化学基础理论和前沿进展 当今中国为什么不应该(繁:該)降低物理基础教育的难度?

2025-03-01 01:48:18Biological-SciencesScience

当今中国为什么不应该降低物理基础教育的难度?咱们先大体看一看物理学的全貌,再看一看现在高中阶段的物理知识占了这全貌的多大比重。物理学的全貌我承认,自己有点飘了,全貌二字怕是架御不了,不足之处还望诸位指教

当今中国为什么不应该降低物理基础教育的难度?

咱们先大体看一看物理学的全貌,再看一看现在高中阶段的物理知识占了这全貌的多大比重。

物理学的全貌

我承认,自己有点飘了,全貌二字怕是架御不了,不足之处还望诸位指教。

物理学的其中一个知识体系《繁:係》是五大力学:

先警告一下!这部分内容有些长且枯燥{拼音:zào}。

1.理论力学《繁:學》

分为3大部分:牛顿力学、拉格朗日力《pinyin:lì》学、哈密顿力学。

牛顿力学主要就是三个牛顿运动定律(我相信大家都知道)。使用的基本数学工具是微积分,牛顿第二定律其实是个常微分方程(F=ma?外行才用(练:yòng)!)。牛顿力学的{读:de}内容还可以加《pinyin:jiā》上万有引力定律。

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牛顿第二定律【读:lǜ】

拉格朗日力学、哈密顿力学的主要思想是极值原理(也叫最小作《拼音:zuò》用量原理)。使用【pinyin:yòng】的基本数学工具都是变分法(比微积分略难的数学)。

拉格朗日{读:rì}力学的主要内容是欧拉-拉格朗日方程。哈密顿力学的主要内容是哈密顿-雅可比方程。这两[繁:兩]个方程可以用勒让德dé 变换相互转换。

欧拉l世界杯ā -拉格朗日方程

哈密顿-雅可《读:kě》比方程

2.经典电动力《练:lì》学

可以分为两部分:麦克斯韦[繁:韋]方程组、洛伦兹力方程。

麦克斯韦方程组描述场源与电磁场的关系,常见的形式是4个偏微[练:wēi]分方程(可能有些难懂,但这已经是最(读:zuì)简单的形式了)。这4个方程分别描述:电场、磁场、磁生电、电生磁。使用的数学工《读:gōng》具是矢量分析(可以简单理解成矢量代数和微积分的结合)。

麦(读:mài)克斯韦方程组

洛伦兹力方程描述电磁场对场源的力(读:lì)的作用。使用的数学工具是矢量代数。

3.相对论力lì 学

由狭义相对论、广义相对论这两个部分组成[练:chéng]。

狭义相对【练:duì】论可以归到经典电动力学中,是对经典力学的俢正。主要内容是洛伦兹变换。接近光速时,钟变慢、尺变短、物变沉,质能转[繁体:轉]化这些结论都出自狭义相对论(这些结论都源于洛伦兹变换)。使用的数学工具:微积分、闵氏几何。(再提一句,不懂麦克斯韦方程组是没资格说自己懂狭义相对论的)

开云体育洛伦兹变[繁:變]换

至于《繁:於》广义相对论,基本思想是:时空告诉物质如何运动,物质告诉时空如何弯曲。主要内容是爱因斯坦《pinyin:tǎn》场方程(二阶非线性偏微(拼音:wēi)分张量方程,看不懂就对了)。使用的数学工具是黎曼几何、张量分析。

爱因[pinyin:yīn]斯坦场方程

4.热力学和统计力{拼音:lì}学

自然是分为《繁:爲》:热力学、统计力学。

热力学描述宏观现象,是统计力(pinyin:lì)学的宏观表述《pinyin:shù》。主要内容是热力lì 学四定律。第零定律:热平衡。第一定律:能量守恒

第二(拼音:èr)定律:熵增(可以由克劳修《繁:脩》斯《sī》不等式得到)。第三定律:绝对零度不可达。理想气状态方程也是其基本内容。使用的数学工具:微积分

克劳修(xiū)斯不等式

统计力学描述微观粒子运动的统计规律,是热力学的微《pinyin:wēi》观表述。主要内《繁:內》容是玻尔兹曼速率分布律、能量均分原理。使用的数学工具:微积分、概率论与数理统计、……。

5.非相对论量子力学(繁:學)

至少有矩阵力学、波动力学、路径积【繁:積】分这三种形式。

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只提一下波《练:bō》动力学,主要内容是薛定(dìng)谔方程(偏微分方程)。学量子力学时不学薛定谔方程,就像学牛顿力学时不学牛顿第二定律。

至于使用《练:yòng》的数学工具,有:微积【繁:積】分、变分法、线性代数、矢量分析、复变函数。(不懂希尔伯特空间,没(拼音:méi)资格说自己学过量子力学,比如我)

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薛定谔(繁:諤)方程

上面这些内容仅仅只是基础知识,如果如今的物理学大厦相【拼音:xiāng】当于高中数学,那上面的内容仅【pinyin:jǐn】仅相当于(繁体:於)加减乘除。

澳门银河至于这些基础之上(pinyin:shàng)有什么?

现代流【liú】体力学、现代声学、量子统计《繁:計》、量子电动力学、弹性介质力学、量子场论、量子色动力学、凝固态物理《pinyin:lǐ》、标准粒子模型、混沌理论、弦论、M理论、……

(路漫漫其修(繁:脩)远兮)

目前的高中物理知识

力学和电磁学是高中物理的大头,咱们对标一下上面的内容。

高(pinyin:gāo)中力学-----理论力学

理论力学的三个部分,高中的力《拼音:lì》学只涉及到了牛顿力学(占33%左右)。

牛顿力学中有两个重要的守恒定律:动量守恒和角动量守恒,而高中力学完全不提角动量,这直接就让知识大幅缩水(占18%左右)。

之前提到过,牛顿第二定律本(pinyin:běn)身就是个常微分方程。而不懂微积分,你怎么能懂微分方程?不懂(读:dǒng)微分方程,你又怎么能懂牛顿第二定律?(占9%左右)

得到结果:高中力学只占理论力学《繁体:學》的9%左右。

高中电磁学-----经典电动力学《繁:學》

高中电磁学有洛伦《繁:倫》兹力方程,这一点还不错,但是经典电动力学的大头(读:tóu)是麦克斯韦(wéi)方程组!

看看麦[繁体:麥]克斯韦方程组的四个方程:(每个方程占比(练:bǐ)10%;洛伦兹力方程占比10%;集齐麦克斯韦方程组全套方程,占比50%)

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1.描述电场有散无旋的高斯定律lǜ 。(无公式,0%)

2.描【练:miáo】述磁场有旋无散的高斯磁定律。(无公式,0%)

3.描述磁生电的电磁感应定律。(有(读:yǒu)公式,但没有反映涡旋电场,5%)

4.描述电生磁的全电流定dìng 律。(无公式,0%)

得到结果:高中电磁学只占经典亚博体育电(繁:電)动力学学的15%左右。

至于高中物理的其它内容,占{pinyin:zhàn}高gāo 考物理卷的分值不大,大部分高中生的精力也不在那上面,就不讨论了。

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总结

高中力学只占理论力学的9%左右。

高中电磁学只占经典电动澳门新葡京力学的15%左《zuǒ》右。

而理论力学、经典电动【pinyin:dòng】力学仅仅只现代物理的基础知识。

大家觉得,高中物理再降低要求合适吗?初中物理lǐ 再降低要求合适吗?

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