第一篇：大學(xué)物理小論文相對論的時空觀念

北航物理小論文

之

相對論的時空觀念

作者：

學(xué)號：

班級：

摘要...........3

一、光速有限、電磁場理論與以太理論........3

1.光速有限的發(fā)現(xiàn)..........3

2.電磁場理論與牛頓理論的沖突...........3

3.以太理論的提出與失敗..........4

二、經(jīng)典物理學(xué)的時空觀.............4

1.時間空間獨立存在..............4

2.時間與空間是絕對的............4

3.不存在靜止的絕對標(biāo)準(zhǔn)..........5

三、相對論的時空觀...........5

1.時空是不可分割的........5

2.四維時空觀.............5

3.空間與時間可彎曲........6

四、小結(jié).............6

摘要 介紹相對論提出的時代背景與歷史意義，重點闡述其對絕對時空觀的沖擊與影響。愛因斯坦以光速不變原理出發(fā)，建立了新的時空觀，對當(dāng)時的科學(xué)界中的以太理論產(chǎn)生了巨大的沖擊。相對論不僅撥開了邁克爾遜-莫雷實驗的陰云，還將物理大廈的構(gòu)建提升到了一個新的階段。本文將重點介紹其對時空觀的影響。

關(guān)鍵詞：相對論、時空觀

一、光速有限、電磁場理論與以太理論

1.光速有限的發(fā)現(xiàn)

1676年丹麥天文學(xué)家歐爾·克里斯琴森·羅默首次發(fā)現(xiàn)，光以有限但非常高的速度行進(jìn)。羅默通過觀測木星衛(wèi)星的月食，發(fā)現(xiàn)木星衛(wèi)星的月食并沒有以相等的時間間隔發(fā)生。羅默就這一現(xiàn)象給出了一種解釋。如果以光以有限速度行進(jìn)，我們將在每次月食發(fā)生之后的某一時間看到它。如果木星不改變離開地球的距離，那么每次月食延遲的時間相同。但是事實是，木星與地球的距離在運動中不斷的改變，因此光延遲的時間也就不相同。羅默利用這個延遲的時間差首次計算出光速。雖然他不能很精確的測量地球和木星之間的距離變化，測出的光速為每秒140000英里（現(xiàn)在我們認(rèn)為是每秒186000英里），但是他不僅證明了光以有限的速度行進(jìn)，而且測量了這個速度，成就無疑是卓越的。要知道，這些工作都是在牛頓的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》之前11年進(jìn)行的。

2.電磁場理論與牛頓理論的沖突

1865年詹姆斯·克拉克·麥克斯韋提出了電磁場理論，他成功統(tǒng)一了那時描述電力和磁力部分理論，并且極大的推動了光的波動學(xué)說的發(fā)展。這時科學(xué)界才得到了電磁波傳播的正確理論。麥克斯韋在數(shù)學(xué)上證明了：這些電力和磁力不是有粒子之間相互直接作用而引起，而是每個電荷和電流在周圍空間產(chǎn)生一個長，場將力作用在位于那個空間內(nèi)的其他每一個電荷核電路上。他發(fā)現(xiàn)每一個單獨的場都攜帶電力和磁力，他把這個統(tǒng)一的力稱為電磁力，攜帶它的稱作電磁場。

麥克斯韋方程預(yù)言，在電磁場中如果產(chǎn)生波狀的微擾，這些微擾將以固定的速度前進(jìn)，正如池塘水面的漣漪一樣。他計算出這個速度后，發(fā)現(xiàn)竟然與光速一致。這就意味著電磁波與光波以某種固定的速度前進(jìn)。這就與牛頓理論中不存在靜止的絕對標(biāo)準(zhǔn)的觀點產(chǎn)生了嚴(yán)重的分歧。在牛頓理論中，物體相對于地面的速度為參考系相對于地面速度與物體相對于參考系速度之和，如果光速不變，那么這就意味著對于光速難以產(chǎn)生一致的意見。

3.以太理論的提出與失敗

為了讓麥克斯韋理論與牛頓的經(jīng)典物理學(xué)“和諧共處”，人們猜測存在一種稱為“以太”的物質(zhì)，它無處不在，甚至于存在在真空的宇宙空間中。而以太則是光傳播的一種介質(zhì)（現(xiàn)在認(rèn)為光不需要傳播介質(zhì)）。根據(jù)以太理論，從麥克斯韋方程推出的光速是相對以太的速度，而不是相對于實際觀測者的速度。按照這一觀點，不同的觀測者會發(fā)現(xiàn)光以不同的速度設(shè)想他們，但是光相對于以太的速度保持不變。于是，當(dāng)時人們便開始尋找在實驗中測的光速的方法。

1887年，阿爾伯特·邁克爾遜和愛德華·莫雷做了一個非常精細(xì)而且困難的實驗。邁克爾遜和莫雷將干涉儀裝在十分平穩(wěn)的大理石上，并讓大理石漂浮在水銀槽上，可以平穩(wěn)地轉(zhuǎn)動。并當(dāng)整個儀器緩慢轉(zhuǎn)動時連續(xù)讀數(shù),這時該儀器的精確度為0.01% ,即能測到1/100條條紋移動，用該儀器測條紋移動應(yīng)該是很容易的。邁克爾遜和莫雷設(shè)想：如果讓儀器轉(zhuǎn)動90度，光通過OM1、OM2的時間差應(yīng)改變，干涉條紋要發(fā)生移動，從實驗中測出條紋移動的距離，就可以求出地球相對以太的運動速度，從而證實以太的存在。但實驗結(jié)果是:未發(fā)現(xiàn)任何條紋移動。

在1887到1905年，科學(xué)家們想要挽回以太理論的失敗。然而卻都以失敗告終。這時候，阿爾伯特·愛因斯坦在他的論文中提出，只要人們愿意拋棄絕對時空的觀念，以太理論完全是多余的。

二、經(jīng)典物理學(xué)的時空觀

1.時間空間獨立存在經(jīng)典時空觀認(rèn)為時間和相間與物體的運動是無關(guān)的，是獨立存在的，時間記錄著物體的運動過程和運動狀態(tài)，而空間是提供了物體運動的舞臺。在牛頓時空觀中，時間和空間是互不關(guān)聯(lián)的，空間僅僅是“盛放物質(zhì)的容器”。在不同時間的兩個事件可以確定是否在空間的相同位置上，而且牛頓相信人們可以毫無歧義的測量兩個事件之間的時間間隔，只要使用好的時鐘，不管觀測者的運動狀態(tài)如何，這個時間都是一樣的。這是被當(dāng)時的大多數(shù)科學(xué)家都作為常識來看待的，同樣，根據(jù)牛頓物理學(xué)的時空觀，只要確定了物體三維坐標(biāo)，便可以確定物體的位置。在牛頓的經(jīng)典物理學(xué)中，時間與空間是相互獨立的。

2.時間與空間是絕對的在牛頓的理論中，空間是絕對的，平坦的，時間則是絕對的，勻速的。不管觀測者如何運動，時間始終以同樣的速度流逝。牛頓絕對時空觀承認(rèn)時間和空間的客觀性，但卻把時間和空間看作是脫離物質(zhì)運動而獨立存在的。這在當(dāng)時就引起了一些科學(xué)家和哲學(xué)家的思考和懷疑。特別是電磁理論的發(fā)展和十九世紀(jì)中葉麥克斯韋方程建立后，絕對時空觀更面臨著嚴(yán)峻的局面。按麥?zhǔn)戏匠讨写嬖诘某?shù)c，表明電磁波或光在真空中沿各個方向均以不變的速度c傳播，這與伽利略相對性原理發(fā)生了矛盾。因為據(jù)絕對時空觀的經(jīng)典速度合成定理，在不同慣性系中，光的傳播速度不應(yīng)在各個方向均相同。

3.不存在靜止的絕對標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)伽利略相對性原理，物體運動的狀態(tài)是相對的，沒有一個物體可以相對所有參考系都是靜止的，同樣，絕對靜止的參考系是不存在的，但是存在絕對運動。從某種意義上來說，不存在靜止的絕對標(biāo)準(zhǔn)在暗示著觀測者無法確定不同時間發(fā)生的事件是不是在同一個空間位置上，已經(jīng)略有些否定絕對空間的意味，但是牛頓對他的理論的這一觀點一直帶有排斥態(tài)度，因此在很長時間內(nèi)人們對這一觀點都沒有太過重視。

舉一個例子，一輛行動的列車上，一個乒乓球落在了車廂里，在車到站后，在車廂內(nèi)的觀測者可能就會認(rèn)為球落在地面上發(fā)生在車廂某一點上，而車廂外的觀測者就可能認(rèn)為球落在車行駛過程中時的一點上，這樣倆者就球的落點就很難達(dá)成一致。因此暗示了否定決定空間。

三、相對論的時空觀

1.時空是不可分割的相對論中認(rèn)為，時空是緊密相連的一個整體，時間的流逝狀況、空間的彎曲程度都與物體的運動狀態(tài)密切相關(guān)，就此引出了四維時空。

馬赫和休謨的哲學(xué)對愛因斯坦影響很大。馬赫認(rèn)為時間和空間的量度與物質(zhì)運動有關(guān)。時空的觀念是通過經(jīng)驗形成的。絕對時空無論依據(jù)什么經(jīng)驗也不能把握。休謨更具體的說：空間和廣延不是別的，而是按一定次序分布的可見的對象充滿空間。而時間總是又能夠變化的對象的可覺察的變化而發(fā)現(xiàn)的。1905年愛因斯坦指出，邁克爾遜和莫雷實驗實際上說明關(guān)于“以太”的整個概念是多余的，光速是不變的。而牛頓的絕對時空觀念是錯誤的。不存在絕對靜止的參照物，時間測量也是隨參照系不同而不同的。他用光速不變和相對性原理提出了洛侖茲變換。

2.四維時空觀

目前為止，我們認(rèn)識的物理世界只是四維，即三維空間加一維時間?，F(xiàn)代微觀物理學(xué)提到的高維空間是另一層意思，只有數(shù)學(xué)意義，在此不做討論。

四維時空是構(gòu)成真實世界的最低維度，我們的世界恰好是四維，至于高維真實空間，至少現(xiàn)在我們還無法感知。一把尺子在三維空間里（不含時間）轉(zhuǎn)動，其長度不變，但旋轉(zhuǎn)它時，它的各坐標(biāo)值均發(fā)生了變化，且坐標(biāo)之間是有聯(lián)系的。四維時空的意義就是時間是第四維坐標(biāo)，它與空間坐標(biāo)是有聯(lián)系的，也就是說時空是統(tǒng)一的，不可分割的整體，它們是一種“此消彼長”的關(guān)系。四維時空不僅限于此，由質(zhì)能關(guān)系知，質(zhì)量和能量實際是一回事，質(zhì)量（或能量）并不是獨立的，而是與運動狀態(tài)相關(guān)的，比如速度越大，質(zhì)量越大。在四維時空里，質(zhì)量（或能量）實際是四維動量的第四維分量，動量是描述物質(zhì)運動的量，因此質(zhì)量與運動狀態(tài)有關(guān)就是理所當(dāng)然的了。在四維時空里，動量和能量實現(xiàn)了統(tǒng)一，稱為能量動量四矢。另外在四維時空里還定義了四維速度，四維加速度，四維力，電磁場方程組的四維形式等。值得一提的是，電磁場方程組的四維形式更加完美，完全統(tǒng)一了電和磁，電場和磁場

用一個統(tǒng)一的電磁場張量來描述。四維時空的物理定律比三維定律要完美的多，這說明我們的世界的確是四維的?？梢哉f至少它比牛頓力學(xué)要完美的多。

3.空間與時間可彎曲

1919年5月29日在地球上的一些地區(qū)發(fā)生日全食，A.S.愛丁頓和F.戴森率領(lǐng)的兩個探測小組分赴西非的普林西北島和巴西的索勃拉市拍攝日全食太陽附近的星空照片，與太陽不在這一天區(qū)的星空照片相比較，得出的光線偏折值分別為1.61″±0.40和1.98″±0.16，與愛因斯坦的理論預(yù)言符合得很好，曾引起世界的轟動。以后幾乎每逢有便于進(jìn)行日全食觀測時，各國的天文學(xué)家都要作此項觀測。20世紀(jì)70年代以后，射電天文學(xué)的進(jìn)展，在射電波段進(jìn)行觀測，觀測精度更為提高，觀測結(jié)果與理論預(yù)言符合得更好。

這一觀測現(xiàn)象證明，引力場可引起空間的彎曲，從而導(dǎo)致光線偏折。而根據(jù)光錐這一模型，我們了解到光錐內(nèi)部事件傳播速度是低于光速的，而光錐外部事件傳播速度是高于光速的，根據(jù)光速不變理論，光錐外面的傳播速度似乎是不可發(fā)生的，但在強(qiáng)引力的作用下，時空會發(fā)生扭曲，或許從空間的某一參考系就能看到出現(xiàn)光錐外側(cè)的速度。這或許就為空間扭曲，時空倒流提供了一種思考。

四、小結(jié)

通過這次物理小論文的撰寫，我了解到了許多從課本上了解不到的關(guān)于相對論的知識，對相對論的時空觀有了一個初步的認(rèn)識。相對論作為近代物理的一個重要理論，其時空觀必將在解決現(xiàn)代理論物理學(xué)諸多問題上產(chǎn)生積極的影響，對黑洞等問題的探討也必將在其時空觀的指引下繼續(xù)進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)：

1.《時間簡史(插圖本)》，史蒂芬·霍金，湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2011年9月

2.《相對論》，阿爾伯特·愛因斯坦，江蘇人民出版社，2011年3月

3.《大學(xué)物理通用教程·近代物理》，陳熙牟，北京大學(xué)出版社，2009年7月

第二篇：大學(xué)物理 相對論總結(jié)

時間、空間與運動

———狹義相對論及其偉大科學(xué)意義

航空航天與力學(xué)學(xué)院 工程力學(xué)系 曹玉夢 1153410

前言:在這一學(xué)期的普通物理學(xué)課程中,我們開始學(xué)習(xí)現(xiàn)代物理學(xué)的相關(guān)知識,尤其是相對論和量子物理學(xué)部分,雖然有些難以理解但真的激起了我很大的探究興趣.我在課下查閱了很多關(guān)于相對論的知識,在這學(xué)期即將結(jié)束的時候在這里做一下總結(jié)和梳理,并以此來表達(dá)我在著一個學(xué)期中對物理學(xué)學(xué)習(xí)的心得與體會.以下就是我對狹義相對論的學(xué)習(xí)梳理.愛因斯坦1905年創(chuàng)立的劃時代的狹義相對論,發(fā)現(xiàn)了時間和空間與運動的相對性關(guān)系,建立了以實驗事實為基礎(chǔ)的適用于全部物理學(xué)和自然科學(xué)的新的相對時空理論及其新的運動學(xué)定律,從而徹底推翻了統(tǒng)治物理學(xué)已二百多年的牛頓的絕對時空理論,成為物理學(xué)、自然科學(xué)和哲學(xué)史上一次最偉大的科學(xué)革命.從狹義相對論的相對時空結(jié)構(gòu)理論得出的最令人嘆為觀止,也最令人驚奇的結(jié)論,是最深刻地揭示了自然界最深層的一個極為神奇而又非常有趣的現(xiàn)象和基本規(guī)律:時空的相對性結(jié)構(gòu)是一切自然界定律對相對運動保持其不變性和對稱性的基礎(chǔ),也是自然界因果關(guān)系成立的基礎(chǔ).沒有時空的相對性結(jié)構(gòu)就沒有自然界定律對運動的不變性和對稱性,也沒有自然界的因果關(guān)系,反之亦然.正是兩者的辯證統(tǒng)一構(gòu)成和展示了自然界的和諧性和統(tǒng)一性.有人認(rèn)為狹義相對論證明了世界上的一切事物都是相對的,沒有絕對的,只有相對真理,沒有絕對真理,這完全是一種誤解.狹義相對論只是相對時空結(jié)構(gòu)理論,只是證明了時間和空間是相對性的,而不是絕對的,只是證明了正是時空的相對性結(jié)構(gòu)保證了一切自然界定律對運動的不變性和對稱性,并沒有否定自然界定律的不變性和絕對性.為此,愛因斯坦在多年內(nèi)一直把狹義相對論稱之為相對性原理,用以強(qiáng)調(diào)時間和空間的相對性結(jié)構(gòu),1915年起才開始稱之為狹義相對論,以區(qū)別于廣義相對論.物理學(xué)的三大革命

19世紀(jì)末,由于實驗和理論研究的深入發(fā)展,發(fā)現(xiàn)了一系列新的物理現(xiàn)象,諸如X射線、放射性、塞曼效應(yīng)、電子等,利用已有的經(jīng)典物理學(xué)理論無法作出解釋,使物理學(xué)陷入了空前危機(jī),也進(jìn)入了一個新的革命性轉(zhuǎn)折時期.因此,在20世紀(jì)初物理學(xué)相繼發(fā)生了三次史無前例的偉大革命,這就是狹義相對論、廣義相對論和量子論革命,革命性地改變了物理學(xué)的公理基礎(chǔ)和概念結(jié)構(gòu).狹義相對論發(fā)現(xiàn)了時間和空間的相對性結(jié)構(gòu),建立了新的相對時空結(jié)構(gòu)理論及其新的運動學(xué)定律,改變了人類對時間和空間的認(rèn)識.廣義相對論則揭示了四維彎曲時空幾何結(jié)構(gòu)與引力的關(guān)系,建立了新的引力場理論,由此建立了科學(xué)地研究宇宙起源、演化及其結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代宇宙學(xué).量子論則深化了對物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的認(rèn)識,建立了研究微觀粒子運動規(guī)律的量子力學(xué),有力地促進(jìn)了分子和原子物理學(xué)、固體物理學(xué)、核物理學(xué)和基本粒子物理學(xué)以及化學(xué)等學(xué)科的飛躍發(fā)展.三大革命開辟了現(xiàn)代物理學(xué)的研究及其新紀(jì)元,為現(xiàn)代高科技發(fā)展奠定了牢固的理論基礎(chǔ).狹義相對論和廣義相對論革命是愛因斯坦一人獨力完成的,他對量子論革命也作出了至關(guān)重要的開創(chuàng)性貢獻(xiàn).因此,愛因斯坦的偉大科學(xué)成就被舉世一致公認(rèn)為物理學(xué)和科學(xué)史上非常罕見的奇跡,愛因斯坦也被公認(rèn)為有史以來最偉大的物理學(xué)家和科學(xué)大師.劃時代的狹義相對論是愛因斯坦在1905年創(chuàng)立的,也是他在科學(xué)征途上攀登的第一座科學(xué)高峰.當(dāng)時他才26歲,跨出大學(xué)校門只短短5年,但已充分展示了他非凡的科學(xué)天才.由于發(fā)現(xiàn)和建立了適用于全部物理學(xué)和自然科學(xué)的新的相對時空結(jié)構(gòu)理論及其新的運動學(xué)定律,不

但圓滿解決了長久以來困擾物理學(xué)界的麥克斯韋電動力學(xué)不能應(yīng)用于運動物體的問題,也解決了力學(xué)與電動力學(xué)在相對運動上的不對稱性,為物理學(xué)理論的統(tǒng)一邁出了新的一步,由此發(fā)現(xiàn)了自然界一系列的新奇定律,脫穎而出,因此愛因斯坦也很快成為科學(xué)界刮目相看的一顆光芒燦然的科學(xué)新星.牛頓的絕對時空觀

時間和空間是一切物質(zhì)存在、運動和相互作用的基礎(chǔ),一切自然界現(xiàn)象和事件都是在時間和空間中發(fā)生的.因此時間和空間概念是物理學(xué)和一切自然科學(xué)描述自然界現(xiàn)象和事件的基礎(chǔ).物理學(xué)中的時間和空間概念起源于17世紀(jì)的伽利略和牛頓.牛頓在其偉大著作《自然哲學(xué)之?dāng)?shù)學(xué)原理》一書中指出“絕對的、真正的、數(shù)學(xué)的時間,就其本性而言是永遠(yuǎn)均勻地流逝,與一切外界事物無關(guān)的”.又指出“絕對空間就其本性而言,是永遠(yuǎn)處處相同和不動的,與一切外界事物無關(guān)的”.一般稱之為牛頓的絕對時空.絕對時空最鮮明的特點是時間和空間結(jié)構(gòu)都與運動和一切外界事物無關(guān),是絕對的,永遠(yuǎn)不變的.絕對時空也是牛頓力學(xué)定律對一切勻速運動保持其不變性和對稱性的基礎(chǔ).牛頓的絕對時空在物理學(xué)中的體現(xiàn)和應(yīng)用,是伽利略相對性原理及其數(shù)學(xué)表示式伽利略變換,也稱為伽利略運動學(xué).相對性原理是關(guān)于時間和空間與運動關(guān)系的原理.在物理學(xué)中一般利用坐標(biāo)系來定義和描述物體的靜止和運動狀態(tài),坐標(biāo)系是時間和空間坐標(biāo)的組合.最常用的一種坐標(biāo)系是適合牛頓慣性定律的慣性坐標(biāo)系(一般簡稱為慣性系).伽利略變換就是描述時間和空間在一切慣性坐標(biāo)系內(nèi)與運動關(guān)系的數(shù)學(xué)形式,其中時間不受運動和外界事物的影響,是絕對的,不變的;物體的空間位置雖隨運動而變化,但牛頓認(rèn)為這種相對空間只是絕對空間的可動部份或者量度,而絕對空間本身則是永遠(yuǎn)處處相同和不動的.牛頓力學(xué)定律完全適合伽利略相對性原理,對伽利略變換保持其不變性和對稱性,都不受坐標(biāo)系或者觀察者運動狀態(tài)的影響,因此兩者共同構(gòu)成了一個邏輯一致的理論體系.牛頓的絕對時空觀由于沒有任何實驗事實作為依據(jù),因此從其問世之后曾經(jīng)不斷遭到其同時代學(xué)者及以后歷代學(xué)者的批判.19世紀(jì)末葉,奧地利著名物理學(xué)家和實證主義哲學(xué)家馬赫,更從實證主義出發(fā),對牛頓的絕對時空概念進(jìn)行了系統(tǒng)而深刻的批判,認(rèn)為一切物理學(xué)定律和物理理論都只能包含可觀測量,而不應(yīng)包含不可觀測量,牛頓的絕對時空由于沒有任何觀測事實依據(jù),應(yīng)從力學(xué)和所有物理學(xué)中徹底清除出去.由于馬赫及其他學(xué)者的批判,至19世紀(jì)末開始形成了兩個明確認(rèn)識:一是牛頓力學(xué)定律并不是了解一切物理現(xiàn)象的先決條件或前提;二是把一切物理現(xiàn)象納入牛頓力學(xué)框架,也不是人類理性的要求.馬赫的批判對愛因斯坦青年時代思想的發(fā)展有深遠(yuǎn)影響,對他后來創(chuàng)立狹義相對論的相對時空理論無疑有重要啟發(fā)意義.因此愛因斯坦一直對馬赫給予了很高評價,稱贊馬赫的批判給他留下了持久而深刻的印象.他認(rèn)為馬赫的偉大之處是他不折不撓的懷疑主義和獨立精神.但在愛因斯坦之前,從未有人提出過以實驗事實為依據(jù)的科學(xué)的時空理論,來取代牛頓形而上學(xué)的絕對時空理論.實際上,牛頓的絕對時空理論并非是毫無經(jīng)驗事實依據(jù)的無稽之論.絕對時空觀不但完全符合人們在日常生活中從未覺察到時間和空間本身有任何變化的直接感覺經(jīng)驗,而且在低速情況下也有其牢固的實驗基礎(chǔ).因為在低速情況下,由于時間和空間的相對性結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生的相對論效應(yīng)一般極其微小,不但測量不出來,也不產(chǎn)生任何影響,只有在接近光速的高速物理現(xiàn)象中相對論效應(yīng)才起著重要作用.正是由于這些原因,至19世紀(jì)末的二百多年內(nèi),牛頓的絕對時空和牛頓力學(xué)定律從未受到過任何實驗事實的沖擊和挑戰(zhàn),可以圓滿地成功地應(yīng)用于行星運動以及一切宏觀物體的運動,今天也仍然如此.因此,在過去二百年中,牛頓力學(xué)在物理學(xué)的各個領(lǐng)域都取得了令人矚目和驚異的偉大成就,一直被公認(rèn)為是全部物理學(xué)甚至是整個自然科學(xué)的統(tǒng)一基礎(chǔ).物理學(xué)家一直試圖把全部物理學(xué)都統(tǒng)一到力學(xué)框架內(nèi),從力學(xué)定律推導(dǎo)出一切物理學(xué)定律,由此建立對自然界的統(tǒng)一力學(xué)世界觀.但是,麥克斯韋電動力學(xué)和光學(xué)實驗的發(fā)展,從根本上動搖了力學(xué)作為全部物理學(xué)和自然科學(xué)牢固基礎(chǔ)的教條式信念.3 狹義相對論的偉大科學(xué)意義

狹義相對論的偉大科學(xué)意義愛因斯坦創(chuàng)立劃時代的狹義相對論的論文有一個樸實無華的簡單題目《論運動物體電動力學(xué)》這也是當(dāng)時物理學(xué)界共同關(guān)心和研究的熱門課題.但只有愛因斯坦建立了全新的相對時空結(jié)構(gòu)理論及其新的運動學(xué)定律,才使這一問題圓滿解決.這篇論文也是科學(xué)史上最具有特色的論文,不但其科學(xué)內(nèi)容的革命性和創(chuàng)造性以及所展示的非凡物理洞察力和新思維是科學(xué)史上十分罕見的,而且其理論結(jié)構(gòu)也構(gòu)成了一個從最少基本原理出發(fā)的既完美又自洽一致的邏輯演繹體系.為此,愛因斯坦強(qiáng)調(diào)指出,狹義相對論體現(xiàn)了理論科學(xué)在現(xiàn)代發(fā)展的基本特征,也更接近于一切科學(xué)的偉大目標(biāo),即從最少的假設(shè)或者公理出發(fā),通過邏輯演繹方法,概括最多的經(jīng)驗事實.又指出,過去適用于科學(xué)發(fā)展早期的占主導(dǎo)地位的歸納法,正在讓位于探索性的演繹法.狹義相對論正是愛因斯坦倡導(dǎo)的邏緝演繹法的一個典范.現(xiàn)在演繹法已成現(xiàn)代理論物理學(xué)發(fā)展的主要模式.再者,其文體風(fēng)格也十分特殊,沒有引用任何參考文獻(xiàn)和實驗事實作為依據(jù),論文本身獨立成篇,結(jié)構(gòu)嚴(yán)密,邏輯清晰,無任何冗詞贅句,所用數(shù)學(xué)也不高深,至今仍是學(xué)習(xí)和了解狹義相對論的最佳入門文獻(xiàn).全文除開頭3段提要性的簡明引言外,主要分為運動學(xué)部分和電動力學(xué)部分,每一部分又各分為5小節(jié),在形式上也是很對稱的.從論文的結(jié)構(gòu)明顯看出,愛因斯坦創(chuàng)立狹義相對論經(jīng)歷了主要兩個步驟:首先是使時間和空間結(jié)構(gòu)(即時空度規(guī))適合光學(xué)和電磁現(xiàn)象以及麥克斯韋電動力學(xué)方程對運動的不變性和對稱性,由此發(fā)現(xiàn)了同時性、時間和空間對運動的相對性結(jié)構(gòu),運動對鐘和尺的影響,建立了全新的相對時空結(jié)構(gòu)理論及其新的運動學(xué)定律.其次是使全部物理學(xué)適合新的相對時空結(jié)構(gòu)理論及新的運動學(xué)定律,由此圓滿地解決了麥克斯韋電動力學(xué)及一切光學(xué)定律應(yīng)用于運動物體的問題,建立了簡明而又邏輯一致的運動物體電動力學(xué),推導(dǎo)出和發(fā)現(xiàn)了一系列新的運動物體的光學(xué)和電磁學(xué)定律以及電子在電磁場內(nèi)的運動定律.爾后又發(fā)現(xiàn)了質(zhì)量與能量的統(tǒng)一性及其相互轉(zhuǎn)化定律,以及在高速運動情況下對牛頓力學(xué)和熱力學(xué)等的相對論修正.從狹義相對論的相對時空結(jié)構(gòu)理論推導(dǎo)出的最令人嘆為觀止,也最令人驚異的結(jié)論,就是最深刻地揭示了自然界最深層的一個極其神奇而又非常有趣的現(xiàn)象和規(guī)律:時空的相對性結(jié)構(gòu)是一切自然界定律對相對運動保持其不變性和對稱性的基礎(chǔ),也是自然界因果關(guān)系成立的基礎(chǔ).沒有時空的相對性結(jié)構(gòu),就沒看一切自然界定律對運動的不變性和對稱性,也沒有自然界的因果關(guān)系,反之亦然.正是兩者的辯證統(tǒng)一構(gòu)成和展示了自然界的和諧性和統(tǒng)一性.狹義相對論的偉大科學(xué)意義,已不言而喻.愛因斯坦一生潛心致力于研究自然界的基本規(guī)律.他對自然界定律的不變性和對稱性具有最堅定的物理信念,最敏銳的物理直覺和最深刻的物理洞察力,一生對其鍥而不舍,孜孜不倦地探索和研究.他所取得的一系列突破性的偉大科學(xué)成就幾乎都與此有關(guān).正是由于他的倡導(dǎo)和研究,導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)了對稱性和不變性在自然界起著一種至關(guān)重要的作用,守恒定律也與對稱性有關(guān),大大深化了我們對自然界對稱性結(jié)構(gòu)的認(rèn)識,并且已發(fā)展成為對稱性決定相互作用的原理,即從某種對稱性出發(fā),推導(dǎo)出滿足這種對稱性的數(shù)學(xué)方程來發(fā)現(xiàn)自然界的規(guī)律.愛因斯坦的廣義相對論就是運用對稱性原理要求更普遍的坐標(biāo)對稱性,并結(jié)合等效原理而取得了偉大成功的典范.現(xiàn)在對稱性原理已成為探索自然界規(guī)律的指導(dǎo)性原理之一,在各種場論、基本粒子物理學(xué)、原子和分子物理學(xué)、核物理學(xué)、晶體學(xué)和化學(xué)中都起著重要作用,已成為一種行之有效的方法,不斷取得了引人注目的成功.有些人認(rèn)為狹義相對論證明了世界上的一切事物都是相對的,沒有絕對的,只有相對真理,沒有絕對真理,這完全是一種誤解.實際上,狹義相對論只是相對時空結(jié)構(gòu)理論,只是證明了時間和空間是相對的,而不是絕對的,只是證明了正是時空的相對性結(jié)構(gòu)保證了一切自然界定律對運動的不變性和對稱性,并沒有否定自然界定律的不變性和絕對性.因此愛因斯坦在最初幾年內(nèi)曾把狹義相對論稱之為不變性理論,又稱它為相對性原理,用以強(qiáng)調(diào)時間和空間的相對性結(jié)構(gòu).德國著名數(shù)學(xué)家克萊因也曾建議稱之為不變性理論,著名數(shù)學(xué)家韋耳也稱狹義相對論為

不變性和對稱性理論.愛因斯坦從1915年起才開始稱之為狹義相對論,以區(qū)別于廣義相對論.由此可以明顯看出狹義相對論的實質(zhì)是什么.但有些人望文生義得出了種種錯誤結(jié)論,完全是一種誤解.也有一些別有用心的人故意對狹義相對論加以歪曲和利用,以達(dá)到其不可告人的目的.狹義相對論起源于光學(xué)和電磁實驗以及麥克斯韋電動力學(xué)理論,也是麥克斯韋電動力學(xué)的繼續(xù)發(fā)展.由于麥克斯方程本身蘊(yùn)涵了時空的相對性,由此導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)了時間和空間的相對性結(jié)構(gòu),建立了適用于全部物理學(xué)和自然科學(xué)的新的相對時空結(jié)構(gòu)理論及其新的運動學(xué)定律.因此它的偉大科學(xué)意義已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了光學(xué)和電動力學(xué)的范圍,涉及了全部物理學(xué)和自然科學(xué).正如愛因斯坦強(qiáng)調(diào)指出的,狹義相對論是一種原理性理論,推導(dǎo)出了一切自然界定律都必須滿足的限制性原理和數(shù)學(xué)條件,任何自然界定律都必須對相對論運動學(xué)定律保持其不變性和對稱性,為此愛因斯坦曾經(jīng)稱它類似于熱力學(xué)中的永動機(jī)不可能原理.因此狹義相對論可以稱之為原理中的原理.愛因斯坦在其電動力學(xué)論文及其后發(fā)表的另一篇短文中,應(yīng)用新的相對時空結(jié)構(gòu)理論及其新的運動學(xué)定律,研究了兩個相對運動坐標(biāo)系內(nèi)的物理現(xiàn)象特別是光學(xué)和電磁現(xiàn)象,由于時間和空間的相對性結(jié)構(gòu),推導(dǎo)出和發(fā)現(xiàn)了自然界的一系列新奇定律,不但與經(jīng)典物理學(xué)截然不同,也超出人們感覺經(jīng)驗的范圍,但卻是自然界的普遍規(guī)律,適用于全部物理學(xué)和自然科學(xué).從狹義相對論得出的自然界的普遍結(jié)論和規(guī)律有:

1)發(fā)現(xiàn)了時間和空間與運動的相對性結(jié)構(gòu),證明了同時性、時間和空間都是相對的,而不是絕對的,由此建立了新的相對時空結(jié)構(gòu)理論及其新的運動學(xué)定律.由于時空的相對性結(jié)構(gòu),運動的鐘會變慢,運動的尺會縮短,并且推導(dǎo)出了它們與運動和光速關(guān)系的定量定律.因此,每個運動坐標(biāo)系都有自己的時間和空間,而不存在絕對的時間和空間,從而徹底推翻了統(tǒng)治物理學(xué)已二百多年的牛頓的絕對時空理論.所有這些結(jié)論在接近光速的高速運動中與實驗事實全不矛盾.但在低速情況下,時空相對性結(jié)構(gòu)效應(yīng)極其微小,不會產(chǎn)生任何可測量影響.2)著名數(shù)學(xué)家閔可夫斯基從狹義相對論的相對時空理論進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)了四維連續(xù)時空及其幾何結(jié)構(gòu),證明了時間和空間的統(tǒng)一性和不可分割性.正如他強(qiáng)調(diào)指出的,狹義相對論的時間和空間概念是從實驗物理學(xué)土壤中生長出來的,這就是其威力所在.這些觀點是根本性的.從今以后,孤立的時間和孤立的空間都已消失為陰影,只有兩者的統(tǒng)一才能保持其獨立的物理實在性.3)愛因斯坦在廣義相對論中把相對性原理從勻速運動推廣到勻加速運動,發(fā)現(xiàn)了四維彎曲時空幾何結(jié)構(gòu)與引力的關(guān)系.引力是彎曲時空幾何結(jié)構(gòu)的性質(zhì),宇宙中物質(zhì)引起時空彎曲構(gòu)成了引力,進(jìn)一步揭示了時間和空間與物質(zhì)(慣性)的關(guān)系,建立了新的引力場理論,使我們對引力本質(zhì)有了全新的認(rèn)識.由此預(yù)言了光線經(jīng)過太陽邊沿的引力彎曲以及光譜線的引力紅移,解開了長期困擾科學(xué)界的水星近日點異常進(jìn)動之謎,且均已獲得觀測和實驗證實.在廣義相對論中,時間和空間己變成動力學(xué)量,不但受到宇宙中物質(zhì)和能量分布及其運動的影響,反過來也影響物質(zhì)和能量分布及其運動,從而共同構(gòu)成了一個不可分割的統(tǒng)一體,沒有物質(zhì)也沒有時間和空間,反之亦然.正如愛因斯坦指出的,過去人們認(rèn)為世界上的所有物質(zhì)消失了,時間和空間依然存在,但廣義相對論則證明了物質(zhì)消失了,時間和空間也一起消失.但廣義相對論最偉大的科學(xué)成就則是建立了現(xiàn)代宇宙學(xué),開辟了科學(xué)地研究宇宙起源、演化及其結(jié)構(gòu)的廣闊途徑,由此發(fā)現(xiàn)了各種前所未知的新天體和新的天文現(xiàn)象,大大深化了我們對宇宙結(jié)構(gòu)的認(rèn)識.過去認(rèn)為宇宙本質(zhì)上是一成不變的,但現(xiàn)在理論和觀測結(jié)果都證明了宇宙起源于大爆炸,在不斷膨脹和收縮,并不是靜止不變的.各種天體既有其開端,亦有其終結(jié).因此,廣義相對論已成為指導(dǎo)研究引力性質(zhì)和宇宙大尺度結(jié)構(gòu)的唯一正確理論.4)從狹義相對論得出的最具有深遠(yuǎn)意義和重大影響的結(jié)論,則是揭示了物體的慣性(質(zhì)量)與能量的同一性,由此發(fā)現(xiàn)了質(zhì)量與能量相互轉(zhuǎn)化定律,即著名的質(zhì)能公式E=mc2(c為光速),它已成為代表愛因斯坦的特殊性標(biāo)志.證明了質(zhì)量與能量是等價的,質(zhì)量是其所含能量的量度,兩者能夠相互轉(zhuǎn)化.在經(jīng)典物理學(xué)中質(zhì)量與能量是各自獨立的,各有其單獨的守恒定律,而現(xiàn)在則統(tǒng)一成為不可分開的質(zhì)能守恒定律.質(zhì)能轉(zhuǎn)化定律已成為人類利用核能的理論基礎(chǔ),也是了解太陽日日夜夜,源源不斷地輻射龐大光能和熱能的唯一法門.當(dāng)前核能利用有兩種形式,一種是鈾核裂變能,是當(dāng)前核能利用的主要形式;另一種是氫核聚變能,雖然早已制成了氫彈,但實現(xiàn)可控的核聚變反應(yīng)尚未成功.當(dāng)前各國科學(xué)家正在為實現(xiàn)可控核聚變反應(yīng)而共同努力,一旦成功,人類即可獲得充足的廉價的清潔能源,從而永遠(yuǎn)擺脫能源危機(jī).5)推導(dǎo)出了新的速度合成定律,不但證明了光速的不變性,也證明了光速是宇宙間的極限速度,任何物體速度都不能超過光速.兩個光速相加仍然等于光速.但當(dāng)速度遠(yuǎn)小于光速時,相對論的速度合成定律則簡化為牛頓力學(xué)中的速度合成定律,證明了后者只是前者在低速情況下的一種近似,并不是自然界的精確定律.6)推導(dǎo)出了質(zhì)量隨速度增加定律.但在低速情況下,質(zhì)量增加極其微小,不可能測量出來,也不會產(chǎn)生任何影響,因此在牛頓力學(xué)中有單獨的質(zhì)量守恒定律.只有在接近光速的高速情況下,質(zhì)量隨速度增加才起著重要作用,不但理論預(yù)言與實驗結(jié)果完全符合一致,而且已成為高能物理學(xué)實驗必須考慮的重要因素.7)深化了我們對光和電磁現(xiàn)象本質(zhì)的認(rèn)識,使光和電磁場徹底擺脫了以太幽靈的困擾而成為獨立的物理實在和獨立的物質(zhì)形態(tài),由此不但消除了麥克斯韋電動力學(xué)與牛頓力學(xué)對相對運動的不對稱性矛盾,使兩者統(tǒng)一起來,而且也解決了麥克斯韋電動力學(xué)和一切光學(xué)定律應(yīng)用于運動物體的問題,并且推導(dǎo)出了一系列新的光學(xué)和電磁學(xué)定律以及電子在電磁場內(nèi)運動的定律,解決了力學(xué)、熱力學(xué)、分子和原子物理學(xué)、量子力學(xué)以及基本粒子物理學(xué)等應(yīng)用于高速運動的問題,使物理學(xué)各個領(lǐng)域在相對時空結(jié)構(gòu)上有了統(tǒng)一的基礎(chǔ).以上只是愛因斯坦從狹義相對論得出的部分主要結(jié)論,但足已充分證明狹義相對論內(nèi)容的博大精深,令人嘆為觀止,堪稱為科學(xué)史上非常罕見的豐碑.狹義相對論由于只在接近光速的高速物理現(xiàn)象中起著至關(guān)重要的作用,與我們?nèi)粘Ｉ詈透杏X經(jīng)驗不發(fā)生任何聯(lián)系,廣大公眾往往對它存在某種神秘莫測之感,是完全可以理解的.又由于從它得出的結(jié)論往往超出了經(jīng)典物理學(xué)和人類感覺經(jīng)驗的范圍,使人們難以理解,也一直不斷地引起各種爭論.但狹義相對論所依據(jù)的兩條基本原理,都是從大量的實驗事實中發(fā)現(xiàn)的自然界的普遍原理,不但具有最牢固的實驗基礎(chǔ),而且兩條原理簡單明了,人人能懂,并不玄妙.最為重要者,狹義相對論問世至今已一百多年,經(jīng)歷了各種嚴(yán)峻實驗的檢驗,與實驗事實全都不矛盾,而且在高能物理學(xué)、基本粒子物理學(xué)以及在高科技領(lǐng)域都有了廣泛的實際應(yīng)用.因此,狹義相對論已成為放諸四海而皆準(zhǔn)的顛撲不破的科學(xué)真理.

第三篇：大學(xué)物理小論文

導(dǎo)語：充分利用新課程理念在物理教學(xué)中的指導(dǎo)作用，從學(xué)生的發(fā)展出發(fā)，以下是小編為大家整理的大學(xué)物理小論文，歡迎大家閱讀與借鑒！

大學(xué)物理小論文（1）

新課程改革給中學(xué)物理教學(xué)帶來了教學(xué)方式與學(xué)習(xí)方式的可喜變化，給課堂教學(xué)注入了新的生機(jī)與活力。作為教師，我們就要深刻理解新課程理念的精神實質(zhì)，靈活運用“自主、合作、探究”的學(xué)習(xí)方式，搞好“知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀”三維目標(biāo)的有效整合，提高駕馭新課堂的教學(xué)能力。那么，怎樣才能深入推進(jìn)新課程改革，落實新課程理念，構(gòu)建和諧高效課堂，提高課堂效率與教學(xué)質(zhì)量?下面結(jié)合筆者在中學(xué)物理教學(xué)工作中的探索與實踐，談淡筆者的思考與認(rèn)識：

一、營造民主和諧的課堂氛圍，增強(qiáng)師生互動的有效性

首先，教師有一個良好的情緒狀態(tài)。課堂教學(xué)中教師的情緒應(yīng)該是愉快的，精神是飽滿的。人們常說“親其師，信其道”，一旦學(xué)生感到教師的可親可敬，教師的話就很容易被他們接受，師生間容易擦出理解信任的火花。教師的情緒和精神極易感染學(xué)生，當(dāng)教師由于種種原因煩躁不安地走進(jìn)教室，打開書本進(jìn)行教學(xué)或操作實驗時，學(xué)生會感到壓抑，從而使得心理閉鎖，阻礙了新信息的輸入。而當(dāng)教師面帶微笑，懷著喜悅的心情進(jìn)入課堂教學(xué)時，學(xué)生會倍感親切，快樂之情油然而生。以教師自己的快樂情緒來影響和引發(fā)學(xué)生的快樂情緒，會使學(xué)生思維活躍，更有效地接受信息的輸入。

其次，加強(qiáng)對教學(xué)內(nèi)容的情感處理。教師對教學(xué)內(nèi)容的講解不死板，善于創(chuàng)設(shè)各種情景，以喚起學(xué)生情感的共鳴。例如《物理》“機(jī)械運動”一節(jié)內(nèi)容比較平淡，幾個基本概念顯得抽象、分散，學(xué)生聽課容易厭倦。筆者在教學(xué)中采用了詩詞引入法：“兩只黃鸝鳴翠柳，一行白鷺上青天”“飛流直下三千尺，疑是銀河落九天”，再配上動畫效果，使學(xué)生在詩情畫意中體驗到自然界是運動的，運動是美麗的。然后筆者又創(chuàng)設(shè)情景：“今天，老師和你們一起去旅行，讓我們在從鄭州到北京的旅途中來學(xué)習(xí)幾個物理量?！睆亩鰠⒄瘴?、機(jī)械運動和路程等幾個物理基本概念，辨別了運動和靜止的相對性。這樣，通過調(diào)動學(xué)生的興趣，使學(xué)生在愉快的情景中學(xué)到抽象的物理知識，這樣的課堂必然是高效的。

二、創(chuàng)設(shè)有效的教學(xué)情境，激發(fā)學(xué)生物理學(xué)習(xí)的興趣

皮亞杰說過：“興趣，實際上就是需要的延伸，教學(xué)要以多種形式激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣?！?一個耐人尋味的恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)情境可以激起學(xué)生思維的浪花。因此，教學(xué)中要結(jié)合教學(xué)內(nèi)容精心設(shè)計教學(xué)情境來吸引學(xué)生的注意力，提升他們的學(xué)習(xí)興趣。

例如：在探究“影響液體沸點的因素”時，筆者當(dāng)堂表演了如下魔術(shù)：水沸騰后把燒瓶從火焰上拿開，水會停止沸騰。迅速塞上瓶塞，把燒瓶倒置并向瓶底澆冷水，結(jié)果，燒瓶中的水又重新沸騰?！巴?”學(xué)生當(dāng)即被眼前的情景驚得目瞪口呆!“這是怎么回事?”“真奇怪啊”……

在日常生活中，我們常常用冷水來降低物體的溫度，而學(xué)生經(jīng)常認(rèn)為只有提高溫度才能使停止沸騰的水重新沸騰起來。而在此實驗中，給停止沸騰的水澆上冷水后，水會重新沸騰起來。由于這個實驗現(xiàn)象與日常觀察到的現(xiàn)象相悖，打破了學(xué)生原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)的平衡狀態(tài)，使學(xué)生充滿熱情地投入思考，一下子把學(xué)生推到了主動探索的位置上。

三、引導(dǎo)學(xué)生自主合作探究，提高課堂的有效性

課堂教學(xué)的核心是調(diào)動全體學(xué)生積極主動參與到學(xué)習(xí)中來，使學(xué)生自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)，從而使學(xué)生和諧地發(fā)展。學(xué)習(xí)過程是否有效，是課堂教學(xué)是否高效的關(guān)鍵，而學(xué)生的學(xué)習(xí)過程需要教師的巧妙引導(dǎo)。因此，物理課堂教學(xué)應(yīng)該多給學(xué)生一點思考的時間，多給一點活動的余地，讓學(xué)生做學(xué)習(xí)的主人，教師只需要適當(dāng)引導(dǎo)和點撥。

筆者說：“其實杯中本來就沒有蠟燭，大家剛才看到的杯中蠟燭是玻璃板前面的，這就是我們今天要學(xué)習(xí)的‘平面鏡成像’?！?/p>

“學(xué)貴知疑，小疑則小進(jìn)，大疑則大進(jìn)”，在筆者的引導(dǎo)下，學(xué)生自然而然進(jìn)入到“平面鏡成像”的合作探究中，提高了學(xué)習(xí)過程的高效性。

四、靈活運用現(xiàn)代教育技術(shù)，提高課堂教學(xué)有效性

物理是一門自然科學(xué)，有許多摸不著、看不到的現(xiàn)象，學(xué)生對那些抽象的概念和現(xiàn)象缺少豐富的感性認(rèn)識，很難理解和掌握，更談不上什么創(chuàng)新。而物理教學(xué)中大量的內(nèi)容又是實驗無法直接向?qū)W生提供的。例如：天體運動、大型船閘、航天發(fā)射、磁場、電流方向等，這些學(xué)生都難以見到的、有重要物理意義的教學(xué)內(nèi)容?？衫秒娨曚浵窕蚨嗝襟w課件，突破時間和空間的局限，把所講的對象化小為大、化遠(yuǎn)為近、化虛為實、化靜為動、化快為慢、化繁為簡，從而把看不見、看不清的東西通過多媒體變成看得見、看得清，抽象的東西變成具體的，遙遠(yuǎn)的東西變成眼前的，使事物的形、聲、色直接付諸于學(xué)生感官，從而為學(xué)生的學(xué)習(xí)活動和創(chuàng)新活動提供了大量感性材料和時空環(huán)境，學(xué)生見其形、聞其聲、觀其色，豐富了學(xué)生的知識領(lǐng)域，開闊了學(xué)生的視野，幫助學(xué)生加深認(rèn)識，形成映像，深刻地理解抽象和復(fù)雜的教學(xué)內(nèi)容。靈活運用現(xiàn)代教育技術(shù)，有力地激發(fā)了學(xué)生積極的思維，使教學(xué)難點得到了較好的突破。

五、要關(guān)注學(xué)生差異，把學(xué)習(xí)主動權(quán)交給學(xué)生

毋庸諱言，學(xué)生的個體差異是客觀存在的，他們有的思維活躍，有的想象力豐富，也有的同學(xué)在學(xué)習(xí)物理上存在一些困難。為了建立和諧高效課堂，我們應(yīng)關(guān)注每一個學(xué)生，在課堂教學(xué)中，知識內(nèi)容應(yīng)由易到難，教師的語言要深入淺出，照顧到接受能力較差、層次較低的學(xué)生，使他們不掉隊，學(xué)得扎實。學(xué)習(xí)要求應(yīng)有層次性，讓各層次的學(xué)生都吃得好吃得飽，讓所有的學(xué)生知識得到積累、能力得到提高、個性得到發(fā)展。同時，物理課堂要想真正高效，還應(yīng)把學(xué)習(xí)的主動權(quán)交給學(xué)生。正如葉圣陶先生所說：“請老師們時刻想到，學(xué)生跟種子一樣，有自己的生命力，老師要做的，只是供給他們適應(yīng)學(xué)習(xí)的條件和營養(yǎng)，讓他們自己成長?！苯處煴仨氈笇?dǎo)學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)，使他們能主動地、積極地、創(chuàng)造性地學(xué)，要擺正自己在教學(xué)中的位置，真心誠意地把學(xué)生當(dāng)作學(xué)習(xí)的主人，恰當(dāng)?shù)匕l(fā)揮主導(dǎo)作用，努力提高“導(dǎo)”的藝術(shù)，從而在教學(xué)中恰到好處地去啟發(fā)、點撥、設(shè)疑、解惑。課堂上要盡可能給學(xué)生多一點思考的時間，多一點活動余地，多一點表現(xiàn)自己的機(jī)會，多一點體驗成功的愉悅。為了促使學(xué)生主動學(xué)習(xí)，可以改變固定的課堂教學(xué)模式，采取班級集中授課、小組合作交流和個別輔導(dǎo)學(xué)習(xí)相結(jié)合的綜合模式，從而使課堂有利于學(xué)生學(xué)習(xí)，提高課堂效能。

大學(xué)物理小論文（2）

構(gòu)建高效課堂是新課程改革的目標(biāo)之一，也是我們追求教學(xué)效益最大化、提高教學(xué)成績的最有效策略。因此不少同行都在努力探索構(gòu)建高效課堂的途徑。那么到底什么是高效課堂呢?到底怎樣構(gòu)建高效課堂呢?我想談?wù)勛约旱囊恍┐譁\認(rèn)識。

一、我眼中的高效課堂

提到高效課堂，每個人都有自己的理解。我個人覺得高效課堂用我們初中物理里學(xué)到的“有用功的功率”，即單位時間內(nèi)所做的有用功來理解比較恰當(dāng)。只要單位時間內(nèi)所做的有用功多，我覺得無論采用“洋思模式”還是“杜郎口模式”或其他模式都是高效。

為了準(zhǔn)確地把握“高效課堂”的內(nèi)涵，我查閱了很多資料，找到了高效課堂的多種理解方式。我比較認(rèn)同江西邱林政教師的理解方式，邱教師是這樣寫到的：

從學(xué)生角度來講，高效課堂應(yīng)具備以下兩個條件：一是學(xué)生對三維教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成度要高。二是在實現(xiàn)這種目標(biāo)達(dá)成度的過程中，學(xué)生應(yīng)主動參與并積極思考。

從教師角度來說，高效課堂應(yīng)具備以下三個條件：一是教師能夠依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求和學(xué)生的實際情況，科學(xué)合理地確定課堂的三維教學(xué)目標(biāo)。二是教學(xué)的過程必須是學(xué)生主動參與的過程。三是教學(xué)中適時跟進(jìn)、監(jiān)測、反饋、消解，以多種方式鞏固學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，使三維教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成度更高。

師生如果能達(dá)到這樣的課堂，才是真正的高效課堂。

二、高效課堂的構(gòu)建

透過邱教師對高效課堂內(nèi)涵的理解，我從五方面來談?wù)勛约簩Ω咝дn堂構(gòu)建的認(rèn)識。

1.仔細(xì)鉆研教材，分析學(xué)情是構(gòu)建高效課堂的前提

教材是提供給教師進(jìn)行教學(xué)的素材，也是學(xué)生開展學(xué)習(xí)的重要資源。它不僅決定了我們課堂教學(xué)的內(nèi)容，還提供了教學(xué)活動的基本線索和方法。因此，仔細(xì)鉆研教材是組織好課堂教學(xué)的重要基礎(chǔ)和前提。

對于教材，首先，我們應(yīng)該從整體上鉆研初中階段三本教材中各個部分的順序為什么要這樣安排，都安排了哪些內(nèi)容，各部分教材內(nèi)容的地位及作用等。其次，我們需要精讀每一節(jié)教材，鉆研教材中的語言措辭和講授的概念、規(guī)律、定義的物理意義以及所反映的物理過程，認(rèn)識到各部分知識之間的內(nèi)在聯(lián)系。進(jìn)而做到分析教材中的重點、難點，確定教學(xué)目的，選擇合適的教學(xué)方法，為準(zhǔn)備好教學(xué)設(shè)計打下堅實的基礎(chǔ)。

例如，在講授“杠桿”一節(jié)內(nèi)容時，如果教師沒有從整體上把握教材，就很難幫學(xué)生解決為什么前面在講授“天平的使用”內(nèi)容時，平衡螺母到底要向哪邊調(diào)節(jié)的問題。

再如，對于“分子熱運動”一節(jié)中液體擴(kuò)散現(xiàn)象的實驗，教材提到了一個關(guān)鍵詞“靜放”，如果沒有仔細(xì)鉆研教材，忽略了“靜放”，很多學(xué)生就會認(rèn)為水和硫酸銅溶液混合后，用玻璃棒攪動使其顏色變均勻，也能說明分子在不停地做無規(guī)則運動，這樣就會使學(xué)生產(chǎn)生誤解，達(dá)不到預(yù)期的目標(biāo)。

此外，對于學(xué)情的把握也至關(guān)重要。以“杠桿”這一節(jié)內(nèi)容為例，很多教師會認(rèn)為力臂的畫法很簡單，常常會一嘴帶過。但事實上，由于很多學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)比較薄弱，他們對于數(shù)學(xué)上“點到直線的距離”都沒有掌握，那么力臂的畫法就必定會成為這部分學(xué)生學(xué)習(xí)的難點。如果學(xué)生沒有掌握力臂的畫法，那么對杠桿的分類，也就只能是茫然。這樣一來，這節(jié)課學(xué)生就基本沒有學(xué)到東西，更談不上高效課堂了。因此，我認(rèn)為仔細(xì)鉆研教材，分析學(xué)情是構(gòu)建高效課堂的前提。

2.充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動性是構(gòu)建高效課堂的關(guān)鍵

新課標(biāo)倡導(dǎo)教師要充分保護(hù)和利用學(xué)生的積極性、主動性;鼓勵學(xué)生積極大膽參與科學(xué)探究;并能夠根據(jù)物理學(xué)科的特點，注意強(qiáng)化實驗教學(xué)，不斷培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新能力。因此，我們要善于挖掘能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣的小實驗、小故事，通過這些有趣的小實驗和小故事引入新課，激發(fā)學(xué)生的學(xué)趣。

例如，在講授“焦耳定律”內(nèi)容時，我將一根銅絲和一根電爐絲串聯(lián)起來，接入電路中。然后在上面分別裹上紙巾，通電后，學(xué)生會發(fā)現(xiàn)裹在電爐絲上的紙巾迅速燃燒起來，而裹在銅絲上的紙巾卻安然無恙。此時所有學(xué)生都睜大眼睛，覺得很有趣，也很想知道為什么。這樣學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣就被大大激發(fā)了，有利于對焦耳定律這個重點內(nèi)容的學(xué)習(xí)。

再如，在講授“流體壓強(qiáng)和流速的關(guān)系”內(nèi)容時，可以讓學(xué)生都準(zhǔn)備兩個紙杯，將兩個紙杯疊放在一起，然后向兩紙杯上方吹氣，會觀察到放在上方的紙杯會飛出去。通過這個小實驗，也一定會大大激發(fā)學(xué)生求知欲。

“好的開始是成功的一半”，所以我們應(yīng)該在課堂的引入環(huán)節(jié)上下力氣，爭取一開始上課就能抓住學(xué)生的眼球，積極調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，讓學(xué)生能夠參與到課堂中來。

此外，對于教學(xué)重點的強(qiáng)化和教學(xué)難點的突破，也可以采用開展豐富多彩的小實驗的方法來激發(fā)學(xué)生克服畏難心理，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

3.精心設(shè)計作業(yè)，抓好作業(yè)落實是構(gòu)建高效課堂的根本保證

對于作業(yè)的設(shè)計，應(yīng)該包括三個部分：預(yù)習(xí)作業(yè)、隨堂作業(yè)和課后作業(yè)。

對于預(yù)習(xí)作業(yè)，教師除了要把課堂教學(xué)內(nèi)容拆解成一個個知識單元的常規(guī)任務(wù)外，還應(yīng)該把這些知識單元設(shè)計成“臺階形式”，讓預(yù)習(xí)內(nèi)容有難度與梯度。與此同時還應(yīng)設(shè)計一些能夠引發(fā)學(xué)生思考或者能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)欲望的預(yù)習(xí)內(nèi)容。讓學(xué)生帶著這些思考和興趣去開展預(yù)習(xí)，這樣教師在課堂上講解重點和難點的時間就會更加充分，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果也會更好。

對于隨堂作業(yè)，既可以設(shè)計成獨立思考型的、小組討論型的，又可以設(shè)計成訓(xùn)練和檢測型的。在完成這些作業(yè)的過程中，教師尤其應(yīng)該注意學(xué)法的指導(dǎo)。

例如，在講授“壓強(qiáng)”一節(jié)內(nèi)容時，很多學(xué)生會錯誤認(rèn)為壓力就是重力，教師這時就可以抓住這個問題，引發(fā)學(xué)生思考討論壓力和重力到底是不是一樣?學(xué)生通過討論得到壓力和重力的區(qū)別，會比教師講解記憶的更深刻。另外，教師在設(shè)計隨堂作業(yè)時，還應(yīng)該注意學(xué)生語言表達(dá)能力的提高，以及嚴(yán)謹(jǐn)縝密的物理素質(zhì)的培養(yǎng)，這就需要教師還要設(shè)計一些記錄型的作業(yè)作為補(bǔ)充。當(dāng)然，訓(xùn)練和檢測型的作業(yè)也是必不可少的，因為這些作業(yè)可以有效檢驗學(xué)生課堂的學(xué)習(xí)效果，并可以為教師后續(xù)指導(dǎo)提供診斷信息。

對于課后作業(yè)，我們通常以重復(fù)的訓(xùn)練型作業(yè)為主，這樣的作業(yè)學(xué)生往往要投入很多精力，但收獲甚微。適量的訓(xùn)練型作業(yè)可以幫助學(xué)生熟練掌握已學(xué)知識。但在布置訓(xùn)練型作業(yè)時應(yīng)注意分層布置，對于學(xué)習(xí)有困難的學(xué)生可布置基礎(chǔ)題目，而對于學(xué)有余力的學(xué)生需布置拓展型作業(yè)。此外，教師在設(shè)計課后作業(yè)時，還要注意訓(xùn)練型作業(yè)和自主梳理型作業(yè)的關(guān)系。要給予學(xué)生充足時間開展知識梳理活動，培養(yǎng)學(xué)生歸納、總結(jié)的能力。

4.學(xué)生的物理學(xué)科素養(yǎng)和利用所學(xué)知識解決實際問題的能力是高效課堂的檢驗標(biāo)準(zhǔn)

對于高效課堂的評價，由于受制于當(dāng)前的教育體制，所以評價體系往往是片面的。僅僅評價一堂課是否高效，或者是僅僅用成績來衡量高效都是不夠全面的?！笆陿淠荆倌陿淙恕?，教育不是一朝一夕的，絕不能只憑一時的學(xué)業(yè)成績來評價課堂的效果。我覺得我們除了要參考學(xué)業(yè)成績來評價高效課堂的成果外，還應(yīng)該通過學(xué)生表現(xiàn)出來的物理學(xué)科素養(yǎng)以及學(xué)生利用所學(xué)知識解決實際問題的能力來評價高效課堂的成果。只有這個評價機(jī)制跟上課改步伐，才能讓更多的教師投身于高效課堂的教學(xué)改革中來。

第四篇：大學(xué)物理小論文題目參考

《大學(xué)物理下》課程小論文基本要求

①以宿舍為單位，一個宿舍寫一篇，用word寫并打印，1500字左右。最好原創(chuàng)。

②打印稿必須排版工整，引文必須標(biāo)明出處。參考文獻(xiàn)3篇以上，參考文獻(xiàn)要是公開發(fā)表的論文，不要書，不要網(wǎng)頁內(nèi)容。中國知網(wǎng)上面有很多文獻(xiàn)，從學(xué)校主頁進(jìn)入，點 “圖書館”，查詢相關(guān)數(shù)據(jù)庫。

③內(nèi)容：

1、物理學(xué)電磁學(xué)及近代物理相關(guān)內(nèi)容；

2、對物理學(xué)的認(rèn)識，物理學(xué)是什么，有什么重大作用。生活中什么現(xiàn)象，什么設(shè)備，什么儀器用到了哪方面的物理知識；

3、物理學(xué)原理與工業(yè)革命或者與現(xiàn)代技術(shù)間的聯(lián)系；

4、物理學(xué)導(dǎo)致的各種生活觀念的變革；

5、3D技術(shù)的發(fā)展與展望；

6、干涉或衍射在精密儀器的應(yīng)用；

7、自己某個問題獨到的想法；

8、影視節(jié)目中體現(xiàn)出的物理學(xué)原理。（比如《變形金剛1、2、3》，《全面回憶》等。）

9、你認(rèn)為電氣工程專業(yè)應(yīng)該多講授哪些物理內(nèi)容、為什么；

10、光通訊和無線網(wǎng)絡(luò)搭建；

11、人性化智能家居、智能家電的搭建；

12、計算機(jī)模擬某個物理模型。

④格式：

題目

專業(yè)，班級，宿舍成員姓名，學(xué)號

摘要：

關(guān)鍵詞：

正文

參考文獻(xiàn)：正式發(fā)表的文獻(xiàn)（寫清哪個雜志，第幾頁，什么時候出版的），正式發(fā)表的碩博士論文（寫清哪個學(xué)校、機(jī)構(gòu)的論文，論文題目，第幾頁）。

⑤評分原則：平時分30分中的20分，網(wǎng)上原文摘抄最高10分。

整篇論文，符合格式，內(nèi)容要求。最低12分。

兩篇文章完全一樣的，宿舍成員最高14分。

電磁學(xué)的計算方法，論慣性，光的本性類的文章最高14分。

純個人感受想法，個人觀點，有一定事實依據(jù)，最低16分。

網(wǎng)上多個資料引用并有一定個人觀點，摘要總結(jié)得當(dāng)，參考文獻(xiàn)引用豐富，18分。

提交小論文時間：2013年1月份的第一次大學(xué)物理課

第五篇：大學(xué)物理小論文題目

2013－2014學(xué)年第一學(xué)期

大學(xué)物理（A2）小論文要求及推薦題目

為了培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)，大學(xué)物理課程設(shè)置了學(xué)生小論文必做項目。

要求：（1）論文要與本學(xué)期所學(xué)的大學(xué)物理課程內(nèi)容相關(guān)。大學(xué)物理教研室提供以下可供學(xué)生參考的論文題目, 具體論文題目可由學(xué)生自己選定，最好是關(guān)于自己對實際生活中遇到的、本專業(yè)中涉及到的物理現(xiàn)象或關(guān)于目前你所了解到的物理前沿問題的獨立思考和見解。

（2）小論文占期末大學(xué)物理課程總評成績5%，不交論文者，該部分分?jǐn)?shù)計為0分。要求學(xué)生在教師指導(dǎo)下獨立完成論文，嚴(yán)禁抄襲，對不合格的論文退回重做。

（3）字?jǐn)?shù)限制在1500-3000字之間。應(yīng)包涵以下幾部分：標(biāo)題、作者（姓名 班級 學(xué)號）、摘要（150字內(nèi)）、論文正文、主要參考文獻(xiàn)（約3-5篇）。

參考題目：

1.論述靜電的產(chǎn)生、利用及其危害。

2.論述電磁輻射產(chǎn)生及其電磁干擾的防護(hù)。

3.地球的磁場及起源。

4.激光光盤的物理原理分析。

5.霍爾效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)及量子霍爾效應(yīng)的最新研究。

6.論述太陽能電池的基本工作原理。

7.電場對空氣密度的影響。

8.如何由邁克斯韋方程組預(yù)言電磁波的存在？

9.麥克耳遜-莫雷實驗及其思考。

10.狹義相對論基本原理及其思考。

11.廣義相對論基本原理及其思考。

12.人類對光本性的認(rèn)識。

13.對波粒二象性的理解與認(rèn)識。

14.對測不準(zhǔn)原理的理解和應(yīng)用。

15.物理與新技術(shù)（與自己的專業(yè)相結(jié)合，比如：“物理與信息技術(shù)”、“物理與計算機(jī)

技術(shù)”、“物理與新型電機(jī)”、“磁學(xué)與生物的關(guān)系”等）。

大學(xué)物理教研室