物理之美與美的物理教學(xué)PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1物理之美與美的物理教學(xué)物理之美與美的物理教學(xué) 談到美，聯(lián)想到自然美和藝術(shù)美，而對(duì)科學(xué)美，大多數(shù)人則不易感受到，這是因?yàn)榭茖W(xué)美與藝術(shù)美是兩種不同形式的美，從美學(xué)的角度來講，一種是事物外在形式所呈現(xiàn)的美，如自然景色的美，音樂的美，雕塑的美，繪畫的美，建筑物的美等。另一種是事物內(nèi)在結(jié)構(gòu)的和諧、秩序而具有的美，這種美比較抽象，是要經(jīng)過大腦整理、加工形成美的意識(shí)或美的觀點(diǎn)。這是一種較高層次上的審美。一、引言第1頁/共32頁還有人把物理學(xué)之美說成它具有明快簡(jiǎn)潔美，均衡對(duì)稱美，奇異相對(duì)美和和諧統(tǒng)一美。也有人把物理學(xué)之美分為：物理學(xué)研究對(duì)象的之美，物理學(xué)理論的之美，物理學(xué)實(shí)驗(yàn)的之美和物理學(xué)常數(shù)的之美等

2、。著名物理學(xué)家楊振寧先生把物理學(xué)之美分為三類：即現(xiàn)象之美，理論描述之美，理論結(jié)構(gòu)之美。物理學(xué)中的美，就是一種科學(xué)美。第2頁/共32頁1、新奇美； 2、簡(jiǎn)潔美； 3、統(tǒng)一美； 4、和諧美； 5、藝術(shù)美； 6、適用美。二、物理之美的幾種形式第3頁/共32頁 科學(xué)把獨(dú)創(chuàng)性定義為一種最高的價(jià)值，因?yàn)橹挥型ㄟ^具有獨(dú)創(chuàng)性的科學(xué)研究成果，科學(xué)才能進(jìn)步。獨(dú)創(chuàng)性的理論成果給人以新奇美。當(dāng)我們初次接觸到相對(duì)論（提出了“時(shí)間和空間的相對(duì)性”、“四維時(shí)空”、“彎曲空間”等全新的概念。）、量子力學(xué)（描述微觀世界結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)與變化規(guī)律的物理科學(xué)）、宇宙大爆炸理論（宇宙起源及推測(cè)宇宙最終歸宿）時(shí)，就會(huì)有這種美感。1、新奇美物

3、理之美第4頁/共32頁 以簡(jiǎn)單、潔凈呈現(xiàn)其美感，簡(jiǎn)潔美是科學(xué)美的特征之一。著名物理學(xué)家愛因斯坦曾指出：“自然規(guī)律的簡(jiǎn)單性也是一種客觀事實(shí)，而且正確的概念體系必須使這種簡(jiǎn)單性在主觀方面和客觀方面保持平衡?！蔽锢砻赖暮?jiǎn)潔性并不是指物理內(nèi)容本身簡(jiǎn)單，而是物理理論體系的結(jié)構(gòu)和物理規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)形式簡(jiǎn)潔。2簡(jiǎn)潔美愛因斯坦的質(zhì)能聯(lián)系方程：E=mc2 物理之美反映質(zhì)量與能量之間的聯(lián)系，指導(dǎo)人們認(rèn)識(shí)核反應(yīng)的規(guī)律，并為獲得巨大能量提供了理論基礎(chǔ)。第5頁/共32頁 物理所研究的是從不同事物運(yùn)動(dòng)變化的多樣性中找出它們的內(nèi)在聯(lián)系和共性，這樣就形成了既千變?nèi)f化又統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)美，這也就是科學(xué)美中的多樣性統(tǒng)一美。例如，描述宏

4、觀物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)的概念、定理、定律是各種各樣的，表面并不相關(guān)，牛頓力學(xué)卻能把地上的和天上的所有物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)的規(guī)律都統(tǒng)一起來；麥克斯韋的電磁理論，又把表象完全不同的電、磁、光的運(yùn)動(dòng)統(tǒng)一了起來，所以牛頓力學(xué)理論和麥克斯韋的電磁理論都具有統(tǒng)一美。3、統(tǒng)一美物理之美第6頁/共32頁截然不同的天上星體的運(yùn)動(dòng)和地上物體的運(yùn)動(dòng)統(tǒng)一起來。這是牛頓對(duì)古典力學(xué)成功的完美結(jié)合，這不僅是因?yàn)榕ｎD有追求理論和諧統(tǒng)一的動(dòng)機(jī)，更重要的是他開辟了一條達(dá)到這種和諧統(tǒng)一的正確途徑。牛頓第一運(yùn)動(dòng)定律牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律牛頓第三運(yùn)動(dòng)定律開普勒第一定律開普勒第二定律開普勒第三定律萬有引力定律物理之美第7頁/共32頁 和諧美是指事物和現(xiàn)象的

5、各種要素、各個(gè)部分、各個(gè)方面的協(xié)調(diào)有序、勻稱流暢。一般地說，美至少有兩個(gè)各具特征的層次，一個(gè)是事物外在的感性形態(tài)美；另一個(gè)則是內(nèi)在的和諧理性之美。物理源于客觀實(shí)體，但又高于客觀實(shí)體，物理是通過建立抽象的、理想的模型來做為構(gòu)造理論體系的基礎(chǔ)，這些模型和理論分別具有模型美與和諧美。4和諧性物理之美怒發(fā)沖天點(diǎn)電荷的電場(chǎng)線第8頁/共32頁如果說藝術(shù)創(chuàng)造美，那么物理也在創(chuàng)造著藝術(shù)，它為藝術(shù)的創(chuàng)造提供必要的物質(zhì)基礎(chǔ)和一定的理論依據(jù)。各種樂器之所以具有不同的音色和韻律，其中物理學(xué)的貢獻(xiàn)是很大的，尤其是電子樂器和各種音響設(shè)備的出現(xiàn)，更能體現(xiàn)這一點(diǎn)。繪畫藝術(shù)中色彩的搭配更是離不開物理：國(guó)外超現(xiàn)實(shí)主義畫家利用物理

6、學(xué)中光聲規(guī)律創(chuàng)造藝術(shù)品；節(jié)日的聯(lián)歡晚會(huì)上，五彩斑爛，變幻莫測(cè)場(chǎng)面，更是離不開光；一幅全息圖惟妙惟肖地真實(shí)重現(xiàn)了一個(gè)立體物體；這些都能給人以“藝術(shù)美”的享受。5藝術(shù)美物理之美第9頁/共32頁第一，物理學(xué)創(chuàng)造了一個(gè)人造物理世界，它為人類直接提供了巨大的物質(zhì)財(cái)富和精神享受。電、電磁波、光子器件、半導(dǎo)體、激光、計(jì)算機(jī)、原子能和平利用以及超導(dǎo)等，無疑給人類文明增添了光彩。給人一種欣慰的美感。第二，物理運(yùn)動(dòng)是自然界最基本的運(yùn)動(dòng)之一，如19世紀(jì)，物理學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科曾對(duì)化學(xué)、冶金學(xué)、醫(yī)學(xué)等學(xué)科起過巨大作用，尤其是能量守恒定律更是作為自然界的一個(gè)普遍原理為人們所接受。量子論、相對(duì)論是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的兩大支柱，在這個(gè)基

7、礎(chǔ)上出現(xiàn)了固體物理、量子電動(dòng)力學(xué)、量子生物學(xué)、量子化學(xué)等學(xué)科。在技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)發(fā)展了材料科學(xué)、宇航、原子彈、計(jì)算機(jī)等一系列科學(xué)。6適用美物理之美第10頁/共32頁“教人學(xué)習(xí)方法”是教育的根本目的。美感教育是培養(yǎng)人們的創(chuàng)造力、激發(fā)人的創(chuàng)造心理動(dòng)機(jī)的重要途徑，它常常成為人們創(chuàng)造性重大突破的關(guān)鍵，成為人們新鮮活潑的創(chuàng)造精神的契機(jī)。 所以我們?cè)诮虒W(xué)時(shí)要教會(huì)學(xué)生能自覺地按“美的規(guī)律”去學(xué)習(xí)創(chuàng)造，最終系統(tǒng)地發(fā)展自己的審美能力和創(chuàng)造力，完善自己的審美結(jié)構(gòu)和智能結(jié)構(gòu)，這就要求教學(xué)中教師要善于挖掘物理之美，進(jìn)行美的教學(xué)。物理之美第11頁/共32頁 羅丹有一句名言：“生活中并不缺少美，而是缺少美的發(fā)現(xiàn)”。物理教學(xué)同樣

8、如此，物理本身并不是美學(xué)，要想使物理教程從枯燥的鉛字變成閃爍美的光彩的科學(xué)詩篇，關(guān)鍵在于我們教師平常教學(xué)中要善于發(fā)掘物理科學(xué)美，去展示其美學(xué)特征，去創(chuàng)設(shè)美的意境，讓學(xué)生潛移默化受到物理科學(xué)美的陶冶，這就是教學(xué)的藝術(shù)。三、美的物理教學(xué)第12頁/共32頁 （1） 從物理學(xué)家追求科學(xué)中去體現(xiàn)。1、從教材中挖掘出美的因素，引導(dǎo)學(xué)生鑒賞物理內(nèi)容的美美的物理教學(xué)英國(guó)物理學(xué)家布拉凱特拍攝了2萬多張?jiān)剖艺掌K于從40多萬條a粒子徑跡中發(fā)現(xiàn)有8條產(chǎn)生了分叉，從而證實(shí)a粒子轟擊氮核后產(chǎn)生了新核等等。德國(guó)天文學(xué)家開普勒不顧貧病交加夜以繼日地觀察天體運(yùn)動(dòng)，發(fā)現(xiàn)了天體運(yùn)動(dòng)三大定律；英國(guó)物理學(xué)家焦耳把華生精力放在熱功當(dāng)量

9、的實(shí)驗(yàn)研究上，為能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)奠定了堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)；第13頁/共32頁（2） 從物理概念、物理量和物理規(guī)律中去體現(xiàn)。美的物理教學(xué)展示形式的統(tǒng)一性，就是美的事物在外在形式所具有的相對(duì)獨(dú)立的審美特性。如：第14頁/共32頁 瞬時(shí)作用： F=ma力的作用效果 空間的積累：W總=EK 時(shí)間的積累：I總=P由于這三個(gè)力學(xué)規(guī)律存在內(nèi)在關(guān)系的統(tǒng)一性，則對(duì)一道力學(xué)題，原則上都可分別通過這三種思路來解答。美的物理教學(xué)展示內(nèi)涵的統(tǒng)一性。第15頁/共32頁（）從對(duì)稱性上去體現(xiàn)。美的物理教學(xué)事物的對(duì)稱形式，會(huì)給人們以審美的愉悅。在中學(xué)物理教材中，對(duì)稱美遍及整個(gè)內(nèi)容，列舉比較明顯的幾例。空間上的對(duì)稱。如：平面鏡成像

10、的鏡面對(duì)稱；點(diǎn)電荷電場(chǎng)分布的球面對(duì)稱；時(shí)間上的對(duì)稱。如：簡(jiǎn)諧振動(dòng)的周期、豎直上拋運(yùn)動(dòng)中的上升與下落時(shí)間；作用與反作用的對(duì)稱；正電荷與負(fù)電荷的對(duì)稱第16頁/共32頁平面鏡成像的鏡面對(duì)稱點(diǎn)電荷電場(chǎng)分布的球面對(duì)稱 正電荷與負(fù)電荷的對(duì)稱 粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡構(gòu)成了一朵怒放的梅花，香氣迎風(fēng)而來! 美的物理教學(xué)第17頁/共32頁美的物理教學(xué)第18頁/共32頁（4） 從研究法上去體現(xiàn)美的物理教學(xué)如：平拋運(yùn)動(dòng)與電場(chǎng)中帶電粒子的運(yùn)動(dòng)均可采用合成、分解法去研究；人造衛(wèi)星繞地球的運(yùn)動(dòng)，電場(chǎng)中電子繞核作圓周運(yùn)動(dòng)等都可用相同的研究方法；在解題方法上，有整體法與隔離法的統(tǒng)一；綜合法與分析法的統(tǒng)一等。第19頁/共32頁(5)從物

11、質(zhì)自然屬性體現(xiàn)-色、形、聲三方面：三梭鏡發(fā)生色散現(xiàn)象 盡顯迷人光芒一元硬幣的繞射圖樣激光在油水中的傳播路徑美的物理教學(xué)、“色”第20頁/共32頁海市蜃景光的色散光的色散日環(huán)食美的物理教學(xué)第21頁/共32頁、“形”簡(jiǎn)諧振動(dòng)的圖象晶體外形的規(guī)則性 美的物理教學(xué)蛇形線非晶體-溶洞奇景高貴氣派第22頁/共32頁天壇的聲現(xiàn)象美的物理教學(xué)、“聲第23頁/共32頁美的物理教學(xué)2、以美引趣，培養(yǎng)學(xué)生的審美感受能力、鑒賞能力在物理教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)就是其中一種常用而有效的感受美的方法。古人云：“百聞不如一見”。物理是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，所以可以通過實(shí)驗(yàn)這一中介，直接作用于人的感官，調(diào)動(dòng)人們的生活經(jīng)驗(yàn)，依賴人們的科學(xué)素

12、養(yǎng)，在觀察和想象中讓人們?nèi)ジ惺芩拿赖模柚脑O(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，往往會(huì)使學(xué)生激起強(qiáng)烈的審美情趣。第24頁/共32頁例如：在學(xué)習(xí)“單擺”，新教材將之放在“簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖像”之后。學(xué)生通過閱讀教材，動(dòng)手推導(dǎo)可以在理論上證明當(dāng)單擺偏角很小時(shí)，單擺的運(yùn)動(dòng)是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，體驗(yàn)物理的邏輯美。再用沙擺裝置通過實(shí)驗(yàn)的方法顯示出一條優(yōu)美的曲線，學(xué)生無不贊嘆，如此漂亮的曲線，竟與理論推導(dǎo)如此吻合！美的物理教學(xué)第25頁/共32頁美的物理教學(xué)光的干涉第26頁/共32頁美的物理教學(xué)當(dāng)然，科學(xué)美是一種抽象的理性的美，對(duì)科學(xué)美的鑒賞是需要訓(xùn)練和培植的。一個(gè)從未體驗(yàn)過科學(xué)美的人在學(xué)習(xí)科學(xué)理論和實(shí)驗(yàn)時(shí)，可能會(huì)覺得面臨的不過是一大堆枯燥無味令人厭惡的符號(hào)、公式和機(jī)件，毫無美感可言，在物理教學(xué)中，我們應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生去認(rèn)識(shí)自然界的質(zhì)樸的統(tǒng)一和諧美；認(rèn)識(shí)物理學(xué)的精巧、絕妙、深刻和普適的科學(xué)美，從而培植起科學(xué)美的鑒賞能力。它不僅能夠使學(xué)生更深入地認(rèn)識(shí)自然界的種種奧秘，也能更深刻地體驗(yàn)到物理大師們那種崇尚理性、崇尚實(shí)踐、崇尚美的科學(xué)境界，并從中汲取他們的思想營(yíng)養(yǎng)，充實(shí)自己，塑造自己，在未來的自然探索中發(fā)揮創(chuàng)造才能。第27頁/共32頁OABv帶電粒子A以不同的入射速度徑向射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)軌跡，可以看出軌跡的對(duì)稱美，從中不難找出運(yùn)動(dòng)的