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化学基础理论和前沿进展 当今中国为什么不应该降低物理基础教育的难《繁:難》度?

2025-03-01 02:01:00Home-FurnishingsHome

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(pinyin:zhōng)一个知识体系是五大力学:

先警告一下!这部分内容有些长且(qiě)枯燥。

1.理论力(pinyin:lì)学

分为3大部分:牛顿力学、拉格朗日力【读:lì】学、哈密顿力学。

牛顿力《读:lì》学主要就是三个牛顿运[繁体:運]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!)。牛顿力学的内容还可以加上万有引力定律。

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牛顿第二定律lǜ

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

拉lā 格朗日力学的主要内容是欧拉-拉格朗《读:lǎng》日方程。哈密顿力学的主要内容是哈密《mì》顿-雅可比方程。这两个方程可以用勒让德变换相互转换。

欧{练:ōu}拉-拉格朗日方程

哈密顿-雅可《读:kě》比方程

2.经典电动力(读:lì)学

可以分为两部{bù}分:麦克斯韦方程组、洛伦兹力方程。

麦克斯韦方程组描述场源与电磁场的关系,常见的形世界杯式是4个偏微分方程(可能有些难懂,但这已[拼音:yǐ]经是最简单的形式了)。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)。

麦克(繁:剋)斯韦方程组

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洛【luò】伦兹力方程描述电磁场对场源的力的作用。使用的数学工具是矢量代数。

3.相对(繁:對)论力学

由狭义(繁体:義)相对论、广义相对论这两个部分组成。

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狭义相对论{pinyin:lùn}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(繁体:鈡)变慢、尺变短、物变沉,质能转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)

洛(拼音:luò)伦兹变换

至于广义相对论,基本思想是:时空告诉物质如何运动,物质(繁体:質)告诉时空如何弯曲。主要内[繁体:內]容是爱因斯坦场方程(二阶非线性偏微分张量方程,看不懂就对了)。使用的数学工具是黎曼几何、张量分析。

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爱因斯坦场[繁:場]方程

4.热力学[繁体:學]和统计力学

自然是分为:热力澳门永利学、统计力学(繁体:學)。

热力学描述宏观(繁:觀)现象,是统计力学的宏观表述。主要内容是热力学四定律。第零定律:热平衡。第一定律:能量守恒。第二(拼音:èr)定律:熵增(可以由克劳修斯【pinyin:sī】不等式得到)

第三定律:绝对零度不bù 可达。理想气(繁:氣)状态方程也是其基本内容。使用《读:yòng》的数学工具:微积分。

克劳《繁体:勞》修斯不等式

统计(繁:計)力学描述微观粒子运动的统计规律,是热力学的微观表述。主要内容是玻尔兹曼速率分布律、能量[拼音:liàng]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(xiāng)对论量子力学

至少有矩阵(繁:陣)力学、波动力学、路径积分这三种形式。

只提一下波动力学,主要内容是薛定谔方程(偏【练:piān】微分方程)。学量子力学时不学薛定谔方程,就像学《繁体:學》牛顿力学时不(pinyin:bù)学牛顿第二定律。

澳门新葡京于使用的数《繁:數》学工具,有:微积分、变分法、线性代数、矢量分析、复变函数。(不懂希尔伯特空间,没资格说自己学过量子力学,比如我)

薛定《pinyin:dìng》谔方程

上【练:shàng】面这些内容仅仅只是《拼音:shì》基础知识《繁体:識》,如果如今的物理学大厦相当于高中数学,那上面的内容仅仅相当于加减乘除。

至于这开云体育些基础之上有什(拼音:shén)么?

现代流体力学、现代声学、量子统计、量子电动[繁体:動]力学、弹性介质力学、量子场论、量子色动力学、凝固态物理、标准粒子模型、混沌理论、弦论、M理lǐ 论、……

(路漫漫{pinyin:màn}其修远兮)

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。

高中力学-----理论力学(繁:學)

理论力学的三个部分(拼音:fēn),高中的力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(繁体:縮)水(拼音:shuǐ)(占18%左{zuǒ}右)。

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

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得到结果【练:guǒ】:高中力学只占理论力学的9%左右。

高中电磁学-----经典电动(繁:動)力学

高中电磁学有洛伦兹力方程,这一点还不错,但是经典{pinyin:diǎn}电(繁:電)动力学的大头是麦克斯韦方程组!

看看麦克斯韦方程组的四个方【练:fāng】程:(每个方程占比10%;洛伦兹力方程占《繁体:佔》比10%;集齐麦克斯韦方程组全套方程,占比50%)

1.描述电场有[拼音:yǒu]散无旋的高斯定律。(无公式,0%)

2.描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。(有公式,但没有反映涡旋电【练:diàn】场,5%)

4.描述电生磁的全电流定律。(无公式{读:shì},0%)

得到结果:高中电磁学只占经典{拼音:diǎn}电动力学学的15%左右。

至于澳门博彩高中物理的其它内容,占高考物理卷的分值不大,大部(读:bù)分高中生的精力也不在那上面,就不讨论了。

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力学(繁:學)的15%左右。

而理论力学、经典电动力学仅仅只现代物理的基础知识。

大家觉得(dé),高中物理再降低要求合适吗?初中物理再降低要求合适吗?

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