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【pinyin:wù】理学的其中一个知识体系是五大力学:
先警告一下!这部bù 分内容有些长且枯燥。
1.理论力【拼音:lì】学
分为3大部分:牛顿力《读:lì》学、拉格朗日力学、哈密顿力学。
牛顿力学主要就是三个牛顿运动定律(读:lǜ)(我相信大家[繁体:傢]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[繁:學]的内容还可以加上万有引力定律。
牛顿第二定[pinyin:dìng]律
拉格朗日力学、哈密顿{练:dùn}力学的主要思想是极值原理(也叫最小作用量原理)。使(shǐ)用的基本数学工具都是变(biàn)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{yào}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换(繁体:換)。
欧拉-拉格朗日方[练:fāng]程
哈密顿-雅可(读:kě)比方程
世界杯2.经典电动《繁体:動》力学
可以分为两部分:麦克[繁:剋]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《繁体:見》的形式是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(读:shù)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)。
麦克斯韦方【练:fāng】程组
洛伦兹力方程描述电磁场对场[拼音:chǎng]源的力的作用。使用的数学工具是矢量代数。
3.相[练:xiāng]对论力学
由狭义相对(繁:對)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,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《繁:學》工具:微积分、闵(mǐn)氏几何。(再提一句jù ,不懂麦克斯韦方程组是没资格说自己懂狭义相对论的)
洛伦《繁:倫》兹变换
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{pinyin:èr}阶非线性偏微分张量方程,看不懂就对了)。使用(pinyin:yòng)的数学工具是黎曼几何、张量分析。
爱(繁体:愛)因斯坦场方程
4.热澳门威尼斯人力学和统计力学【pinyin:xué】
自然是分(fēn)为:热力学、统计力学。
热力学描述宏观现(繁体:現)象,是统计力{lì}学的宏观表述。主要内容是热力学四【练:sì】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[láo]修斯{pinyin:sī}不等式得到)。第三定律:绝对零度不可达
理{练:lǐ}想气状态方程也是其基本内容。使用的数学工具:微积分。
克劳修斯(pinyin: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。主要内容是玻尔兹曼速率分布律、能量均分原【拼音:yuán】理。使用的(pinyin:de)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、波动力《练:lì》学、路径积分这三种形式。
只提一下波动力学,主要内容[练:róng]是薛定谔方程(偏微分方程)。学量子力学时【shí】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:於]使用的数学工具,有:微积分、变[繁体:變]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[è]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(shà)相当于高中数学,那上面的(de)内容仅仅相当于加减乘除。
至于这些基础之上有什{pinyin:shén}么?
现代(dài)流体力学、现代声学、量子统计、量子电动力{lì}学、弹性介质力学、量子【读:zi】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《读:zhōng》力学-----理论力学
理论力学的三个部分,高中的力学只涉及到了牛顿力学(繁体:學)(占33%左右)。
牛顿(繁体:頓)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[繁:這]直【pinyin:zhí】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微分方程。而不懂微积分,你怎么能懂微澳门新葡京分方程?不懂微分{fēn}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《lì》学只占理论力学的9%左右。
高中电磁学-----经典电动力lì 学
高中电磁学有洛伦兹力方程,这一点还不错,但是经典电动力学的大头是麦克斯韦方程组!
看看麦克斯(拼音:sī)韦方程组的四个方程:(每个方程占比10%;洛伦兹世界杯力方程占比10%;集齐麦克斯韦方程组全套方程,占比50%)
1.描述电场有散无旋的高斯定律。(无公式(pinyin:shì),0%)
2.描述磁场有旋无散的高斯磁定律。(无公《拼音:gōng》式,0%)
3.描(miáo)述磁生电的电磁感应定律。(有公式,但没有反映涡旋电场,5%)
4.描(miáo)述电生磁的全电流定律。(无公式,0%)
得到结果:高中电磁学只占《繁体:佔》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《繁:捲》的(pinyin:de)分值不大,大部分高中生的精力也[练:yě]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(pinyin:lì)学的15%左右。
而理论力学[繁:學]、经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?初中物理再《读:zà澳门威尼斯人i》降低要求合适吗?
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