物理之美的论文

同学你好，这是我在以前写的一篇，你可以参考一下。不过，题目中的“终于”说明以前应该是很讨厌物理，所以你可以写之前自己并不喜欢物理，然后通过一次物理在生活中的应用发现了物理学之美。我的文章仅供参考！ 杨振宁在《美和理论物理学》一文中指出:“科学中存在美。”自然之美在诗人、作家笔下展现,让人心旷神怡,而源于自然之美的科学美,特别是物理美范畴体系的简单美、奇异美、真理美、对称美、和谐美、统一美等更让人陶醉。 物理学是一门闪耀着美的光辉的科学,它的美体现在物理学理论的内容和形式上,也体现在物理学研究的过程中。作为以追求宇宙的和谐为目的的科学,物理学家们在探索自然界物质运动的规律时,无论他们所运用的巧妙的思想方法、他们的勤劳和智慧的结晶———简单、和谐的物理理论,还是他们在追求真理的过程中所体现出严谨求实、锲而不舍的科学精神,无不向人们展示科学自身的至美。 美是科学的本性之一,也是进行科学研究的方法。因此,用科学美熏陶学生,使他们在对真、善、美的追求中,产生对大自然和对科学由衷热爱的强烈感情,并随着学习的不断深入使这种感情不断升华,进而成长为一个既有较高的科学素养,又有一定审美能力的和谐发展的健全人才,是贯穿物理教学始终的重要任务。物理学中的美可以从以下几方面展现。 一、简单美 简单美是物理学的重要标志,历代物理学家无不崇尚。牛顿说过:“自然界喜欢简单,而不爱以什么多余的原因以夸耀自己。”的确,尽管我们面前的物理世界看似纷繁复杂,但它们所遵循的规律却是简单的,物理学家则无不力求用简单的语言来描述它,而物理学也在对简单的追求中逐步发展起来,这样的例子在物理学发展史中不胜枚举。 公元2 世纪,古希腊天文学家托勒密建立了“地球中心”的宇宙模型。为了能够说明复杂的天体运动,托勒密不得不在他的模型中增加一系列“均轮”和“本轮”,因而使他的宇宙模型复杂不堪。崇尚简单的天文学家哥白尼认为,天体的运动应当是简单的,托勒密的宇宙模型不符合数学原理,因而是不正确的。他从天体运动的简单性出发,而且更精确、更简洁的解释了天体运动的规律,把人类对天体运动的认识引入了科学的轨道。爱因斯坦毕生的心血结晶:质能方程E = mc2 ,形式十分简单,但内容极其丰富———用最精练的语言、最少的符号,提示了奥秘无比的自然规律,称得上是叹为观止的简洁美,而方程中出现的自然界极限速度———光速,又在简单之中勾起人们对神秘的无限遐想。 开普勒行星运动第三定律: R3PT2 = 常量,其形式如此简单,太阳系中所有行星的运动都符合这一规律,奇妙的“2”和“3”使一切井然有序,开普勒不愧为“天空立法者”的称号。简单美,这古老的科学美给人以集中、明快感,同时简单性也是一个科学方法论的原则。在美国《物理学世界》2002 年9 月刊登了在美国物理学家中作的调查,评出历史上“最美丽的物理实验”,它们绝大多数由科学家独立完成,采用自制的简单仪器,方法直接,结论清楚。如中学物理教材中伽利略的自由落体实验,牛顿的棱镜分解太阳光、托马斯?杨的双缝干涉实验等都是最少的人用最简单的仪器和设备,发现了最根本、最单纯的科学概念,科学的简单美蕴藏其中。二、奇异美 日常教学及教材注重物理概念的建立,物理规律的理解和应用,但每一个物理概念的建立,新理论的形成,总包含某种奇异,展现奇异之美,是提高学生创新能力的有效途径。奇异之所以美,首先在于它体现了科学理论中的艺术因素,在本质上是科学审美现象的结晶。单纯的观察、实验事实无论积累了多少,都不能直接地、必然地导出独创性的科学思想,在教材中玻尔氢原子理论中引入了量子概念,由经典物理向外发散,突破连续的概念,神奇的提出量子的设想,从而演进成壮观的量子物理学。 物理学史,既是一部探索物质结构的历史,也是一部捕捉奇异美,发展奇异美的历史。1924 年,德布罗意向巴黎大学科学院提交了一份令人十分惊奇的博士论文,德布罗意从爱因斯坦光的波粒二象性得到启示,用类比的方法,推广到物质实体,德布罗意的导师郎之万把这篇论文推荐给了爱因斯坦,德布罗意实物粒子和光具有对称性,被爱因斯坦所欣赏,物质波(德布罗意波) 的诞生,奇异中体现了科学理论中的艺术因素,本质上是科学审美现象的结晶,是独创性的科学思想。三、真理美 真理美是科学美的最基本特征。海森堡曾说过:“美是真理的光辉———其意义也可以理解为,探索者最初是借助于这种光辉,借助于它的照耀来认识真理的。”科学的真理性来源于科学的宗旨,科学的宗旨是揭示客观事物的本质属性和发展规律。因此,对“真”的追求就成为历代科学家忘我奋斗的根本动力。由此可见,科学美离不开真,离开了真,美就成了无源之水、无本之木。 综观物理学发展的整个历史,无处不是物理学家孜孜以求探索真理的真实写照。从伽俐略开创性的运用实验与数学相结合的科学研究方法,从而将人类对自然科学的研究带入一个历史性的新纪元开始,人类对物理学的研究就进入了一个不断向真理接近的过程: 牛顿发展了伽俐略的动力学理论,修正了其理论中的错误部分,形成了能够正确描述宏观低速状态下宇宙间物体运动规律的理论;爱因斯坦则以非凡的洞察力发现了牛顿绝对时空理论的不足,进而用全新的时空观建立了更加符合客观实际的狭义相对论和广义相对论等,都是物理学家在探索未知世界的过程中不断向真理靠近的生动体现。正是因为永远不会有所谓的“终极真理”,因此,物理学的理论并不是尽善尽美的,才使得人类的思维能够从微小至10 - 19M 的夸克到庞大至1026M 的宇宙深初遨游。而这种对科学真理的追求,正是真理美的最好体现。四、对称美所谓对称,是指一物体或一系统各部分之间比例的平衡与协调,由此能够产生一种简单性和美的愉悦。对称美是人们认识自然过程中产生的一种古老概念,对称的图案在我国新石器时代就出现了。物理世界中存在多种对称形式:作用力与反作用力、正电与负电、电与磁、吸引与排斥、正粒子与反粒子等。物理学理论中所体现出的对称性则从更高层次上揭示了自然界的对称性,与次同时,物理学家们已经把对称性原理作为科学研究的强有力的工具。在物理学理论中,有许多我们所熟知的守恒定律,如能量守恒定律、动量守恒定律、角动量守恒定律、电荷守恒定律等,而这些定律则是物理规律具有多种对称性的必然结果。如能量守恒与时间对称性相联系。角动量守恒与空间对称性相联系等,对称性与守恒定律之间的联系已经成为现代人们探究自然界的基本出发点之一,而这一联系也深刻的揭示了自然界的对称美。 另一方面,自然界的对称性并不是绝对的,在一定条件下还会出现对称性的“破缺”。我们熟知的弱相互作用下宇宙不守恒的原理就是典型的对称性破缺的例子。随着对物质结构研究的不断深入,人们进一步发现其他对称性破缺的事实,由此认识到,对称性的存在是客观事物普遍规律的内在依据,对称性的破缺则是事物表现出多样性的原因。这种对称中不对称的美与不对称中对称的美,实际上是更高层次的对称美。五、和谐美 中学力学,主要研究牛顿运动定律,牛顿从和谐美的角度吸收了伽俐略对运动的研究成果,得出牛顿第一、第二定律,又从开普勒第三定律出发,总结归纳出物体之间万有引力相互作用的公式: F =Gm1 m2PR2 ,而这正是开普勒的整个“宇宙”和谐运动和有次序结构的原因,并维持其现在图景的基本作用之一,也是伽俐略自由落体定律的依据。 宇宙、地球、分子、原子、核与粒子,就象交响乐团的各种配器,演奏出物质运动的雄浑主旋律;力学、热学、电磁学、原子物理学之间相互渗透,还与其他学科形成了许多交叉学科,其节奏、韵律体现了层次和谐美。 互补和谐美表现为一种立体美、景深美,在物理学中,唯象与唯理思想的交混,图线与公式描述的并用(如匀变速运动公式与其速度图象) ,理论与实验的互动, (光的波粒二象性到托马斯?杨的双缝干涉实验到实物粒子的波粒二象性) 都显示出了互补和谐美。再如,微观粒子的波粒二象性公式: E =hυ不但表现了波动性与粒子性的统一,也表现了二象性的互补,就象一个交响乐团演奏交响乐,单一乐器按乐谱演奏,可能不成曲调,没有美感,当所有乐器被指挥而互补时,就会演奏出浑然一体的主旋律。六、统一美 爱因斯坦说:“从那些看来与直接可见的真理十分不同的各种复杂现象中认识到它们的统一性,那是一种壮观的感觉。”因此追求科学的统一,用最简洁的理论描述物理世界,是物理学家梦寐以求的。物理学发展的历史,就是一个不断由小的统一走向大的统一的历史。如牛顿力学将地面上物体的运动与天体的运动统一起来,正确的描述了宏观低速条件下物体运动的规律;电、磁、光三者看起来并无必然的联系,但天才的麦克斯韦却把它们完美的统一于他的精美绝伦的电磁场方程中;而爱因斯坦则更将牛顿力学与麦克斯韦的电磁理论统一于他的相对论中。这些成就并没有使物理学家们满足,他们还在寻求统一的道路上奋力进取,在对自然界四种基本作用力的研究中,人们已经在弱电统一理论的研究中取得了重要进步,进一步统一四种相互作用的研究还在深入的进行。 除以上简述之外,物理学发展史中科学家们探索真理时所表现出的坚忍不拔、严谨求实的科学精神也是物理学中美的重要体现。 今天的教育要求培养全面素质的人才,科学经过分化后再综合的趋势要求人才知识技能的综合,要求人才思维的综合,只有以美作为实践的最终目的,作为追求的最高境界,并在教学过程中,不断引导学生发现美、欣赏美、探索美,把对美的追求变为自觉行动,才能造就象达芬奇那样兼有科学与艺术素质的大艺术家,造就象爱因斯坦那样具有优秀艺术素质的大科学家。物理学中蕴藏的美,有待我们进一步发掘、展现,并在美的追求中造就高素质人才。

摘要：物理是一门历史悠久的自然学科。随着科技的发展，社会的进步，物理已渗入到人类生活的各个领域； 物理学存在于物理学家的身边；物理学也存在于同学们身边；在学习中，同学们要树立科学意识，大处着眼，小处着手，经历观察、思考、实践、创新等活动，逐步掌握科学的学习方法，训练科学的思维方式，不久你就会拥有科学家的头脑，为自己今后惊叹不已的发展，为今后美好的生活打下扎实的基础。关键词：物理 贡献 各个领域 科学意识 实验 科学思维方式 1物理学对人类文明的贡献:在人类在几百万年的历史长河中,文明社会数千年里程中只是缓慢地前进,到最近几个世纪却发生如此翻天覆地的变化呢 回顾300多年来从哥白尼开始,从牛顿力学到现代物理学发展,对照联合国大会关于国际物理年的决议,结论是很清楚的:物理学做出了重要的贡献,物理学的发展使人类认识了自然界,是物理学为技术的发展提供了理论基础和思想源泉,是物理学发展了现代人类文明.如果我们做一个简要的回顾: 是物理学推动了人类历史上两次工业革命. 1687年,牛顿奠定经典力学的基础 .1750年,蒸汽机,纺织机械发明.1804年,蒸汽火车出现在欧洲大陆.——以动力革命为推动的工业革命, 形成了规模化生产,铁路的发展形成了更大的市场.没有经典力学和热力学的发展,就不会有一代一代热机的改进和发展,不能创造出汽车,火车,飞机,不能有火箭和人造卫星以实现飞离地球,奔向太空探索的梦想. 1831年,法拉第"电磁感应"奠定了机械能转化为电能的基础:1840年,焦耳"能量守恒定律",揭示了各种不同形式之间转化的规律.形成了第二次工业革命.第二次产业革命本质上就是电力技术革命,是用大规模电气化生产替代以蒸汽机和内燃机为动力的规模工业化生产.没有电磁感应理论,就没有电力技术. 1895年,贝克内尔发现放射性,人们开始进入物质的分子,原子,原子核内部;1900年,普朗克提出量子论;1905年,爱因斯坦提出相对论力学,十年后又提出"广义相对论". 1944年,原子弹试验成功;1948年,维那,香农"信息论,控制论,系统论".——出现核武器,核发电,信息科学和自动化理论和应用,人类社会进入成熟工业化. 建立在物理学重要分支电子学基础上,1946年电子管计算机ENIAC诞生,数字技术出现;1948年,Bell Lab发明了二极管;1958年,第一块集成电路出现;1978年,微计算机8086出现;1995年,Internet开通.———信息技术经过50年的助跑,进入高增长的辉煌时期.由信息技术带动一系列高技术兴起,知识经济和经济全球化初见端倪.电子技术,激光技术,超导技术,微电子技术,信息技术,纳米技术等划时代技术革命,构筑起了雄伟,壮丽的现代科技大厦. 物理学的贡献还不止如此,物理学一些相邻较远的科学也产生了重大的影响."生命是什么" 生命科学的初期,是以观测,解剖,分析为主要手段的科学,物理学为生命科学提供了越来越精细的观测手段,直到进入分子水平.开始介入到生命的本质. "人类基因组"启动,借助了大量的分析,测量,计算工具都是物理学的成果.从生命科学的产生历史,当今的现实和今后的发展,无可争议地表明,离开物理学理论和实验方法,手段,离开物理学家直接投入和共同努力,生命科学的发展将遭遇不可克服的困难. 现代生态学,地理学,借助于物理学对地球看到更早,更高,更远,更精细.显微镜,光学和射电望远镜这些来源于光学,电子学原理的仪器已经成为常规观测手段.这是物理学方法对现代生态学,地理学,古人类学,历史学的重要贡献.而现代3S技术(Remote Sense System,Global Positioning System,Geography Information system)可以从空间对地球上的环境和生态的变化进行从厘米波段电磁波到X射线,红外,多波段的定量扫描和观测,使生态学,地理学,地质学进入了自己全新的辉煌时期. 物理学对近代技术的贡献也是直接的,没有量子力学的创立,就没有固体电子理论和半导体物理学,就不能创造出晶体管,集成电路,因而就没有现代信息技术.类似的例子还很多:"没有激光物理,就没有激光照排为基础的现代化出版业";"没有物理学,就没有电视,广播,网络"等. 建立在基因研究基础上的生命科学,本身就是物理学家和生物学家携手共同努力的伟大创举.现代医学的诸多诊治方法,如X光,B超,CT,核磁共振r射线,激光刀等都是直接应用现代物理学的成果. 物理学不断追求的前沿问题,带动人类不断前进和走向未来.已经形成一种不断追求真理的物理文化.已经成为我们人类不断发展向上的思想体系的一部分. 2生活中的物理:物理是一门历史悠久的自然学科.随着科技的发展,社会的进步,物理已渗入到人类生活的各个领域; 物理学存在于物理学家的身边;物理学也存在于同学们身边. 物理是一门历史悠久的自然学科,物理科学作为自然科学的重要分支,不仅对物质文明的进步和人类对自然界认识的深化起了重要的推动作用,而且对人类的思维发展也产生了不可或缺的影响.从亚里士多德时代的自然哲学,到牛顿时代的经典力学,直至现代物理中的相对论和量子力学等,都是物理学家科学素质,科学精神以及科学思维的有形体现.例如,光是找找汽车中的光学知识就有以下几点:1. 汽车驾驶室外面的观后镜是一个凸镜:利用凸镜对光线的发散作用和成正立,缩小,虚像的特点,使看到的实物小,观察范围更大,而保证行车安全. 2. 汽车头灯里的反射镜是一个凹镜:它是利用凹镜能把放在其焦点上的光源发出的光反射成为平行光射出的性质做成的.3. 汽车头灯总要装有横竖条纹的玻璃灯罩:汽车头灯由灯泡,反射镜和灯前玻璃罩组成.根据透镜和棱镜的知识,汽车头灯玻璃罩相当于一个透镜和棱镜的组合体.在夜晚行车时,司机不仅要看清前方路面的情况,还要还要看清路边持人,路标,岔路口等.透镜和棱镜对光线有折射作用,所以灯罩通过折射,根据实际需要将光分散到需要的方向上,使光均匀柔和地照亮汽车前进的道路和路边的景物,同时这种散光灯罩还能使一部分光微向上折射,以便照明路标和里程碑,从而确保行车安全.4. 轿车上装有茶色玻璃后,行人很难看清车中人的面孔:茶色玻璃能反射一部分光,还会吸收一部分光,这样透进车内的光线较弱.要看清乘客的面孔,必须要从面孔反射足够强的光透射到玻璃外面.由于车内光线较弱,没有足够的光透射出来,所以很难看清乘客的面孔.5. 除大型客车外,绝大多数汽车的前窗都是倾斜的:当汽车的前窗玻璃倾斜时,车内乘客经玻璃反射成的像在窗的前上方,而路上的行人是不可能出现在上方的空中的,这样就将车内乘客的像与路上行人分离开来,司机就不会出现错觉.大型客车较大,前窗离地面要比小汽车高得多,即使前窗竖直装,像是与窗同高的,而路上的行人不可能出现在这个高度,所以司机也不会将乘客在窗外的像与路上的行人相混淆.再如下面一个例子五香茶鸡蛋是人们爱吃的,尤其是趁热吃味道更美.细心的人会发现,鸡蛋刚从滚开的卤汁里取出来的时候,如果你急于剥壳吃蛋,就难免连壳带"肉"一起剥下来.要解决这个问题,有一个诀窍,就是把刚出锅的鸡蛋先放在凉水中浸一会,然后再剥,蛋壳就容易剥下来. 一般的物质(少数几种例外),都具有热胀冷缩的特性.可是,不同的物质受热或冷却的时候,伸缩的速度和幅度各不相同.一般说来,密度小的物质,要比密度大的物质容易发生伸缩,伸缩的幅度也大,传热快的物质,要比传热慢的物质容易伸缩.鸡蛋是硬的蛋壳和软的蛋白,蛋黄组成的,它们的伸缩情况是不一样的.在温度变化不大,或变化比较缓慢均匀的情况下,还显不出什么;一旦温度剧烈变化,蛋壳和蛋白的伸缩步调就不一致了.把煮得滚烫的鸡蛋立即浸入冷水里,蛋壳温度降低,很快收缩,而蛋白仍然是原来的温度,还没有收缩,这时就有一小部分蛋白被蛋壳压挤到蛋的空头处.随后蛋白又因为温度降低而逐渐收缩,而这时蛋壳的收缩已经很缓慢了,这样就使蛋白与蛋壳脱离开来,因此,剥起来就不会连壳带"肉"一起下来了. 明白了这个道理,对我们很有用处.凡需要经受较大温度变化的东西,如果它们是用两种不同材料合在一起做的,那么在选择材料的时候,就必须考虑它们的热膨胀性质,两者越接近越好.工程师在设计房屋和桥梁时,都广泛采用钢筋混凝土,就是因为钢材和混凝土的膨胀程度几乎完全一样,尽管春夏秋冬的温度不同,也不会产生有害的作用力,所以钢筋混凝土的建筑十分坚固. 这样的例子举不胜举,物理是一门实用性很强的科学,与工农业生产,日常生活有着极为密切的联系.物理规律本身就是对自然现象的总结和抽象. 物理学存在于物理学家的身边.勤于观察的意大利物理学家伽利略,在比萨大教堂做礼拜时,悬挂在教堂半空中的铜吊灯的摆动引起了他极大的兴趣,后来反复观察,反复研究,发明了摆的等时性;勇于实践的美国物理学家富兰克林,为认清"天神发怒"的本质,在一个电闪雷鸣,风雨交加的日子,冒着生命危险,利用司空见惯的风筝将"上帝之火"请下凡,由此发明了避雷针. 身边的事物是取之不尽的,对与现实生活联系很紧密的物理学科来说,更是时时会用到的,用身边的事例去解释和总结 物理规律.只要时时留意,经常总结,就会不断发现有不少的物理知识.今天,人类所有的令人惊叹不已的科学技术成就,如克隆羊,因特网,核电站,航空技术等,无不是建立在早年的科学家们对身边琐事进行观察并研究的基础上的.在学习中,同学们要树立科学意识,大处着眼,小处着手,经历观察,思考,实践,创新等活动,逐步掌握科学的学习方法,训练科学的思维方式,不久你就会拥有科学家的头脑,为自己今后惊叹不已的发展,为今后美好的生活打下扎实的基础.郭奕玲 ，沈慧君，《物理学史》，清华大学出版社郭奕玲 等，《物理实验史话》，科学出版社

上个星期，妈妈给我买了一个小巧玲珑的指南针。我把指南针转来转去，不明白为什么，它的指针总是指着南面。晚上，爸爸回来，他看见我在摆弄指南针，就问：“遇到什么问题啦？”我说：“爸爸，为什么指南针总是指着南面呢？”爸爸说：“指南针是我们的祖先发明的，我们祖先知道磁石能够吸铁，并且制成了可以自由移动的指南针。为什么指南针可以指出方向呢？原来，地球是一个非常大的磁体，它和磁铁一样，也有两个极，一个叫地磁北极，一个叫地磁南极。因为指南针是一个磁体，并且可以移动，而磁铁是同性相排，异性相吸，所以地球上的指南针就总是一头朝着地磁北极，一头朝着地磁南极。”“噢，原来是这么回事啊，太有趣了！”我说。爸爸还告诉我，指南针还是我国古代的四大发明之一，最早的指南针称为罗盘。我问爸爸：“那么，这个指南针怎么用呢？”爸爸说：“把它放平，之后指针会受到地磁影响而旋转，等它停下来的时候，其中一头指的是南方，另外一头指的是北方。指南针主要是在方向不明的时候，用来分辨方向的，但某些地磁不稳定的地方是不能使用指南针的，比如沙漠中和某些峡谷中。”轮船在大海上航行，飞机在天上飞行，都需要指南针指明方向；我们到郊外旅行时，指南针也会给我们带来很大的帮助……指南针真是我们的好帮手！