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化《拼音:huà》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度?

2025-03-01 01:58:49Business-Operations

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(pinyin:zhī)识体系是五大力学:

先警告一下!这部分内容有些长(繁体:長)且枯燥。

1澳门银河.理{练:lǐ}论力学

分为3大部分:牛顿力学、拉格朗日力学、哈密顿(繁体:頓)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(pinyin:gōng)具是微积分,牛顿第二定律其实是(读:shì)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。

牛顿第二定《拼音:dìng》律

拉格朗日力学、哈密顿力学的主zhǔ 要思想是极值原理(也叫最小作用量(拼音:liàng)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{pinyin:xué})。

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(róng)是[练:shì]哈密顿-雅可比方程。这两个方程可以用勒让德变换相互转《繁体:轉》换。

欧拉-拉(lā)格朗日方程

哈密顿-雅可比{pinyin:bǐ}方程

2.经典电(繁:電)动力学

可以分为两部分(pinyin:fēn):麦克斯韦方程组、洛伦兹力方程。

麦克斯韦方程组描述场源{练:yuán}与电磁场的关系,常见的形式是4个偏微分方程(可(kě)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[拼音:shǐ]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(kè)斯韦方程组

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

3.相对(繁:對)论力学

由狭义相对论、广义相对论《繁:論》这两个部分组成。

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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[繁:義]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)

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洛伦兹变《繁体:變》换

至于广义相对论,基本思想(pinyin:xiǎng)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场方程(二阶[繁:階]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(pinyin:fēn)析。

爱因斯坦场[chǎng]方程

4.热力学和统计力学《繁:學》

自然是分为[繁:爲]:热力学、统计力学。

热力(lì)学描述宏观现(繁:現)象,是统计力学的宏观表述。主{练:zhǔ}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(可以由克劳修斯不等式得到)。第三定律:绝对零度不可达。理想气状态(繁体:態)方程也是其基【pinyin:jī】本内容。使用的数学工具:微积分[pinyin:fēn]

克(繁体:剋)劳修斯不等式

统计力学描述微观粒子运动的统计规律《拼音:lǜ》,是热力学的微观表述。主要内容是玻尔兹曼速率澳门伦敦人分布律、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《繁体:論》量子力学

至少有矩阵力学、波动[繁:動]力学、路径积分这三种形式。

只提一下波动力学,主{zhǔ}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《拼音:lì》学【练:xué】时不学牛顿第二定律。

至于使用的数学工具,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)

薛定谔【pinyin:è】方程

上面这些内容仅仅只是基础知识,如【rú】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[练:jiā]减乘除。

至于这(读:zhè)些基础之上有什么?

现代流体力学《繁体:學》、现代声学、量子统计《繁:計》、量子电动力学、弹性介质力学、量(读:liàng)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理论、……

(路漫漫其修远{练:yuǎn}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lì 学-----理论力学

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(繁体:動)量,这(繁:這)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微分方程。而不懂微积分,你怎么能懂【pinyin:dǒn澳门金沙g】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:高中力学《繁体:學》只占理论力学的9%左右。

高中电磁学-----经典电[繁体:電]动力学

高中电磁学有洛伦(lún)兹力方fāng 程,这一点还不错,但是经典电动《繁:動》力学的大头是麦克斯韦方程组!

看看麦克斯[pinyin:sī]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【pinyin:jí】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。(无公式{shì},0%)

2.描述磁场有旋无散(pinyin:sàn)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{pinyin:yìng}涡旋电场,5%)

4.描述电生磁的全电流定律。(无(拼音:wú)公式,0%)

得到澳门新葡京【读:dào】结果:高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也不在那上面,就不讨(繁:討)论了《繁体:瞭》。

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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力学[繁体:學]的15%左右。

而理论力学、经典电动力学仅仅《繁体:僅》只现代物理的基础知识。

大(piny娱乐城in:dà)家觉得,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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