大学物理本科生讲座杨宏春

1、 有全面占有人类文明的个体欲望有全面占有人类文明的个体欲望兴趣兴趣 具备学习的前提条件具备学习的前提条件逻辑严密的已有逻辑严密的已有知识结构知识结构 工学专业与大学物理无关的观点来源工学专业与大学物理无关的观点来源 物理学仍然是物理学仍然是21世纪的带头学科世纪的带头学科 物理学与其它学科的相互关系举例：哲学、电子信息、新型材料物理学与其它学科的相互关系举例：哲学、电子信息、新型材料 如何看待出国求学的条件与目的？如何看待出国求学的条件与目的？ 不同的学习目的是否意味着不同的学习要求？不同的学习目的是否意味着不同的学习要求？ 新时代背景下对学习的要求是什么？新时代背景下对学习的要求是什么？ 以

2、帮助学生形成逻辑严密的以帮助学生形成逻辑严密的知识结构知识结构和和方法论结构方法论结构为目标；为目标； 知识结构是方法结构需要重要的观念、概念、技能作知识结构是方法结构需要重要的观念、概念、技能作支撑支撑； 知识和方法论结构必须能形成知识和方法论结构必须能形成动态结构动态结构；数字化数字化教学观点教学观点 帮助学生利用信息化技术帮助学生利用信息化技术获取数字信息获取数字信息资源并解决实际问题；资源并解决实际问题； 教学手段教学手段须满足数字信息化的时代技术特征；须满足数字信息化的时代技术特征； 将学习过程视为研究过程的将学习过程视为研究过程的复现与拓展复现与拓展； 帮助学生利用已有知识结构帮助

3、学生利用已有知识结构解决新问题解决新问题； 鼓励学生依据自然观念鼓励学生依据自然观念提出革命性理论提出革命性理论；学科学科/课程课程 研究目标研究目标 (研究对象研究对象)学科学科/课程研究思路与研究方法课程研究思路与研究方法 (研究方案研究方案)学科学科/课程研究步骤与知识、方法体系课程研究步骤与知识、方法体系 (理论体系理论体系)学科学科/课程知识、方法体系的应用学科课程知识、方法体系的应用学科 (学科关系学科关系)学科学科/课程知识、方法体系的最新进展课程知识、方法体系的最新进展 (学科动态学科动态)建立经典力学的重要观念和方法建立经典力学的重要观念和方法 运动的绝对性与相对性观念、参照

4、系与坐标系运动的绝对性与相对性观念、参照系与坐标系 (建立经典力学前提建立经典力学前提) 时间、空间概念的拓展时间、空间概念的拓展 惯性质量与引力质量的理解惯性质量与引力质量的理解 物理理论建立的方法：提出模型、引入参量、建立理论、实际应用物理理论建立的方法：提出模型、引入参量、建立理论、实际应用 分类方法在物理理论建立过程中的重要性分类方法在物理理论建立过程中的重要性 运动的合成与分解运动的合成与分解 (运动叠加原理运动叠加原理) 物理理论真伪性判据：对称性原理物理理论真伪性判据：对称性原理热力学统计物理的重要观念和方法热力学统计物理的重要观念和方法 气体分子动理论气体分子动理论 (建立统计

5、物理的前提建立统计物理的前提) 理想气体模型、平衡态等核心模型的理解理想气体模型、平衡态等核心模型的理解 物理理论中参量引入方法物理理论中参量引入方法 (热力学第零定律与温度参量的引入方法热力学第零定律与温度参量的引入方法) 经典统计规律的物理实质经典统计规律的物理实质(与量子统计的区别与量子统计的区别) 以压强为例的统计物理建立方法，推演技巧以压强为例的统计物理建立方法，推演技巧 数学公式的物理图象数学公式的物理图象 (能均分定理、麦克斯韦分布与玻尔兹曼分布能均分定理、麦克斯韦分布与玻尔兹曼分布) 热力学第二定律、卡诺定理与熵增加原理的逻辑联系热力学第二定律、卡诺定理与熵增加原理的逻辑联系

6、葛正权实验设计葛正权实验设计 (实验设计能力训练实验设计能力训练)电磁学的重要观念和方法电磁学的重要观念和方法 实物粒子与场的研究方法实物粒子与场的研究方法 场相互作用力的物理图象场相互作用力的物理图象 场参量计算及其计算结果的极限推论场参量计算及其计算结果的极限推论 场量的能量求解方法场量的能量求解方法 矢量场散度与旋度的物理图象矢量场散度与旋度的物理图象 介质极化与磁化问题的深入分析介质极化与磁化问题的深入分析 磁现象的电本质磁现象的电本质 涡旋电场与位移电流引入方法涡旋电场与位移电流引入方法(a) 物理模型教学物理模型教学准确准确理解理解模型，模型，拓展拓展物理模型，物理模型，提出提出物

7、理模型物理模型例例：理想气体模型的理解与拓展：理想气体模型的理解与拓展理想气体模型理想气体模型RTMpV V：气体分子：气体分子自由运动自由运动的空间的空间考虑分子尺寸时考虑分子尺寸时VVV 其中其中3331621)2(34rMrMV 考虑分子尺寸后考虑分子尺寸后RTMrMVp 3316类似讨论其它条件不成立情况类似讨论其它条件不成立情况例例：静电平衡模型的理解与拓展：静电平衡模型的理解与拓展问题问题：时变电场下，静电平衡模型适用条件是什么？：时变电场下，静电平衡模型适用条件是什么？ 若时变电场周期小于电子若时变电场周期小于电子响应时间响应时间，情况又会如何？，情况又会如何？静电平衡的判别条件

8、：静电平衡的判别条件：Ein=0， i- j=0 纠正教科书电子响应时间错误纠正教科书电子响应时间错误 时变响应模型是后续课程基础时变响应模型是后续课程基础 瞬态响应是目前热点研究领域瞬态响应是目前热点研究领域 用受迫振动理论研究该问题用受迫振动理论研究该问题提出磁现象的电本质模型提出磁现象的电本质模型提出位移电流和涡旋电场提出位移电流和涡旋电场 动态平衡模型理解动态平衡模型理解 介质极化模型理解介质极化模型理解 介质磁化模型理解介质磁化模型理解 单摆模型理解拓展单摆模型理解拓展 静电平衡模型拓展静电平衡模型拓展 理想气体模型拓展理想气体模型拓展 -例例：鼓励学生：鼓励学生体验体验、提出提出物

9、理问题的物理模型物理问题的物理模型(b) 参量引入参量引入准确准确理解理解物理参量引入，鼓励物理参量引入，鼓励提出提出物理参量物理参量例例：温度参量引入：温度参量引入 初中初中描述物体描述物体冷热程度冷热程度 高中高中分子平均运动分子平均运动剧烈程度剧烈程度 大学大学平衡态体系的平衡态体系的内禀属性内禀属性例例：极化强度参量引入：极化强度参量引入 无极分子无极分子位移极化位移极化电偶极矩增加电偶极矩增加 有极分子有极分子取向极化取向极化电偶极矩增加电偶极矩增加 用单位体积电偶极矩矢量平均值描述介质被极化的程度用单位体积电偶极矩矢量平均值描述介质被极化的程度例例：波数引入与玻尔原子理论：波数引入

10、与玻尔原子理论 222nmmb Balmer 公式公式)11(22mnRH Rydberg公式公式(c) 解析结果与物理图象解析结果与物理图象培养学生敏锐的物理图象把握能力培养学生敏锐的物理图象把握能力例例：由温度的微观实质观察能量均分定理：由温度的微观实质观察能量均分定理温度微观实质温度微观实质 (单原子气体分子单原子气体分子)kTkTkTkTk21212123 单原子气体分子的能量单原子气体分子的能量222212121zyxkmmmvvv kTsrtk)2(21 能量均分定理能量均分定理例例：电荷守恒的数学描述：电荷守恒的数学描述连续性方程连续性方程 (定性结论的数学化定性结论的数学化)

11、SVsjVtdd 例例：由氢光谱公式得到定态假设和频率定则：由氢光谱公式得到定态假设和频率定则考察光谱学公式考察光谱学公式)11(22mnRH 两边同乘两边同乘 hc2222)11(mRhcnRhchmnRhchc 考察量纲，对比能量子观念考察量纲，对比能量子观念nmnmnEEhnRhcE ,2(d) 自然观念在物理理论建立过程中的重要作用自然观念在物理理论建立过程中的重要作用树立正确的自然观树立正确的自然观例例：由对应原理获得量子条件：由对应原理获得量子条件22mRhcnRhch 由频率定则由频率定则322222)(nRcZmnnmnmRcZ 222024mnRhcRhcnzefn 经典轨道

12、频率经典轨道频率chmezR3422202)4(1 对应原理对应原理nmnmpnm,1, 极限条件极限条件nnhzehnmzemrL 202222024144 v量子条件量子条件例例：对称性原理与物理理论真伪判据：对称性原理与物理理论真伪判据 Moocs 现代化教学手段；现代化教学手段； 学生通过数字化信息手段获得物理模型、概念、研究方法的文献资料；学生通过数字化信息手段获得物理模型、概念、研究方法的文献资料； 学生复现、探索物理现象、过程的数字化能力；学生复现、探索物理现象、过程的数字化能力；例例：卢瑟福散射的：卢瑟福散射的Moocs课程教学；课程教学； 电子云的数字仿真计算；电子云的数字仿真计算； 通过分子间相互作用力四参数方程求解液体的物态方程；通过分子间相互作用力四参数方程求解液体的物态方程； 深入讨论单摆模型深入讨论单摆模型(数字实验数字实验)使学生深入到混沌领域；使学生深入到混沌领域； 将学习过程视为研究过程的将学习过程视为研究过程的复现与拓展复现与拓展； 帮助学生利用已有知识结构帮助学生利用已有知识结构解决新问题解决新问题； 鼓