欣赏物理学之美.doc

自己收集整理的错误在所难免仅供参考交流如有错误请指正!谢谢欣赏物理学之美宁波市鄞州中学陈前一提到物理学我们就会想到爱因斯坦的那张照片:满头白发满脸皱纹(见图一)好象做科学的人只知道研究不懂得生活其实这个认识是片面的爱因斯坦不但在物理学上成就伟大而且他的小提琴演奏水平很高还能弹一手好钢琴在美学上也有独到的认识请看下面这幅照片(图二)这幅照片的名称叫dance这是哈勃望远镜铺获到的一场宇宙中的精彩"舞会"左边的"舞者"是较大的星系(ngc2207)"依偎"在旁的是较小的星系(ic2163)ngc2207的"吸引力"(强大的万有引力作用)使得ic2163"翩翩起舞"它"掷"出的气体、恒星形成约十万光年长的"彩带"这场"舞会"将在数十亿年后结束最后两个星系将成为"一体"这是形式美它的本质也是美的因为它们的作用遵守万有引力定律我们还可以预见它们的未来是怎样的再举一个例子英国的卢瑟福用实验证明了原子是由原子核与电子所构成原子核居中电子在外但原子的结构究竟是怎样的呢?最初认为原子的结构和太阳系相仿原子核就好比太阳而电子就像行星那样在各自的轨道上绕原子核旋转但与经典的电磁理论发生了矛盾:绕核运动的电子应该辐射出电磁波因此它的能量要不断减少电子绕核运动的轨道半径也会减小于是电子将沿着螺旋线的轨道落入原子核这样看来原子应当是不稳定的而实际上原子是稳定的幸而不久迎来了量子力学对电子这样的微观粒子的行为作了完全不同的描述原来电子根本没有一定的位置也没有一定的运动轨道原子中的电子就好像云雾般迷漫在原子核外的空间形成所谓"电子云"电子到底在哪儿?科学家们众说纷纭还是诗人说得好:"只在此山中云深不知处"你看电子云的意境很朦胧飘逸的吧! 确实物理学是很美丽的在物理学的发展过程中物理学家在探索物理学规律的艰辛旅程中总是伴随着对美的热烈追求例如哥白尼与托勒密地心说的决裂就是有其执着追求美的因素他深信完美的理论在数学上应该是"和谐和简单的";托勒密为了解释天文观察的结果引入了许多"均轮"、"本轮"使得天文学既复杂又失恰;因此在极端困难的条件下哥白尼苦心孤诣研究了三十多年终于建立了不朽的日心说;后来开普勒深切感受到日心说的美毅然抛弃了从他的老师第谷那儿接受的地心说观点他说"我从灵魂的最深处证明它是真实的我以难以想象的心情去欣赏它的美"关于物理学家对美的感受我们可以结合彩虹的例子来认识:物理学自①到②到③是自表面向深层的发展实验工作者利用三棱镜在实验室得到彩色光带发现红光的偏折最小紫光的偏折最大而且各种单色光再通过一个三棱镜又能还原成白光这项工作增加了实验工作者对自然现象的美的认识这是第一步①进一步的唯象理论研究②使物理学家了解到这是由于各种单色光的折射率的不同此种了解显示出了深一层的美再进一步的深入研究发现折射现象本身可从菲涅耳波动方程中推算出来这就显示出了极深层的理论构架③的美其实这是光的色散和还原现象但是在文学家眼里此种研究破坏了朦胧美很煞风景;应该说这是理解的角度不同在物理学家眼里还世界以简单、真实、和谐这是物理学对对美的追求它是一种理性的美爱因斯坦在总结自己的人生道路时也说"照亮我的道路并且不断地给我勇气去愉快地正视生活的理想是善、美和真"对于一位喜欢物理学的人来说他之所以喜欢这门学问是因为他看到、感受到这门学问的美也就是对物理学的美的欣赏、享受与追求我们现在的教学教给了学生定理、定律、公式学生做了大量的****题学生能进行严密的推理、精确的计算也确实培养了学生的思维但是我们也不能否认有不少学生对真实物理世界的客观性和美妙性是不够热情的、甚至是冷漠的因此研究、挖掘物理学中的科学美在物理教学中重视审美教育已成为当前物理教育的重要话题在物理教学中进行美育的途径有很多本文着重讨论以下三个方面: 一、审美再创造感受物理美物理教师在教学中再现由物理学家和教材编写者人化后的物理概念和规律时还要进行自己的审美再创造并在审美再创造过程中展开对学生的美育这种再创造有如园林工人把别人创造的树、花、草、石、水再造为园林美一样仍然大有余地在物理教学中我们要把物理学科学美展现给学生那么物理学科学美到底有多少呢? (1)来自于物理学研究对象的美感例如高中物理课本第一册的序言就介绍了从空间尺度来看"物理学的最小研究对象是数量级为10-15m的微观粒子最大研究对象是数量级为1026~1027m的宇宙";从时间尺度来看"物质世界的时间尺度从1018s到10-25s共跨越了43~44个数量级"形成了一个"首尾相接的蛇形圆图案"其中展现的是一幅壮美的"人类探索和逐步认识物质世界的现象、特征、规律和本质的历程"的图景再如法拉第提出的"力线"不论从形式上还是内容上都放射着美的光辉;又如月球绕着地球转地球绕着太阳转而且运行的轨道都是椭圆的宇宙中所有天体的运行配合得如此默契这是多么美丽和谐的景象(2)来自于物