物理教學(xué)與生活實(shí)際結(jié)合_大學(xué)物理教學(xué)設(shè)計(jì)之四_圖文

1、物理與工程 Vo l.20 No.3 2010教學(xué)團(tuán)隊(duì)物理教學(xué)與生活實(shí)際結(jié)合 大學(xué)物理教學(xué)設(shè)計(jì)之四鮑鴻吉(同濟(jì)大學(xué)物理系,上海 200092(收稿日期:2009 06 08摘 要 物理學(xué)揭示的大自然奧秘,與我們的生活實(shí)踐緊密相關(guān).通過(guò)結(jié)合生活實(shí)例的大學(xué)物理教學(xué)能夠提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力,提高學(xué)生的生活技能.關(guān)鍵詞 物理教學(xué);生活;興趣;創(chuàng)新;技能物理學(xué)所揭示的是大自然的奧秘,與我們的生活實(shí)踐、科學(xué)技術(shù)的發(fā)展緊密相關(guān).因此物理學(xué)應(yīng)該是能夠滿足學(xué)生的好奇心,最能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的一門(mén)課程.但是實(shí)際情況是許多學(xué)生怕學(xué)物理.究其原因,是因?yàn)樵诮虒W(xué)內(nèi)容上過(guò)分注重邏輯推理,解題技巧,

2、忽略了理論聯(lián)系實(shí)際.學(xué)生錯(cuò)誤地認(rèn)為大學(xué)物理是中學(xué)內(nèi)容加高等數(shù)學(xué),沒(méi)有新的內(nèi)涵,感到對(duì)他們的專業(yè)學(xué)習(xí)、就業(yè)、生活沒(méi)有太大的幫助,學(xué)習(xí)物理的積極性不高.我們認(rèn)為抽象的物理知識(shí),只有與實(shí)踐結(jié)合,與生活實(shí)際結(jié)合,使之變成生動(dòng)活潑的生活現(xiàn)實(shí),才能使學(xué)生有效地掌握所學(xué)的知識(shí).因此,從有趣的物理現(xiàn)象、習(xí)以為常的生活體驗(yàn)出發(fā),引進(jìn)物理概念,解釋物理現(xiàn)象,可以達(dá)到幫助學(xué)生運(yùn)用物理概念的目的.這正是我們進(jìn)行大學(xué)物理教學(xué)設(shè)計(jì)思考的內(nèi)容之一.1 興趣是最好的老師俄國(guó)文學(xué)泰斗托爾斯泰說(shuō)過(guò): 成功的教學(xué)所需的不是強(qiáng)制,而是激發(fā)學(xué)生的興趣. 心理學(xué)研究認(rèn)為,學(xué)習(xí)興趣是學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)中最活躍、最現(xiàn)實(shí)并帶有強(qiáng)烈情感色彩的因素,是

3、推動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)最實(shí)際的內(nèi)部動(dòng)力.有了興趣,便能產(chǎn)生積極的情感和學(xué)習(xí)的主動(dòng)性,學(xué)習(xí)效率就高,興趣與學(xué)習(xí)相輔相成,互相促進(jìn).在大學(xué)物理教學(xué)中,結(jié)合學(xué)生熟悉的生活實(shí)際,是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的最好方法之一.例如,在講授角動(dòng)量守恒定律時(shí),提問(wèn)學(xué)生 為什么貓一般在高處下落時(shí)不會(huì)摔死? 學(xué)生比較感興趣.以前一般認(rèn)為是貓?jiān)谙侣溥^(guò)程中甩動(dòng)尾巴的原因,確保貓的四腳先落地.但由于尾巴的質(zhì)量有限,甩尾巴是否有足夠的角動(dòng)量使整個(gè)貓身體轉(zhuǎn)動(dòng)呢?通過(guò)在課堂上放映錄像短片(如圖1所示,學(xué)生仔細(xì)觀察可以發(fā)現(xiàn)貓?jiān)谒?dòng)尾巴的同時(shí)還扭動(dòng)身體的后半部分以增加角動(dòng)量的大小.這時(shí)學(xué)生興趣高漲,對(duì)所學(xué)的內(nèi)容有了深刻的理解.接著還可以進(jìn)一步提問(wèn)

4、跳水中的旋轉(zhuǎn)是否有同樣原理? (答案是否定的,也可以在課堂上放一段錄像讓學(xué)生觀察(如圖2(a、圖2(b所示,跳水中的縱向角動(dòng)量主要來(lái)自起跳時(shí)的總角動(dòng)量,橫向角動(dòng)量和縱向角動(dòng)量的分配主要靠運(yùn)動(dòng)員的手臂動(dòng)作完成,注意沒(méi)有甩動(dòng)動(dòng)作.圖1 貓下落的錄像截屏2 培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力知識(shí)是能力的載體,創(chuàng)新是能力的靈魂.物理創(chuàng)新思維是物理思維活動(dòng)中的高級(jí)過(guò)程,是個(gè)人在已有物理知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上從某些物理現(xiàn)象、物理過(guò)程和物理事實(shí)中形成新概念,建立新規(guī)律,完成新理論的思維過(guò)程.心理學(xué)研究表明:好3物理與工程 Vol.20 No.32010 圖 2奇心是激發(fā)創(chuàng)新思維的一種動(dòng)力!在物理教學(xué)中要善于利用學(xué)生的好奇心

5、使其產(chǎn)生好奇.物理學(xué)在生活實(shí)際中的運(yùn)用,往往比較能夠激發(fā)學(xué)生的好奇心.創(chuàng)新思維的主要形式之一就是聯(lián)想思維,聯(lián)想思維可將一些毫不相干的東西聯(lián)系在一起,想前人未想之事,做前人未做之事,達(dá)到創(chuàng)新的目的. 例如在講授偏振光的時(shí)候經(jīng)常會(huì)列舉立體電影的例子:電影放映中,兩幅畫(huà)面重疊在銀幕上,通過(guò)觀眾的偏振片眼鏡,使觀眾左眼看到從左視角拍攝的畫(huà)面,右眼看到從右視角拍攝的畫(huà)面,通過(guò)腦神經(jīng)作用,合成為立體視覺(jué)影像.觀看立體電影用的是偏振光,那么是不是立體影像都一定要用偏振光呢?答案當(dāng)然是否定的.這時(shí)可以鼓勵(lì)學(xué)生到物理探索室觀看立體電視,通過(guò)觀看和查詢資料,學(xué)生明白立體電視是用 時(shí)分法 實(shí)現(xiàn)的.電視上重疊的兩幅圖

6、像是先后兩幀(左右視角拍攝的畫(huà)面掃描產(chǎn)生的,我們只要帶上左右兩邊鏡片都是液晶盒做成的眼鏡,接受電視 紅外機(jī)頂盒 發(fā)射頻率的調(diào)節(jié),同步交替控制左右液晶鏡片的透明和不透明,就可以達(dá)到左眼看到從左視角拍攝的畫(huà)面,右眼看到從右視角拍攝的畫(huà)面,通過(guò)視覺(jué)暫留,得到立體的效果.進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生思考所有立體影像可能用的方法,是否還有 頻分法 、 相位法 、 視角法 等.最后引導(dǎo)學(xué)生利用聯(lián)想思維,思考立體聲是怎樣形成的?我們?cè)鯓硬拍芾脝温暤赖穆曇艮D(zhuǎn)變成立體聲?通過(guò)討論,學(xué)生知道只要到達(dá)兩只耳朵的聲波有一定的相位差和振幅差等,就可以實(shí)現(xiàn)立體聲的效果. 那么怎樣實(shí)現(xiàn)呢? 隨著討論的逐步深入,學(xué)生創(chuàng)新思維的能力也得到

7、了提高.3 提高生活技能學(xué)好物理,還能夠幫助我們提高生活的技能和質(zhì)量,下面我們舉兩個(gè)例子加以說(shuō)明.圖3 車(chē)速與剎車(chē)距離的關(guān)系又如現(xiàn)在使用照相機(jī)的學(xué)生越來(lái)越多,為了提高攝影的效果,往往需要添加偏振鏡,而偏振鏡的質(zhì)量如何,是線偏振鏡(PL還是圓偏振鏡(CPL,在購(gòu)買(mǎi)的時(shí)候怎樣判別呢?這是學(xué)生非常關(guān)心的問(wèn)題.我們知道手機(jī)的液晶顯示的光是偏振光,只要旋轉(zhuǎn)偏振鏡對(duì)著手機(jī)的液晶顯示屏觀察,就可以判斷偏振鏡的偏振效果.而圓偏振鏡主要是在線偏振的基礎(chǔ)上加上波片來(lái)達(dá)到圓偏振的(下轉(zhuǎn)第13頁(yè)4物理與工程 Vo l.20 No.3 2010由式(17知,E0=h2,又結(jié)合式(9可得E1=E0+ E=h2+hE2=E

8、1+ E=h2+2hE3=E2+ E=h2+3hE i=E i-1+ E=h2+i hE n=E n-1+ E=h2+n h(19把式(19寫(xiě)得更標(biāo)準(zhǔn)些,便有E n=n+12h (n=0,1,2,3, ,i, ,n(20式(20就是我們要求的一維線性諧振子最普遍的量子化能譜公式,顯然它與其他已知精確求解法所得的結(jié)果一致.5 結(jié)語(yǔ)不變本征算符法 本是范洪義教授在研究若干量子糾纏態(tài)表象中受啟發(fā)而發(fā)現(xiàn)的一種求解若干量子力學(xué)問(wèn)題的新方法.本文作為該方法的直接驗(yàn)證,結(jié)合一維線性諧振子基態(tài)能量的積分變換求法,一氣呵成地求出了一維線性諧振子的量子化能譜公式.可見(jiàn),不變本征算符法是成功的.縱觀全文可知,運(yùn)用本

9、法求解一維線性諧振子能量普遍公式,其關(guān)鍵是不變本征算符和基態(tài)能量的正確確定,但必須指出,對(duì)于一個(gè)量子體系的哈密頓量,可以有多個(gè)不變本征算符與之對(duì)應(yīng).例如,對(duì)于本文所涉及的一維線性諧振子,不難證明,Q e=x和Q e=p也是不變本征算符,且對(duì)應(yīng)的能級(jí)差都是h .另外,用不變本征算符法求解量子體系的任意相鄰能級(jí)的能級(jí)差時(shí),不變本征算符的選定要謹(jǐn)慎小心,有時(shí),所選定的不變本征算符所對(duì)應(yīng)的能級(jí)差并不是相鄰能級(jí)的差.例如,本文若取不變本征算符為Q e=m2 2x2-p2,則計(jì)算可得 E= k=2h ,實(shí)為相鄰能級(jí)差的2倍.這也許是Q e中坐標(biāo)和動(dòng)量均取平方的結(jié)果,此現(xiàn)象是否具有普遍性有待進(jìn)一步研究.參

10、考 文 獻(xiàn)1 Fan H ongyi and L i Chao.P hys.L ett.A321(2004,7542(2004,8244 Jing Sciong and Fan H ongyi.M od.Ph ys.L e tt.A20(2005,6915 Fan Hongyi and Wu Hao.NuoVo Cimento B119(2004,1105B19(2005,40737 Fan H ongyi,Tang Xu bing and Gui W eiju n,J.Op tics.B:Quan,S emiclass Opt.7(2005,19418 黃湘友.量子力學(xué)新探M.成都:四川科學(xué)出版社,1989.21239 王肇慶等.大學(xué)物理J.1996,15(8:192010 徐在新.高等量子力學(xué)M.上海:華東師范大學(xué)出版社,1994.1217、8385M.北京:人民教育出版社,1980.838712 朱棟培等.關(guān)于量子基態(tài)的一種解法J.物理學(xué)報(bào),1992,41(4:535(上接第4頁(yè)目的,所以我們可以通過(guò)翻轉(zhuǎn)偏振鏡的方法判斷,如果通過(guò)旋轉(zhuǎn)偏振鏡觀察手機(jī)液晶顯示出現(xiàn)亮暗變化,而翻轉(zhuǎn)偏振鏡后再旋轉(zhuǎn)無(wú)法觀察到液晶顯示的亮暗變化,則這塊偏振鏡是圓偏振鏡,反之是線偏振鏡.日常生活中蘊(yùn)藏著許多物理知識(shí),學(xué)生通過(guò)觀察、學(xué)習(xí),闡述其中的物理奧秘,提升學(xué)習(xí)物理的興趣和知識(shí),使