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  • 1 # 科學聯盟

    大學物理學習內容,包括所謂五小力學(一般說法是四小力學,這裡買四送一)和五大力學(同樣買四送一),分別是

    《力學》《電磁學》《熱學》《光學》《原子物理》;

    《分析力學》《統計力學》《量子力學》《電動力學》《固體力學》。

    此外還有選修課程,比如《半導體物理》《超導物理》《鐵磁學》《固體光學》《量子光學》《量子統計物理》《量子場論》《廣義相對論》等等。

    先說說《力學》,首先是向量的微積分計算,在此基礎上學習質點運動定律——牛頓定律,質點組的運動定律,包括剛體、彈性體、流體等,振動與波動,以及狹義相對論入門。

    再說說《電磁學》,靜電場、靜磁場的基本定律,其中電場分佈、磁場分佈的計算與極化、磁化是重點,穩恆電路里的歐姆定律微分形式、基爾霍夫方程組,最後是麥克斯韋方程的建立。

    《力學》與《電磁學》很大一部分是中學物理的提升,對於中學物理有一些啟發作用。

    《熱學》溫度、平衡態、狀態方程的概念是熱學的入門,接著是分子相互作用模型、麥克斯韋速率分佈,學完這些就得學熱力學四大定律,其中熱力學第一定律和第二定律與熱機、製冷機的計算是重點。有了這些知識,就可以研究液體、固體的熱學性質,解釋相變等一些問題。這些內容基本是超出了中學物理。

    《光學》幾何光學的光程原理、高斯公式、牛頓公式是比較基礎的,接著是學習干涉和衍射。干涉一般在中學物理裡有一些介紹,也要做一些計算。但是衍射就不做要求了。這是因為,衍射一般需要考慮一個很複雜的積分——這就是惠更斯-菲涅爾原理,它是唯象模型。在電動力學裡會介紹用電動力學匯出來的衍射基本方程——基爾霍夫衍射方程,它是動力學層面的理論。再往下是光的偏振、雙折射問題,這一部分可以作為中學物理的提升。光的吸收也是光學裡的一個分支,此外還有黑體輻射理論。

    《原子物理》這門課知識點不是一般的多。從盧瑟福的實驗開始,原子的影象開始建立。接著是介紹玻爾理論和索末菲理論,這裡有計算。因為計算結果和實驗其實有出入。比如精細結構。這是為引入量子力學入門理論做鋪墊。這裡還會引入自旋的概念,在《量子力學》裡會有更多討論。接著就是角動量耦合問題,自旋角動量與空間角動量的耦合問題。然後是量子躍遷,各種躍遷機制。

    說完五小力學,再說說五大力學。

    由於工科搶先註冊了一個《理論力學》,所以物理專業一般就把自己的《理論力學》叫《分析力學》。首先是虛功原理和達朗貝爾方程,由此構造拉格朗日函式與拉格朗日力學。從這裡開始,理論物理的影象構建了,一切因果由此開始。用拉格朗日力學求解天體運動、推匯出振動方程、研究剛體運動,這是拉格朗日力學的最重要的東西。接著是哈密頓力學和雅可比力學。它們是量子力學的基礎。

    《分析力學》是十分數學化的理論,在中學階段基本無用武之地。

    《統計物理》又叫《統計力學》,是理論物理的基礎理論之一。研究微觀粒子的統計規律,並給出宏觀狀態方程。其基礎是熱力學。麥克斯韋關係式是熱力學必備工具,各種熱力學量偏微商之間的轉換都離不開這個關係式。接著是熱力學相變理論,也就是朗道的二級相變理論。此外還有非平衡態熱力學理論。構建了統計力學的基礎,再去構建統計力學——兩個相空間。研究近獨立粒子時候,可以用γ空間來描述。而研究存在相互作用的粒子時候需要考慮μ空間。從一般性來看,μ空間一定能推匯出γ空間。在此基礎上給出近獨立粒子的三種分佈——玻爾茲曼-麥克斯韋分佈、玻色-愛因斯坦分佈、費米-狄拉克分佈;以及系棕理論的三種分佈——微正則分佈、正則分佈、巨正則分佈。後面可以討論漲落理論,比如斯莫陸焯夫斯基-愛因斯坦的溫度漲落理論(這個估計行外人基本不知道),耗散-漲落定理等等。

    《量子力學》的影象和中學物理的影象完全不一樣,另外其計算不是求個導數做個積分那麼簡單,需要學偏微分方程等知識。但是瞭解能級、量子力學的不確定性關係、薛定諤方程、自旋等一些概念還是有必要的。《量子力學》一般是對原子物理的提升。從薛定諤方程開始構建量子力學,並用薛定諤方程具體求解氫原子問題、諧振子問題。接著是量子力學的算符與矩陣力學——海森伯格方程的構建,並證明它與薛定諤方程的等價性。緊接著是微擾論——定態微擾論和含時微擾論——的引入,它是為了求解一些無法直接求出解析解的量子力學問題。下面是自旋與全同粒子的引入,這一部分比較奇怪,因為它需要學習了量子場論和群論才能做最完善地描述。最後一部分是量子散射,散射和微擾論的關係千絲萬縷,在量子場論裡,散射理論基本等價於微擾論。

    《電動力學》其實是計算性很強的理論。首先是靜電場靜磁場的計算,這個基本和量子力學計算差不多。接著是電磁輻射和電磁波導的計算。電動力學最後一一部分是相對論入門。《電動力學》和中學物理幾乎沒有關係,因為中學物理的計算還是簡單的代數計算。而電動力學則是求解微分方程,很多問題非得藉助數學軟體來完成。

    《固體力學》這個是量子力學和統計力學應用到晶體物理上的自然結果。固體力學前面關於晶體的結構是中學物理必須要了解的。但是像群論、倒易空間、布里淵區與簡約布里淵區就算了。

    再看看選修課程,這個就包羅永珍了,大部分是研究生課程的簡化版本。一些高校直接是本科生選修研究生課程。上面列舉的是小編在大學學過的課程。半導體物理的裡一些基本知識可以作為一些普及知識來拿來學習,比如什麼是載流子,什麼是導帶價帶(固體力學也會講,這裡放到半導體物理),什麼是晶格和超晶格等等。同樣超導物理、鐵磁學都可以拿出來一部分用於擴充套件知識面。

    大學物理有大學物理的任務,中學物理有中學物理的任務。雖然二者互相之間有關聯,但不要過分誇大它們的關聯。尤其是從事教育工作,更要注意循序漸進的道理。但是,小編認為,適當培養學生學習物理的興趣是必要的,透過介紹一些前沿知識來激發興趣是中學物理教育義不容辭的責任。小編記得自己讀高中那會,物理老師就很不錯,講課有趣而且還時常放一些物理科普的紀錄片。高中時候小編對物理的興趣基本是與日俱增。這也導致了小編大學選擇了物理專業,並在研究生期間選擇了理論物理。

  • 2 # 津口船伕

    對高中物理來說,大的知識點不多。高一年級重點學習動力學中牛頓三定律,萬有引力,曲線運動(平拋與圓周),機械能與動量;高二年級學習電場磁場,恆定電流,電磁感應與變壓器,然後學習原子物理,機械波與機械振動,光學,熱學等等。在這些知識點中最讓人害怕的是力學問題,尤其是變力做功問題,非勻變速運動問題,非平拋與圓周的曲線運動問題,複合場中電場力與重力不平衡且同時受洛倫茲力的非勻速圓周問題,等等。學生在學習的過程中並不是說我對物理公式很熟悉了就一定可以將題目解答出來,而是先變換思路,將不滿足條件的問題變成滿足條件再使用公式,而這種變換是一定要透過大量練習來熟悉並熟練運用的。舉個例子:一個老鼠從洞口出發並開始計時,沿直線運動,速度與距離成反比,比例係數為K,求老鼠的速度從v1變到v2時走過的時間。假如學生不能夠迅速想到畫出距離——速度倒數的影象,透過面積求時間的話,這題就白白丟分,可這題用定積分按正常思路來求,是很簡單的。再比如:在電磁感應的題目中,如果既有切割磁場的動生電動勢,又有磁場變化的感生電動勢,學生理解和解題就有很大障礙,通常做法是分開求出兩個電動勢再相加的辦法,如果根據條件正常的思路列出偏微分方程,這也不是很難理解的問題。可問題是高中物理用到微分思想的訓練很少,所以高中物理老師在平常的授課當中淺顯的講一講大學的相關知識是有必要的。

    高中物理競賽的各類選題中是要求用到大學的物理及數學知識的,假如完全不用,對老師,對學生思維的要求是挺高的。

    中學物理老師在上課之餘多多研究大學相關知識,對自己是提高和愛好,對學生來說,知識豐富的老師更能激發他們對物理學習的興趣。

  • 3 # 物理小金魚

    說實話,中學物理壓根就是應試的物理,如果只是考慮中考和高考的話,學習大學及以上層次的物理學基本上沒什麼卵用,有時甚至會有相反的效果。如果是參加高中物理競賽還可以簡單提一下大學的相關知識,但參加競賽畢竟只是少數。

    教中學物理你會發現大學學的《熱學》《電磁學》《光學》《理論力學》《數學物理方法》 《原子物理學》等等高大上的本科物理內容對中學教學基本上沒有幫助,知識水平只要會解高考題就行了,更重要的是把中學物理那些幾百年前的知識深入淺出通俗易懂地給學生講明白。

    帶過畢業班的老師,就會明白為什麼教中學物理並不需要用到本科物理那些量子力學之類的高階大氣上檔次的前沿玩意兒。

    因為中學學的是應試性的物理,而不是學術性的物理。你也不要指望十幾歲剛接觸的孩子能研究學術性物理。百分之九十九的學生,學物理並不是為了以後當物理學家,其目的僅僅是考高分和建立基本知識框架。

    中學學的物理主要還是用來考試的,是一種國家選拔人才的工具而已。每年考的那些物理題新瓶裝舊酒,換湯不換藥,雖然考過的題大多不會再考,但“重者恆重”,也就是說考試的核心重點內容是基本固定的,每年雖有變化,但涉及主要知識點卻是基本不變的。

    不管每天怎麼變著花樣折騰課堂,嚷嚷著培養什麼所謂的創新思維什麼所謂的科學素養,以目前的教育體制,如果不能有效地提高成績,孩子連續3次物理考試不及格,立碼什麼物理興趣都沒了!這才是對孩子最大的不負責任。

    喊了幾十年素質教育,可中考高考的成績依舊那麼重要,才會導致現在的各種輔導機構和補習班大行其道。

    所以不管採用什麼樣的教學方式,最基本的還是提高中學生的成績,然後才可以談其他的。

  • 4 # 有一種態度叫專注

    這個問題我的理解是兩個方面:

    一是指教師這個主體。確實學習大學及以上層次的物理學,對教師教授中學物理學有助力,助力在哪?比如絕大部分教師的受教育程度高了,自然學術水平各方面都要更好,對知識的理解和解讀也會更全面。

    二是對教育本身。確實學習大學及以上層次的物理學,對中學物理學教育有助力,助力在哪?教育本身就是一門學問,教育是有規律可尋但又不是一層不變的,教育是越來越大眾化但又不是人人都一樣的。大學及更高層次的教育能夠站的更高看的更遠,確實為基礎教育助力。

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