高中物理必修第一冊(cè)-序言

序言物理學(xué)——研究物質(zhì)及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)一、教學(xué)目標(biāo)

1.使學(xué)生認(rèn)識(shí)物理學(xué)概況，了解物理學(xué)的研究范圍。知道學(xué)習(xí)物理學(xué)的重要意義。

2.通過(guò)序言的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生對(duì)物理產(chǎn)生濃厚的興趣激發(fā)、探索的興趣和積極性。3.讓學(xué)生樹(shù)立學(xué)好物理的必勝信心。二、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)

讓學(xué)生了解物理、增加興趣、激發(fā)志趣、掌握方法。三、教學(xué)過(guò)程【引入】大家在初中已經(jīng)學(xué)習(xí)了一些物理知識(shí)，相信大家對(duì)物理學(xué)有了一定的了解。今天是我們進(jìn)入高中物理的第一課，同學(xué)們能不能分享一下你們心目中的物理學(xué)是怎樣的？同學(xué)們對(duì)物理學(xué)有什么印象呢？【學(xué)生活動(dòng)】講述學(xué)生心目中的物理學(xué)【教師講授】物含妙理，究其本質(zhì)——物理學(xué)的由來(lái)回望歷史，人類自古以來(lái)就對(duì)自然界充滿好奇。日出日落、辰宿列張、春華秋實(shí)、寒來(lái)暑往，大自然的各種神奇現(xiàn)象，讓人們驚嘆不已的同時(shí)渴望著弄清其背后的規(guī)律和聯(lián)系。在好奇心和人類提高生產(chǎn)力水平的需求驅(qū)使下，人類對(duì)自然規(guī)律進(jìn)行著不懈的探索。我國(guó)古代人們探索自然規(guī)律的過(guò)程中也留下了很多發(fā)明，如：渾儀——望遠(yuǎn)鏡發(fā)明前世界上最先進(jìn)的天文觀測(cè)工具日晷——我國(guó)古代利用日影測(cè)得時(shí)刻的一種計(jì)時(shí)儀器以上兩個(gè)發(fā)明都屬于物理研究的實(shí)驗(yàn)儀器，物理學(xué)就是在人類探索大自然的過(guò)程中結(jié)出的最重要的果實(shí)之一。在初中的時(shí)候大家已經(jīng)接觸過(guò)物理學(xué)，并學(xué)習(xí)了一些物理知識(shí)。初中我們以體會(huì)物理的趣味性和實(shí)用性為主，而在高中我們將認(rèn)識(shí)更加豐富多彩的物理現(xiàn)象，學(xué)習(xí)更為深刻的物理知識(shí)，并在學(xué)習(xí)過(guò)程中進(jìn)一步領(lǐng)悟科學(xué)研究的方法。洞察天地，萬(wàn)物之理——物理學(xué)概述早在2000多年前的古希臘時(shí)期，亞里士多德、阿基米德等一批科學(xué)家就開(kāi)始了對(duì)物理現(xiàn)象和規(guī)律的探索，并發(fā)現(xiàn)了杠桿原理、浮力定律等規(guī)律。這是物理學(xué)的萌芽時(shí)期。亞里士多德b)阿基米德16~

17世紀(jì)，伽利略和牛頓等人在前人工作的基礎(chǔ)上創(chuàng)立了系統(tǒng)性的力學(xué)理論，建立了實(shí)驗(yàn)觀測(cè)和理論分析計(jì)算相結(jié)合的現(xiàn)代研究方式。牛頓伽利略【提問(wèn)】你們還知道哪些著名的物理學(xué)家嗎？【學(xué)生舉例】1687

年，牛頓出版了他的名著《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》。這標(biāo)志著現(xiàn)代意義的物理學(xué)正式誕生。經(jīng)過(guò)四個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，物理學(xué)已經(jīng)成為一個(gè)分支眾多、深刻影響當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展乃至人類社會(huì)文明進(jìn)步的基礎(chǔ)學(xué)科。物理學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，也是一門崇尚理性、遵循邏輯推理的理論科學(xué)。由于物質(zhì)世界紛繁復(fù)雜，有限的實(shí)驗(yàn)和觀察難以完全揭示其背后的本質(zhì)規(guī)律和內(nèi)在聯(lián)系。因此，在依賴先進(jìn)的科學(xué)裝置的同時(shí)，物理學(xué)的發(fā)展山必須借助于強(qiáng)有力的數(shù)學(xué)中工具和大型計(jì)算技術(shù)，以及深刻的洞察力和豐富的想象力。今天，物理學(xué)中的基本概念和理論、實(shí)驗(yàn)方法和手段，已經(jīng)越來(lái)越廣泛的應(yīng)用于其他學(xué)科，極大的豐富了人類對(duì)物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)，推動(dòng)了科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新和革命，促進(jìn)了生產(chǎn)力的發(fā)展和人類文明的進(jìn)步。如：物理學(xué)和激光技術(shù)物理學(xué)與宇航工程物理學(xué)與納米技術(shù)觀察現(xiàn)象，揭示本質(zhì)——物理學(xué)研究的特點(diǎn)物理研究對(duì)象——大到宇宙空間，小到微觀原子核，近到衣、食、住、行，研究物質(zhì)存在的基本形式，以及它們的性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，與我們的生活無(wú)處不在。由于交通工具的缺乏，古人大部分活動(dòng)只能在陸地上進(jìn)行，出現(xiàn)“天圓地方”等學(xué)說(shuō)。16~17世紀(jì)，哥白尼、第谷和開(kāi)普勒等人通過(guò)詳盡的觀測(cè)和分析，逐漸認(rèn)識(shí)到地球和其他行星都在繞著太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)，并找到了這些運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。隨著工具的發(fā)展人們對(duì)客觀事物的觀察越來(lái)越全面，認(rèn)識(shí)也越來(lái)越深刻。最終，依據(jù)這些觀測(cè)和分析，牛頓發(fā)現(xiàn)了萬(wàn)有引力定律揭示了這些運(yùn)動(dòng)規(guī)律的根源。伽利略和牛頓還認(rèn)識(shí)到物體，即便在不受力的情況下，也會(huì)一直運(yùn)動(dòng)下去，這個(gè)結(jié)論是和我們通常的直覺(jué)相反的。這種對(duì)內(nèi)在規(guī)律深刻的認(rèn)識(shí)靠的是精確的實(shí)驗(yàn)和嚴(yán)密的邏輯分析，二者缺一不可。一代代的物理學(xué)家在探究客觀世界的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)了很多行之有效的研究方法。在物理學(xué)習(xí)中，我們不僅要掌握具體的知識(shí)，而且要學(xué)習(xí)和體會(huì)這些物理方法，并努力運(yùn)用他們解決各種實(shí)際問(wèn)題。學(xué)以致知，客觀理性——物理學(xué)背后的科學(xué)精神物理學(xué)的發(fā)展和成就與它所蘊(yùn)含的科學(xué)精神密不可分。首先是學(xué)以致知的探索精神。前面說(shuō)過(guò)，人類對(duì)自然界的好奇心是科學(xué)發(fā)展最重要的動(dòng)力之一。人們?cè)谒尿?qū)使下研究很多問(wèn)題，其中，有的能直接轉(zhuǎn)化成技術(shù)，服務(wù)于實(shí)際應(yīng)用，但是也有很多是當(dāng)時(shí)看不到直接用途的，比如伽利略研究的力和運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題、牛頓發(fā)現(xiàn)的萬(wàn)有引力定律，當(dāng)時(shí)都屬于無(wú)用之學(xué)。正是這些看似沒(méi)有用的、以求知為目的的探索，使人們獲得了對(duì)自然規(guī)律完整深人的認(rèn)識(shí)。其次是實(shí)事求是的客觀精神。物理學(xué)的目的是求真，客觀事實(shí)是判斷對(duì)錯(cuò)的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)就是對(duì)，錯(cuò)就是錯(cuò)。猜想和論斷必須能經(jīng)受得住實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)和邏輯的推敲。19世紀(jì)末20世紀(jì)初，當(dāng)人們發(fā)現(xiàn)權(quán)威的牛頓學(xué)說(shuō)不適用于微觀和高速情況時(shí)，便認(rèn)真地對(duì)其進(jìn)行修正;1936年大名鼎鼎的愛(ài)因斯坦向雜志投出一篇論文，審稿人和編輯發(fā)現(xiàn)論文有錯(cuò)，便毫不猶豫地指出并拒稿。這些都是物理學(xué)史上實(shí)事求是、務(wù)實(shí)求真的佳話。還有就是理性分析的精神。物理學(xué)強(qiáng)調(diào)數(shù)學(xué)計(jì)算和邏輯分析，環(huán)環(huán)相扣，有原因才有結(jié)果。不合平邏輯的地方必然意味著有問(wèn)題，必須搞清楚。物理學(xué)的殿堂中，沒(méi)有詭辯者的位置。需要指出的是，科學(xué)精神不僅對(duì)科學(xué)研究很重要，而且在社會(huì)生產(chǎn)、日常生活的各方面都是有價(jià)值的?，F(xiàn)代社會(huì)分工精細(xì)、節(jié)奏緊湊，很多時(shí)候“失之毫厘，差之千里”這就要求我們?cè)诠ぷ骱蜕钪幸龅綄?shí)事求是、嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真并且講求邏輯，敬畏和尊重客觀規(guī)律，從而提高效率、減少失誤。另外，秉承實(shí)事求是和講求邏輯的精神，還會(huì)使我們?cè)谂龅絾?wèn)題的時(shí)候，面對(duì)現(xiàn)實(shí)、認(rèn)真分析，根據(jù)實(shí)際作出判斷與選擇，不盲從、不走極端。揭示自然，造福人類——物理學(xué)的應(yīng)用物理學(xué)的發(fā)展，推動(dòng)了工業(yè)、農(nóng)業(yè)和信息技術(shù)等方面的進(jìn)步，引發(fā)了一次次的產(chǎn)業(yè)革命，改變了人類的生產(chǎn)和生活方式。技術(shù)的進(jìn)步又為物理學(xué)的研究提供了更為強(qiáng)大的手段，并引發(fā)人們對(duì)物理問(wèn)題進(jìn)行更深人的思考，從而反過(guò)來(lái)促進(jìn)物理學(xué)的發(fā)展。哥白尼哥白尼19世紀(jì)17世紀(jì)16世紀(jì)愛(ài)因斯坦麥克斯韋牛頓20世紀(jì)科學(xué)獨(dú)立存在有了完整的體系【教師播放幻燈片展示隨著時(shí)間流逝物理學(xué)在生活中的應(yīng)用?！浚▓D片略）【提問(wèn)】同學(xué)們還知道哪些物理學(xué)和哪些生活中的應(yīng)用息息相關(guān)嗎？創(chuàng)立于17世紀(jì)的牛頓力學(xué)，被廣泛地應(yīng)用于工程技術(shù)，大大推動(dòng)了社會(huì)發(fā)展。18~19世紀(jì)，工程上對(duì)蒸汽機(jī)等熱機(jī)的改進(jìn)需求，又迫使人們對(duì)熱的問(wèn)題進(jìn)行深入研究，引發(fā)了熱力學(xué)的巨大進(jìn)步。19~20世紀(jì)初，電磁學(xué)的發(fā)展，直接導(dǎo)致發(fā)電機(jī)和無(wú)線電通信的誕生，使電能被廣泛利用。電走進(jìn)了千家萬(wàn)戶，世界被電燈點(diǎn)亮，電話和電報(bào)把各地的人們連接起來(lái)，人類從此進(jìn)人了電氣時(shí)代。進(jìn)入20世紀(jì)以后，物理學(xué)的研究范圍更加廣闊。人們掌握了微觀世界的規(guī)律，這更為有力地推動(dòng)了技術(shù)的進(jìn)步和社會(huì)的變革。對(duì)原子核的認(rèn)識(shí)，使人們掌握了核能，建造了核電站并發(fā)展了治療腫瘤的放療等技術(shù);對(duì)固體中電子運(yùn)動(dòng)的研究，引發(fā)了半導(dǎo)體工業(yè)的誕生，導(dǎo)致了晶體管、集成電路和大容量電子存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)明，從而使人們可以制造半導(dǎo)體芯片(圖0-4);對(duì)原子、分子物理和光學(xué)的深人研究，引發(fā)了原子鐘、激光和光纖通信等技術(shù)的誕生。原子鐘是衛(wèi)星定位系統(tǒng)的核心，激光被廣泛用于工業(yè)、通信、醫(yī)療和國(guó)防，而遍布全球的光纖網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的物理載體，它把全世界連在一起。毫不夸張地說(shuō)，20世紀(jì)是物理學(xué)的世紀(jì)，人們每時(shí)每刻都在享受物理學(xué)發(fā)展帶來(lái)的果實(shí)。今天世界的整個(gè)面貌，都和物理學(xué)的巨大進(jìn)步密不可分。前景廣闊，充滿挑戰(zhàn)——物理學(xué)的未來(lái)19世紀(jì)下半葉，以力學(xué)、熱學(xué)和電磁學(xué)為主要內(nèi)容的經(jīng)典物理學(xué)，幾乎能解釋當(dāng)時(shí)已知的所有物理現(xiàn)象。因此，當(dāng)20世紀(jì)第一個(gè)春天來(lái)臨之際，英國(guó)物理學(xué)家開(kāi)爾文在“新春獻(xiàn)詞”的演說(shuō)中，躊躇滿志地宣告:“科學(xué)大廈已經(jīng)基本建...后章物理學(xué)家只需做一些零碎的修補(bǔ)工作就行了。”但話音剛落，他的預(yù)言就被個(gè)接一個(gè)的重大發(fā)現(xiàn)所打破。在微觀領(lǐng)域內(nèi)，已經(jīng)深入到基本粒子的亞核世界（10-15厘米），并建立起統(tǒng)一描述電磁、弱、強(qiáng)相互作用的標(biāo)準(zhǔn)模型，引起了人們測(cè)量觀、因果觀的深刻變革。在在宇觀領(lǐng)域內(nèi)，研究的探針已達(dá)到1028厘米的空間標(biāo)度和1017秒的宇宙紀(jì)元；廣義相對(duì)論的理論預(yù)言，在巨大的時(shí)空尺度上得到了證實(shí)，引起了人們時(shí)空觀、宇宙觀的深刻變革。宏觀領(lǐng)域內(nèi)，關(guān)于物質(zhì)存在狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)形式的多樣性、復(fù)雜性的探索，也取得了突破性的進(jìn)展。在20世紀(jì)，物理學(xué)捷報(bào)頻傳，重大發(fā)現(xiàn)一此伏被起，從來(lái)沒(méi)有停止過(guò)。那么，21世紀(jì)還會(huì)有重要的發(fā)現(xiàn)嗎?著名法國(guó)物理學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)得主德布羅意在《物理學(xué)的未來(lái)》一文中說(shuō):“我們的知識(shí)越是發(fā)展，自然就越是以其多種表現(xiàn)證明它擁有無(wú)盡的財(cái)富，甚至在很先進(jìn)的科學(xué)領(lǐng)域，如物理學(xué)，我們也沒(méi)有理由認(rèn)為我們已經(jīng)“耗盡’了自然財(cái)富，或者認(rèn)為我們已經(jīng)接近完整地掌握了自然界的全部財(cái)富”事實(shí)正是這樣的，當(dāng)前，還有許多困擾物理學(xué)的難題。例如，目前的物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論認(rèn)為“夸克”構(gòu)成了質(zhì)子、中子等強(qiáng)子，但是，夸克為什么不能單獨(dú)存在?如何將描述微觀世界運(yùn)動(dòng)的量子力學(xué)和描述引力的廣義相對(duì)論結(jié)合起來(lái)，以解釋宇宙的起源和演化?能否像用麥克斯韋理論統(tǒng)一描述電和磁-樣，用某理論統(tǒng)一描述自然界的四種基本相互作用(弱力、強(qiáng)力、電磁力和引力?這些問(wèn)題都有待人們?nèi)ヌ剿鳌４送?，技術(shù)發(fā)展的需求，也提出了許多有價(jià)值的問(wèn)題。如何制造可以方便使用的超導(dǎo)材料?如何開(kāi)發(fā)更為清潔的能源?如何進(jìn)一步提升計(jì)算機(jī)的性能?這些問(wèn)題都與物理學(xué)直接相關(guān)。物理學(xué)如同一座大廈，已經(jīng)被建設(shè)得很壯觀了，但尚未完工，也許永遠(yuǎn)也不會(huì)完工，更壯觀的還在后面，還在等待著我們?nèi)ソㄔO(shè)和探索?！敖酱胁湃顺?，各領(lǐng)風(fēng)騷數(shù)百年?！本C觀世界科技史，許多重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn)都產(chǎn)生于科學(xué)家風(fēng)華正茂的青年時(shí)期，在這個(gè)階段他們思維敏捷、敢于創(chuàng)新。年輕的同學(xué)們，你們當(dāng)中一定會(huì)有人沿著前輩的足跡，為物理學(xué)的發(fā)展作出