江仁寿生平与教育经历及其金属黏滞性的研究,物理教学论文

江仁寿生平与教育经历及其金属黏滞性的研究,物理教学论文江仁寿(19061988)，中国近当代物理学家、教育家。20世纪30年代曾留学英国伦敦大学理学院(UniversityCollegeLondon)研究物性学，师从葡萄牙裔物理学家安德鲁德(AndradeE．N．daC，18871971)教授从事液态金属黏滞性研究，1936年获该校博士学位后归国。历任武汉大学、复旦大学、西北大学等校教授、物理学系主任。江仁寿从业于分子物理学研究，主要从事液态金属黏滞性、外表张力与熔点关系和熔点滞性与熔点张力的关系等方面研究，在国内较早进行非平衡统计物理研究，为推动非平衡态统计物理研究做出了积极奉献。然而迄今为止，关于江仁寿及其物理学奉献方面的研究文献寥寥无几，武汉大学校史、西北大学校史等就江仁寿生平及教学经历仅作概括综述，而对其留学生活、科学成就、教学研究等方面较少牵涉。本文在大量原始资料搜集、整理、分析及前人研究成果的基础上，就江仁寿的生平概要、金属黏滞性研究进行较全面的阐述，以纪念他从事中国当代物理教学和科研60载所做出的奉献及其影响。1、生平与教育经历江仁寿1906年1月15日生于安徽省歙县南乡一个偏远的山村皋经村，1988年4月4日病逝于西安，享年82岁。Fig．1JiangRen-shou(1906－1988)1．1童年启蒙与中学教育(19061922)江仁寿，小名江福保，安徽歙县人。歙县自隋以后的1300多年间一直是郡州府治，尤其是宋以后徽商的发展带来了文化繁荣。江家数代为农，至祖父江世孝时只能勉强度日，江仁寿父亲江养芝为养家糊口开场在浙江嘉兴做生意，家境开场宽裕，遂在徽州和浙江都买了宅子，家境尚称殷实。江仁寿幼时身体较弱，但任性、顽皮，好胜心和优越感强，由于是父亲老来得子(江仁寿出生时父亲已经50岁)，祖父和祖母徐氏对他溺爱有加，常和顽童在村里打架闹事，桀骜不驯。江仁寿9岁上私塾，11岁时家里专门给他请了秀才教习书法和作文，由于教师生动的典故讲解及登峰造极的点化让他倍感读书之乐，昼夜孜孜不倦，习字和作文进步很快。13岁时，父亲带他接受新式教育，遂远离家乡到嘉兴新单高小读书。其时正值1919年巴黎和会，英、美、法庇护日本，军阀卖国求荣，北京大学学生上街游行，五四运动迅速影响到全国。嘉兴虽是个小镇，却常有进步学生到乡间宣传，国难当头，学校师生亦开场支援。这一时期，老师经常上午在课堂上向学生讲解国家面临的帝国主义侵略及拯救之道，下午学生们再到乡间宣传，江仁寿介入华而不实，小小年纪开场意识到国家遭外强入侵、腐败，接遭到思想教化的启蒙，并开场对帝国主义及反动有所认识，对当时提倡的科学救国、学术救国深切相信不疑，并立志学习科学报效国家。中学一年级时，江仁寿开场学习英语和代数，与小学四书五经的八股文及修身课相比，学习兴趣大大提高。在校期间，他经常听到教师讲上海大同学院(大同大学前身)数理学办得好，所以不等中学毕业，1922年，江仁寿即至大同大学数理专修科插班学习。1．2大学教育(19221928)大同学院始建于1912年，是清华学堂老师胡敦复(18841978)、平海澜(18851960)等因不满清华学堂外国主事者的办学方式而在沪筹办的。大同学院是一所独立自主的学校，以研究学术，明体达用为宗旨。学生按科分班，多读理工科课程，教学内容和教学方式方法新颖，教学成绩显著，在社会上产生较大影响，以致当时社会无人不知大同之敦复先生者，并称胡敦复为中国第一流教育家。大同学院1922年9月改称大同大学。除专修科和普通科外，增设大学科。学校注重英文教学，教学资料选用国外原版，数理练习多，学生忙于理科演练和实验，以学术救国和培养君子之风为目的。江仁寿与姚启钩(以后的华东师范大学物理学教授)，郑昌时(以后的同济大学物理学教授)，钱临照(以后的中国科学院教授)等经常在一起研究学问，很少关心政治活动。他后来回忆到，大同大学对他影响最深的老师是胡明复(18911927)及严济慈(19001996)两位老师。胡明复是胡敦复的同胞兄弟，是我们国家第一个获得数学博士学位的留美学生。严济慈是著名的物理学家、教育家，1923年夏，他从南京高等师范学校毕业，获理学学士学位。同年自费赴法国巴黎大学学习，在著名物理学家夏尔法布里(CharlesFabry，18671945)实验室从事研究工作，创造性地采用单色光干预法，精到准确测量了40多年来尚未解决的居里压电效应反现象，即石英在电场下的形变实验研究。江仁寿深受两位数理学者的教诲和熏陶，称赞胡先生对教学工作认真负责，擅长用生动的语言讲述深奥难懂的概念和问题，他的讲演深受学生们欢迎。对严济慈先生，他评价其数理知识渊博，擅长启发引导学生，使学生对科学产生兴趣和欣慰。1928年，江仁寿毕业以后承严济慈教师的推荐留校担任助教。1929年，调任浙江大学工学院助教1年。同年，行政院公布新的留学政策，严格限定资格，注重应用科学以造就专门技术人才。1930年暑假，江仁寿参加安徽省教育厅第二届公费留学考试并被派往英国留学。1．3留学教育(19301936)1930年9月，江仁寿由巴黎赴伦敦。他原打算去剑桥大学学习，但剑桥大学高昂的学费让他彷徨。此时，严济慈经过巴黎大学法卜利教授的介绍在伦敦大学物理系参观访问。严济慈便将江仁寿推荐给安德鲁德教授，进入伦敦大学理学院。当时的伦敦大学共有40多个学院(College)，每个院都有文、理、法、商系及研究所。华而不实理学院(UniversityCollege)、皇家学院(KingsCollege)和帝国学院(ImperialCollege)是最好的，而且对学生的要求也十分严格。1910至1930年，留学英国伦敦的中国学生寥寥无几，与江仁寿关系很要好的霍秉权在理学院学习一年后，转入剑桥大学师从威尔逊教授，他改良威尔逊云室并提高了云室的功能，成为我们国家首批从事宇宙射线、高能物理和核物理研究的物理学家之一。1934年，徐贤恭(19021994)、钱临照(19061999)、戴礼智(19072007)等留学伦敦大学，尤其是钱临照、戴礼智与江仁寿同在一个实验室，一起学习和讨论物理问题，对江仁寿影响最大。留学第一年，江仁寿主要跟随理学院物理系本科生上课，系统学习了热学、物性学、电磁学及原子物理学等基础学科，每周还要在实验室忙3个下午的实验。1931年秋，江仁寿顺利通过了毕业考试获得硕士入学资格，转入CareyFoster物理实验室工作。导师安德鲁德当时的研究牵涉众多课题，如金属单晶范性、黏滞性、声学、脆裂等研究。导师一开场打算让江仁寿从事声学研究后从事液体黏滞性研究与测定。当时，实验室很是简陋，测定液体黏滞性装置只要一个球形玻璃瓶，装水后悬挂作旋转振动，观察周期和衰减来计算黏滞系数。他天天泡在实验室里，熟悉实验仪器、实验经过及实验影响因素分析，利用一个多学期的时间，自个设计了一个简单便捷的仪器并探索着装置完成，对测定液体黏滞系数的理论和实验有了自个的见解。1932年，安德鲁德教授带来一些精致细密的实验仪器，江仁寿重新设计改造几个关键问题。在安德鲁德教授精心指导下，对仪器进行改良和设计。该实验装置设计合理、巧妙，为了准确计算惯性杆的转动惯量，还请来专业人员对惯性杆和圆盘直径进行了精致细密测量。基于此，江仁寿完成了(运用封闭容器中流体振荡对黏度测定新法〕(OntheDeterminationofViscosityByoscil-lationofaVesselEnclosingFluid)的硕士学位论文，获得该校理科硕士学位。论文发表在(英国物理杂志〕(即Proc．Phys．Soc．1936，48－247)。江仁寿在这3年里，边实验边学习理论知识，还自学了流体力学理论知识，把握了真空技术及吹玻璃等技术。江仁寿对导师安德鲁德教授非常感谢，以为正是他的指导为自个指明研究的方向和目的，他在论文中提到:安德鲁德教授的研究指导最为重要和得当，令我永远崇敬并感谢。1933年冬，江仁寿在前期奠定的实验基础上开场了博士学位阶段的学习。为了使实验能适用于高温和真空条件，他测定了液态碱金属的黏滞性，改良了设计方案，利用改良的实验装置测定了液态钠和钾的黏滞性，完成了(液态金属钠和钾的黏度〕(ViscosityofLiquidSodiumandPotassium)的博士学位论文。实验结果测得:钠和钾在熔点时的黏度值分别为0．0063Pas和0．0052Pas，实验值分别为0．00695Pas和0．00537Pas，实验结果证明了在熔点处，钠、钾黏滞性符合安德鲁德的黏度公式该测量值在国际上一直被公认和采用。1．4归国后的物理学教育生涯1936年归国后，江仁寿历任武汉大学、复旦大学和西北大学物理系教授。其间曾兼任中山大学、暨南大学教授，为新中国的教育事业和物理科学研究做出了重要奉献。1．4．1执教并建设武汉大学物理系(19361946)1936年4月，江仁寿经霍秉权介绍到武汉大学物理系任教，担任力学、物性学教学及实验。后由于七七事变爆发，日寇全面侵华，武汉大学于1938年迁四川乐山，江仁寿任物理系主任。由于敌人的狂轰滥炸和学校的搬迁，造成了物理系很多实验器材破损，导致众多课程无法正常开展。他和同事们坚持武大办学传统，在艰辛环境中为物理系学生开设了热学及热力学、物性学和理论力学等课程。据当时听他讲课的林应茂教师回忆讲:江仁寿讲课内容精炼，简明扼要，符合少而精的原则板书条理分明，容易记、容易学，话语不多但不失诙谐，引人入胜。为了适应战时国家对物理人才的急需，老师在教学中坚持知识方面探求高深理论，技能方面加强实际本领的培养，重视基础理论与实验的严密结合。当时物理系仪器和设备损失严重，江仁寿就与其他教授们共同购置了部分便宜实验仪器的部件，然后动手加工成为物理实验室的实验装置，解决了学生进行力学、热学、光学和电磁学等方面实验的急需。1．4．2执教复旦大学(19491955)1949年暑假暨南大学停办，江仁寿应复旦大学数理系主任的邀请，任复旦大学物理系教授、副主任，担任热学及理论物理教学。当时复旦数理系的实验仪器利用率不高，实验结果不够准确。江仁寿与戴乐山教师利用课余时间修旧利废，陆续设计并改装了8套热学实验仪器，制成了电阻温度计模型1个，学生能够在实验室完成18个实验，极大地促进了热学实验室的建设。复旦大学校刊曾以克制困难改良教学，物理系自制热学实验仪器为题，对他们的工作给予肯定和表扬。1949年12月，江仁寿受邀参加中国科学工作者协会上海分会与中国科学社联合举办的第三次物理座谈会，本次会议的题目是自然科学与辩证法。江仁寿在会上发表了自个对辩证法与自然科学的认识。他以为宇宙是整体分不开的，绝没有孤立之物，没有超然物，所以我们必须着重联络观念;物体存在内在矛盾，没有单纯的机体，所以必须着重组织观念;矛盾发生物有对立两性质，或物必有两性。我们需要应用此原则发现新事实。会议主持者陆禹岩对江仁寿的看法进行总结，以为江仁寿着重于联络，不片面孤立看世界是非常重要的。他提出自然界一切事物断没有孤立存在着的，人类的行为都是受行为执行者的观念支配的，观念正确与否直接影响到行为的结果。事实上，自然科学研究的进展是自然辩证法的重要生长点，同时自然科学的发展离不开自然辩证法的指导，二者是互相作用，互相促进，共同发展。1.4.3建设西北大学物理系(19551988)1955年，江仁寿响应的号召离开复旦大学支援西北，放弃了在复旦大学丰厚的待遇，来到西北大学任教，此举动获得了陈毅市长的大力赞扬。20世纪50到60年代初，高校深受极左思潮的影响，一系列的政治运动干扰了高校的正常教学秩序。此时的江仁寿不受外界干扰，还是那样埋头书案，在校内开设了原子物理学、统计物理学和气体分子运动论等课程，并编写了(理论力学〕、(气体分子运动论〕等讲义，同时编写了合适本系各个专业使用的教学资料及相关讲义，希望通过这些材料能够让学生更好更快地了解和认识所学内容，使得物理系从基础课、专业基础到专业课构成一批比拟精干的老、中、青相结合的老师梯队。在这里时期，西北大学物理系培养出一批院士，如侯洵(1936)、张殿琳(1934)等人。1966到1976年10年动乱，由于取消了高考制度，同时也毁坏了教学与科研秩序，什么任务带动学科、三机一泵代替物理课等等，摧残了教育事业，严重挫伤了知识分子的教学热情，江仁寿被关牛棚、挨批斗，遭受打击。1976年，打倒四人帮之后，教育事业获得重生，十一届三中全会的正确道路，鼓励起江仁寿积极指导和带领中青年老师开拓非平衡态理论研究的新领域。1976年江仁寿退休，决定回家安享晚年。1979年西北大学征求江仁寿意见，能否继续任教，他欣然答应决定返校继续任教，继续为国家努力培养人才、搞科研活动，直到1988年逝世于西安。2、金属黏滞性研究在大学期间，严济慈等教师培养了江仁寿在研究经过中擅长发现问题、解决问题的良好习惯。留学期间，他跟随安德鲁德教授从事液体黏滞性的研究工作，改装了亥姆霍兹的旋转实球振动法，并用改装的方式方法对液体金属钠和钾的黏滞性进行测量和研究，测出的数据在国际上被公认和采用。回国后，他继续从事液态金属黏滞性和金属液体熔点外表张力与熔点关系等方面的科学研究。2．1惯性棒的双线悬挂球测定液体的黏滞性液体黏滞性是反映液态金属流体力学的基本特征，是金属熔体的重要物性参数之一。研究金属黏滞性不仅可揭示黏滞性的物理机制，而且对材料制备具有重要的实际意义。历史上，测量液体黏滞性最早采用流逸管法，但这种方式方法却不能用于测定与常温流体不同的液态金属的黏滞性。1860年，德国的物理学家亥姆霍兹和俄国的皮奥特罗夫斯基(Piotrowski，18761929)一起设计了双线悬挂旋球法，用这个装置能够测量大范围温度液体金属的黏滞性，使液体黏滞性的方式方法有了历史性的转变，但这种方式方法还是那样存在很大的误差。为了减小金属黏滞性测量的误差，江仁寿在导师指导下，通过对双线悬挂旋球的研究，发现电磁起动法后，实验仪器转动会带动其他装置摆动进而影响测量的精到准确度。假如改良装置使外部阻尼减小到可忽略不计，则数据的精度会大幅度提高。于是，江仁寿对实验装置进行改装，决定采用机械装置。他设计了带有惯性棒的双线悬挂球球形容器(实验装置如此图2所示)，由于惯性棒能避免容器发生任何摆动和转动，因而，在容器内部装上待测液体，采用照相记录容器扭振幅度的方式方法，就能够共振振幅衰减来计算液体的黏滞性。运用改良的方式方法对水的黏滞性进行测量，测量结果与国际测定常数误差约在理论值的0.5%以内。与传统的方式方法相比拟，对黏滞性的测量采用改装的装置不仅操作简单、误差小，而且能够适用于高温、高压实验，且不需要考虑传统方式方法所需的修正，测量方式方法具有更高层次的精到准确度。2．2液态金属钠钾合金黏滞性研究回国后，江仁寿一边从事教学，一边指导学生或者青年老师进行科研活动。1960年，他指导青年老师和研究生采用惯性棒的双线悬挂球测量法对液态钠钾合金的黏滞性进行测量(实验装置如此图2)，完成了合金NaK的黏滞性和液态合金Al－4.5Cu的黏滞性研究。合金NaK的黏滞性实验是在300℃的温度范围内测量液态合金的黏滞性。他们采用空球法对3种NaK(K含量为49%，51%，74%)样品在0～350℃间的黏滞性进行了测定。空球法是把空球装满液体悬挂起来，让它在真空中作衰减振动，通过记录空球的对数衰减确定黏滞性。这种方式方法在理论和计算上较复杂。但是，对化学性质活泼的钠钾合金而言，既便利又可靠，是对单质碱金属黏滞性的重要发展。实验结果表示清楚:对所测的3种成分和所用温度范围而言，钠钾合金完全遵守安德兰规律，即=BebT。华而不实是液体的黏滞性;T是振动的周期;B，b为常数。后来，他的学生还将液态合金黏滞性研究推广到非平衡黏滞性的研究。田荫棠等对Al-4.5Cu液态合金的平衡黏滞性与过热后的非平衡黏滞性进行了实验研究。他们用空球法对Al-4.5Cu合金处于液固共存时的黏滞性进行了考察，实验给出了Al-4.5Cu合金液相线温度以上的黏滞性和不同过热度下的黏滞性。研究结果表示清楚，Al-4.5Cu合金在液相线温度以上的平衡黏滞性遵从Fulcher-Vogel规律，Al-4.5Cu液态合金的黏滞性与合金的构造弛像相关，固液共存态的Al-4.5Cu合金具有触变性行为。空球法能对其最大黏滞性所对应的温度以及固相搭成稳定网状组织流动性完全丧失的温度做出判定。3、结语江仁寿出生在晚清封建社会，接受过旧式私塾教育和民国新式教育，20世纪30年代赴英国攻读博士学位，40年代归国后曾先后在几所重点大学任系主任