高中物理必修第一冊-序言

序言物理學——研究物質(zhì)及其運動規(guī)律的科學一、教學目標

1.使學生認識物理學概況，了解物理學的研究范圍。知道學習物理學的重要意義。

2.通過序言的學習，讓學生對物理產(chǎn)生濃厚的興趣激發(fā)、探索的興趣和積極性。3.讓學生樹立學好物理的必勝信心。二、教學重點和難點

讓學生了解物理、增加興趣、激發(fā)志趣、掌握方法。三、教學過程【引入】大家在初中已經(jīng)學習了一些物理知識，相信大家對物理學有了一定的了解。今天是我們進入高中物理的第一課，同學們能不能分享一下你們心目中的物理學是怎樣的？同學們對物理學有什么印象呢？【學生活動】講述學生心目中的物理學【教師講授】物含妙理，究其本質(zhì)——物理學的由來回望歷史，人類自古以來就對自然界充滿好奇。日出日落、辰宿列張、春華秋實、寒來暑往，大自然的各種神奇現(xiàn)象，讓人們驚嘆不已的同時渴望著弄清其背后的規(guī)律和聯(lián)系。在好奇心和人類提高生產(chǎn)力水平的需求驅(qū)使下，人類對自然規(guī)律進行著不懈的探索。我國古代人們探索自然規(guī)律的過程中也留下了很多發(fā)明，如：渾儀——望遠鏡發(fā)明前世界上最先進的天文觀測工具日晷——我國古代利用日影測得時刻的一種計時儀器以上兩個發(fā)明都屬于物理研究的實驗儀器，物理學就是在人類探索大自然的過程中結(jié)出的最重要的果實之一。在初中的時候大家已經(jīng)接觸過物理學，并學習了一些物理知識。初中我們以體會物理的趣味性和實用性為主，而在高中我們將認識更加豐富多彩的物理現(xiàn)象，學習更為深刻的物理知識，并在學習過程中進一步領悟科學研究的方法。洞察天地，萬物之理——物理學概述早在2000多年前的古希臘時期，亞里士多德、阿基米德等一批科學家就開始了對物理現(xiàn)象和規(guī)律的探索，并發(fā)現(xiàn)了杠桿原理、浮力定律等規(guī)律。這是物理學的萌芽時期。亞里士多德b)阿基米德16~

17世紀，伽利略和牛頓等人在前人工作的基礎上創(chuàng)立了系統(tǒng)性的力學理論，建立了實驗觀測和理論分析計算相結(jié)合的現(xiàn)代研究方式。牛頓伽利略【提問】你們還知道哪些著名的物理學家嗎？【學生舉例】1687

年，牛頓出版了他的名著《自然哲學的數(shù)學原理》。這標志著現(xiàn)代意義的物理學正式誕生。經(jīng)過四個世紀的發(fā)展，物理學已經(jīng)成為一個分支眾多、深刻影響當代科學技術發(fā)展乃至人類社會文明進步的基礎學科。物理學是一門實驗科學，也是一門崇尚理性、遵循邏輯推理的理論科學。由于物質(zhì)世界紛繁復雜，有限的實驗和觀察難以完全揭示其背后的本質(zhì)規(guī)律和內(nèi)在聯(lián)系。因此，在依賴先進的科學裝置的同時，物理學的發(fā)展山必須借助于強有力的數(shù)學中工具和大型計算技術，以及深刻的洞察力和豐富的想象力。今天，物理學中的基本概念和理論、實驗方法和手段，已經(jīng)越來越廣泛的應用于其他學科，極大的豐富了人類對物質(zhì)世界的認識，推動了科學技術的創(chuàng)新和革命，促進了生產(chǎn)力的發(fā)展和人類文明的進步。如：物理學和激光技術物理學與宇航工程物理學與納米技術觀察現(xiàn)象，揭示本質(zhì)——物理學研究的特點物理研究對象——大到宇宙空間，小到微觀原子核，近到衣、食、住、行，研究物質(zhì)存在的基本形式，以及它們的性質(zhì)和運動規(guī)律，與我們的生活無處不在。由于交通工具的缺乏，古人大部分活動只能在陸地上進行，出現(xiàn)“天圓地方”等學說。16~17世紀，哥白尼、第谷和開普勒等人通過詳盡的觀測和分析，逐漸認識到地球和其他行星都在繞著太陽運動，并找到了這些運動的規(guī)律。隨著工具的發(fā)展人們對客觀事物的觀察越來越全面，認識也越來越深刻。最終，依據(jù)這些觀測和分析，牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律揭示了這些運動規(guī)律的根源。伽利略和牛頓還認識到物體，即便在不受力的情況下，也會一直運動下去，這個結(jié)論是和我們通常的直覺相反的。這種對內(nèi)在規(guī)律深刻的認識靠的是精確的實驗和嚴密的邏輯分析，二者缺一不可。一代代的物理學家在探究客觀世界的過程中，發(fā)現(xiàn)了很多行之有效的研究方法。在物理學習中，我們不僅要掌握具體的知識，而且要學習和體會這些物理方法，并努力運用他們解決各種實際問題。學以致知，客觀理性——物理學背后的科學精神物理學的發(fā)展和成就與它所蘊含的科學精神密不可分。首先是學以致知的探索精神。前面說過，人類對自然界的好奇心是科學發(fā)展最重要的動力之一。人們在它的驅(qū)使下研究很多問題，其中，有的能直接轉(zhuǎn)化成技術，服務于實際應用，但是也有很多是當時看不到直接用途的，比如伽利略研究的力和運動的問題、牛頓發(fā)現(xiàn)的萬有引力定律，當時都屬于無用之學。正是這些看似沒有用的、以求知為目的的探索，使人們獲得了對自然規(guī)律完整深人的認識。其次是實事求是的客觀精神。物理學的目的是求真，客觀事實是判斷對錯的標準，對就是對，錯就是錯。猜想和論斷必須能經(jīng)受得住實驗的檢驗和邏輯的推敲。19世紀末20世紀初，當人們發(fā)現(xiàn)權(quán)威的牛頓學說不適用于微觀和高速情況時，便認真地對其進行修正;1936年大名鼎鼎的愛因斯坦向雜志投出一篇論文，審稿人和編輯發(fā)現(xiàn)論文有錯，便毫不猶豫地指出并拒稿。這些都是物理學史上實事求是、務實求真的佳話。還有就是理性分析的精神。物理學強調(diào)數(shù)學計算和邏輯分析，環(huán)環(huán)相扣，有原因才有結(jié)果。不合平邏輯的地方必然意味著有問題，必須搞清楚。物理學的殿堂中，沒有詭辯者的位置。需要指出的是，科學精神不僅對科學研究很重要，而且在社會生產(chǎn)、日常生活的各方面都是有價值的。現(xiàn)代社會分工精細、節(jié)奏緊湊，很多時候“失之毫厘，差之千里”這就要求我們在工作和生活中要做到實事求是、嚴謹認真并且講求邏輯，敬畏和尊重客觀規(guī)律，從而提高效率、減少失誤。另外，秉承實事求是和講求邏輯的精神，還會使我們在碰到問題的時候，面對現(xiàn)實、認真分析，根據(jù)實際作出判斷與選擇，不盲從、不走極端。揭示自然，造福人類——物理學的應用物理學的發(fā)展，推動了工業(yè)、農(nóng)業(yè)和信息技術等方面的進步，引發(fā)了一次次的產(chǎn)業(yè)革命，改變了人類的生產(chǎn)和生活方式。技術的進步又為物理學的研究提供了更為強大的手段，并引發(fā)人們對物理問題進行更深人的思考，從而反過來促進物理學的發(fā)展。哥白尼哥白尼19世紀17世紀16世紀愛因斯坦麥克斯韋牛頓20世紀科學獨立存在有了完整的體系【教師播放幻燈片展示隨著時間流逝物理學在生活中的應用。】（圖片略）【提問】同學們還知道哪些物理學和哪些生活中的應用息息相關嗎？創(chuàng)立于17世紀的牛頓力學，被廣泛地應用于工程技術，大大推動了社會發(fā)展。18~19世紀，工程上對蒸汽機等熱機的改進需求，又迫使人們對熱的問題進行深入研究，引發(fā)了熱力學的巨大進步。19~20世紀初，電磁學的發(fā)展，直接導致發(fā)電機和無線電通信的誕生，使電能被廣泛利用。電走進了千家萬戶，世界被電燈點亮，電話和電報把各地的人們連接起來，人類從此進人了電氣時代。進入20世紀以后，物理學的研究范圍更加廣闊。人們掌握了微觀世界的規(guī)律，這更為有力地推動了技術的進步和社會的變革。對原子核的認識，使人們掌握了核能，建造了核電站并發(fā)展了治療腫瘤的放療等技術;對固體中電子運動的研究，引發(fā)了半導體工業(yè)的誕生，導致了晶體管、集成電路和大容量電子存儲技術的發(fā)明，從而使人們可以制造半導體芯片(圖0-4);對原子、分子物理和光學的深人研究，引發(fā)了原子鐘、激光和光纖通信等技術的誕生。原子鐘是衛(wèi)星定位系統(tǒng)的核心，激光被廣泛用于工業(yè)、通信、醫(yī)療和國防，而遍布全球的光纖網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的物理載體，它把全世界連在一起。毫不夸張地說，20世紀是物理學的世紀，人們每時每刻都在享受物理學發(fā)展帶來的果實。今天世界的整個面貌，都和物理學的巨大進步密不可分。前景廣闊，充滿挑戰(zhàn)——物理學的未來19世紀下半葉，以力學、熱學和電磁學為主要內(nèi)容的經(jīng)典物理學，幾乎能解釋當時已知的所有物理現(xiàn)象。因此，當20世紀第一個春天來臨之際，英國物理學家開爾文在“新春獻詞”的演說中，躊躇滿志地宣告:“科學大廈已經(jīng)基本建...后章物理學家只需做一些零碎的修補工作就行了?！钡捯魟偮?，他的預言就被個接一個的重大發(fā)現(xiàn)所打破。在微觀領域內(nèi)，已經(jīng)深入到基本粒子的亞核世界（10-15厘米），并建立起統(tǒng)一描述電磁、弱、強相互作用的標準模型，引起了人們測量觀、因果觀的深刻變革。在在宇觀領域內(nèi)，研究的探針已達到1028厘米的空間標度和1017秒的宇宙紀元；廣義相對論的理論預言，在巨大的時空尺度上得到了證實，引起了人們時空觀、宇宙觀的深刻變革。宏觀領域內(nèi)，關于物質(zhì)存在狀態(tài)和運動形式的多樣性、復雜性的探索，也取得了突破性的進展。在20世紀，物理學捷報頻傳，重大發(fā)現(xiàn)一此伏被起，從來沒有停止過。那么，21世紀還會有重要的發(fā)現(xiàn)嗎?著名法國物理學家、諾貝爾獎得主德布羅意在《物理學的未來》一文中說:“我們的知識越是發(fā)展，自然就越是以其多種表現(xiàn)證明它擁有無盡的財富，甚至在很先進的科學領域，如物理學，我們也沒有理由認為我們已經(jīng)“耗盡’了自然財富，或者認為我們已經(jīng)接近完整地掌握了自然界的全部財富”事實正是這樣的，當前，還有許多困擾物理學的難題。例如，目前的物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論認為“夸克”構(gòu)成了質(zhì)子、中子等強子，但是，夸克為什么不能單獨存在?如何將描述微觀世界運動的量子力學和描述引力的廣義相對論結(jié)合起來，以解釋宇宙的起源和演化?能否像用麥克斯韋理論統(tǒng)一描述電和磁-樣，用某理論統(tǒng)一描述自然界的四種基本相互作用(弱力、強力、電磁力和引力?這些問題都有待人們?nèi)ヌ剿?。此外，技術發(fā)展的需求，也提出了許多有價值的問題。如何制造可以方便使用的超導材料?如何開發(fā)更為清潔的能源?如何進一步提升計算機的性能?這些問題都與物理學直接相關。物理學如同一座大廈，已經(jīng)被建設得很壯觀了，但尚未完工，也許永遠也不會完工，更壯觀的還在后面，還在等待著我們?nèi)ソㄔO和探索。“江山代有才人出，各領風騷數(shù)百年?！本C觀世界科技史，許多重要的科學發(fā)現(xiàn)都產(chǎn)生于科學家風華正茂的青年時期，在這個階段他們思維敏捷、敢于創(chuàng)新。年輕的同學們，你們當中一定會有人沿著前輩的足跡，為物理學的發(fā)展作出