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物理教育讲座感悟 当今中国为什么不应该降低物理[pinyin:lǐ]基础教育的难度?

2025-03-10 08:00:05Gyms

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!这部分内容有些长且枯[拼音:kū]燥。

1.理lǐ 论力学

分为3大部分:牛(niú)顿力学、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(我相(练:xiāng)信大家都知道)。使用的基本数学工具是微积分,牛顿第二定(练:dìng)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{练:èr}定律

拉格朗日力学、哈密顿力学的主要思想(读:xiǎng)是极值原理(也叫最小{读:xiǎo}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《pinyin:fāng》程。哈密顿力学[繁:學]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换。

欧拉(练:lā)-拉格朗日方程

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哈密顿-雅可比方程

2.经典电动力[练:lì]学

可以分为两部分:麦克斯韦方程组、洛{luò}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[读:de]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{繁体:簡}单(繁:單)理解成矢量代数和微积分的结合)。

麦克斯韦[繁:韋]方程组

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(xiāng)对论力学

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(繁体:經)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[繁体:這]些结论都出自狭义相对论(这些结论都源于洛伦兹变换)。使【拼音:shǐ】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)

洛伦澳门金沙兹变biàn 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。主要内容《拼音:róng》是爱因斯坦场方程(二阶非线性偏微分张量【读:liàng】方程,看不懂就对了)。使用的数学工具是黎曼几何、张量分析。

爱因斯坦场方[读:fāng]程

4.热力学和统计力(读:lì)学

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自然是分为:热澳门金沙力学、统计《繁:計》力学。

热力学描述宏观现象,是统计(繁:計)力学的宏观表述。主要内容是热力学四定律。第零定律:热(繁体:熱)平衡。第一定律:能量守恒

第二定律:熵增(可【pinyin:kě】以由克劳修斯不等式得到)。第三定律:绝对零度[pinyin:dù]不可达。理想气状态方程也是其基本内容。使用的数学工具:微积分[pinyin:fēn]

克劳修斯(sī)不等式

统计力学(繁:學)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(读:gōng)具:微积分、概率论与(繁:與)数理统计、……。

5.非相对论量子力(lì)学

至少有矩阵力学、波动力学、路径积分这三种形(拼音:xíng)式。

只提一下波动力学,主要内容[读:róng]是[pinyin:shì]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【pinyin:lì】学时不学牛顿第二定律。

至于使用的数学工具,有:微wēi 积分、变分法、线性代数、矢量分析、复变函数。(开云体育不懂希尔伯特空间,没资格说自己学过量子力学,比如我)

薛定{练:dìng}谔方程

上面这些内容仅仅只是{练:shì}基础知识,如果如今的物理学大{练:dà}厦相当于高中[读:zhōng]数学,那上面的内容仅仅相当于加减乘除。

至于这些基础之上有《pinyin:yǒu》什么?

现代流体力学、现代声学、量子统计、量liàng 子电动力[读:lì]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理论、……

(路《拼音:lù》漫漫其修远兮)

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。

亚博体育中力{练:lì}学-----理论力学

理论力学的三个部【拼音:bù】分,高中的力学只涉及到了牛顿力学(占33%左右)。

牛顿力学中[读:zhōng]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(繁:讓)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(读:shì)个常微分方程。而不懂微积分{读:fēn},你怎么能懂微分方程?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:高中力学只占理论力学的{练:de}9%左右。

高(练:gāo)中电磁学-----经典电动力学

高中电磁学有洛伦兹力方程,这一点还不错,但是经典电(繁体:電)动力学《繁:學》的大头是麦克斯韦方程组(繁体:組)!

看看麦克斯韦方程组的四[读:sì]个方程:(每个方程占比10%;洛伦兹力方程占比10%;集齐[繁体:齊]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《繁体:無》公式,0%)

2.描述磁场有旋{练:xuán}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{读:gōng}式,但没有反映涡旋电场,5%)

4.描述电生磁的全电流定[dìng]律。(无公式,0%)

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得到结果:高中皇冠体育电磁学只占经典电动力[pinyin:lì]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(练:shàng)面《繁体:麪》,就不讨论(繁:論)了。

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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、经典电动力学仅仅只现代物理的(读:de)基础知识。

大家【jiā】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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