孫的位置。 李政道、楊振寧1957年獲獎距他們提出發(fā)現(xiàn)還不到兩年，這在諾貝爾獎史上是罕見的，而且這一年李政道年僅30歲，成為科學(xué)史上第二個最年輕的諾貝爾獎獲得者。這些也足以說明弱相互作用下宇稱不守恒的發(fā)現(xiàn)在物理學(xué)中的身價和地位。李政道、楊振寧的弱相互作用下宇稱不守恒的發(fā)現(xiàn)，開炎黃子孫獲諾貝爾獎之先河，時至今日，已有六位華人科學(xué)家獲得諾貝爾獎，他們是：李政道、楊振寧、丁肇中、李遠哲、朱棣文、崔琪。 綜觀世界科學(xué)技術(shù)發(fā)展史，許多科學(xué)家的重要發(fā)明和發(fā)現(xiàn)，都是產(chǎn)生于風(fēng)華正茂、思想最敏捷的青年時期。這是一條普遍的規(guī)律。哥白尼提出日心說時是38歲；牛頓和萊布尼茨發(fā)明微積分時分別是22歲和28歲；愛迪生發(fā)明留聲機時是29歲，發(fā)明電燈時是31歲，貝爾發(fā)明電話時是29歲；居里夫人發(fā)現(xiàn)鐳、釷、釙三種元素的放射性時是31歲；愛因斯坦提出狹義相對論時是26歲，提出廣義相對論時是37歲；沃森和克里克提DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)時分別是25歲和37歲……. 科學(xué)走進21世紀，仍有許多的難題困擾著科學(xué)家，期待著人們?nèi)ヌ剿?，去發(fā)現(xiàn)。 “江山代有人才出，各領(lǐng)風(fēng)騷數(shù)百年”。同學(xué)們，也許中國的諾貝爾獎獲得者就出在你們這一代，就出在你們當中。同學(xué)們，努力吧！ 六、簡說：如何學(xué)好物理 前面我們談到，物理是一門實驗科學(xué)，又重視邏輯推理。所以我們學(xué)習(xí)物理就要多觀察、多動手（實驗）、多動腦（思考和分析邏輯推理）、要養(yǎng)成善于分析思考的好習(xí)慣，切忌死記硬背。 學(xué)習(xí)物理我們不只是關(guān)心最后的結(jié)論，更要重視和體驗知識和規(guī)律得來的過程。只有通過過程才能形成思考和解決問題的方法，也才能培養(yǎng)多思善思的好習(xí)慣。在學(xué)習(xí)中形成的思考問題的科學(xué)方法，可能是最重要的。若干年后，有的同學(xué)可能不以科學(xué)技術(shù)為職業(yè)，某一部分知識也將會忘記，但在高中物理學(xué)習(xí)中形成的好的思維習(xí)慣和好的科學(xué)素養(yǎng)將成為他們的潛意識，使他們思維有條理、看問題不片面、善于認識新事物。 學(xué)習(xí)中要多問幾個為什么，要切實弄懂和理解?？鬃釉唬骸皩W(xué)而時習(xí)之，不亦說乎？”時，是及時；習(xí)是弄懂，精通；說，悅。學(xué)了就要及時弄懂，那才能愉悅得起來。 掌握了規(guī)律還要善于應(yīng)用規(guī)律解決實際問題。而對我們來說需要解決的問題是從生活、實際和技術(shù)中篩選出來的一些例子，以文字的形式出現(xiàn)在書本上或者練習(xí)冊中。所以為了更好地掌握知識，我們還必須做適量的習(xí)題。做題時節(jié)忌生搬硬套，死記公式。 最后還要注意，把自己會的東西規(guī)范地寫出來。要做好作業(yè)。