物理學與人類文明

開學第一課：物理學與人類文明一、物理學二、物理學與其他科學技術三、物理學與社會進步四、物理學與思維觀念五、如何學好高中物理什么是物理學？

物理學是研究物質結構和運動基本規律的科學

物理學的研究范圍非常廣闊，如力學、熱學、電磁學、光學、原子物理和原子核物理、凝聚態（固態和液態）物理學、粒子物理等等1）時間尺度1.研究范圍2）空間尺度從時間尺度來看現代標準宇宙模型告訴我們，宇宙是在二百億年前，也就是2×1010年（1018s）前的一次大爆炸中誕生的；不穩定的微觀粒子的存在時間（粒子的壽命）最短的為10-25s量級。物質世界的時間尺度，從1018s到10-25s，共跨越了43~44個數量級。從空間尺度來看物理學的最小研究對象是數量級約為10-15m的微觀粒子，最大的研究對象是數量級為（1026~1027）m的宇宙，共跨越了42~43個數量級。物理學的研究尺度物理學研究的問題與任務

遠到宇宙深處，近至咫尺之間；大到廣袤蒼穹，小到微觀粒子。物理學研究物質存在的基本形式，以及它們的性質和運動規律。物理學還研究物質的內部結構，在不同層次上認識物質的各種組成部分及其相互作用，以及它們運動和轉化的規律。深刻的來講，物理學的任務是透過事物的現象來揭示事物運動與變化的本質。當然這就需要我們做大量的實驗，要有敏銳的洞察力，要善于總結。因此，物理是一門崇尚理性、重視邏輯推理的實驗科學。物理學與自然規律

大自然充滿了奧秘。在天地之間，各種形態的物質展示著驚人的多樣和復雜，而在如此多樣和復雜的大自然背后，卻隱藏著統一與和諧的規律。哈雷慧星為什么能夠回歸？拋出的石頭、跳水運動員在空中“劃出”美麗的拋物線……。看似毫不相干的現象，卻隱藏著大自然的秘密之一——萬有引力定律。大自然另一自然現象：閃電生活中的現象：靜電靜電現象

閃電、梳子吸紙屑等現象，蘊藏著大自然的一個秘密——靜電，體現了自然多樣性與統一性。物理學的規律

物理學規律屬于大自然規律的一部分。物理學就是探究物質的結構和基本運動規律的科學。物理學科與其它學科的聯系區別物理科與其它科關注點不同。物理學有許多分支：如力學、熱學、電磁學、光學、統計物理學、量子力學、凝聚態物理、原子和原子核物理、粒子物理等。與其它學科形成交叉學科：物理化學、生物物理、地球物理等。以瀑布為例研究：物理學更關心瀑布的基本運動規律。化學更關心水的分子成分和結構，水質的變化。生物學則側重水中的微生物種類，以及瀑布對周圍生態的影響。地球科學更關注瀑布周圍的地層結構。物理學是自然科學的重要組成部分，物理學的研究成果和研究方法，在自然科學的各個領域都起著重要的作用。所謂自然科學，是研究無機自然界和包括人的生物屬性在內的有機自然界的各門科學的總稱。自然科學所涵蓋的學科：數學、物理學、化學、天文學、地球科學、生命科學、心理學。而研究化學、生物學、天文學、地質學、氣象學等都需要物理學，并形成了一些交叉學科，如化學物理、生物物理、地球物理等。1.物理學與電子技術二、物理學與其他科學技術2.物理學與醫學工程3.物理學與國防科學蘇聯第一顆人造衛星的模型，雖然直徑只有55厘米，卻是具有歷史意義的成就。4.物理學與交通運輸5.物理學與生物工程1.4米長的菜葫蘆、籃球大的茄子.太空環境只是影響了蔬菜的遺傳物質，這些改變只會將蔬菜品種改良得更好。經過試驗后得到的果實無論是從個體、口感還是營養成分上，都比改良前的品種高出許多。1953年,生物學家沃森和物理學家克里克利用X射線衍射的方法成功地測定了DNA的雙螺旋結構.物理學是現代技術的重要基礎許多高新技術如空間技術、現代通信技術、激光技術、現代醫療技術等的發展都與物理學密不可分。例如：組成物質的微粒服從量子規律，量子力學的發展使半導體材料的制造成為可能，半導體芯片，也就是集成電路的關鍵部分，現已被廣泛應用于電腦、平板電視、數碼相機、MP3等各種電子產品中半導體芯片數碼相機中的一個芯片醫院用的核磁共振成像儀，是利用粒子物理中的核磁共振成像技術發展而來的，這對于診斷腫瘤和腦血管疾病具有身份重要的意義。

物理學是一門自然科學，他的發展大約可以分為以下幾個階段:

1、伽利略、牛頓時代的物理起始階段，是物理學史上的第一個里程碑。

2、麥克斯韋的方程組的確立是物理學史上的第二個里程碑。

3、第三個里程碑出現在20世紀初，一個是量子力學、一個是愛因斯坦的狹義相對論。物理學的發展史三、物理學與社會進步

物理學的發展孕育了技術的革新，促進了物質生產的繁榮，改變了人類的生產和生活方式，推動了社會進步。18世紀中葉,蒸汽機的改進和廣泛應用得益于熱學的研究,促進了手工生產向機械化大生產轉化.

因此,瓦特發明的蒸汽機成為第一次工業革命的標志.19世紀后半葉,在電磁學研究的基礎上發展起來的電力工業,給生產和生活帶來深刻的影響,使人類社會進入了電器時代.

20世紀70年代,微觀物理方面的重大突破開創了微電子工業,從而觸發了第三次產業革命.世界開始進入以電子計算機應用為特征的信息時代.數據讀寫器電子標簽二十世紀原子核物理的研究向人們展示了核能這一新能源，人類社會已經進入了核能時代秦山核電站原子彈

杰出的物理學家牛頓（1642——1727年）英國數學家、物理學家愛因斯坦（1879——1955年）德國物理學家英國詩人蒲柏寫道：自然和自然規律隱藏在黑暗中，上帝說：讓牛頓去吧，于是一切遂成光明。后人續寫道:

上帝說完多少年之后，魔鬼說：讓愛因斯坦去吧，于是一切又回到黑暗中。

回溯人類生產力的發展史，從瓦特發明蒸汽機（導致了第一次工業革命），到法拉第發現電磁感應現象（開創了人類的電氣化時代），這又是一次質的飛躍。可以說，物理學上每一個新突破，都是和某一個科學家的貢獻連在一起的。而物理學上每一個關鍵的突破，都會對人類產生不可估量的推動力。一個政治家會影響一個國家的命運，而一個偉大的科學家會影響全人類的命運！物理學就象一座莊嚴雄偉、動人心弦的美麗殿堂，物理定律是這座殿堂里一幅幅精妙絕倫的壁畫，物理學派的爭論都是一曲曲扣人心弦的交響曲，物理學的每一個發現，都是推開了殿堂中原來關閉著的一扇門，展現出一個更新的世界……瓦特牛頓法拉第麥克斯韋愛因斯坦物理就在我們身邊物理與生活是永遠離不開的，物理關注生活，來源于生活，又高于生活，最后還要應用于生活

力學：

給你一根粉筆，你如何把它掰開？為何你不用腦袋去撞墻？為何說一個巴掌拍不響？

熱學：

冬天手冷，你如何使手暖和起來？洗過校服，如何讓它更快變干？為何說下雪不寒化雪寒？

光學：

為何你出門總要照鏡子？為何同學們看得見彼此？

電磁學：

想和家人聯系了，現在可以有哪些方式？沒有電，生活會變成什么樣子？20世紀，激光器、信息技術、超導技術、納米技術、生命科學的發展。

物理學就是自然科學和技術科學的基礎，也與普通人的日常生活密切相關。信息技術改變了人們工作和生活方式，也使人們的觀念發生了深刻變化。關注科學、技術和社會發展磁記錄技術的應用及其意義 磁記錄的理論和技術日趨成熟，正深刻地影響和改變我們的工作、生活和學習方式。人們不僅可以通過磁記錄保存聲音、動作、文字信息等，而且還可以運用記憶棒、光盤等載體，很方便地傳遞信息

新穎鼠標長期使用鼠標的專業人員往往會患上“職業病”，右手食指受損傷。這款新穎鼠標改變了只能用食指操作的不足，拇指也可操作，讓食指有休息的機會，降低食指受損傷的概率。

家里的電器品種多了，遙控器也多了，用遙控器操作常常會“張冠李戴”。而這款全能遙控器能以一頂十，甚至一頂幾十。它集十幾種、幾十種遙控功能于一身。無論是家用電器的遙控，甚至開關大門、拉窗簾等，它都可以“代勞”。

四、物理學與思維觀念

物理學極大地豐富了人類對物質世界的認識，也改變和擴展著人類的思維方式。物理學的每一個重大進展，都是人類思維觀念進步的偉大階梯。古人認為地球是宇宙的中心。16世紀,人們認識到地球和行星都在繞太陽轉,太陽是宇宙的中心.(日心說)

借助于工具,現代的天文學家已經測到距離我們約140億光年的天體。

從古人用“天狗食月”到現在用“光的直線傳播”來解釋月食和日食的現象。

彗星:中國古人稱為掃把星,常把它的出現和一些災難聯系在一起,對于在生活中出現的反面人物,人們常說是“掃把星”投胎。

1705年英國天文學家哈雷根據牛頓的萬有引力定律正確地預言了它的回歸.

單變量數值仿真.洛倫茲將僅僅相差0.0001的兩個初始值條件輸入一個數學方程,計算得出的兩條曲線不久就分道揚鑣,南轅北轍.真是“差之毫厘,謬以千里.”

蝴蝶效應（ButterflyEffect）是指在一個動力系統中，初始條件下微小的變化能帶動整個系統的長期的巨大的連鎖反應。這是一種混沌現象。為什么要學好物理1.物理學是一門基礎科學，它揭示了事物發生和發展的客觀規律。2.物理和我們的生活有著密切的聯系，有著廣泛的應用。3.學好物理可以使我們正確認識我們周圍的事物，提高生活質量，使我們更好地適應高科技、信息化時代的生活。高中物理與初中物理的區別1.初中物理研究的問題相對獨立，高中物理則有一個知識體系。如果其中有某個知識點學不好，可能會導致到整個高一物理學不好，甚至是整個高中階段物理學不好。2.初中物理只介紹一些較為簡單的知識，高中物理則注重更深層次的研究。如物體的運動，初中只介紹到速度及平均速度的概念，高中對速度概念的描述更深，速度是矢量，速度的改變必然有加速度，而加速度又有加速和減速之分。3.初中物理注重定性分析，高中物體則注重定量分析。定量分析比定性的要難，當然也更精確。如對于摩擦力，初中只講增大和減少摩擦的方法，好理解。高中則要分析和計算摩擦力的大小，且靜摩擦力的大小一般要由外界條件來決定。4.高中物理還強調：（1）注重物理過程的分析：就是要了解物理事件的發生過程，分清在這個過程中哪些物理量不變，哪些物理量發生了變化。特別是針對兩個以上的物理過程更應該分析清楚。若不分析清楚過程及物理量的變化，就容易出錯。

（2）注意運用圖象：圖象法是一種分析問題的新方法，它的最大特點是直觀，對我們處理問題有很好的幫助。但是容易混淆。（3）注意實驗能力和實驗技能的培養：高中物理實驗分演示實驗和學生實驗，它對于我們學習知識和鞏固知識都起到重要的作用。因此，要求同學們要認真觀察演示實驗，切實做好學生實驗，加強動手能力的鍛煉，注意對實驗過程中出現的問題進行分析。

初中學生畢業后，升入高中一年級學習，普遍會感到物理難學，原因主要有以下幾個方面：①從定性到定量的飛躍是第一個原因。②從形象思維到抽象思維的飛躍是第二個原因。③從通常是單因素的簡單邏輯思維到多因素的復雜邏輯思維（包括判斷、推理、假設、歸納、分析演繹等）的過度是第三個原因。

④在運用數學工具解決物理問題上，從單純的算術、