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有趣的物理學史故事 數(shù)學原理的故事篇一

課程作業(yè)

——《月隕天劫》

物理學是研究物質(zhì)結構、物質(zhì)相互作用和運動規(guī)律的自然科學，是一門以實驗為基礎的自然科學，按所研究的物質(zhì)運動形態(tài)和具體對象，它涉及的范圍包括：力學、聲學、熱學和分子物理學、電磁學、光學、原子和原子核物理學、基本粒子物理學、固體物理學以及對氣體和液體的研究等.物理學包括實驗和理論兩大部分，經(jīng)過實踐檢驗被證實為可靠的理論物理包括：理論力學、熱力學和統(tǒng)計物理學、電動力學、相對論、量子力學和量子場論。

科幻電影是好萊塢類型片的一種，其特色的情節(jié)包含了科學奇想。和其它類型片一樣，它是隨著電影工業(yè)化生產(chǎn)而出現(xiàn)的，其人物形象、敘事結構和價值觀都有一定的模式。它是被批量化、重復化生產(chǎn)的同類產(chǎn)品，滿足了人們在閑暇時對一部“很容易看懂”的娛樂電影的需求。同樣也和其它類型片一樣，它大量生產(chǎn)的都是平庸之作，但在此基礎上，也產(chǎn)生了一些在美學、思想和歷史上有價值的經(jīng)典作品。

那么物理學在科幻電影中又是如何體現(xiàn)的呢，接下來我將會借助于一部科幻電影來向大家分析物理學在該電影中的表現(xiàn)形態(tài)。

讓我們先來了解一下這部電影的內(nèi)容，正當人們興致勃勃地欣賞萬年一遇的巨型流星雨時，一顆躲藏在流星群中的棕矮星突然沖向月球。巨大的沖擊力引起恐怖的爆炸，月球表面的部分區(qū)域瞬間碎裂成巖屑。碎片很快墜入地球的大氣層，所及之處陷入一片火海。雖然損失并不算大，但極度恐慌的情緒還是在全世界范圍內(nèi)迅速蔓延開來。與此同時，地球上出現(xiàn)了一系列異常－－最開始只是手機信號消失、不規(guī)則的靜電干擾、奇怪的潮汐現(xiàn)象等不太惹人注目的現(xiàn)象，但事情顯然并不這么簡單。世界上最頂尖的科學家們開始收集相關線索，試圖解讀其中的玄機。然而他們驚訝地發(fā)現(xiàn)，月球的軌道可能已被徹底改變。更糟糕的是，地球上的異常現(xiàn)象已到了不容忽視的地步－－來自月球的巨大「磁涌」已足以干擾地球的地心引力。地球上某些區(qū)域里的人、物體甚至汽車，經(jīng)常無緣無故地陷入短暫的失重狀態(tài)。這些區(qū)域的產(chǎn)生是隨機的，相互獨立的。經(jīng)過精確計算，alex等人證實：還有39天的時間，地球?qū)⒑驮虑蛴^相撞，世界的末日、人類的末日將在同一天到來！此外，《月殞天劫》對人們之間的情感刻畫的非常細膩，親情、愛情、甚至是陌生人之間的友情，災難面前的情感更顯珍貴，這部影片不僅是部驚險刺激的科幻片，更是一部感人至深的情感片。《月殞天劫》是一部科幻電影，本片由720p藍光高清片源壓制，分辨率720,396。可以看到隕星撞月，海嘯，火車、輪船因月球引力騰空而起等特技鏡頭。《月殞天劫》故事主要描述一顆流星擊中月球后，導致了一系列災難性的后果。如同電影《世界末日》的情節(jié)一樣，人類派出一支精英團隊前往月球，試圖尋找拯救地球的最后途徑。

下面我們來分析一下部分故事情節(jié)，淺析電影當中蘊藏的物理學理論。情節(jié)一：電影中第三十八分鐘描述一塊密度極大的矮星碎片撞擊到了月球，其中有一小塊落在了地球上。幾名科學工作者去考查時，一把小鎬頭在掏出的瞬間被矮星碎片一下吸了過去。我們假設一下，如果真的有這樣一個碎片落在地面上，出現(xiàn)了電影中的眾人尋到它的場景會出現(xiàn)電影中的場景嗎？由這種物質(zhì)的密度，我們僅按原子核的密度數(shù)量級來算，從片中看到這塊物質(zhì)的直徑大約為十厘米，代入萬有引力公式計算，其表面的引力加速度為，即是正常地表g的十萬倍左右，這么大的加速度自然可以把小鎬頭吸過來，問題是科學家羅朗德的手摸在這塊物質(zhì)上，還有旁邊的人都能安然無恙？這么大的加速度是不會讓周圍的人一點反應都沒有的。最可能出現(xiàn)的情況是周圍的人與那個小鎬頭一樣會被瞬間吸過去，地球上沒有什么物質(zhì)的結構可以抗拒比自己重力大十萬倍的力量，這些人會被吸過來之后，立刻被壓縮得找不到，像是掉入一個無底的黑洞，而且周圍的物質(zhì)也會被吸引到這塊物質(zhì)的周圍其結果與剛才的描述一個樣！不客氣地說，地球上的物質(zhì)都會是這個下場！地球?qū)⒈灰稽c一點地吸入這塊物質(zhì)中去！當然月球被更大的物質(zhì)（電影上敘述另一塊物質(zhì)質(zhì)量是地球的兩倍）撞擊，月球一樣會被吸入這塊物質(zhì)。在地球上更不可能用大型機械去挖這塊物質(zhì)（電影中有情節(jié)描述人們用大型機械去挖這塊物質(zhì)），沒什么東西能保存它！原來所以此處可以有更宏大的場面可以拍攝呈現(xiàn)給觀眾！

情節(jié)二：一艘巨輪被吸了起來，集裝箱也一樣被吸得離開了巨輪。這個場景的漏洞最大，船與集裝箱都吸起來了，那水呢？不被吸引起來嗎？其實最終的結果是水與巨輪一起被吸起，就像有人說百慕大三角洲有船莫明其妙地失蹤是因為那里的重力突然變大，把船吸引下去的結果是錯誤的一樣。如果船所在的地方重力加速度變大，則水對船的浮力一樣要變大，（由浮力公式可得）船是不會被吸引到海底的。

情節(jié)三：矮星物質(zhì)被月球磁化后反彈出來的場景。要知道，片中提到這塊物質(zhì)是地球質(zhì)量的兩倍，也就是月球質(zhì)量的一百六十二倍，要是這塊矮星碎片被以片中那么大的速度彈出去還脫離了與地球的關系，那依動量守恒，月球更得跑得無影無蹤了。

縱觀以上情節(jié)，我們能夠看出，掌握了物理知識還可以為我們在看電影時做一下專業(yè)的評價提供依據(jù)，科幻電影中的物理學理論并不都是正確可推理的，也并不都是現(xiàn)實生活中能夠?qū)崿F(xiàn)的。

有趣的物理學史故事 數(shù)學原理的故事篇二

物理學中的數(shù)學故事

【摘要】物理學研究的范疇，決定了物理與數(shù)學的關系遠遠親密于其他學科。物理學里同樣出現(xiàn)了不少的趣事。物理名人阿基米德的故事。

【關鍵詞】物理 數(shù)學 故事 關系

物理是研究物質(zhì)結構、物質(zhì)相互作用和運動規(guī)律的自然科學，也是一門以實驗為基礎的自然科學。

在物理學的領域中，研究的是宇宙的基本組成要素：物質(zhì)、能量、空間、時間及它們的相互作用；借由被分析的基本定律與法則來完整了解這個系統(tǒng)。物理在經(jīng)典時代是由與它極相像的自然哲學的研究所組成的，直到十九世紀物理才從哲學中分離出來成為一門實證科學。

物理學與其他許多自然科學息息相關，如數(shù)學、化學、生物和地理等。特別是數(shù)學、化學、地理學。化學與某些物理學領域的關系深遠，如量子力學、熱力學和電磁學，而數(shù)學是物理的基本工具，地理的地質(zhì)學要用到物理的力學，氣象學和熱學有關等等。那么，物理與數(shù)學的具體關系是怎樣的呢？

物理的開山鼻祖伽利略曾經(jīng)對物理與數(shù)學的關系作了極為經(jīng)典的論述：物理科學必須以數(shù)學為工具，但是物理不能僅僅依賴于數(shù)學，物理理論的最終決定權要靠實驗檢驗。由此我們可以看到物理與數(shù)學的聯(lián)系與區(qū)別：物理使用數(shù)學，但同時物理為數(shù)學的發(fā)展提供里絕好的空間。作為真正的物理學家，不會被數(shù)學所束縛，而是在物理的研究過程中為數(shù)學的發(fā)展做出貢獻，最典型的事例：牛頓為研究物體的即時運動情況建立了微積分，傅立葉對熱的研究方法開創(chuàng)了現(xiàn)代數(shù)學物理方法，愛因斯坦的廣義相對論方程刺激了數(shù)學家。數(shù)學與物理相輔相成，共同促進相互間的發(fā)展。

物理學在其發(fā)展壯大的過程中，出現(xiàn)了一大批著名的物理學家。這些物理學家從物理學中走出來的，物理學的進步也少不了他們的無私奉獻。著名的物理學家，比如：阿基米德、伽利略、牛頓、愛因斯坦、法拉第、………這些偉大的人物背后，必然會有許許多多的故事。

阿基米德(archimedes，約公元前287～212)是古希臘物理學家、數(shù)學家，靜力學和流體靜力學的奠基人。

除了偉大的牛頓和偉大的愛因斯坦，再沒有一個人象阿基米德那樣為人類的進步做出過這樣大的貢獻。即使牛頓和愛因斯坦也都曾從他身上汲取過智慧和靈感。他是“理論天才與實驗天才合于一人的理想化身”，文藝復興時期的達芬奇和伽利略等人都拿他來做自己的楷模。

從洗澡的故事說起

關于阿基米德，流傳著這樣一段有趣的故事。相傳敘拉古赫農(nóng)王讓工匠替他做了一頂純金的王冠，做好后，國王疑心工匠在金冠中摻了假，但這頂金冠確與當初交給金匠的純金一樣重，到底工匠有沒有搗鬼呢？既想檢驗真假，又不能破壞王冠，這個問題不僅難倒了國王，也使諸大臣們面面相覷。

后來，國王請阿基米德來檢驗。最初，阿基米德也是冥思苦想而不得要領。一天，他去澡堂洗澡，當他坐進澡盆里時，看到水往外溢，同時感到身體被輕輕拖起。他突然悟到可以用測定固體在水中排水量的辦法，來確定金冠的比重。他興奮地跳出澡盆，連衣服都顧不得跑了出去，大聲喊著“尤里卡！尤里卡！”。(fureka，意思是“我知道了”)。

他經(jīng)過了進一步的實驗以后來到王宮，他把王冠和同等重量的純金放在盛滿水的兩個盆里，比較兩盆溢出來的水，發(fā)現(xiàn)放王冠的盆里溢出來的水比另一盆多。這就說明王冠的體積比相同重量的純金的體積大，所以證明了王冠里摻進了其他金屬。

這次試驗的意義遠遠大過查出金匠欺騙國王，阿基米德從中發(fā)現(xiàn)了浮力定律：物體在液體中所獲得的浮力，等于他所排出液體的重量。一直到現(xiàn)代，人們還在利用這個原理計算物體比重和測定船舶載重量等。

“假如給我一個支點，我就能推動地球”

阿基米德不僅是個理論家，也是個實踐家，他一生熱衷于將其科學發(fā)現(xiàn)應用于實踐，從而把二者結合起來。在埃及，公元前一千五百年前左右，就有人用杠桿來抬起重物，不過人們不知道它的道理。阿基米德潛心研究了這個現(xiàn)象并發(fā)現(xiàn)了杠桿原理。阿基米德曾說過：“假如給我一個支點，我就能推動地球。”

當時的赫農(nóng)王為埃及國王制造了一條船，體積大，相當重，因為不能挪動，擱淺在海岸上很多天。阿基米德設計了一套復雜的杠桿滑輪系統(tǒng)安裝在船上，將繩索的一端交到赫農(nóng)王手上。赫農(nóng)王輕輕拉動繩索，奇跡出現(xiàn)了，大船緩緩地挪動起來，最終下到海里。國王驚訝之余，十分佩服阿基米德，并派人貼出告示“今后，無論阿基米德說什么，都要相信他。”

在這些故事背后，又隱約看見了，數(shù)學計算…不錯，這些正是物理依賴、使用數(shù)學的體現(xiàn)。微積分在物理學中的應用極其廣泛，比如.麥克斯韋方程組的積分式。

綜合以上論述，不難發(fā)現(xiàn)：各學科內(nèi)部有著或多或少的與其相適應的有趣故事，同時也發(fā)現(xiàn)：物理與數(shù)學的關系極其密切，數(shù)學在物理學上的應用相當廣泛，物理對數(shù)學的依賴性強。甚至，推廣地說，各學科間的關系都是密不可分，總是相輔相成！參考文獻

（1）中國教師百科全書 物理（2）論物理與數(shù)學關系（3）物理故事（4）物理名人集

（5）新概念物理教程 熱學

有趣的物理學史故事 數(shù)學原理的故事篇三

專業(yè)：軟件工程（12級）班級：

姓名：xxx學號：xxxxxx

科幻電影中的物理學

我看過很多科幻電影，對科幻電影中的時空穿梭很感興趣，大家都看過《機器人總動員》《哈利波特》《愛麗絲夢游仙境》以及我國的古裝穿越劇等好看的科幻片，其中有很多物理知識和一些天馬行空的思想。

我很喜歡看《愛麗絲夢游仙境》，它講的是她跟隨一只白色的兔子逃到一個洞里，進入仙境。13年前，愛麗絲曾來過此地，但她現(xiàn)在卻一點也不記得了。在這里，愛麗絲與那些可愛的老朋友們重逢了：虛張聲勢的睡鼠，美麗的白皇后和她可憎的姐姐紅桃皇后，還有雙胞胎兄弟，毛毛蟲，白兔，瘋帽子等等。在奇妙的仙境歷險中，愛麗絲了解到自己身負的重大使命，那就是帶領地下世界的居民們結束了紅桃皇后的邪惡統(tǒng)治，恢復昔日仙境。

其實用物理學的思想來解釋在這個世界上是沒有仙境的，仙境的歷險也只是作者憑空想象出來的，山洞都是有盡頭的，不可能鏈接到另一個世界，更別提仙境了，只是作者對現(xiàn)實的一種抨擊，對愛麗絲勇敢機智的一種贊揚。從物理的角度來講我們的地球上沒有仙境，也沒有通往仙境的山洞。

我們都知道動量守恒定律的，大家還記得《機器人總動員》，當電影中的機器人瓦力不小心漂浮進太空后，它無論怎么動，怎么努力都不能漂回到飛船，因為在太空中沒有其他的物體甚至空氣來使機器

1人瓦力受到向前的力量。如果要使自己得到一個向前的動量，必須對其他物體施加力使得其它的物體得到一個大小相等但方向相反的動量。這樣設定向前的動量為正，向后的動量為負，總和仍然與之前一樣為零。幸虧機器人瓦力身邊帶著的一個滅火器瓶，他向后放出滅火用的泡沫，使自己受到反沖力，得到向前的動量，當然，設機器人瓦力向正方向運動，泡沫向負方向運動，機器人瓦力的動量為正，泡沫的動量為負，所以這時系統(tǒng)的總動量仍然守恒。這樣，用電影中的實例就是物理的闡述。一個系統(tǒng)如果不受外力或者所受外力為零，則系統(tǒng)的總動量保持恒定。從物理學角度來看，沒有什么可以隱形，只有人眼看不到的而已。我們喜歡的《哈利波特》魔幻主題系列電影的主人公擁有一件神奇的隱形道具，然而隱形衣雖然這件隱形衣已不屬于科學領域了，人能瞥見物體，是因為光照到物體后被反射到人的視網(wǎng)膜上因此物體的隱身應該屬于一個光學問題實現(xiàn)隱形一般有兩條路可走一種是尋找能夠吸收可見光的特殊材料另外一種就是改變物體對光線的折射率，讓電磁波“拐彎”，繞過物體因為天然隱形，當光波從具備正折射率的材料入射到具備負折射率材料的界面時，光波的折射與常規(guī)折射相反，入射波和折射波處在于界面法線方向同一側。但以現(xiàn)在的技術還是不可以實現(xiàn)的，所以這些是作者大膽的夸張和想象。

近年來我國穿越劇很是風行，幾天后即將上映的《步步驚情》，就是穿越劇，女主角從清朝穿回現(xiàn)在，清朝男主角穿回現(xiàn)代，他們在時空里穿越過去和將來。前幾年《空鎖心玉》 《步步驚心》等是女主角穿越回到幾百年前的清朝，發(fā)生的一系列搞笑感人的故事，時光之旅在理論上是可行的，人類可以打開回到過去的大門和通向未來的捷徑。為了實現(xiàn)時光旅行，霍金首先建議人們接納時間作為第四維的觀念。他舉了一個非常簡單的例子：當人們駕駛汽車時，向前直行和向后倒車是第一維，向左或向右轉(zhuǎn)彎是第二維，在山路上爬坡和下坡是第三維，那么時間就是第四維。對于物理學家來說，時光隧道也許就是蟲洞。霍金說，蟲洞就在我們周圍，只是小到肉眼無法看見。宇宙萬物都會出現(xiàn)小孔或裂縫，這種基本規(guī)律同樣適用于時間。時間也有細微的裂縫和空隙，比分子、原子還要小的空隙被稱作“量子泡沫”，而蟲洞就存在于“量子泡沫”中。但是目前我們還達不到這樣的科技。科幻電影中種種奇特的幻想讓我們感到了宇宙的奧秘，生活中一些事情的不可思議，也許那些都不是真的，也許有一定的物理依據(jù)，但這都給我們帶來了很大的影響，不僅讓我們在看電影的同時欣賞到美美的電影大餐，也讓我們進一步思考那些是否真實存在，擴寬了物理的研究之路。在學習了科幻電影中的物理學后，我學到了很多物理知識，也明白許多現(xiàn)象，如“時間之旅”“空間折疊”等，真空是不能傳播聲音的，學習這些物理知識是很有必要的，選修這門課是很有意義的，一方面讓我們知道了物理知識的奧秘，一方面啟發(fā)了我們的想象力。科

幻作品與物理學科的成長也有著明顯的相互增進效果，科幻作品給物理學家提供了無盡的猜想，但那畢竟是猜想，就像我前面所講的《愛麗絲夢游仙境》一樣，這個世界上沒有仙境，物理也解釋不了仙境，它是作者的想象，感情的抒發(fā)，對現(xiàn)實世界的一種諷刺，用愛麗絲的勇敢機智打敗紅桃皇后，鼓勵人們要同惡勢力斗爭到底，爭取自由。所以我們要辯證的認識科幻電影中的物理學。

有趣的物理學史故事 數(shù)學原理的故事篇四

淺談物理學中的概率論

課程名稱：概率論與數(shù)理統(tǒng)計

任課教師：史靈生

姓名：李上

班級：化工系分2班

學號：2012011849

淺談物理學中的概率論

摘要：概率論作為數(shù)學的一個重要分支，為經(jīng)典統(tǒng)計物理的發(fā)展做出重要貢獻；然而，在量子力學中，copenhagen學派卻對波函數(shù)的物理意義有著與經(jīng)典概率論不同的統(tǒng)計解釋——概率幅。

關鍵字：統(tǒng)計物理 boltzmann分布律 量子力學 概率幅

概率論與數(shù)理統(tǒng)計作為數(shù)學的一個分支學科不僅與其他數(shù)學學科有十分深入的相互滲透，而且與其他自然科學、技術科學、管理科學、以至于人文科學都有著廣泛的交叉，與生活實踐和科學試驗都有著緊密的聯(lián)系，是許多新發(fā)展的前沿學科的基礎。作為基礎科學的物理學與概率論有著密不可分的關系，本文講主要談一談物理學中的概率論。

1.概率論在經(jīng)典統(tǒng)計物理中的應用

統(tǒng)計物理學也叫統(tǒng)計力學，是用統(tǒng)計平均的方法研究大量微觀粒子的力學行為，是理論物理學重要分支。麥克斯韋-波爾茲曼統(tǒng)計分布是研究獨立經(jīng)典粒子按能量的最概然分布。對物理學，對物理化學，對化學工程都極其重要的意義。該分布在統(tǒng)計力學中占有重要地位，系統(tǒng)的各種熱力學性質(zhì)都與之有著十分密切的聯(lián)系。

在定域子系中，ni個彼此可以區(qū)分的粒子（可分是指它們可以按照位置加以辨別）占據(jù)gi個量子態(tài)的可能方式有gini種。根據(jù)獨立性n1，n2，?ni，?個粒子分別占用能級的可能占據(jù)方式共有∏igini種。由于n個粒子是可以區(qū)分的，n個粒子分別為n1，n2，?ni?個粒子的組合方式也可能有很多種。從n個粒子中取出n1個粒子放到能級中去，粒子的組合方式數(shù)為cni?n1n!；在余下n1!(n?n1)!的n-n1個粒子中取出ｎ2個粒子放入能級中去，這些粒子的組合方式數(shù)

cn2

n?n1?(n?n1)!；依此類推，很容易得出可能出現(xiàn)的粒子占據(jù)方式總n2!(n?n1?n2)!

ngiin!ni數(shù)為??。這樣，我們便依據(jù)現(xiàn)有的概率論知識推出了?gi?n!?in!?ni!iii

boltzmann分布定律中微觀狀態(tài)數(shù)的數(shù)學表達式。后面根據(jù)微積分中已經(jīng)學到的1 《基礎物理化學》【m】,朱文濤

lagrange乘數(shù)法，結合物理化學中的boltzmann公式，即可得出boltzmann分布律的最終的表達式。后半部分的證明并沒有涉及到概率論的知識，因此這里不再贅述。

在統(tǒng)計物理學中，對于費米子的費米-狄拉克統(tǒng)計（f-d分布）、對于波色子的玻色-愛因斯坦統(tǒng)計（b-e分布）和上文提到boltzmann分布是三種重要的統(tǒng)計規(guī)律，而它們的得出都與概率論與數(shù)理統(tǒng)計有著密不可分的關系。由此可見，概率與統(tǒng)計是統(tǒng)計力學中一項重要的理論武器。

2.量子力學中概率幅概念的引入

著名的美國物理學家feynman曾說：“雙縫衍射實驗表現(xiàn)了量子力學的一切奧秘。”在物理學中的雙縫衍射實驗中，當兩條縫同時打開時，衍射圖形應該是在兩條縫輪流打開的條件下得到的兩個衍射圖形的疊加。這一實驗事實表明：經(jīng)典概率論中的全概率公式并不不適用于雙縫衍射過程。2概率幅是以著名物理學家born為代表的copenhagen學派為解釋這一現(xiàn)象而提出的假設——一個粒子通過某一條縫到達屏幕上某處的概率幅等于兩條縫輪流打開時，該事件的兩個概率幅之和——波函數(shù)ψ是復數(shù), 而所有可觀察的物理量都必須用實數(shù)表示，因此born建議將ψ的絕對值的平方看作是波函數(shù)和可觀察物理量之間的聯(lián)系橋梁，稱為概率幅。概率幅疊加的假設與實驗結果符合的很好，這一假設在量子力學中有著重要的意義，它被feynman稱為“量子力學的第一原理”3，玻恩本人也因此而獲得諾貝爾物理學獎。玻恩本人這樣理解這一假設——“量子本身遵守概率定律，但是概率本身還是受因果律支配的。”4雖然有一些物理學家如愛因斯坦、德布羅意等人反對這一觀點5，但是至少在目前還是不能動搖這一理論的地位。

在物理理論中引入概率概念在哲學上有著重要意義，它意味著，在已知給定條件下，不可能精確地預知結果，只能用統(tǒng)計的方法給出結論，這與經(jīng)典物理學中的嚴格因果律是矛盾的。而如今，混沌正是物理學中一個重要的研究分支。

結束語

概率論與數(shù)理統(tǒng)計的發(fā)展，促進了包括物理學等其他學科的發(fā)展；另一方面，20世紀以來，由于物理學和其他學科的推動，概率論飛速發(fā)展，理論課題不斷2《概率的干涉與態(tài)迭加原理》【j】，譚天榮《the feynman's lectures on physics》，【m】, feynman 4 《introducing quantum theory》，【m】, joseph 5 《quantum paradoxes and physical reality》，【m】, i

擴大與深入，應用范圍大大拓寬，已滲透到許多科學領域，應用到國民經(jīng)濟各個部門，成為科學研究不可缺少的工具。因此學好概率論與數(shù)理統(tǒng)計這門課程對我們的學習、工作、生活都有著極其重要的意義。

參考文獻：1.《基礎物理化學》【m】,朱文濤

2.《概率的干涉與態(tài)迭加原理》【j】，譚天榮

3.《the feynman's lectures on physics》【m】, feynman4.《introducing quantum theory》【m】, joseph 5.《quantum paradoxes and physical reality》【m】,i

有趣的物理學史故事 數(shù)學原理的故事篇五

物理學教會我人文精神

摘要：人文精神的內(nèi)涵，物理學中人文精神的光輝：科學家高尚的情操、科學態(tài)度和科學道德、勇于探索真理的人生觀、高尚的思維品質(zhì)。物理學的人文精神對當代教與學的影響與意義：

1、物理的教與學的過程中注重人文精神的滲透，2、物理的考試考察中，關注人文精神的提高 主題詞：物理學 人文精神

《辭海》解釋說，“人文”今指人類社會各種文化現(xiàn)象。精神，首先它是一種觀念，一種思想，然后是能夠堅持某種觀念的一種勇氣，人類的一切活動都是處理人和物之間的關系的，主體是人。人文精神是指關注人，尊重人格和人性，以人為中心來看待世界事物的一種思想態(tài)度。體現(xiàn)在人能否正確對待自我、他人、社會和自然。是人類不斷完善自己、發(fā)展自己、提升自己，使自己從“自在”狀態(tài)過渡到“自為”狀態(tài)的一種本事。

物理學博大精深，通過幾年的大學學習和基礎教育的實踐，本人在領略物理這個自然學科的科學魅力的同時，更被物理學的發(fā)現(xiàn)、發(fā)展過程中所蘊含的人文精神深深吸引。下面，本人就自己的學習與教學的體會和感悟，淺談人文精神的內(nèi)涵及對我們?nèi)松^、世界觀和科學觀的影響：

一、人文精神的內(nèi)涵

根據(jù)人文精神的特定蘊藏及其歷史性、時代性和民族性，人文精神應包括以下內(nèi)容：

（1）以人為本的主體思想。重視人的主體性，注重開發(fā)人的智慧和潛能，不斷發(fā)掘人的創(chuàng)造精神，把重視人的自身發(fā)展與重視社會發(fā)展和諧統(tǒng)一起來。

（2）創(chuàng)新精神。創(chuàng)新意識、創(chuàng)新情感、創(chuàng)新思維等構成的創(chuàng)新人格及創(chuàng)新能力。

（3）道德意識。包括人口道德、環(huán)境道德、資源道德等，人是社會的人，人必然存在于個人與他人、個人與社會的復雜關系之中，要實現(xiàn)群體指向和個人意識，就必須確立某種準則和價值取向來調(diào)整處理彼此關系，對于道德追求和完善也就必然成為人的自覺精神需要

（4）社會責任感。培養(yǎng)國家意識，熱愛自己的國家，熱愛祖國的大好河山，維護國家尊嚴和利益，為國家的昌盛，國民的素質(zhì)的提高。

（5）平等觀念。勇于追求真理，敢于堅持和捍衛(wèi)真理，樹立真理面前人人平等的觀點。反對專制與獨裁，敢于質(zhì)疑，具有懷疑精神和證偽精神，不迷信權威，尊重每一個人的人格，維護作為人應該具有的權利。

二、物理學中人文精神的光輝

1、物理學史中科學家高尚的情操

瑪麗·居里和她的丈夫?qū)︹櫤外櫟母鞣N礦石進行了深入的研究，并且發(fā)現(xiàn)了兩種放射性很強的新元素。瑪麗·居里為了紀念她的祖國波蘭，把其中一種元素命名為釙，另一種命名為鐳。瑪麗·居里本可以獲得巨額財富，但是，她卻把個人待遇置之度外，想到的則是如何能夠為全人類服務。1921年5月20日，美國總統(tǒng)哈定在白宮舉行向居里夫人贈鐳儀式。緣由是美國著名女記者麥隆內(nèi)夫人在1920年5月采訪居里夫人時，問居里夫人：“若把世界上所有的東西任你選，你最愿意要什么?”居里夫人說：“我需要一克鐳，以便繼續(xù)我的研究，但是，我買不起，鐳的價格太高了。”麥隆內(nèi)夫人組織美國婦女捐款10萬美元，從美國制造商手中購買了一克鐳，贈與居里夫人。居里夫人接受捐贈后說：“這一克鐳代表了一筆巨款。在我活著的時候，我將完全用它作科學研究。那么在我死后，我愿意把它算作贈與我的實驗室的禮物。”

科學家研究出了成果后，想到的是自己的祖國，想到的是為全人類服務，科學家在研究過程中把死的威脅留給自己，把生的希望留給別人。

還有，像伽利略以實驗事實為依據(jù)向權威挑戰(zhàn)的故事；布魯納用生命捍衛(wèi)真理的故事；塞曼與洛侖茲互相支持與合作；菲涅耳、夫瑯和費、馬呂斯、楊氏，各自的實驗結果互相補充、互相支持，完善了光學理論，為人類作出巨大的貢獻的事例，無不表現(xiàn)了物理學家高尚的愛國情操和無私的合作與奉獻精神。

2、物理知識的完整美，折射出嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和科學道德

在19世紀60年代，英國物理學家麥克斯韋在總結前人研究電磁現(xiàn)象成果的基礎上，建立了完整的電磁場理論，預言了電磁波的存在。這個理論，麥克斯韋本人未能證實，因而這個理論很久都未得到科學界的承認。高度抽象的麥克斯韋方程僅僅幾個公式，幾個數(shù)學符號，就包羅了電荷、電流、電磁、光等自然界一切電磁現(xiàn)象的基本規(guī)律，這在一般人看來太不可思議了。到1868年，德國科學家赫茲進行了一系列實驗，終于發(fā)現(xiàn)了人們懷疑和期待已久的電磁波，科學界才把“自牛頓以后，世界上最偉大的數(shù)學物理學家”的桂冠授予逝世9年的麥克斯韋。任何理論應該有可靠、準確的實驗數(shù)據(jù)和結果的嚴格論證。這是研究物理具有的嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和科學道德。

3、科學家們探索真理的感人事跡，表現(xiàn)出勇于探索真理的人生觀。

牛頓在1687年出版了他的名著《自然哲學的教學原理》。在這部著作中，牛頓提出了三條運動定律，這三條定律總稱為牛頓運動定律，是整個動力學的基礎。課本在進行歷史回顧時講到：古希臘的哲學家亞里士多德的觀點是必須有力作用在物體上，物體才能運動，沒有力的作用，物體就要靜止下來。而這個錯誤的論點，在兩千年內(nèi)，一直無人指出。直到十七世紀，意大利著名物理學家伽利略才根據(jù)實驗指出：設想沒有摩擦，一旦物體具有某一速度，物體將保持這個速度繼續(xù)運動下去。

伽利略滿腔熱情地進入大學后，一些教授平平庸地講：“我要教給你們的，都是自古以來就認為正確無誤的，都是寫在亞里士多德書上的”.“大家要熟背、默記下來”等等。伽利略的讀書方法是自己思考、自己實驗、自己證實。敢于指出權威的不對，伽利略敢于提出自己的新的正確的見解。愛因斯坦這樣評價伽利略：伽利略對科學的貢獻就在于毀滅直覺的觀點，而用新的觀點來代替它。牛頓在伽利略等人的研究基礎上，并根據(jù)他自己的研究，系統(tǒng)地總結了力學的知識，提出了三條運動定律。牛頓曾說：“如果說我見到的比笛卡爾要遠一點，那是因為我站在巨人的肩上的緣故。”

可見，科學研究需要前赴后繼，需要虛心學習前人的研究成果，科學家們?yōu)樘剿髡胬恚瑖I心瀝血，但他們卻淡泊名利。我們今天不但要努力學習知識，我們還要學習科學家們在科學研究中的前赴后繼，敢于質(zhì)疑，勇于探索，淡泊名利的精神。虛心向老師和同學學習，刻苦鉆研。

4、物理學家的思維品質(zhì)，是人類思維活動的標桿

高中物理課本在推導機械能守恒定律時，通過動能定理，重力做功與重力勢能的關系，得出機械能守恒定律的表達式：mv12/2+mgh1=mv22/2+mgh2，該守恒定律又可寫為：ek1+ep1=ek2+ep2，我們還可更簡潔的寫為e1= e2，δe=0，天衣無縫的簡潔美！再看動量守恒定律的表達式: m1v1+ m2v2= m1v1’+ m2v2’，可寫為p1+p2 = p1’+p2’，p1 =p2，δp=0。比較機械能守恒定律和動量守恒定律兩數(shù)學表達式，使學生感受到相似美。

開普勒發(fā)現(xiàn)行星沿橢圓形軌道繞太陽運動，伽利略發(fā)現(xiàn)發(fā)射的炮彈、拋出的石子沿拋物線軌道運動，因此，關于圓錐曲線的進一步研究，成為人們的迫切需要，用代數(shù)方程把曲線表示出來，笛卡爾和另一位法國數(shù)學家費爾馬建立了解析幾何學。心靈中獨特的思維方式對科學研究起了重要作用。

三、物理學的人文精神對當代教與學的影響與意義

1、物理的教與學的過程中注重人文精神的滲透

（1）以人為本，加強物理思想與方法的教學。現(xiàn)行教材徹底改革過去陳舊的教法和手段，把學生放進教學主體中去，采用“探究導學”的教學方法。學生在教師指導下，從學習生活和社會生活中選擇并確定研究專題，用類似科學研究的方式，主動地獲取知識、應用知識，解決問題的學習活動。“探究導學”是獨立學習與合作學習的結合在探究過程中，需要個體研究、小組或集體探討相結合，需要他人的協(xié)作；需要彼此尊重、理解，需要容忍；需要講求表達傾聽與說服他人的方式、方法。“探究導學”倡導的是一種主動的、體驗的、發(fā)現(xiàn)的學習方式，強調(diào)學生的自主學習和實踐。

（2）加強審美意識在物理學中的權重。物理教材各章節(jié)的語言描述、精美圖片、段與節(jié)的名稱選擇皆注重了感召力與趣味性如第二章“運動的世界”用詩人的語言的韻律和意境贊美運動；圖片“海市蜃樓”、“趙州橋的倒影”等令人神往；三峽大壩、北京天壇圜丘、明代的“水輪三事”令人自豪。

（3）增加各種社會意識，加強對學生的思想教育。在學習慣性知識和安全用電時，培養(yǎng)學生的安全意識；講能的開發(fā)和利用，噪聲的危害和控制時，培養(yǎng)學生的環(huán)保意識；講能的開發(fā)和利用、機械效率時，培養(yǎng)學生的經(jīng)濟意識、效率意識；講功的原理、能量守恒定律時，補充介紹一些科學工作者研究水動機的故事，培養(yǎng)學生遵循自然規(guī)律辦事的意識推至人類社會。人是社會動物，就要遵循一定的社會規(guī)律和與社會發(fā)展相適應的社會準則，在社會行為、態(tài)度傾向和價值觀等方面，與社會保持一致，這也是學生今后所在社會群體具有穩(wěn)定性所必須的。

（4）理論聯(lián)系實際，強調(diào)學以致用。教材上的演示實驗和課后的小實驗，養(yǎng)成學生動腦動手的習慣，如擦皮鞋的學問、拍打衣服上灰塵的道理，騎自行車上坡走“s”形路線的道理，如何從地圖上測出上海到天津鐵路線的長等。學習了光的折射，能解釋海市蜃樓；學習了電學、聲學，能解釋雷電的形成及先看見閃電后聽到雷聲的原因；學習了熱學，能回答為什么海邊及大森林里一年四季氣候宜人，為什么當今國家推行退耕還林的政策；學習了磁學能回答為什么在一定條件下，某處江邊、湖邊、池塘邊的巖石中有“救命”之聲發(fā)出等。培養(yǎng)學生探索自然現(xiàn)象和日常生活中物理學道理，勇于探究日常用品或新器件中的物理學原理，形成將科學技術與日常生活、社會實踐相結合的意識，激起學生對自然界的好奇，領略自然現(xiàn)象中的美妙與和諧，養(yǎng)成對大自然親近、熱愛、和諧相處的情感。樂于參與觀察、實驗制作、調(diào)查等科學實踐活動，養(yǎng)成實事求是的科學態(tài)度，增強了學生對科學的求知欲。學生也受到了辯證唯物主義教育。

2、物理的考試考察中，關注人文精神的提高

現(xiàn)在的物理考試改革了唯知識的做法，把體現(xiàn)人文教育作為一個十分重要的內(nèi)容。轉(zhuǎn)變考試的目的，從為選拔尖子學生變?yōu)闉閷W生創(chuàng)造最好的教育，從重視考查知識變?yōu)橹匾暱疾閷W生的全面素質(zhì)。如下面幾道試題：

［例1］大城市中建蓋一些高樓，用玻璃做墻，由于太陽光發(fā)生，使附近的住戶受較強的光照射不能很好的工作和休息，形成了一種新的城市污染（光污染）。

本題喚起學生對自然的關愛和對社會的關注，激發(fā)學生的社會責任感。［例2］祖國統(tǒng)一是全體中國人民的共同愿望，兩岸人民為實現(xiàn)“三通”作出了不懈的努力，2001年6月8日，“金門快輪”滿載385名臺灣同胞，首次實現(xiàn)了由高雄經(jīng)金門直航廈門港，海上航行歷時約12h，航行的平均速度約為25km／h，問：高雄到廈門的海上航程大約是多少km？ 本題激發(fā)學生愛國主義熱情。

［例3」（2002年青島市中考題）公遠前300多年前，古希臘的學者亞里士多德認為：“從高空落下的物體，重的要比輕的落得快！”2000多年前，人們對亞里土多德的話都深信不疑。16世紀末，伽利略對這位學者的話產(chǎn)生了懷疑。有不少人諷刺嘲笑枷利略的無知與輕狂，伽利略便下決心在比薩斜塔上進行公開實驗。枷利略登上斜塔，一手拿著一個10磅鐵球，一手拿著一個1磅鐵球，喊了一聲“請各位注意”兩手一松，兩球同時落下，撲通一聲，兩球同時著地了，實驗的結果使原來迷信亞里士多德的人目瞪口呆！（1）閱讀后你最深的感受是什么？（2）根據(jù)你的感受，你認為在今后的學習生活中應怎樣去做？ 本題的目的就是為了對學生進行人文精神教育，作為中考試題，堪稱考試改革的先鋒。

總之，人文精神無處不在，我們物理學中的人文精神，更加具有獨特的魅力，在物理學中發(fā)掘與培養(yǎng)人文精神，沒有環(huán)境條件的限制，關鍵在于我們觀念的轉(zhuǎn)變。要善于捕捉科學與人文精神的最佳結合點。我們在學習與傳授知識的同時，不要忽視了自身科學素質(zhì)的培養(yǎng)，更不要忽視了人文素質(zhì)的培養(yǎng)。我們可以挖掘培養(yǎng)人文素質(zhì)的素材，只要我們認真去挖掘，著力去培養(yǎng)，我們能夠成為“科學素質(zhì)和人文素質(zhì)整合型”、“德、智、體、美、勞全面發(fā)展的”社會主義事業(yè)的建設者和接班人。