如何学好大学物理

如何学好大学物理理学院沈才康大学物理是理工科学生的一门必修重要根底课，其内容主要有力学、热学、电磁学、振动与波动、光学、相对论、量子物理等。由于大学物理丰富的内容涉及到科技领域的方方面面，特别是物理学中提出问题、解决问题的特殊物理思想方法，对同学们后续课程的学习和将来的工作都是有极大帮助的。因此必须认真学好这门课。而如何才能学好这门课呢？根据我们多年的教学经验和近几年所做的课程小结资料总汇，我想应该主要做好下面三个方面的工作。端正学风，培养良好的自主性学习习惯大学物理是一年级开设课程，同学们从中学进入大学，学习环境、学习内容、学习要求都发生了巨大变化，因此学习习惯和方式也要随之变化，以适应大学的学习环境。从学习环境上说，中学有高考压力，一般中学的管理非常严格，学习更多的是老师和家长管着学。而大学给学生更多的自由，更需要自己的自觉学习行为，学习中也需要更多地思考，我们称为自主性学习。另外从内容和要求上比拟，大学的学习课程内容多，课程难度大，更需要同学们刻苦学习。就物理课程而言，中学物理通常是提一下物理概念，给出相关定律和公式，只要求同学们记住公式、定律，会套用公式求解一些相关题就可以了。而大学那么会对每个定律、定理和重点公式进行详细推导，并且要求同学们能具体掌握其物理思想和解决问题的方法。要真正学好大学物理，其首要的任务是端正学风，培养一个良好的自主性学习习惯。我校是全国性招生，各专业进来的学生根底相差还是比拟大的，这对大学物理的学习带来一定的难度。但是多年的调研说明，影响学习物理课程最大的因素并不是中学物理的根底，而是学风。关于这一点，我们可以用几个数字来说明。根据学校有关规定，作为公共根底课的大学物理一直采用教考别离并且全校统考的方法〔注：组卷用的是国家教委委托清华大学等校主编的国家级计算机组卷试题库〕。每年我们全校有四千多学生要参加大学物理考试〔注：含浦江学院学生，江浦和浦江学生试卷难度不同〕。近几年，大学物理不及格率全校总评8%左右。通过对不及格学生的情况统计说明，约占80%的不及格学生是平时有逃课、不做作业或经常抄袭作业以及上课不认真听讲的那些被老师留有记录的同学。学风好的学院，如材料院学生的不及格率非常低，有的班没有人不及格。而平时学风差的班级，考试的不及格率超过了50%。什么是好的学习习惯呢？就大学物理课而言，我们要求学生：〔1〕上课要认真听讲并且适当做些笔记；〔2〕不要无故缺课，按时独立完成作业；〔3〕课前适当预习、课后认真复习并小结学习内容，遇到疑问及时参加答疑〔物理系每周安排了答疑〕；〔4〕学有余力的同学课外可以看看我们推荐的参考书。现在大学物理课的绝大局部老师采用课件上课，同学们完整地记笔记有一定困难，但适当地记录每次课的重点、要点还是非常必要的。在国家教委大学物理指导委员会制定的非物理专业理工科大学物理教学根本要求中，大学物理教学内容分掌握、理解和了解三个层次要求。其中，对掌握和理解的内容，同学们平时在课后应该自己复习小结一下，或者认真阅读我们特意为学生编写的教学辅导书《大学物理解题指导与练习》一书。这本书对大学物理各章节内容作了小结，并附了大量典型题。完成这本书上的课外自测题，对理解和掌握大学物理各章重点内容有非常好的效果。二、掌握根本的高等数学知识和理解重要的物理概念在大学物理的学习过程中，同学们遇到的最普遍的困难有两点，一是对重要物理概念的理解不透，因而在解决具体问题时不知从何处下手，或者不知用哪个定律求解。二是高等数学的应用能力较差，不会对物理问题进行数学建模并具体求解。事实上解决好这两方面的问题，大学物理的学习也就变得轻松了。为了说明理解概念的重要性，我们来看一个典型实例。如下图，图〔a〕是天花板下一长为l的轻质细线挂一重物M，另一粘性物体m以水平速率v和其作完全非弹性碰撞，求它们碰后速率。图〔b〕是天花板下悬挂的一个长为l的可光滑自由转动的质量M的刚性均质细棒，同样有一质量m的粘性小球以水平速率v和其发生完全非弹性碰撞，求碰撞后系统角速度大小。这两个外表看起来差不多的问题，其本质有很大区别。图〔a〕系统在碰撞前后水平方向受合外力几乎为零，即满足，动量守恒，故用动量守恒定律就可求解此题，这是中学物理就可做的题；而图〔b〕系统在碰撞中，棒在O点受到一个约束反力，这个力在水平方向的分力较大。对系统而言，水平方向就不成立，系统在水平方向动量就不守恒。可是许多同学在做作业和考试时仍然用动量守恒定律做，当然就出现概念性错误了。实际上这个题应采用角动量守恒定律求解，因为系统对垂直于O点转轴的合外力矩近似为零。而这个内容一般到大学物理才介绍。要深刻理解重要的物理概念，除了认真上课，听老师讲授外，自己课后认真阅读教材和教辅书并写出各章节小结是必要的，因为这样做可以帮助自己弄清所学内容的根本物理概念。关于物理学习中另一个问题，即高数应用能力问题，是指要求学生要有比拟好的数学功底，因为大学物理的大局部内容离不开高数知识的应用。而其中用的最多的是微积分和矢量知识。学好高数对学习大学物理是非常重要的，特别是应用题的求解。当然同学们也不要因为数学根底稍差就感到紧张，实际上大学物理要用到的高数知识是最根本最简单的一些内容。例如矢量知识，主要是矢量的加减运算和标积、矢积运算以及矢量的微积分处理等。通常同学们只要2到4学时的认真学习就完全可以掌握学习大学物理所需要的矢量知识了。而微积分在大学物理中的应用也不是很难。例如电磁学中用得比拟多的积分就是和以及三角函数的积分，这些也是大家学习高数后最起码应该掌握的数学知识。而有一局部同学这样的数学根底也没有掌握好，大学物理学不好当然就缺乏为怪了。为了更好地学习大学物理，希望同学们首先认真学好高等数学。三、掌握物理学解决问题的根本思路和各种方法物理学的根本概念和规律是在分析具体物理问题的过程中逐步建立和掌握的。因此，在求解问题之前必须对所研究的物理问题建立一个清晰的图像，从而明确解题的思路和方法。只有这样，才能在解完题之后留下一些值得回味的东西，体会到物理问题所蕴含的微妙和涵义，真正掌握物理学的思想方法。因为大学物理内容丰富，对于不同的内容可以有不同特色的学习方法。限于篇幅，下面就结合各局部内容简单介绍一些学习方法，供同学们学习中参考。力学从中学物理到大学物理，力学局部的内容是比拟相近的，但解决问题的深度不同，方法也就不一样。例如：在质点运动学中，中学求解的主要是物体匀加速直线运动或匀速率圆周运动等问题，而大学物理中质点运动规律是不受限制的，通常解决问题需要有高数的应用。因此熟练掌握高数在力学局部的应用是学好大学物理良好的开端。此外，大学物理力学局部增加了刚体力学内容，这样同学们在求解力学问题时就首先要正确选择物理模型和认识运动过程，不要如前面我们提到的例题那样把质点和刚体二种不同模型问题弄混，特别是遇到它们综合在一起时要能恰当地找出解决问题的规律。类比法上面提到质点和刚体是不同的物理模型，它们运动规律当然不同。但是刚体的运动规律是通过刚体上每个质点的运动规律导出，这样它们在描述上又有许多关联之处。例如质点直线运动和刚体定轴转动就可以有以下对应关系：这里的对应关系十清楚显。通过这种类比方法，可以让我们用已掌握的质点运动学内容帮助学习新的刚体力学内容。这种类比方法在学习电学和磁学时也存在。可见只要我们在物理学习中善于归纳类比，就可以沟通不同领域内相似问题的研究思想和方法，并由此及彼，触类旁通。微积分在力学中的应用微积分在力学局部的应用是普遍的。例如对运动学问题可以归纳为两类。第一类：运动方程，求速度和加速度。只要掌握公式和就可以方便求出和。因此在解决实际问题时，对这类问题通常根据质点运动规律设法给出表达式就可以了。第二类：质点某状态〔例如初始态〕下的或，求运动方程。这时通常用到积分和就可以求解。可见掌握微积分在大学物理中应用是必要的。热力学根底这局部内容比拟简单，主要重点可以归纳为：首先要掌握好热力学第一定律和理想气体状态方程这二个公式，然后详细应用它们导出理想气体在等体、等压、等温和绝热四个过程中系统变化的规律，并自己做整理以帮助记忆公式。在整理时要养成画这几个过程的图的习惯。如果掌握了这四个重要过程，在讨论循环过程求效率等问题时就十分轻松。电磁学电磁学是大学物理中学习内容最多，也是同学们学习时困难最大的局部。主要原因是电磁学比拟抽象、高数应用又较难。这局部内容学习中涉及到的求解问题方法可以有很多。如：对称性分析法、补偿法、类比法以及微元法等。这就需要同学们经过一定的练习去掌握这些方法。例如微元法在求解电场强度、电势、磁感应强度时是常用的方法。使用微元法的根底是电场和磁场的叠加原理。例：求均匀带电圆环在轴线上一点的电场强度。可以取带电线元为点电荷元，那么它在轴上一点产生的场强，然后利用对称性分析法就可知道只要求沿轴线方向场强的分量就可以了，即做的积分。而在具体求解中，这里如何统一被积函数中变量又是一个困难点，它需要同学们有良好的数学根底和清楚的物理概念，这些当然要在不断的学习中逐渐掌握。同样在求一段载流长直导线周围的磁感应强度时也有相同的经历。希望同学们在学习中学会总结。振动、波动和光学这局部内容许多物理书是把它们安排在一起的，其原因是在内容上它们的关联性很强，因此，在学习上要注意连续性。振动是波动的根底，只有把振动局部的知识牢牢掌握，打好根底，才能学好波动；同样波动中有关波的干预等学好了，对波动光学的学习又是重要的根底。这里简单介绍一下学习这局部内容常用的局部研究方法。比拟法在振动、波动中求振动方程和波动方程通常有两种题型：〔A〕由题给一些条件求简谐振动或波动方程；〔B〕由题给振动曲线图或波形图求振动方程和波动方程。在这里我们可以用比拟法求解此类问题。所谓比拟法，通常先写出振动和波动的一般方程然后采用与条件比拟的方法来确定式中各相应物理量。一般式中的初相可以由题给信息通过旋转矢量法方便求得。对一般同学而言，象用这样的比拟法的好处就是知道自己在做什么？目的是什么？如果能写出上述方程，并理解其中各物理量的意义，问题也就解决一半了。相反，如果连自己要求的振动方程和波动方程的一般形式都写不出，当然就不可能解决问题。〔2〕相位分析法相位是研究振动、波动问题的有效工具，无论是建立振动方程，比拟两个振动的差异、研究振动的合成，或是表述波动特征、导出波动方程和研究波的干预及学习光学等都离不开相位和相位差的概念和计算。例如讨论波的干预或光的干预时采用相位分析法非常重要。〔3〕光程差分析法在波动光学中，光的干预、衍射是主要内容，而讨论干预、衍射出现的明、暗条纹情况又是十分重要的。在光的干预〔双缝、薄膜、劈尖、牛顿环干预等〕和光栅衍射中只要能写出两束相干光的光程差，问题就解决了。由公式就可以讨论干预和衍射结果。因此如何写出光程差就成了这局部内容的一个关键。例如在薄膜干预中，光程差或，这时要仔细考虑半波损失情况，决定是否有项，以便写出正确的光程差。4、近代物理近代物理主要分狭义相对论和量子物理，而在大学物理中，这些内容的要求都是非常根本和简单的。主要是要求同学了解一些知识点，没有复杂的公式，也没有复杂的计算，关键是要求同学们的思想观念要变化，要有接受新事物的创新精神，不能用传统观念去理解高速运动物体和微观粒子的运动规律。如果在学习中能够抓住各局部