研究生物理教学论文

康普顿(Arthur Holly Compton)教授是美国著名的物理学家、“康普顿效应”的发现者。 1892年9月10日康普顿出生干俄亥俄州的伍斯特，1962年3月15日于加利福尼亚州的伯克利逝世，终年70岁。 康普顿出身于高级知识分子家庭，其父曾任伍斯特学院哲学救授兼院长。康普顿的大哥卡尔(KarL)是普林斯顿大学物理系主任，后来成为麻省理工学院院长，他是康普顿最亲密的和最好的科学带路人。 康普顿中学毕业后，升入伍斯特学院。该院具有悠久的历史传统，这对康普顿一生的事业具有决定性的影响。在这里，他所受的基础教育，几乎完全决定了他一生中对生活、科学的态度。在学院以外，康普顿熟悉许多感兴趣的事物，诸如密执安的夏令营、卡尔早期的科学实验,等等。所有这些对康普顿以后的科学生涯也都超着重要的作用。 1913年，康普顿从伍斯特学院毕业后，进入普林斯顿大学深造,1914年取得硕士学位，1916年取得博士学位。他的博士学位论文起先由里查逊(O·W·Richardson)指导，后来在库克(H·L·Cooke)指导下完成。取得哲学博士学位后，康普顿在明尼苏达大学(1916—1917)担任为期一年的物理学教学工作,随后在宾夕法尼亚州的东匹兹堡威斯汀豪斯电气和制造公司担任两年研究工程师。在此期间，康普顿为陆军通讯兵发展航空仪器做了大量有独创性的工作；并且还取得钠汽灯设计的专利。后面这一项工作跟他以后在美国俄亥俄州克利夫兰内拉帕克创办荧光灯工业密切相关；在内拉帕克期间，他跟通用电气公司的技术指导佐利·杰弗里斯(Zay Jeffries)密切配合，促进了荧光灯工业的发展，使荧光灯的研制进入最活跃的年代。 康普顿的科学家生涯是从研究X射线开始的。早在大学学习时期,他在毕业论文中，就提出一个新的理论见解，其大意是：在晶体中X射线衍射的强度是与该晶体所含的原子中的电子分布有关。在威斯汀豪斯期间(1917——1919)；康普顿继续从事X射线的研究。从1918年起，他在理论在获得X射线吸收与和实验两方面研究了X射线的散射。散射数据之间的定量吻合之后，根据J·J·汤姆逊的经典理论，康普顿提出了电子有限线度(半径×10-10”cm)的假设，说明密度与散射角的观察关系。这是个简单的开端，却导致了后来形成的电子以及其它基本粒子的“康普顿波长”概念。这个概念后来在他自己的X射线散射的量子理论以及量子电动力学中都充分地得到了发展。 在这一时期他的第二项研究，是1917年在明尼苏达大学跟奥斯瓦德·罗格利(Oswrald Rognley)一起开始的，这就是关于决定磁化效应对磁晶体X射线反射的密度问题。这项研究表明，电子轨道运动对磁化效应不起作用。他认为铁磁性是由于电子本身的固有特性所引起的，这是一个基本磁荷。这一看法的正确性后来由他在芝加哥大学指导的学生斯特思斯(J·C·Stearns)用实验得出的结果作了更有力的证明。 第—次世界大战后，1919至1920年间，康普顿到英国进修，在剑桥卡文迪许实验室从事研究。当时卡文迪许实验室正处于最兴旺发达的年代，许多年青有为的英国科学工作者从战场转到这里跟随卢瑟福、J·J·汤姆逊进行研究。康普顿认为它是一个最鼓舞人心的年代，在这段时间里他不仅限卢瑟福建立了关系；而且也得以与汤姆逊会面。当时，汤姆逊对他的研究能力给以高度的评价，这极大地鼓舞了康普顿，使他对自己的见解更加充满信心。康普顿跟汤姆逊的友好关系二直保持到生命的最后一刻。 在剑桥期间，由于高压X射线装置不适用，康普顿便改用γ射线进行散射实验。这—实验不仅证实格雷（T·A·Gray)其他科学家早期研究的结果，同时也为康普顿对X射线散射实验作更深人的研究奠定了基础。 之后，康普领于1920年回到美国，在圣路易斯华盛顿大学担任韦曼·克劳(Wayman Crow)讲座教授兼物理系主任。在这里他作出了对他来说是最伟大的一个发现。当时，康普顿把来自钼靶的X射线投射到石墨上以观测被散射后的x射线。他发现其中包含有两种不同频率的成分，一种频率(或波长)和原来人射的X射线的频率相同，而另一种则比原来人射的父射线的频率小。这种频率的改变和散射角有一定的关系。对于第一种不改变频率的成分可用通常的波动理论来说明，因为根据光的波动理论，散射不会改变入射光的频率。而实验中出现的、第二种频率变小的成分却令人费解，它无法用经典的概念来说明。面对这种实验所观测到的事实，康普顿于1923年提出了自己的解释。他认为这种现象是由光量子和电子的相互碰撞引起的。光量子不仅具有能量，而且具有某些类似力学意义的动量，在碰撞过程中，光子把一部分能量传递给电子，减少了它的能量，因而也就降低了它的频率。另外，根据碰撞粒子的能量和动量守恒，可以导出频率改变和散射角的依赖关系，这也就能很好地说明了康普顿所观测到的事实。这样一来，人们不得不承认：光除了具有早巳熟知的波动性以外，还具有粒子的性质。这就说明了一束光是由互相分离的若干粒子所组成的，这种粒子在许多方面表现出和通常物质的粒子具有同样的性质。康普顿的这一科学研究成果，陆陆续续发表在许多期刊上。1926年他又把先后发表的论文综合起来写成《 X射线与电子》一书。 1923年，康普顿接受了芝加哥大学物理学教授职位(R·A·密立根曾经担任过这一职位)，同迈克尔逊共事。在这里担，他把自己的第一项研究定名为“康普顿效应”。由于他对“康普顿效应”的一系列实验及其理论解释，因此与英国的A·T·R威尔逊一起分享了1927年度诺贝尔物理学奖金。这时他年仅35岁。同年，他被选为美国国立科学院院士，1929年成为C·H·斯威夫特(C·H·Svift)讲座教授。 1930年，康普顿改变了自己的主要兴趣，从研究X射线转为研究宇宙射线。这是因为宇宙射线中的高能γ射线和电子的相互作用是“康普顿效应”的一个重要方面(今天，高能电子与低能光子相互作用的反康普顿效应是天文物理学的重要研究课题)。第二次世界大战期间，许多物理学家都关心“铀的问题”，康普顿更不例外。1941年l1月6日，康普顿作为国立科学院铀委员会主席，发表了一篇关于原子能的军事潜力的报告，这篇报告促进了核反应堆和原子弹的发展。劳伦斯在加利福尼亚大学发现钚，不久，曼哈顿工区冶金实验室负责生产钚，这些方面的工作主要也是由康普顿和劳伦斯领导的。费米设计的第一个原于核链式反应堆，也曾受到康普顿的支持和鼓励。 战争末期，康普顿接受了圣路易斯华盛顿大学校长的职位。二五年前，他正是在该校做出了最大的物理发现——“康普顿效应”。1954年，康普顿到了应从大学行政领导岗位上退休的年龄了。退休后，他继续讲学、教书并撰写著作。在此期间他发表了《原子探索》一书。这是一部名著，它完整而系统地汇集了战争期间曼哈顿计划中所有同事的研究成果。 康普顿是世界最伟大的科学家之一。他所发现的“康普顿效应”是发展量于物理学的核心。他的这一发现为自己在伟大科学家的行列中取得了无可争辩的地位。

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物理学家，是指探索、研究世界的组成与运行规律的科学家。这是我为大家整理的关于物理学家学术论文，仅供参考!

对物理学家失误的解读

摘 要：通过在物理教学中客观介绍物理学家的失误，从而正确认识科学发展的曲折和科学家付出劳动的艰辛，并在实际探究的过程中体验物理学家研究问题的方法，发展科学探究所必需的创新思维，从而提高学生科学探究的能力。

关键词：失误;科学探究;创新思维

中图分类号：G420 文献标识码：A

文章编号：1992-7711(2012)10-081-1

在物理教学中，我们更多地介绍了物理学家成功的、正确的一面，而往往忽略了他们的失误。在物理教学中客观介绍物理学家的失误，通过对他们在特定历史条件下酿成失误原因的剖析，对中学物理教学具有积极的意义。

一、在物理教学中客观介绍物理学家的失误

事实上，物理大师也会走弯路，有失误。在物理学发展的过程中，这样的事例可以说是屡见不鲜的。发现放射性元素的贝克勒尔认为要找到比铀的放射性还要大得多的元素是不大可能的;牛顿推算光在介质中的速度比真空中大;电磁波的发现者赫兹由于实验的局限而错误地认为阴极射线不带电。

中子发现的历史更值得回顾。在查德威克发现中子前，在实验中已有迹象表明在核中可能存在一种中性子。例如，1930年德国物理学家玻特和他的学生利用α粒子轰击铍元素时，发现产生了一种穿透力极强的射线。后来居里夫人的女儿I?居里和她的丈夫约里奥对这种射线进行了研究。他们将这种射线射到石蜡上，测到了有反冲质子从石蜡放出，他们认为这反冲质子是由这种不带电的的射线所轰击出来的。但遗憾的是约里奥-居里夫妇和玻特等人都没能抛弃传统的旧观念，而断言为这种射线正是大家所知的Υ射线。太可惜了!尤其对约里奥-居里夫妇而言，只要根据打出质子的动能，仔细地推算一下，假如入射粒子是Υ光子的话，那么它的能量将达几十兆电子伏，要比实验测得的这种未知中性粒子的能量大得多，于是就会发现，这种未知中性粒子不可能是Υ射线。可惜旧的传统观念太深了，以致快到手的成果丢掉了。在正电子的发现过程中，同样的失误又一次发生在约里奥-居里夫妇身上，使他们成了正如恩格斯所描述的“当真理碰到鼻子尖上的时候，还是没有得到真理”的人。

纵观物理学家们的失误，造成他们作出错误分析或错失了重大科学发现的主要原因有两个：一是科学发现和创造是人类向未知领域不断探索的一个过程，而这个过程必然是复杂的、艰难曲折的，在这样的过程中出现一些失误是难免的;二是传统思想的束缚，科学发现和创造需要丰富的想象力，需要新思想、新观念，因循守旧、墨守成规就不可能作出科学发现，但突破传统观念总是非常不容易。

二、在物理教学中介绍物理学家失误的积极意义

在物理教学中，教师引导学生认识物理学家的失误，分析失误的原因，似乎会使学生产生对科学的怀疑，对科学家的不敬，在时代呼唤更多创新人才的今天，这并非不是一件好事，将有利于学生体会到人类认识自然，改造自然是个曲折艰苦的过程，是个反复修正、反复深化的过程;有利于确立不怕挫折的信念，增强学习中的毅力;有利于学生打破思维定势，活跃课堂气氛，培养创新思维能力;有利于树立学生挑战权威，服从真理的求知精神。

当然，仅仅介绍物理学家的失误，并不能达到上述目的，更要注意向学生讲述物理学家对待失误和挫折的科学态度和不屈的探索真理的精神。约里奥-居里夫妇不仅错失了发现中子的良机，后来又错失了发现正电子的机会。但他们从失败中吸取教训，始终以饱满的工作热情、坚忍不拔的意志投入研究工作，功夫不负有心人，他们终于在1934年获得了20世纪中最重要的发现之一——人工放射性，并荣获了诺贝尔物理学奖。中国科学家王淦昌教授因为自身或客观条件的限制在发现中子、验证中微子存在等物理研究方面几次和诺贝尔奖擦肩而过，但他并没有放弃对科学热诚的追求，而是进一步拓展研究领域，在众多领域里提出了自己独到的见解，直到年逾90，仍不时到研究室去，他提出的激光引发氘核出中子的想法，成为惯性约束核聚变的重要科研项目，一旦实现，这将使人类彻底解决能源问题。

在物理教学中引导学生辨别物理学家的失误和科学上的也是值得重视的一个方面，法国物理学的权威布朗洛发现N射线就是一场巨大的。对科学史上的揭示显然可以使学生正确理解物理学家的失误，而激发学生对科学家们由衷的敬佩。在实际的教学中我们似乎更应该让学生在进行相关科学探究的实践中重复物理学家的失误，比如在讲电磁感应相关内容时，笔者有意安排了这样的实验，将电流表的表面背对学生，在插入磁铁后，让学生跑到讲台后看指针的读数，学生看过常常露出不解的神情，“指针没动啊!”可磁铁确实在线圈中啊!如此，模仿了当年科拉顿所做实验的情景，并设置了相关的问题使学生明白科拉顿的失误和法拉第的成功在创新思想上的不同之处。

三、在物理教学中介绍物理学家失误的几点反思

1.介绍物理学家的失误，促进新的课程资源不断生成。

正视并合理开发日常教学中的错误资源可以丰富课程内容，激发学生的参与热情，促进新的课程资源不断生成，对师生创造性智慧的激发会起到十分重要的作用。为此，我们可以利用学生的错误激发认知冲突，促进学生思维碰撞;抓住学生因知识经验和思维方式不同而出现的错误的观点和想法，引导学生合作交流，促进生成;不轻易剥夺学生自主发现错误的机会，为教学的有效介入创造最佳时机。

2.介绍物理学家的失误，促进教师更好地锤炼教学艺术。

既然物理学家都可以有失误，对我们教师来说在教学中的失误也就没必要去遮遮掩掩。在教学中，教学双方也会因为各种情况而发生错误，错误可能来自学生，也可能来自教师。对于学生的错误，我们常常能从容应对，对于自己的失误，我们也不能回避，而是要认真反思，究其原因，寻其策略，从而提高教学设计能力和课堂教学水平。错误的价值有时并不在于错误本身，课堂教学中的错误，对学生来说是一次很好的锻炼机会，对老师来说也可以是一次机遇，在生成性的教学中教师正确处理失误是可以锤炼教学艺术，提高自身的专业水平的。

物理学家阿伯拉罕・派斯和他的物理学史著作解读与述评

摘 要：本文主要是对阿伯拉罕・派斯进行评述，探究其对于整个物理学做出的巨大贡献。与此同时，从其著作方面入手，加强关于著作方面的科学解读，希望能够充分继承这位伟大物理学家的精神，对其贡献进一步探究，从而推动整个物理学的不断发展。

关键词：阿拉伯罕・派斯 物理学史 著作 解读 评述

2000年，作为做出杰出贡献的一位伟大物理学家，同时又是一位科学史作家，阿伯拉罕・派斯不幸去世。派斯去世的原因，主要是心脏病发作，他最后的时光在哥本哈根度过，终年82岁。

派斯，1918年出生于荷兰，属于传统犹太人。派斯的中小学教育始于阿姆斯特丹。随后，凭借着自身优异的学习成绩，他非常顺利地进入大学继续学习和深造。1938年派斯顺利毕业，并获取了两个学位，一是物理学，二是数学。但派斯并没有满足于此，而是来到乌得勒支大学，进行个人学术的进一步深造，追随导师乌伦贝克。后来乌伦贝克定居美国，因此派斯的硕士毕业论文，由罗森菲尔德进行有效指导并完成。最终派斯在1940年硕士顺利毕业，取得了相应的硕士学位。然而在当时，德国已经发动世界大战，并逐渐占领荷兰。第二年，德国宣布，7月14日之后，整个荷兰的任何一所大学，严格禁止犹太人考取博士。这件事无疑影响了派斯，他努力赶写博士论文，限期真正到来之前，他最终顺利完成论文答辩。

纵观派斯的整个求学生涯，真是十分不易。然而，派斯随后将要面对的处境更加危险和艰难。当时，纳粹分子对犹太人进行压迫，这也使当地诸多物理学家，为免于遭受迫害而选择逃避，离开了培养自己的大陆。但是派斯不同，他没有离开故土荷兰。也正因为如此，战争爆发后，派斯提心吊胆，整天需要东躲西藏。访问他的当地物理学家也越来越少，除了克拉默斯，派斯较为重要的朋友。克拉默斯访问时，一般都带科学文献，两个人进行物理学知识的相关探讨。克拉默斯本来在莱顿大学承担教授职务，但后来，犹太人解雇现象较为严重，教授对德国人的残暴行为进行了抗议，德国占领大学之后，勒令当局关闭了学校。这对派斯的日常研究，即量子电动力学，造成了极大的不便。每当回首往事，派斯都感到非常不堪。荷兰当地犹太人，包括派斯的妹妹，普遍开始被抓，然后进入死亡集中营，遭到德国人残酷的杀害。而派斯自己，幸运的是能够免于这场灾难。灾难具体情况，详见其自传体著作《欧美记事》。

第二次世界大战结束之后，1946年，派斯到达哥本哈根。在那里，派斯会见了波尔，与其一家人相处融洽。与此同时，他与波尔展开了知识方面的沟通，彼此交流十分惬意。在波尔的大力推荐下，1946年秋，派斯前往美国进行访问和调查，访问的具体地点为普林斯顿，当地的一家高等研究所，但是在当时，这个研究所成立时间不长，物理学的相关研究并没有取得杰出成果。不过研究所的物理学家鉴于自身多年的经验，告诫派斯，研究过程中，如果一味闭门造车，是绝对行不通的，需要广泛涉猎。派斯听取了同行的建议，决定不再回欧洲，留下来潜心研究物理学。

派斯刚刚来到美国的时候，量子电动力学的研究取得了革命性的进展，理论物理学也得到了极大的发展。1947年，设尔特岛会议顺利召开，派斯有幸受邀参加。在这次会议上，施温格做出了科学量子力界的报告，报告非常详细。与此同时，“费曼图”这一理念得以提出。

派斯深深明白，量子电动力学领域，今后势必具有广阔的发展前景，但是这似乎已经和自己的关系不是那么密切了。尽管这方面的雄心有一定的挫败，但是派斯并没有被真正击败，而是转向宇宙线的相关领域。派斯变得更加努力，在加强探索的同时秉承更加积极的态度，针对现象进行科学合理的解释。基于此，派斯得以明确自身的方向，并着眼于基本粒子，研究工作也得到了充分的贯彻落实。

派斯经过大量研究，逐渐提出了协同产生规律等方面的内容，这在日后得到了有效证明和确立。后来，新量子数即奇异数，诞生并发展，关于这方面，派斯曾经与盖尔曼展开过合作，但是实验研究最终失败。

派斯仍然不放弃进行研究，最终提出了K介子混合理念。基于物理学本质来说，量子力学得到了充分诠释，态叠加原理也得到了完善。但是很多物理学家不禁产生了疑问，粒子混合究竟能否符合实际?然而，我们如果站在量子力学角度进行分析，透过基本粒子的本质，会发现观察量具有自带属性的特点，本身存在相应特征和形态。在态叠加原理的应用过程中，守恒电子数一旦满足这一相同条件，粒子混合就能实现。经过派斯等人的共同努力，K介子系统问题得到了充分解决。在这之后，粒子混合不断涌现。不久，科学界又提出了量子排这一概念。通过量子排方面的科学研究，粒子物理学得到了更快的发展，最终在一定程度上推动了原子物理学的发展，并对其形成一定反哺。基于此，量子力学概念得到普及和推广。量子排现象之所以提出较晚，很大一部分原因是人们不敢对其进行大胆想象。

派斯在其他领域同样做出过一定贡献，比如G宇宙领域。然而，在70年代末，派斯逐渐转向物理学史，注重加强这方面的探索和研究，朝着作家的方向发展，并在这方面进展顺利，例如爱因斯坦传记得到了广泛好评，波尔传记也同样大获成功，中文出版量相当可观。还有关于基本粒子方面的科学史巨著《基本粒子的物理学史》的中译本也问世。派斯造诣十分高深，熟知理论物理，对物理学史的叙述表现出一种深刻的洞察。除此之外，派斯语言能力超强，除了母语荷兰语外，他还熟悉地掌握了英语、法语、德语、丹麦语，这为他的科学史研究提供了极大的便利。

派斯的物理学著作，内容更加凸显真实性，如对科学界出现的错误等都进行了如实体现。特别是曾经承受的挫折、物理学走过的弯路，以及物理学家在长期探索过程中经历的迷惘、物理学家个人存在哪些不足等，他都较为直率地指出。

比方说，在爱因斯坦传中，派斯对爱因斯坦的不成熟之处以及其研究中走过的弯路、犯过的错误都进行了毫不客气的说明。再比如，书中指出，马赫原理虽然没有对物理学理论起过推动作用，但它仍然可能是未来的研究课题。

虽然派斯对波尔十分尊重和爱戴，但在波尔传记中对其并未有讳言。比方说，在量子力学领域波尔失误不少，尤其是波尔还曾否定已经被广泛认可的能量守恒定律，对此派斯在书中也如实进行了记录。除此之外，他还指出了哥本哈根阵营中泡利、狄克拉等人对波尔的不满之词。

由此可见，派斯在潜心著作的过程中，始终秉承公允的态度，并且敢于分析伟大物理学家的不足，敢于说出真话，态度十分端正，因而学术界对其十分认可和重视。派斯尤其重视书名，绞尽脑汁之后，才能拟定完成，而且一定要别出心裁。

1963年，派斯最终选择离开普林斯顿大学，来到了纽约，进入洛克菲勒大学工作，直到退休。1990年，派斯同他的第三任妻子――丹麦人类学家尼可莱森结婚，结婚之后，派斯每年往来穿梭于纽约和哥本哈根之间。2000年，派斯的《科学英才：20世纪物理学家群像》问世，这部著作是派斯从个人视角对自己所认识的物理学家进行的速写，是他的最后一部著作。

参考文献：

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[2] 刘昊淼.浅析量子力学无限方势阱――通过无限深势阱来理解量子力学非定域性[J].神州(上旬刊)，2013(9).

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[4] 张占新，莫文玲，王凤鸣等.通过计算氢原子的玻尔半径，加深对量子力学的理解[J].大学物理，2011(30).

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