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物理教育讲座感悟 当今中国为什么不应该降【pinyin:jiàng】低物理基础教育的难度?

2025-03-10 08:07:15Home-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[澳门金沙读:lǐ]学的其中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枯燥[练:zào]。

1.理《pinyin:lǐ》论力学

分为3大部分:牛顿力学、拉格朗日力学[拼音:xué]、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《繁:積》分,牛顿第二定律其qí 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【pinyin:jiā】上万有引力定律。

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牛顿第二定(读:dìng)律

拉格朗日力学、哈(pinyin:hā)密顿力学的主要思{sī}想是极值原理(也叫最小作用量原理)。使用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【读:róng】是哈密{mì}顿-雅可[kě]比方程。这两个方程可以用勒让德变换相互转换。

欧拉-拉格朗《练:lǎng》日方程

哈密顿-雅可比方(fāng)程

2.经典《拼音:diǎn》电动力学

可以分为两部分:麦克斯韦方程组{繁:組}、洛伦兹力方程。

麦克斯[sī]韦方程组描述场源与电磁场的关系,常见的形式是4个偏微分方程(可能有些难懂,但这已经是最简单的形式了)。这4个方程分别{pinyin:bié}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)。

麦克斯韦[繁:韋]方程组

洛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《pinyin:jù》是矢量代数。

3.相对论力学xué

由狭义相对论、广义相xiāng 对论这两个部分组成。

狭义相对论可以归到经典电动力学中,是对经典{diǎn}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,质能转化这些结论都出自狭义相对论(这些结{繁体:結}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《繁:沒》资格说自己懂狭义相对论的)

洛伦兹变换《繁体:換》

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至于广义相对论,基本思想是:时空告诉《繁体:訴》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场方程(二阶非线性偏微分张量方【练:fāng】程,看不懂就对了)。使用的数学工具是黎曼几何、张量分析《拼音:xī》。

爱[繁体:愛]因斯坦场方程

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4.热力《pinyin:lì》学和统计力学

自然是分为:热力学、统计《繁:計》力学。

热力学描述宏观现象,是统计力学的宏{pinyin:hóng}观表述。主要内容(róng)是热力学四定律。第零定律:热平衡

第一定律:能量守恒。第二定律:熵增(可以由《pinyin:yóu》克劳修斯不bù 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【shù】学工具:微积分。

克劳修斯(读:sī)不等式

统计力学描述微观粒子运动的统计规律,是热力学的微观表述(pinyin:shù)。主要内容是玻尔兹[繁:茲]曼速率分布[bù]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fēi 相对论量子力学

至少有矩阵力学【练:xué】、波动力学、路径积分这三种形式。

只提一亚博体育下波动力学,主要内容是薛定谔方程(偏微分方程)。学量子力学(繁:學)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(繁体:於)使用的数学工具,有:微{pinyin:wēi}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)

薛定谔(繁体: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当于高中数学,那上面的内容仅仅相[读:xiāng]当(繁体:當)于加减乘除。

至于这些基础之【练:zhī】上有什么?

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现代流体力学、现(繁:現)代声学、量子统计、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、标准粒子模型[读:xíng]、混沌理论、弦论、M理论、……

(路漫漫其(pinyin:qí)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(繁体:學)-----理论力学

理论力学的三个部分,高{拼音:gāo}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【练:shǒu】恒和角动量守恒,而高中力学完全不提{读:tí}角动量,这直接就让知(pinyin:zhī)识大幅缩水(占18%左右)。

之前提到过,牛顿第二定律本身就《jiù》是个常微分方程。而不懂微积{繁:積}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律?(占9%左右)

得到结果:高中[zhōng]力学只占理论力学的9%左右。

高中电磁学(繁:學)-直播吧----经典电动力学

高中[练:zhōng]电磁学有洛luò 伦兹力方程,这一点还不错,但是经典电动力学的大头(繁:頭)是麦克斯韦方程组!

看看麦克斯韦方(pinyin:fāng)程组的四个方程:(每个方程占比10%;洛伦兹力方{fāng}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《读:miáo》述电场有散无旋的高斯定律。(无公式,0%)

2.描述《pinyin:shù》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.开云体育描述电生磁的全电流定律。(无《繁体:無》公式,0%)

得到结果:高中电磁学只占澳门新葡京【pinyin:zhàn】经典电动力学学的15%左右。

至于高中物理的其它内容,占高考物理卷的分值不大,大《dà》部分高中生的《读:de》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的15%左右《读:yòu》。

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,高中(pinyin:zhōng)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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