精品課程：緒論(光)

1、大學(xué)物理學(xué)大學(xué)物理學(xué)論論緒緒“探索未知探索未知”大學(xué)物理學(xué)大學(xué)物理學(xué)緒論緒論( (一)什么是物理學(xué)什么是物理學(xué)( (二二) )為什么要學(xué)物理學(xué)為什么要學(xué)物理學(xué)( (三三) )怎樣學(xué)習(xí)物理學(xué)怎樣學(xué)習(xí)物理學(xué)物理學(xué)物理學(xué)是研究自然界中物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)是研究自然界中物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu) 及其基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)及其基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)地位：地位：物理學(xué)是自然科學(xué)的基礎(chǔ)物理學(xué)是自然科學(xué)的基礎(chǔ), ,是帶頭科學(xué)。是帶頭科學(xué)。 緒緒 論論一、一、 什么是物理學(xué)什么是物理學(xué)中國(guó)科學(xué)院院士馮端教授說(shuō)：中國(guó)科學(xué)院院士馮端教授說(shuō)：“物理學(xué)作為嚴(yán)格物理學(xué)作為嚴(yán)格的、定量的自然科學(xué)的帶頭科學(xué)，一直在科學(xué)技的、定量的自然科學(xué)的帶頭科學(xué)

2、，一直在科學(xué)技術(shù)發(fā)展中發(fā)揮極其重要的作用，過(guò)去是如此，現(xiàn)術(shù)發(fā)展中發(fā)揮極其重要的作用，過(guò)去是如此，現(xiàn)在是如此，展望將來(lái)還將是如此。在是如此，展望將來(lái)還將是如此?！?.物理學(xué)的研究對(duì)象物理學(xué)的研究對(duì)象研究的對(duì)象：宇宙研究的對(duì)象：宇宙 為人們描繪出一副五彩繽紛的圖畫(huà)為人們描繪出一副五彩繽紛的圖畫(huà)宇觀、宏觀、微觀宇觀、宏觀、微觀宇：宇：天地四方，空間天地四方，空間宙：宙：繼往開(kāi)來(lái)，時(shí)間繼往開(kāi)來(lái)，時(shí)間撞擊慧星發(fā)出的閃光撞擊慧星發(fā)出的閃光力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)、原子物理學(xué)、核物理學(xué)力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)、原子物理學(xué)、核物理學(xué) 2.物理學(xué)的分類(lèi)及其層次結(jié)構(gòu)物理學(xué)的分類(lèi)及其層次結(jié)構(gòu)實(shí)物粒子、場(chǎng)物質(zhì)實(shí)物粒子

3、、場(chǎng)物質(zhì)微觀客體（電子、質(zhì)子、光子等）微觀客體（電子、質(zhì)子、光子等）具有波粒二象性具有波粒二象性 粒子物理、核物理、原子物理、分子物理粒子物理、核物理、原子物理、分子物理 原子簇物理、凝聚態(tài)物理、天體物理、宇宙學(xué)物理原子簇物理、凝聚態(tài)物理、天體物理、宇宙學(xué)物理 按分支學(xué)科分類(lèi)：按分支學(xué)科分類(lèi)： 按物質(zhì)形體大小分類(lèi)：按物質(zhì)形體大小分類(lèi)： 按物質(zhì)形態(tài)分類(lèi)：按物質(zhì)形態(tài)分類(lèi)： 按物理常數(shù)按物理常數(shù)c、h分類(lèi)：分類(lèi)：sJhsmc 341810626176. 6109979. 2v vccvcvch h00經(jīng)經(jīng)典理典理論論相相對(duì)論對(duì)論h h00量子量子論論相相對(duì)論對(duì)論性量子性量子論論b空間尺度空間尺度(

4、(相差相差1010454510104646) )101026 26 m m( (約約150150億光年億光年) )( (宇宙宇宙) )101020 20 m m( (夸克夸克) )物理世界的層次結(jié)構(gòu)物理世界的層次結(jié)構(gòu)仙仙女女座座大大星星云云b時(shí)間尺度時(shí)間尺度( (相差相差10104545) )10101818s s （150150億年）億年）( (宇宙年齡宇宙年齡) )-10-10- -2727s s( (硬硬 射線周期射線周期) )b速率范圍速率范圍0 0( (靜止靜止) ) - 3- 310108 8 m/sm/s( (光速光速) )接近光速運(yùn)動(dòng)的太空船接近光速運(yùn)動(dòng)的太空船人們不斷向小尺度

5、開(kāi)拓，人們不斷向小尺度開(kāi)拓， 以以探索物質(zhì)的組成探索物質(zhì)的組成, ,物理學(xué)上對(duì)物理學(xué)上對(duì)應(yīng)應(yīng) 粒子物理學(xué)粒子物理學(xué)目前物理學(xué)界公認(rèn)組成物質(zhì)的目前物理學(xué)界公認(rèn)組成物質(zhì)的最小單元是夸克最小單元是夸克, ,即認(rèn)為即認(rèn)為quarkquark沒(méi)有內(nèi)部結(jié)構(gòu)沒(méi)有內(nèi)部結(jié)構(gòu)但近來(lái)有消息稱但近來(lái)有消息稱: : quark quark 也可一分為二也可一分為二 說(shuō)明認(rèn)識(shí)無(wú)止境說(shuō)明認(rèn)識(shí)無(wú)止境 物質(zhì)世界總圖象物質(zhì)世界總圖象 人們從自己向人們從自己向大尺度追問(wèn)以探索大尺度追問(wèn)以探索宇宙的奧秘宇宙的奧秘 物理學(xué)上對(duì)應(yīng)物理學(xué)上對(duì)應(yīng) 天體物理學(xué)天體物理學(xué)黑眼星云黑眼星云神秘星云哈雷慧星哈雷慧星1. 1. 明確明確課程定位，強(qiáng)化

6、科學(xué)素質(zhì)教育課程定位，強(qiáng)化科學(xué)素質(zhì)教育工科物理是基礎(chǔ)課，但更重要的是科學(xué)素質(zhì)課工科物理是基礎(chǔ)課，但更重要的是科學(xué)素質(zhì)課二、為什么要學(xué)物理學(xué)二、為什么要學(xué)物理學(xué)自然科學(xué)的帶頭科學(xué)自然科學(xué)的帶頭科學(xué)( (自然科學(xué)的基礎(chǔ)）自然科學(xué)的基礎(chǔ)）新學(xué)科和高科技產(chǎn)生和發(fā)展的動(dòng)力與源泉新學(xué)科和高科技產(chǎn)生和發(fā)展的動(dòng)力與源泉培養(yǎng)學(xué)生辨證唯物主義世界觀和科學(xué)的宇宙觀培養(yǎng)學(xué)生辨證唯物主義世界觀和科學(xué)的宇宙觀的最生動(dòng)最有效的學(xué)科體系的最生動(dòng)最有效的學(xué)科體系研究方法涵蓋了現(xiàn)代科學(xué)研究方法論中的各種研究方法涵蓋了現(xiàn)代科學(xué)研究方法論中的各種有效的研究方法有效的研究方法與數(shù)學(xué)、化學(xué)、計(jì)算機(jī)、材料等學(xué)科相互滲透與數(shù)學(xué)、化學(xué)、計(jì)算機(jī)

7、、材料等學(xué)科相互滲透產(chǎn)生的邊緣學(xué)科產(chǎn)生的邊緣學(xué)科物理學(xué)是研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、相互作用及其運(yùn)動(dòng)規(guī)物理學(xué)是研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、相互作用及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)。與其他學(xué)科相比，物理學(xué)更著重于對(duì)物質(zhì)律的科學(xué)。與其他學(xué)科相比，物理學(xué)更著重于對(duì)物質(zhì)世界世界最普遍、最基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律最普遍、最基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律的探求。的探求。1）體系構(gòu)建以宇觀、宏觀、微觀世界的基本規(guī)律）體系構(gòu)建以宇觀、宏觀、微觀世界的基本規(guī)律為架構(gòu)為架構(gòu)（知識(shí)教育與科學(xué)素質(zhì)教育）（知識(shí)教育與科學(xué)素質(zhì)教育）2）20世紀(jì)物理學(xué)的發(fā)展大踏步的進(jìn)入課堂世紀(jì)物理學(xué)的發(fā)展大踏步的進(jìn)入課堂（教學(xué)內(nèi)容現(xiàn)代化）（教學(xué)內(nèi)容現(xiàn)代化）非線性物理（非線性動(dòng)力學(xué)、非平衡熱力學(xué)、非線性光學(xué)

8、）非線性物理（非線性動(dòng)力學(xué)、非平衡熱力學(xué)、非線性光學(xué)） 相對(duì)論相對(duì)論 量子力學(xué)粒子物理量子力學(xué)粒子物理 宇宙學(xué)宇宙學(xué)2. 2. 教學(xué)體系與教學(xué)內(nèi)容改革教學(xué)體系與教學(xué)內(nèi)容改革量子力學(xué)量子力學(xué)固體能帶理論固體能帶理論半導(dǎo)體半導(dǎo)體晶體管晶體管 集成電路集成電路大規(guī)模集成電路大規(guī)模集成電路電磁波理論電磁波理論光量子理論光量子理論受激輻射受激輻射激光器激光器激光通訊激光通訊狹義相對(duì)論狹義相對(duì)論(E=mc(E=mc2 2) )重核裂變重核裂變反應(yīng)堆反應(yīng)堆核電站核電站b觀察法觀察法b實(shí)驗(yàn)法實(shí)驗(yàn)法b理想化方法理想化方法b歸納、演繹法歸納、演繹法b類(lèi)比法類(lèi)比法b分析與分析與綜合法綜合法b假說(shuō)法假說(shuō)法b數(shù)學(xué)方法數(shù)

9、學(xué)方法 b非常規(guī)科學(xué)思維方法非常規(guī)科學(xué)思維方法（如直覺(jué)、靈感、頓悟如直覺(jué)、靈感、頓悟等等 ）3. 物理學(xué)與科學(xué)研究方法物理學(xué)與科學(xué)研究方法德國(guó)物理學(xué)家亥姆霍茲曾德國(guó)物理學(xué)家亥姆霍茲曾說(shuō)過(guò)這樣一段話：說(shuō)過(guò)這樣一段話：“我欣然把我欣然把自己比做山中的漫游者，他不自己比做山中的漫游者，他不諳山路，緩慢吃力的攀登，不諳山路，緩慢吃力的攀登，不時(shí)要止步回頭，因?yàn)榍懊嬉呀?jīng)時(shí)要止步回頭，因?yàn)榍懊嬉呀?jīng)是絕境。突然，或許念頭一閃，是絕境。突然，或許念頭一閃，或是由于幸運(yùn)，他發(fā)現(xiàn)一條通或是由于幸運(yùn)，他發(fā)現(xiàn)一條通往前面的蹊徑。等他最后登上往前面的蹊徑。等他最后登上山頂時(shí)，他羞愧的發(fā)現(xiàn)，如果山頂時(shí)，他羞愧的發(fā)現(xiàn)，如果

10、他當(dāng)初具有找到正確道路的智他當(dāng)初具有找到正確道路的智慧，本有一條陽(yáng)關(guān)大道可以直慧，本有一條陽(yáng)關(guān)大道可以直通頂巔。通頂巔?！?觀察觀察 、 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn) 、 假設(shè)假設(shè) 、 理論理論 觀察觀察-對(duì)現(xiàn)象的考察和研究對(duì)現(xiàn)象的考察和研究 1581年伽利略在年伽利略在教堂作禮拜，司事教堂作禮拜，司事灌注油燈后，觀察灌注油燈后，觀察燈擺動(dòng)的等時(shí)性，燈擺動(dòng)的等時(shí)性， 丹麥科學(xué)家第谷布拉赫觀察天上的星星達(dá)二十年丹麥科學(xué)家第谷布拉赫觀察天上的星星達(dá)二十年之久，為開(kāi)普勒發(fā)現(xiàn)行星三大定律奠定了基礎(chǔ)。之久，為開(kāi)普勒發(fā)現(xiàn)行星三大定律奠定了基礎(chǔ)。哈勃望遠(yuǎn)鏡哈勃望遠(yuǎn)鏡 目前哈勃望遠(yuǎn)鏡也是為了觀察宇宙星系的變化目前哈勃望遠(yuǎn)鏡也是為

11、了觀察宇宙星系的變化例如：例如：電磁感應(yīng)定律電磁感應(yīng)定律是是法拉第經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室中法拉第經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室中10年反復(fù)研究得到的。年反復(fù)研究得到的。 1974年年11月月16日丁肇日丁肇中發(fā)現(xiàn)中發(fā)現(xiàn) J粒子粒子也是在實(shí)也是在實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)。驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)。NS實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)：把自然界的現(xiàn)象經(jīng)過(guò)人把自然界的現(xiàn)象經(jīng)過(guò)人為簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)化(乃至建立模型）在實(shí)驗(yàn)?zāi)酥两⒛Ｐ停┰趯?shí)驗(yàn)室重現(xiàn)，或進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬室重現(xiàn)，或進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬 等，等，然后進(jìn)行反復(fù)研究然后進(jìn)行反復(fù)研究榮獲諾貝爾獎(jiǎng)的第三位榮獲諾貝爾獎(jiǎng)的第三位華裔學(xué)者華裔學(xué)者觀察和實(shí)驗(yàn)是我們獲得第觀察和實(shí)驗(yàn)是我們獲得第一手材料的主要途徑。一手材料的主要途徑。楊振寧、李正道因提出弱相互

12、作用楊振寧、李正道因提出弱相互作用下宇稱不守恒而獲得下宇稱不守恒而獲得1957年諾貝爾年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。物理學(xué)獎(jiǎng)。理論物理學(xué)家是偉理論物理學(xué)家是偉大的，實(shí)驗(yàn)物理學(xué)大的，實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家同樣偉大！家同樣偉大！假說(shuō)假說(shuō)：在事實(shí)較少和有限的情況下，提出的在事實(shí)較少和有限的情況下，提出的一種理論。但假說(shuō)不等于瞎說(shuō)。一種理論。但假說(shuō)不等于瞎說(shuō)。很多理論往往是通過(guò)多次假說(shuō)，依據(jù)新的實(shí)很多理論往往是通過(guò)多次假說(shuō)，依據(jù)新的實(shí)驗(yàn)事實(shí)逐漸修正得到的。驗(yàn)事實(shí)逐漸修正得到的。如光的理論、量子理論等等如光的理論、量子理論等等。理論理論:在有充分實(shí)驗(yàn)事實(shí)的基礎(chǔ)上歸納出來(lái)的原理、定在有充分實(shí)驗(yàn)事實(shí)的基礎(chǔ)上歸納出來(lái)的原理、定律、

13、規(guī)律等。律、規(guī)律等。當(dāng)然，理論應(yīng)當(dāng)足夠準(zhǔn)確地反映物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。當(dāng)然，理論應(yīng)當(dāng)足夠準(zhǔn)確地反映物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。還要在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)一步檢驗(yàn)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)新事實(shí)，還要還要在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)一步檢驗(yàn)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)新事實(shí)，還要不斷修正、完善理論。實(shí)際上經(jīng)歷了一個(gè)實(shí)踐、不斷修正、完善理論。實(shí)際上經(jīng)歷了一個(gè)實(shí)踐、認(rèn)識(shí)、再實(shí)踐、再認(rèn)識(shí)認(rèn)識(shí)、再實(shí)踐、再認(rèn)識(shí)-循環(huán)往復(fù)的過(guò)程循環(huán)往復(fù)的過(guò)程。沒(méi)有沒(méi)有!那么上升為理論后就完事了嗎？那么上升為理論后就完事了嗎？結(jié)論：結(jié)論： 物理學(xué)是一門(mén)實(shí)驗(yàn)的科學(xué)物理學(xué)是一門(mén)實(shí)驗(yàn)的科學(xué)磁單極理論磁單極理論：N“上蒼天，入黃泉，兩手上蒼天，入黃泉，兩手茫茫不見(jiàn)茫茫不見(jiàn)”目前仍沒(méi)有找到單一的磁目前仍沒(méi)有找到單一的磁

14、極開(kāi)鉉開(kāi)鉉閉鉉閉鉉空間距離為空間距離為10-35 m，目前還無(wú)法用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。，目前還無(wú)法用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。超鉉理論超鉉理論：能將四種相互作用力：能將四種相互作用力統(tǒng)一起來(lái)統(tǒng)一起來(lái)。 物理學(xué)為其他學(xué)科創(chuàng)立技術(shù)和原理物理學(xué)為其他學(xué)科創(chuàng)立技術(shù)和原理 重大新技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)立總是經(jīng)歷長(zhǎng)期的物理醞釀重大新技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)立總是經(jīng)歷長(zhǎng)期的物理醞釀4. 物理學(xué)與科學(xué)技術(shù)物理學(xué)與科學(xué)技術(shù)物理學(xué)既是伴隨著人類(lèi)的生存、生產(chǎn)活動(dòng)發(fā)展起來(lái)物理學(xué)既是伴隨著人類(lèi)的生存、生產(chǎn)活動(dòng)發(fā)展起來(lái)的，同時(shí)也是科學(xué)技術(shù)和社會(huì)發(fā)展的巨大推動(dòng)力。的，同時(shí)也是科學(xué)技術(shù)和社會(huì)發(fā)展的巨大推動(dòng)力。物理學(xué)的發(fā)展與生產(chǎn)力的提高總是相輔相成的。如物理學(xué)的發(fā)展與生產(chǎn)力

15、的提高總是相輔相成的。如當(dāng)今世界公認(rèn)的六大高新技術(shù)（信息技術(shù)、新材料當(dāng)今世界公認(rèn)的六大高新技術(shù)（信息技術(shù)、新材料技術(shù)、新能源技術(shù)、生物技術(shù)、空間技術(shù)、海洋技技術(shù)、新能源技術(shù)、生物技術(shù)、空間技術(shù)、海洋技術(shù)）均是以物理學(xué)為基礎(chǔ)的，反過(guò)來(lái)，高新技術(shù)的術(shù)）均是以物理學(xué)為基礎(chǔ)的，反過(guò)來(lái)，高新技術(shù)的迅猛發(fā)展促進(jìn)了物理學(xué)研究的進(jìn)一步深入。迅猛發(fā)展促進(jìn)了物理學(xué)研究的進(jìn)一步深入。三次工業(yè)革命都是由于物理學(xué)的重大突破：三次工業(yè)革命都是由于物理學(xué)的重大突破：第一次工業(yè)革命：動(dòng)力機(jī)械第一次工業(yè)革命：動(dòng)力機(jī)械第二次工業(yè)革命：電氣化的進(jìn)程第二次工業(yè)革命：電氣化的進(jìn)程第三次工業(yè)革命：信息革命第三次工業(yè)革命：信息革命b盧瑟福

16、盧瑟福 a a 粒子散射實(shí)驗(yàn)粒子散射實(shí)驗(yàn)(1909)(1909)核能利用核能利用(40(40年后年后) )b愛(ài)因斯坦受激輻射理論愛(ài)因斯坦受激輻射理論(1917)(1917) 第一臺(tái)激光器第一臺(tái)激光器(1960)(1960)b量子力學(xué)量子力學(xué), ,費(fèi)米狄拉克統(tǒng)計(jì)費(fèi)米狄拉克統(tǒng)計(jì), ,固體能帶理論固體能帶理論(20(20年代年代) ) 晶體管誕生晶體管誕生(1947),(1947),集成電路集成電路(1962),(1962),大規(guī)模集成電路大規(guī)模集成電路 (70(70年代后期年代后期) )由原理轉(zhuǎn)變?yōu)榧夹g(shù)的周期越來(lái)越短：由原理轉(zhuǎn)變?yōu)榧夹g(shù)的周期越來(lái)越短：b從高溫超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)到應(yīng)用：從高溫超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)到

17、應(yīng)用：3年年32倍倍人類(lèi)正是在這循環(huán)往復(fù)的認(rèn)識(shí)過(guò)程中，創(chuàng)人類(lèi)正是在這循環(huán)往復(fù)的認(rèn)識(shí)過(guò)程中，創(chuàng)造出輝煌的業(yè)績(jī)來(lái)造出輝煌的業(yè)績(jī)來(lái)HeNe激光器激光器Laser亮度亮度大功率激光器大功率激光器121791010srWcmI可使一切非金屬可使一切非金屬化為一縷青煙化為一縷青煙可使一切金屬熔化可使一切金屬熔化原子彈爆炸發(fā)出巨大的能量原子彈爆炸發(fā)出巨大的能量現(xiàn)在人類(lèi)正在向征服宇宙進(jìn)發(fā)?，F(xiàn)在人類(lèi)正在向征服宇宙進(jìn)發(fā)。物理學(xué)的每一進(jìn)展都帶來(lái)生產(chǎn)力物理學(xué)的每一進(jìn)展都帶來(lái)生產(chǎn)力巨大發(fā)展巨大發(fā)展導(dǎo)體表面導(dǎo)體表面 自由自由電子電子探針探針 表面電流表面電流表面結(jié)構(gòu)表面結(jié)構(gòu)UUE 獅子的能量必須滿足獅子的能量必須滿足才能

18、越過(guò)高墻才能越過(guò)高墻按經(jīng)典的觀點(diǎn)：按經(jīng)典的觀點(diǎn)：E量子：量子：同樣用勢(shì)能表示同樣用勢(shì)能表示UE 獅子可能穿過(guò)獅子可能穿過(guò)勢(shì)壘到左方勢(shì)壘到左方實(shí)際：實(shí)際：UE勢(shì)壘勢(shì)壘如：掃描隧道顯微鏡如：掃描隧道顯微鏡 (STM)(STM)的發(fā)明的發(fā)明 說(shuō)明：深厚的科學(xué)素質(zhì)的重要性說(shuō)明：深厚的科學(xué)素質(zhì)的重要性 7070年代年代 羅伯特羅伯特. .楊楊 制成場(chǎng)發(fā)射顯微鏡制成場(chǎng)發(fā)射顯微鏡1981年 賓尼和羅雷爾應(yīng)用隧道效應(yīng)改進(jìn)了場(chǎng)發(fā)射顯微鏡設(shè)計(jì)出掃描式隧道效應(yīng)顯微鏡得益于深厚的科學(xué)素養(yǎng)得益于深厚的科學(xué)素養(yǎng)19861986年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)圖為鑲嵌了圖為鑲嵌了48個(gè)個(gè)Fe原子的原子的Cu表面掃描隧道顯微

19、鏡照片。表面掃描隧道顯微鏡照片。48個(gè)個(gè)Fe原子形成原子形成“量子圍欄量子圍欄”，圍欄中的，圍欄中的電子形成駐波電子形成駐波。 三、怎樣學(xué)習(xí)物理學(xué)三、怎樣學(xué)習(xí)物理學(xué)掌握各階段的基本理論及實(shí)驗(yàn)，學(xué)會(huì)運(yùn)用基本掌握各階段的基本理論及實(shí)驗(yàn)，學(xué)會(huì)運(yùn)用基本規(guī)律解決實(shí)際問(wèn)題從而提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題規(guī)律解決實(shí)際問(wèn)題從而提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。的能力。. 物理學(xué)與數(shù)學(xué)物理學(xué)與數(shù)學(xué). 研究型學(xué)習(xí)研究型學(xué)習(xí)總之，要學(xué)好物理學(xué)，總之，要學(xué)好物理學(xué)，關(guān)鍵是勤于思考，悟物窮理。關(guān)鍵是勤于思考，悟物窮理。物理學(xué)是定量的科學(xué)物理學(xué)是定量的科學(xué)。為了盡可能準(zhǔn)確地從數(shù)。為了盡可能準(zhǔn)確地從數(shù)量關(guān)系上掌握物理規(guī)律，數(shù)學(xué)就成為

20、物理學(xué)不可缺少量關(guān)系上掌握物理規(guī)律，數(shù)學(xué)就成為物理學(xué)不可缺少的工具。的工具。1、要學(xué)好數(shù)學(xué)、要學(xué)好數(shù)學(xué)數(shù)學(xué)為物理學(xué)研究提供精確的形式化語(yǔ)言和表述數(shù)學(xué)為物理學(xué)研究提供精確的形式化語(yǔ)言和表述工具。在物理學(xué)研究中，數(shù)學(xué)成了量化物理變量、定工具。在物理學(xué)研究中，數(shù)學(xué)成了量化物理變量、定義物理概念、表述物理過(guò)程的主要工具。如用位移對(duì)義物理概念、表述物理過(guò)程的主要工具。如用位移對(duì)時(shí)間的微商表示瞬時(shí)速度，力對(duì)空間的積分表示變力時(shí)間的微商表示瞬時(shí)速度，力對(duì)空間的積分表示變力所作的功，所作的功，既簡(jiǎn)潔方便、又嚴(yán)格明了既簡(jiǎn)潔方便、又嚴(yán)格明了。若使用普通語(yǔ)。若使用普通語(yǔ)言是無(wú)法實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的。言是無(wú)法實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的

21、。用數(shù)學(xué)方法研究物理問(wèn)題本身就需要經(jīng)歷一個(gè)抽象用數(shù)學(xué)方法研究物理問(wèn)題本身就需要經(jīng)歷一個(gè)抽象思維的過(guò)程，有時(shí)甚至需要建立數(shù)學(xué)模型，這就培養(yǎng)了思維的過(guò)程，有時(shí)甚至需要建立數(shù)學(xué)模型，這就培養(yǎng)了物理學(xué)工作者的抽象能力。物理學(xué)工作者的抽象能力。例例1. 牛頓用他自己發(fā)明的微積分（微積分是牛頓和萊布尼茨牛頓用他自己發(fā)明的微積分（微積分是牛頓和萊布尼茨（G. W. Leibniz）各自獨(dú)立發(fā)明的）對(duì)力學(xué)規(guī)律進(jìn)行表述和）各自獨(dú)立發(fā)明的）對(duì)力學(xué)規(guī)律進(jìn)行表述和推算，使力學(xué)成為具有簡(jiǎn)明數(shù)學(xué)形式的統(tǒng)一理論體系。推算，使力學(xué)成為具有簡(jiǎn)明數(shù)學(xué)形式的統(tǒng)一理論體系。例例2. 1854年，麥克斯韋閱讀了法拉第的年，麥克斯韋閱讀

22、了法拉第的電學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究電學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)法拉第的發(fā)現(xiàn)法拉第的“力線力線”思想和思想和“場(chǎng)場(chǎng)”的模型具有非凡的價(jià)值，的模型具有非凡的價(jià)值，但他也看到了法拉第只是定性地表述這些新思想的弱點(diǎn)。于是但他也看到了法拉第只是定性地表述這些新思想的弱點(diǎn)。于是他抱著給法拉第的新觀念他抱著給法拉第的新觀念“提供數(shù)學(xué)基礎(chǔ)提供數(shù)學(xué)基礎(chǔ)”的愿望，開(kāi)始了他的愿望，開(kāi)始了他的研究工作。他把電磁現(xiàn)象與流體力學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行類(lèi)比，發(fā)展引的研究工作。他把電磁現(xiàn)象與流體力學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行類(lèi)比，發(fā)展引入了位移電流和渦旋電場(chǎng)，通過(guò)嚴(yán)密的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，用一組偏微入了位移電流和渦旋電場(chǎng)，通過(guò)嚴(yán)密的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，用一組偏微分方程全面、系統(tǒng)、完整地表達(dá)電磁運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律，建立了分方程全面、系統(tǒng)、完整地表達(dá)電磁運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律，建立了電磁場(chǎng)理論，從解電磁場(chǎng)方程組預(yù)言電磁波的存在。標(biāo)志著經(jīng)電磁場(chǎng)理論，從解電磁場(chǎng)方程組預(yù)言電磁波的存在。標(biāo)志著經(jīng)典電磁學(xué)的建立。典電磁學(xué)的建立。物理理論與數(shù)學(xué)方法的緊密結(jié)合，使人類(lèi)對(duì)物理學(xué)的研究物理理論與數(shù)學(xué)方法的緊密結(jié)合，使人類(lèi)對(duì)物理學(xué)的研究如虎添翼，所以我們?cè)趯W(xué)習(xí)物理學(xué)原理的同時(shí)，應(yīng)該學(xué)會(huì)運(yùn)用如虎添翼，所以我們?cè)趯W(xué)習(xí)物理學(xué)原理的同時(shí)，應(yīng)該學(xué)會(huì)運(yùn)用數(shù)學(xué)方法。在學(xué)習(xí)中學(xué)物理時(shí)，我們運(yùn)用的是初等數(shù)學(xué)。在學(xué)數(shù)學(xué)方法。在學(xué)習(xí)中學(xué)物理時(shí)，我們運(yùn)用的是初等數(shù)學(xué)。在學(xué)習(xí)大學(xué)物理的今天，我們應(yīng)該養(yǎng)成自覺(jué)運(yùn)用高等數(shù)學(xué)的良好習(xí)習(xí)大學(xué)