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zhōng 一个知识体系是五大力学:
先警告一下!这部分内容有些(拼音:xiē)长且枯燥。
1.理【lǐ】论力学
分为3大部分:牛顿力学、拉格朗日力学(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(练:zhī)道)。使用的基本数学工具是微积分,牛顿第二定律其实是个(繁:個)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。
牛顿第二【练:èr】定律
拉格朗日力学、哈密顿力学的主要思想是极值原理(也叫最小作用量原理)。使用【拼音:yòng】的基本数学工具都是变分法(比微积分略难的数(繁:數)学)。
拉格朗日力学的主要内容是欧拉-拉澳门新葡京格朗日方程。哈密顿力学的主要内容是哈密顿-雅可比方程。这两个方程可以用勒让德变换相互转【pinyin:zhuǎn】换。
欧拉-拉格朗日方{fāng}程
哈密顿-雅可《pinyin:kě》比方程
2.经典电动(繁:動)力学
可以{拼音:yǐ}分为两部分: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(cháng)见的形式是4个偏微分方[拼音:fāng]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【练:fēn】的结合)。
麦克斯韦【pinyin:wéi】方程组
洛伦兹力方程描述电磁场对场源的力的作用。使用的数学工具是矢(练:shǐ)量代数。
3.相对论力学(繁体:學)
由【pinyin:yóu】狭义相对论、广义相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{pinyin:chén},质能转化这些结论都出自狭义相对论(这些结论都源于洛luò 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,物质告诉时空如何弯曲。主【zhǔ】要内容是爱因斯坦场方程(二阶非线性偏微分张量方程,看不{读:bù}懂就对了)。使用的数学工具是黎曼几何《pinyin:hé》、张量分析。
爱因{yīn}斯坦场方程
4.热力学和统计力(读:lì)学
自然是分为[繁:爲]:热力学、统计力学。
热力学描述宏{练:hóng}观现象,是统计力学的宏观(guān)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。第二定律:熵增(可以由克劳《繁体:勞》修斯不等式得到)
第三定律:绝对零度不可达。理想气状态方程也(yě)是其基本内容{pinyin:róng}。使用的数学工具:微积分。
克劳极速赛车/北京赛车修(繁:脩)斯不等式
统计力学描述微观粒子运动的统计规律,是热力学的微观表述。主要内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[lì]学
至少有yǒu 矩阵力学、直播吧波动力学、路径积分这三种形式。
只提澳门巴黎人一下波动《繁:動》力学,主要内容是薛定谔方程(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。
至于使用的数学工皇冠体育具,有:微积分、变分法、线性代数、矢量分析、复变函数。(不懂希【读:xī】尔伯特空间,没资格说自己学过量子力学,比如我)
薛定谔方{练:fāng}程
上shàng 面这些内容仅仅只是基础[拼音:chǔ]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当于加减乘除。
至于这些【xiē】基础之上有什么?
现代流体tǐ 力学、现代声学、量子统计、量子电动力学、弹性介质力学、量子[练:zi]场[繁:場]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理论、……
(路漫漫其修远兮【拼音:xī】)
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《pinyin:lǐ》论力学
理论力学的三个部分,高中的力学只涉及到了牛顿力学(占33%左右{练:yòu})。
牛{练:niú}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(读:bù)提角动量,这直接就让知识大幅缩水(占18%左右)。
之前提到过,牛顿第二定律本身就是个常cháng 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(拼音:nǐ)又怎么能懂牛顿第二{练:èr}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{pinyin:zhōng}电磁学-----经典电动力学
高中电(繁:電)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是麦(繁体:麥)克斯韦方程组!
看看麦克斯韦方程组的四个方程:(每个方程占比10%;洛伦兹力方程占比10%;集齐麦克斯{sī}韦方(读:fāng)程组全套方程,占比50%)
1.描述电场有散[读:sàn]无旋的高斯定律。(无公式,0%)
2.描述磁场有旋无散的高斯磁定律。(无公gōng 式,0%)
3.描述磁生电的电磁感应定律。(有公式,但没有反映{pinyin:yìng}涡旋电场,5%)
4.描述电生磁的《拼音:de》全电流定律。(无公式,0%)
得到结果:高{练:gāo}中电磁学只占经典电动力学学的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,大部分高中生的精力【拼音:lì】也不在那(拼音:nà)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(读:de)15%左右。
而理论力学、经《繁体:經》典电动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zhōng 物理再降低要求合适吗?
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