物理在人类文明科学技术方文化艺术面应用

【专家解说】：物理学与人类文明（高一物理第一堂课）同学们，你们通过了激烈的中考竞争，现在坐在了高中教室里。可以说每一位在座的同学都是佼佼者。并且我们是实验班，坐在我们班里的每一位同学更是佼佼者中的佼佼者。我为你们高兴，也为我自己高兴。人说相逢是一种缘。我能和优秀的你们相聚在这里，我感到由衷的高兴和自豪。人还说相逢是一首歌。那么在以后三年的共同学习和生活中，让我们共同唱一曲和谐的、奋发向上的歌。我相信、经过同学们和老师们的共同努力，三年后你们这些优秀者中的更优秀者，都能够更加自豪地走进大学，走进重点大学，走进名牌大学。 同学们在初中已经学习了一些物理知识和科学方法。初中的学习，可以说比较浅显，很多情况下只局限于对物理现象的表面的认识。你们进入高中后，还要继续学习物理。在高中里你们将会见识更为丰富多彩的物理现象，学到更为深刻的物理知识，进一点领悟科学研究的方法。并在学习的过程中，希望你们进一步增进对科学的感情，进一步受到科学精神的陶冶。 那么今天这一节课，我们就来探讨一下什么是物理学？为什么还需要进一步学习物理学？怎样才能学好高中物理？ 一、什么是物理学？ 1、物理学是一门自然科学。 物理学起始于伽俐略和牛顿的年代。（伽俐略：1564－1642年，活了78岁。牛顿， 1642-1727，85岁，英国物理学家、天文学家和数学家）经过三个多世纪的发展，它已经成为一门有众多分支的、令人尊敬和热爱的科学。 其实我们身边处处有物理。现在我问大家一个问题，苹果熟了为什么会从树上掉下来？……那为什么火箭又能将杨利伟乘坐的神州六号推上天呢？最后飞船为什么又能平稳地在太空遨游呢？这就是物理。还有，大家都喜欢看电视吧，电视中一个个精彩的节目，会令屏幕前的你流连忘返，开怀捧腹。那么，电视台的直播间的画面和音乐是怎么即时传过来的？又是怎样在电视屏幕上显示出来的呢？这也是物理。同学们还都知道电子书籍，一盘小小的光碟，可以装得下很多的书，那么光碟又是怎样读出来的呢？这也是物理。这些问题等我们学习了高中物理后就能够一一地解答了。 可以说，远到宇宙深处，近到咫尺之间，大到广袤苍穹，小到分子原子，都是物理学的研究范畴。 它不仅研究物体的运动规律，例如月亮为什么会绕着地球转？它还研究物体为什么会做那样的运动。即物理学还研究物体之间的相互作用的规律，还比如刚才的问题，现在我可以回答你，是因为地球对月球存在着引力。 用较为严谨的语言来说，物理学是研究物质存在的基本形式、本质和运动规律，及物体之间的相互作用和转化的规律的科学。它崇尚理性、重视逻辑推理。可以说物理学是关于“万物之理的”科学。我们学习物理呢？就要注重一个“理”字。 2、物理学是一门实验科学。 自然界的本质和规律能不能自动地展现在人们的面前呢？当然不能。这就要求我们要能过观察和实验，先提出假设，再经过积极的思考和逻辑推理，得出结论，也就是找出规律。然后呢，我们再用规律去应用于实际，在实际应用中检验规律的正确，并应用规律去解决实际问题。 具体的过程是这样的： 观察 思考实验――假设――逻辑推理――结论（规律）――解决问题 探索――假设――推理――规律――――――应用于实际。 所以物理学是极富洞察力和想像力的科学。 经过三百多年的发展，物理学不仅作为一门独立的科学，有完事的科学体系，而且物理学的基本理论、基本的实验方法和精密测试技术，已经越来越广泛地应用于其他学科，极大地推动了科学技术的创新和革命，极大地促进了社会的发展和人类文明的进步。 二、物理学与其他科学技术。 物理学的发展，促进了科学技术的进步。现代物理学更成为高新技术的基础。 1、在牛顿力学和万有引力定律的基础上发展起来的空间物理，能把宇宙飞船送上太空，使人类实现了飞天的梦想。也使中国人“九天揽月”成为可能。（2007年我们国家要登月，那时就是神州7号）。杨得伟是神州6号。（学完万有引力定律可窥一斑） 2、带电粒子在电场磁场中的偏转的规律在科学技术中的应用。电视机显像管等。（学完带电粒子在电场磁场中的偏转会了解了。） 刀。如核磁共振，超声波，X光机等。g3、核物理的研究使放射线的应用成为可能。医疗上的放疗。在医疗上还有很多，如用于治疗脑瘤的 4、20世纪初相对论和量子力学的建立，诞生了近代物理，开创了微电子技术的时代。半导体芯片。电子计算机。没有量子力学也就没有现代科技 。 5、20世纪60年代，激光器诞生。激光物理的进展使激光在制造业、医疗技术和国防工业中的得到了广泛的应用。大家熟悉的微机光盘就是用激光读的。光导纤维等。 6、20世纪80年代高温超导体的研究取得了重大突破，为超导体的实际应用开辟了道路。磁悬浮列车等。80年代，我国高温超导的研究走在世界的前列。 7、20世纪90年代发展起来的纳米技术，使人们可以按照自己的需要设计并重新排列原子或者原子团，使其具有人们希望的特性。纳米材料的应用现是一个新兴的又应用很广泛的前沿技术。秦始皇兵马俑的色彩防脱。 8、生命科学的发展也离不开物理学。脱氧核糖核酸（DNA）是存在于细胞核中的一种重要物质，它是储存和传递生命信息的物质基础。1953年生物学家沃森和物理学家克里克利用X射线衍射的方法在卡文迪许（著名实验物理学家）的实验室成功地测定了DNA的双螺旋结构。 可以说物理学的发展，促进了各个领域科学技术的进步。使人类的生产和生活发生了翻天覆地的变化。 三、物理学与社会的进步。 物理学的发展引发了一次又一次的产业革命，推动着社会和人类文明的发展。可以说社会的每一次大的进步都与物理学的发展紧密相连。 18世纪中叶，在热学发展的基础上发明并改进了蒸汽机。蒸汽机的广泛使用，促成了手工业向机械化的大生产的转变，并使陆上和海上的大规模的长途运输成为可能。大大推动了社会的发展。古人云：一日千里。火车、飞机的使用使每一个地球人实现了“一日千里”甚至日行万里的梦想。蒸汽机的使用是第一次产业革命。 1840年，法拉弟发现了电磁感应现象，并逐渐形成了完整的电磁场理论。在此基础上发展起来的电力工业，使人类进入电气化的时代，给人类的生产和生活带来翻天覆地的变化。大家想想现在使用的电灯、电话、电视、微机等一切的电力设施就能体会了。这是第二次产业革命。 20世纪70年代，微观物理方面取得重大突破，开创了微电子工业，使世界开始进入了以电子计算机应用为特征的信息时代。这是第三次产业革命。 可以说社会的每一次巨大的进步都是在物理学发展的基础上完成的。没有物理学的发展就没有人类社会和文明的巨大进步。 四、物理学与思维观念 物理学的发展也提高了人类认识世界的能力，并改变着人们的思维方式。 在人类文明的初期，人们认为大地是一个大扁盘，我国古代曾有过“盖天说”。“盖天说”是我国古代最早的宇宙结构学说。这一学说认为,天是圆形的,像一把张开的大伞覆盖在地上;地是方形的,像一个棋盘,日月星辰则像爬虫一样过往天空,因此这一学说又被称为...盖天说。 古代西文有“地心说”。地心说的起源很早，最初是由古希腊哲学家亚进里士多德提出的。地心说认为地球处于宇宙中心位置并静止不动，太阳、月亮、行星和其他卫星都围绕地球运转。公元140年前后，天文学家托勒玫进一步发展了前人的学说，建立了宇宙地心说。在16世纪“日心说”创立之前的1000多年中，“地心说”一直占统治地位。 哥白尼的日心说:认为太阳是宇宙的中心,地球和其他行星都绕太阳转动,日心说又称为“日心地动说”或“日心体系”。 物理学的发展使人们对大地乃至宇宙的认识发生了翻天覆地的变化。从“天圆地方”到“地心说”到“日心说”；从太阳系到河外星系；从静态的宇宙到膨胀的宇宙；从“盘古开天地”到“大爆炸”的宇宙演化论……人们对自然界的认识随着空间物理学的发展逐步地深化。 人们更可以掌握的规律对物体的运动和未来做出准确的预言。在牛顿力学建立后，人们精确地预言哈雷彗星每76年回归地球一次。这意味着已知受力情况和初始条件――物体的位置和速度（比如，将一个物体以一定的初始速度抛出去，知道开始的时候的位置和速度，我们可以确定任意时刻物体的位置。同学们通过以后的学习完全可以做到），就可以求出以后任何时刻物体的位置和速度。由此，人们形成了“机械决定论”的思维方式。 很自然地人们梦想对天气也能做出同样的预报。那么能不能呢？20世纪60年代初，美国气象学家洛伦兹研究了服从三个含有非线性项方程的气象模型系统。洛伦兹将两个仅仅相差0.0001的两个初始值输入一个数学方程，计算得出的两条曲线不久就分道扬镳，南辕北辙。真是“差之毫厘，谬之千里”。这揭示了复杂系统的行为对微小初始差异的敏感依赖性，从而断言长期天气预报是不可能实现的。为此他提出一只蝴蝶在巴西扇动翅膀，有可能在美国得克萨斯引起一场“龙卷风”的说法，被称为“蝴蝶效应”。这就动摇了长期在人们头脑中占主导地位的“机械决定论”的思维方式。 物理学的发展告诉人们，没有任何一种思维模式可以是僵化不变的。物理学的每一个重大进展，都是人类思维观念进步的伟大阶梯。 20世纪初，人们创建并发展起了核物理。并把它应用于技术上，发展了核能，使核能的利用越来越广泛。现在世界上已经有为数众多的核电站，特别是在能源贫乏的国家核电站更是广泛的被利用。核电占德国电力总量的1/3。法国占到70%以上，日本占到30%以上。我国目前是占到2%。（2004年8月），有资料称到2020年达到4%。 但是核泄漏时有发生，核泄漏造成的核污染对环境造成极大的破坏。还有原子弹的制造和使用，严重地威胁着人类的和平。人们在利用核能的同时已经认识到了核能利用中的负面影响。现在世界上已经在控制核技术的扩散。使核技术更好地服务于人类。 人们已经学会分析技术的正、负面效应，使技术能够更好地为人们利用。 五、物理学的未来 到19世纪下半页，以经典力学、统计物理和电磁场理论为主要内容的物理学，几乎可以解释当时已知的各种现象。整个物理学界充满乐观的气氛，物理学界的人士也一泒喜气洋洋。因此，20世纪的第一个春天来临之际，久负盛名的英国物理学家，被英王授予“开尔文”奖的威廉.汤姆逊在《新春献词》的演说中，踌躇满志地宣告：“科学大厦已经基本建成……后辈物理学家只需做一些零碎的修补工作就行了。”但话音未落，他的预言就被一个接一个的重大发现所粉碎。 20世纪，物理学捷报频传，重大发现此起彼伏，从来没有停止过。 看几个例子。（略） 大家注意，弱相互作用下宇称不守恒，是美籍华裔科学家李政道和杨振宁发现的。“宇称”是一个物理学名词，许多人可能不熟悉。但即使这样，我们也应该对它有亲切感，因为美籍华裔物理学家李政道、杨振宁在物理学的这个领域取得了举世瞩目的研究成果。1956年，他们二人在研究物理学的“τ——θ”之谜当中发现了在弱相互作用下宇称不守恒，随后另一位美籍华裔女物理学家吴健雄用实验证实了这一发现。1957年，李政道、杨振宁因此荣获当年的诺贝尔物理学奖，从此在诺贝尔奖这个最神圣的科学殿堂里有了炎黄子孙的位置。 李政道、杨振宁1957年获奖距他们提出发现还不到两年，这在诺贝尔奖史上是罕见的，而且这一年李政道年仅30岁，成为科学史上第二个最年轻的诺贝尔奖获得者。这些也足以说明弱相互作用下宇称不守恒的发现在物理学中的身价和地位。李政道、杨振宁的弱相互作用下宇称不守恒的发现，开炎黄子孙获诺贝尔奖之先河，时至今日，已有六位华人科学家获得诺贝尔奖，他们是：李政道、杨振宁、丁肇中、李远哲、朱棣文、崔琪。 综观世界科学技术发展史，许多科学家的重要发明和发现，都是产生于风华正茂、思想最敏捷的青年时期。这是一条普遍的规律。哥白尼提出日心说时是38岁；牛顿和莱布尼茨发明微积分时分别是22岁和28岁；爱迪生发明留声机时是29岁，发明电灯时是31岁，贝尔发明电话时是29岁；居里夫人发现镭、钍、钋三种元素的放射性时是31岁；爱因斯坦提出狭义相对论时是26岁，提出广义相对论时是37岁；沃森和克里克提DNA双螺旋结构时分别是25岁和37岁……. 科学走进21世纪，仍有许多的难题困扰着科学家，期待着人们去探索，去发现。 “江山代有人才出，各领风骚数百年”。同学们，也许中国的诺贝尔奖获得者就出在你们这一代，就出在你们当中。同学们，努力吧！ 六、简说：如何学好物理 前面我们谈到，物理是一门实验科学，又重视逻辑推理。所以我们学习物理就要多观察、多动手（实验）、多动脑（思考和分析逻辑推理）、要养成善于分析思考的好习惯，切忌死记硬背。 学习物理我们不只是关心最后的结论，更要重视和体验知识和规律得来的过程。只有通过过程才能形成思考和解决问题的方法，也才能培养多思善思的好习惯。在学习中形成的思考问题的科学方法，可能是最重要的。若干年后，有的同学可能不以科学技术为职业，某一部分知识也将会忘记，但在高中物理学习中形成的好的思维习惯和好的科学素养将成为他们的潜意识，使他们思维有条理、看问题不片面、善于认识新事物。 学习中要多问几个为什么，要切实弄懂和理解。孔子曰：“学而时习之，不亦说乎？”时，是及时；习是弄懂，精通；说，悦。学了就要及时弄懂，那才能愉悦得起来。 掌握了规律还要善于应用规律解决实际问题。而对我们来说需要解决的问题是从生活、实际和技术中筛选出来的一些例子，以文字的形式出现在书本上或者练习册中。所以为了更好地掌握知识，我们还必须做适量的习题。做题时节忌生搬硬套，死记公式。 最后还要注意，把自己会的东西规范地写出来。要做好作业。