物理学与人类文明（最终版）

第一篇：物理学与人类文明（最终版）

物理学与人类文明

物理学是一门基础自然科学，它所研究的是物质的基本结构、最普遍的相互作用、最一般的运动规律以及所使用的实验手段和思维方法。

物理学又分为力学、热学、电磁学、光学和原子物理学等各个部分。按照物理学的历史发展又可以分为经典物理与近代物理两部分。近代物理是相对于经典物理而言的，泛指以相对论和量子论为基础的20世纪物理学。

随着人类对物质世界认识的深入，物理学一方面带动了科学和技术的发展；另一方面推动了文化、经济和社会的发展。经典物理学奠定了两次工业革命的基础；近代物理学推动了信息技术、新材料技术、新能源技术、航空航天技术、生物技术等的迅速发展，继而推动了人类社会的变化和人类文明的发展。物理学的基础性、技术性、思想性使之成为推动人类文明进步的重要力量。

1.基础性

物理学是基础自然科学。物理学的研究成果和研究方法直接应用于化学、生物、地理、气象等自然科学，大大加速了自然科学的发展和分化独立，甚至形成了新的独立学科或分支学科。如天体物理学、空间物理学、地球物理学，流体力学、生物物理，物理化学、量子化学等等。使人们更全面地探索、认识自然界的规律。

物理学与数学之间有深刻的内在联系。物理学不满足于定性地说明现象，或者简单地用文字记载事实，为了尽可能准确地从数量关系上去掌握物理规律，数学就成为物理学不可缺少的工具，而丰富多彩的物理世界又为数学研究开辟了广阔的天地。

物理学与天文学的关系更是密不可分，它可以追溯到早期开普勒与牛顿对行星运动的研究。天文学提供了地球上实验室所不具备的极端条件，如高温、高压、高能粒子、强引力等，构成了检验物理学理论的理想的实验室。因此，几乎所有的广义相对论的证据都来自天文观测。正电子和μ子都是首先在宇宙线研究中观测到的，为粒子物理学的创建做出了贡献。

物理学与化学本是唇齿相依、息息相关的。化学中的原子论、分子论的发展为物理学中气体动理论的建立奠定了基础，从而能够对物质的热学、力学、电学性质做出满意的解释；而物理学中量子理论的发展，原子的电子壳层结构的建立又从本质上说明了各种元素性质周期性变化的规律。

物理学在生物学发展中的贡献体现在两个方面：一是为生命科学提供现代化的实验手段，如电子显微镜、X射线衍射、核磁共振、扫描隧道显微镜等；二是为生命科学提供理论概念和方法。40年代，英国剑桥大学的卡文迪什实验室开展了对肌红蛋白的X射线结构分析，经过长期的努力终于确定了DNA（脱氧核糖核酸）的晶体结构，揭示了遗传密码的本质，这是20世纪生物科学的最重大突破。分子生物学已经构成了生命科学的前沿领域，生物物理学显然也是大有可为的。

2.技术性

物理学几乎是一切工程科学的基础。物理学的成就直接发展了各种各样的工程技术，形成了今天门类齐全、多样的工业体系。今天的许多高新技术也仍然是以物理学的研究成果为基础的。这些工程技术的发展应用，极大地提高了社会生产力水平，改变了人类的生活、生产方

式，创造了辉煌的物质文明。比如，机械、建筑科学就是经典力学原理的实际运用，今天的电力、电子工业是电磁学发展的结果，光学特别是激光技术使得光纤通信、互联网、激光医学等莲勃发展。

一般说来，物理学与技术的关系存在两种基本模式：其一是由于生产实践的需要而创建了技术，例如18世纪至19世纪蒸汽机等热机技术，然后提高到理论上来，建立了热力学，再反馈到技术中去，促进技术的进一步发展；其二是先在实验室中揭示了基本规律，建立比较完整的理论，然后再在生产中发展成为一种全新的技术。19世纪电磁学的发展，提供了第二种模式的范例。在法拉第发现电磁感应和麦克斯韦确立了电磁场方程组的基础上，产生了今日的发电机、电动机、电报、电视、雷达，创建了现代的电力工程与无线电技术。

在当今世界中，第二种模式的重要性更为显著，物理学已成为现代高技术发展的先导与基础学科。反过来，高技术发展对物理学提出了新的要求，同时也提供了先进的研究条件与手段。所谓高技术指的是那些对社会经济发展起极大推动作用的当代尖端技术。

20世纪物理学的一项重大贡献就在于核能的利用，这可以说是由基础研究生长出来的一项全新的技术。1905年爱因斯坦质能关系式的提出，确立了核能利用的理论基础。40年代，根据重核裂变能量释放的原理，建立了原子反应堆，使核裂变能的利用成为现实。50年代，根据轻核在聚变时能量释放的原理，设计了受控聚变反应堆。聚变能不仅丰富，而且安全清洁。可控热核聚变能的研究将为解决21世纪的能源问题开辟道路。

信息技术在现代工业中的地位日趋重要，计算技术、通信技术和控制技术已经从根本上改变了当代社会的面貌。如果说第一次工业革命是动力或能量的革命，那么第二次工业革命就是信息或负熵的革命。人类迈向信息时代，面对着内容繁杂、数量庞大、形式多样的日趋增值的信息，光通信以激光为光源，以光导纤维为传输介质，比电通信容量大10亿倍。光通信开辟了高效、廉价、轻便的通信新途径。21世纪，人类将从工业时代进入信息时代。电子技术是在电子学的基础上发展起来的。1906年，第一支三极电子管的出现，是电子技术的开端。50年代末发明了集成电路，而后集成电路向微型化方向发展。1967年产生了大规模集成电路。今天的超大规模集成电路芯片上，在一根头发丝粗细的横截面积上，可以制备40个左右的晶体管。面对超大规模电路中图形尺寸不断缩小的事实，人们已看到，半导体器件基础上的微电子技术已接近它的物理上和技术上的极限。要求物理学家从微结构物理的研究中，制造出新的能满足更高信息处理能力要求的器件，使微电子技术得到进一步发展。

3.思想性

物理学在自身的发展进步中积累的思想方法是人类思想领域的瑰宝。这些思想方法和物理学的研究成就一道在改善人们的生产、生活条件的同时，也改变着人们的思维方式。指引着人们破除迷信、消除愚昧、尊重客观事实、尊重科学，不断追求真、善、美，推动人类文明的车轮该滚向前。人类社会历史上的几次工业革命都足以物理学的重大成果为基础的。牛顿力学、热学的发展导致了第一次工业革命，使人类进入蒸汽机时代，解放了人的体力。电磁技术的突破性成就迎来了第二次工业革命。人类进入了电气化时代。量子理论、相对论使得核物理学取得重大突破，引发了第三次工业革命，人类进入了原子能时代。

物理学描绘了物质世界的一幅完整的图象，它揭示出各种运动形态的相互联系与相互转化，充分体现了世界的物质性与物质世界的统一性，19世纪中期发现的能量守恒定律，被恩格斯称为伟大的运动基本定律，它是19世纪自然科学的三大发现之一及唯物辩证法的自然科学基础。

物理学史告诉我们，新的物理概念和物理观念的确立是人类认识史上的一个飞跃，只有冲破旧的传统观念的束缚才能得以问世。例如普朗克的能量子假设，由于突破了“能量

连续变化”的传统观念，而遭到当时物理学界的反对。普朗克本人由于受到传统观念的束缚，在他提出能量子假设后多年，长期惴惴不安，一直徘徊不前，总想回到经典物理的立场。同样，狭义相对论也是爱因斯坦在突破了牛顿的绝对时空观的束缚，形成了相对论时空观的基础上建立的。这说明正确的科学观与世界观的确立，对科学的发展具有重要的作用。

物理学是理论和实验紧密结合的科学。物理学中很多重大的发现，重要原理的提出和发展都体现了实验与理论的辩证关系：实验是理论的基础，理论的正确与否要接受实验的检验，而理论对实验又有重要的指导作用，二者的结合推动物理学向前发展。一般物理学家在认识论上都坚持科学理论是对客观实在的描述。

物理学的发展推动了人类社会的变化和人类文明的发展，从而让人类在这个美丽的星球上世世代代繁衍不息，一直生存下去。

第二篇：物理学与人类文明

物理学与人类文明（绪言）

教学目标

1．让学生了解物理、增加兴趣、激发志趣、掌握方法，树立学好物理的必胜信心． 重 难 点 介绍物理，激发兴趣． 教具准备（无）教学过程

［引入］初中，我们已经学习了很多的物理知识，高中物理会有哪些新的内容和要求,我们怎样来学好高中物理呢？通过本节课的学习，同学们便会知道．

１．介绍物理课本，增加感性认识

物理课本的封面是一幅太空中宇宙空间站及地球组成的画面，它告诉学生，学好物理可以大大扩大人类的活动空间，或者说实现太空旅行必须要学好物理知识。插页1中插图1是说明天体物理中对太阳的认识。太阳内部持续进行着激烈的热核反应，放出大量的光和热，同时太阳黑子的活动也会对人类活动、通讯等造成一定的影响。图2所不的是滚过山车的安全运行，涉及到曲线运行的知识。图3仙女座星云涉到宇宙起源、天体运动的问题。图4、5是研究碰撞类问题的频闪照片，简单介绍图片的制作方法，并引出动态部题处理的一般方法。插页2所示的是水下导弹发射照片，它告诉人们物理知识在军事上的应用题。第1页的“说明”是本书编写者等。从“目录”上可较详细地了解本己的内容：分九章内容及学生实验、课题研究和附录等。特别介绍附录“部分中英文名词对照表”，希望同学们在学好物理的同时，掌握相关英语单词，为阅读英文原版科普著作及专业书籍打下基础。

具体以第一章的安排为例，了解各章编写结构：有正文、阅读材料和本章小结等，教给学生如何利用目录和章后的小结进行复习的方法。

２．为什么要学习高中物理？

之所以要进一步学习物理知识，是由物理知识的有用性、有趣性和在学习的过程中对个人文化素质的提升、优良品格的养成、分析和解决问题能力的提高的作用所决写。

26271.有用性。物理学的研究范围十分广泛，大至巨大的天体（10m~10m），小至微观粒-1518-25子（10m）；长至寿命达10s的宇宙，短至寿命仅为10s的微观粒子，研究对象的时空跨度如此之大，是任何学科所不能比拟的。根据研究对象的不同，物理学分成众多的分支，如力学、热学、电磁学、光学、统计物理学、量子力学、原子和原子核物理学、凝聚态（固态和凝态）物理学、粒子物理学（高能物理）等等。单从以人为本的思想出发，物理学的研究范围涵盖章了人类活动的所有场所，并有所超越，且对人类的过去和将来给予强烈的人文关怀，对人的潜能的开发，生存和生活环境的改善都有极大的推动作用。

物理学的研究成果和研究方法，在自然科学的各个领域都起着重要作用。在其他领域的研究中，由于物理成果和研究方法的引入，产生了许多交叉学科，取得了丰硕的研究成果。如李四光创建的地质力学，对大庆、胜利、大港油田的发现起着指导作用；利用x射线衍射的方法确定了细胞核内脱氧核糖核酸（DNA）的双螺旋结构；在化学工业上的应用就更为广泛，如电解、电镀等。

物理学是现代技校的重要基础，空间技术、现代通信技术、激光技术、现代医疗技术

等的发展都与物理学密切相关。我们生活在一个现代化的社会中，衣、食、住、行、交往、通讯、医疗、娱乐等方面的先进设施或仪器，无不与物理学知识及应用有关。一个现代人不掌握一定的物理知识，要想在现代社会惬意地享受物理文明也是不可想象的。

物理学对推动社会发展有重要作用。如热学的研究，导致蒸气机的发明，促进了手工业生产向机械化大生产转变，扩大了人们活动的空间，大大推动了社会的发展。电能的开发和利用，给生产和生活带来深刻影响，使人类社会进入了电时代。原子核物理学的研究，向人们展示了新的能源形式——核能，大大加速了社会现代化的步伐，核能的和平和军事应用，正在深刻地影响着世界发展和格局，对人们的心理也产生重大影响。

对学生个人而言，学习高中物理有短期和长期的功利作用。首先，物理作为高中阶段的必修课、高考的必考科目、大学中80%的专业都要开设的课程，不仅仅获得了一些物理知识，掌握了一些物理概念和规律，解答了一些物理习题，更重要是在上述学习过程中，明确概念、规律的建立及发现的原因和方法，掌握研究问题的方法，受到思维的训练，培养分析和解答实际问题的方法，受到思维的训练，培养分析和角答 实际问题的能力，提升信息素养，具备科学精神，具有终身学习的能力。再次，物理学大厦的建立是由许多科学家长期奋斗、不怕失败、改于修正错误、敢于否定前人而逐渐接近真理而完成的，这里有科学家自我牺牲、忘我奋斗；也有科学家苦苦思索而不得、灵感所现而有获的传奇经历；也有科学家深邃的思想、严密的逻辑推理，更有科学家学贯中西、巧构妙想的直觉思维„„，这里是丰富的思想宝库，蕴藏着丰富的人文精神。学生在学习过程中，如能用心体会，不断地感悟内化，学以致用，见物思想，见理想思人，以人为本，注重思想品德的提升，注重科学精神和人文精神的统一，那么学生的物理知识、个人素质人格品味会得到同步提升，水平和能力就会大大地提高。

2.有趣性。仅举几个生活中的例子来说明：

1）远处崩山，轰隆隆的声音足以让窗户振颤，甚至把酒杯震碎。一次海上大风暴来临之前，曾使一船乘客竟毫无外伤地死去，解剖结果发现均为心脏破裂——这是声波惹的祸！

2）小实验：将收音机调准某电台，正常播音，用一铁盒罩住收音机，声音机小，拿离铁盒，声音又恢复原来音量——电磁屏蔽现象。

3）小实验：做用漏斗吹乒乓球实验。实验前让学生猜测实验结果，结果大多猜想与实验结果不符——飞机之所以会飞的原理。

4）小实验：电子在磁场中的偏转。用蹄形磁铁靠近阴极射线管，会发现电子束发生偏转好像一把无形的“手”在操纵——磁场力的作用。

在现代大型魔术中，声、光、电的巧妙应用，会产生出神入化的效果——物理真奇妙！３．如何才能学好高中物理？

物理学是如此有趣，如此有用，当然应当学好高中物理。1.明确学习目的、激发学习兴趣 “兴趣是最好的老师”，有了兴趣，才能找到学习的乐趣。有了乐趣，长期坚持，就产生了较稳定的学习兴趣—志趣。把学习变成一种自觉的行为，是成长生涯中必不可缺少的一件事。经日积月累，终会有所成效。

2.掌握学习策略，善于整体把握

“整体大于部分之和”，在任何一段材料学习之前，先从整体、宏观去了解其主要内容和方法、结构和思路、内在的逻辑关系等，再从局部、细节入手，掌握各自知识点，明确它们之间的内在联系，并强调应用，在应用中内化、感悟，丰富知识结构，建立多节点相连的知识网络。

3.掌握学习方法，用功到具体方可见成效

物理学习同其他知识学习一样，大的方面，应把握好预习、听课、复习、作业、反馈、再复习巩固、再练习深化提高等环节。小的方面，要重视听好每一节课和做好每一道题。

对教材内容，第一遍读时要“细、慢、思、记”。做练习，要遵循“读、审、建、构、解、思”六步骤。即拿到一道题后，要读明题意，审清条件，建立联系，构造模型，正确解答，分类反思。对待复习，要做到及时复习，抢在遗忘之前进行。要有效复习，左钩右连、纵横联系，注意知识结构的充实，注意技能技巧的掌握。

在学习过程，注意合作学习，强调与教师、与同学的合作和交流，不怕出丑，敢于发表自己见解，勇于质疑，和教师、同学分享理解、共同进步。对待现实事物和现象，要有问题意识，有意识地从物理学的眼光去审视，培养探究精神。在学习中还要勤动手、多实验、细观察、善总结，获得直接经验，培养实践能力。还要注意物理知识和方法与其它学科知识与方法的交叉与渗透，相互借鉴，触类旁通，从细微处加以比较和思考，发现别人所没有发现的方法，增强创新能力。每个学生都是一个独特的个体，没有一个现成的完全适合自己的学习模式，只有每个人根据自己的性格特点、学习习惯，摸索出一套合适的学习方法，才能提高学习的针对性、实效性。

4.树立学习信心，增强耐挫能力

“挑战与机遇并存，困难与希望同在”。每个同学都要树立好物理的信心，同时要有足够的心理准备，学好物理决不是一蹴而就的。肯定有困难，肯定受挫折，但要永不言败，永远追求，增强耐挫能力。要认识到学习是一个过程，只要积极投入，你的知识与技能、情感、态度和价值观都会发生积极的变化。学习的结果也是多元的，收获也是丰富的。在学习的阶段性评估中，和自己的过去比，知识掌握的丰富了，解题方法增多了，感觉自己提高了，从而对自己增强信心；和其他同学比，我有一定的优势，还有一些不足，准确定位，找准努力方向。要自我激励，不要自我挫败；要接纳自己、宽容自己；自我欣赏但不自我陶醉，激励自己更加努力学习，争取更大进步。

4．小节内容，布置作业

1.用简洁的语言归纳“诸言”内容。2.快速翻阅高一物理课本（粗读），回忆本书的主要内容和自己印象最深或最感兴趣的地方，用一段话来说明。

3.谈谈自己过去学习物理的经验教训以及设想如何来学习高一物理。板书设计 略 教学后记：

第三篇：物理学与人类文明 教案

绪言

物理学与人类文明

一、教学目标

1.了解物理学对人类文明、社会进步的影响

2.在总体上认识物理学，认识到物理学是现代科学和技术的重要基础

3.知道高中物理和初中物理在内容上和方法上的区别

4.知道怎样学好高中物理。

二、重点

理解学习物理的方法

三、难点

物理学的研究范围和学习方法

四、教学方法

讲授法、讨论法、结合多媒体

教学过程

一、自我介绍

简要介绍自己的情况，学习经历，介绍个人研究兴趣，研究成果，使学生熟悉老师，拉近

二、导入新课

1.通过阅读课文，讲解高科技技术的应用，展示物理学美好的发展前景，激发

学生学习物理的兴趣，开拓学生的知识视野。

2．播放序言的视频文件

三、新课教学

1.物理学的研究对象：物理学是研究物质的内部结构、物质存在的基本形式以及它们的性质和运动规律的学科，物理学是一门实验科学，也是一门崇尚理性、重视逻辑推理的自然科学。

2.物理学与其他科学技术的关系：物理学是现代自然科学的基础之一，物理学在自然科学的各个领域都起着重要作用。

3.物理学与社会进步：物理学的发展孕育了技术的革新，促进了物质生产的繁荣，改变了人类的生产和生活方式，推动了社会的进步。

4.物理学与思维观念：丰富了人类对物质世界的认识，也改变和扩展着人类的思维方式。是人类思维观念进步的伟大阶梯。

5.物理学的未来：自然界中最常见的运动状态，往往既不是完全确定，也不是完全随机的，而是介于二者之间，但为理解这类现象的混沌理论还远未成熟。

6.高一新生物理学习方法指导

(1)初中物理和高中物理的区别：内容、思维方式、解题方式

(2)如何学好高中物理：基本态度、基本方法、基本要求

(3)学习用品的要求

(4)高中物理课程结构

三、总结与鼓励

四、作业：预习下一节课：第一章 运动的描述 第一节 质点 参考系和坐标系

第四篇：《物理学与人类文明》教学设计（最终版）

整合教材资源，上好高中第一堂物理课 豆振峰 兰州七中 《物 2011.06.13 兰州电大培训教学设计

理学与人类文明》教学实践---

一、概述： 教材分析1.。绪课是《物理学与人类文明》出自新课标、人教版、普通高中物理教科书①（必修）高中第一堂物理课，也是一堂重要的课。绪论课给学生的第一印象，会使学生对教师的思想情感、精神向往、价值追求、教学《物理学与人类文明》风格和特色留下深刻印象，对提高学生学习物理的兴趣也很有帮助。，“物理学与社会进步”，“物理学与其他学科”中的，“物理学的未来”，“物理学与思维观念”全景式地展现了物理学与人类文明的方方面面以及社会发展、观念转变的作用和影响，为教师提供了进行绪论教学的丰富素材。对提高学生学习兴趣，了解物理学内容，怎样学好 物理进行了科学阐述。本节课知识点间关联不强，但好的资源配置可以提高兴趣，为学好物理增加动力，学好物理的方法，高中物理的内容，高、初中物理的差别和衔接也是本节课必须交代给学生 的内容之一。学情分析：2.但受到物都有着决心学好各门功课的决心和愿望，刚进入高中的新生经过中考的洗礼，理难学，高中物理学什么是他们迫切想知道的，怎么学是他们想得到的。利用好绪论课对培但中考的局限性大部分学生是制订学习计划和选用学习方法都至关重要。养学生学习兴趣，学啥考啥，对力学知识相对薄弱一点。好的动机加上好的方法是上好本课的前提。说课稿3.如何上好一堂绪论课？目前，关于绪论课有以下五个方案：方案一：视频（，组织讨论。，物理学简介，阅读《物理学与人类文明》分钟）12，小实验，阅读、分组发言谈感受。分钟）12方案二：视频（方案三：课前预习，上网查资料，课堂分组讨论发言。方案四：学生整节课自习，自己总结。方案五：跳过不讲。“物，《物理学与人类文明》中的“物理学与其他学科”1新课标人教版高中物理必修，全景式地展现了物理学与人“物理学的未来”，“物理学与思维观念”，理学与社会进步”类文明的方方面面以及社会发展、观念转变的作用和影响，为教师提供了进行绪论教学的丰富素材。“改变学习方式”的核心是让学生改变学生的学习方式是这次课程改革的一大任务。学生在学习活动中应该主动地动，而是做一个主动的“探索者”不做被动的“受教育者”脑、动手、引发疑问，进行思考、实验操作，相互讨论。引导学生逐渐形成观察与思考的。教学中要倡导自主学习，重视科学探究，实现教学方式的多习惯，不做思想的“懒汉”。样化，尽力做到“播种一种行为，收获一种习惯”从教科书演变成实际教学过程，其中有教师再创造的广阔空间，这将是展现教师对物智力交锋的轻松和谐的场所。也是师生情感交流、理学的理解及对教育的理解的多彩舞台，通过这种富含智力与非智力因素的教学活动，使固化在书本中的内容在学生心中和手中活 起来。

二、教学设计内容 【教学目标】

（一）知识与技能： 了解物理学对人类文明、社会进步的影响。1.2011.06.13 兰州电大培训教学设计

认识物理学在科学中的基础地位。2.知道高中物理与初中物理在内容、方法上的主要区别和联系。3.知道高中物理学习的基本要求。4.（二）过程与方法：1.通过物理实验，联系社会、生活实例，让学生体会物理对人类文明、社会进步的影响及物理 学的基础地位。通过实例分析，使学生认识高中物理与初中物理在内容、方法上的区别和联系。2.（三）情感态度价值观：全景式地了解物理学与人类文明的方方面面以及对社会发展、观念转变的作用和影响，提高科 学素养。【教学重点】 开阔学生视野，引起对高中物理的新鲜感，介绍高、初中物理的区别，知道怎样学习高中物理。【教学难点】内容多，素材丰富，怎样精选素材引起学生对高中物理的兴趣，怎样引导学生思考问题，知道如

何学习物理知识的方法。

课时 2【课时安排】 【教学过程】 引入：“判天地之美，战国时期接触的思想家。对中国古代哲学的发展具有重要影响。他说过：----庄子它起始于伽利略和牛顿时代。物理学是一门自然学科，这句话就是我们物理学科的浓缩。”析万物之理。它是一门实验科学，令人尊敬和热爱的基础学科。它已经成为一门有众多分支、进过三个多世纪的发展，也是一门崇尚理性、重视逻辑推理的科学。下面，我们通过实例来深入了解一下物理学的基础地位和对社会进步，人类文明的推动作用。

物理学的基础地位及物理学对人类文明、社会进步的影响。

一、（情景一：磁悬浮）1实验：找两个空心的圆柱片磁铁，同名磁极相对，穿在同一根竹筷上，用手压下上面的磁铁，松 手观察它的运动情况。：上面的磁铁为什么会跳起来，为什么会悬浮在下面的磁铁上方？1问题 ：根据这个实验，你会想到那一种交通工具？2问题人们就是从磁悬浮现象中得到启发，总结：这说明物理学在推进行磁悬浮列车的研究和制造的，动社会进步、人类文明方面起到推动作用。

情景二：感应起电和火花放电）2（实验：用感应起电机或感应圈产生火花放电，让学生观察现象，闻气味，然后联想生活实例。还

可以用一张纸试着挡住放电的弧光，最好能引燃纸张，说明雷击引起火灾的现象。

：你看、听到了什么现象？1问题问题 ：根据这个实验，你会想到那一种自然现象？2 ：放电发生在什么地方？为什么建筑物上方都有尖尖的设置，是干什么用的？3问题

：你闻到什么气味了吗？4问题总结：大家都知道是富兰克林首先研究了雷电现象，并将“天电”与“地电”统一起来，从此人们知道“天电”并不是上帝震怒，而是一种自然现象。在物理学对静电研究的基础上，人们发明了发电推动了社会的进步和发展。静电除尘等技术，静电复印、电动机、机、这也说明物理学在推动社会进步、人类文明方面起到推动作用。

情景三：阴极射线实验）3（实验：发生阴极射线，用磁场改变粒子运动轨迹。说明：我们看到的亮线是从阴极射出的电子流打在荧光板上产生的。

2011.06.13 兰州电大培训教学设计

：你有什么办法改变射线的轨迹？1问题

：从上述实验你会想到生活中的什么电器设备？2问题目前解决人类能源问题正是人们对电磁现象的深入研究使我们处于电气化和信息化时代，总结：的核聚变的研究中，利用磁场控制带电粒子的运动仍然是基本的思路和方法。）4（比比谁吹的肥皂泡大:四情景 你见过多大的肥皂泡？你吹过的肥皂泡最大的有多大？是什么形状的？在阳光下表面是什设问： 么颜色的？的30cm—20实验：用洗涤剂或洗衣粉加热水配置成液体，用硬导线（或细竹竿）圈成一个直径

圆圈，适当加洗涤剂试着能做出肥皂泡为止。1问题 ：这个肥皂泡大不？ ：与你见过的肥皂泡形状一样吗？为什么？2问题 ：阳光（灯光）下表面什么颜色？你知道为什么吗？3问题

这些我们高中都会接触到，到时我们再研究。我们要原子与核内容，光、电磁、热、高中物理我们还会研究力、总结：，勤于思考”“重视实验，养成习惯，提高能力。注重“经历过程，体验方法”人类文明的进一步了解物理的基础地位和对推动社会进步、阅读教材绪论中提供的素材，作业： 影响。

二、怎样学好高中物理 课前观看视频《物理学与人类文明》 1.2.分组讨论，派代表发言，谈学习感受。主要是物理的地位，物理的学习方法。

高中物理与初中物理在内容和方法上的区别 3.高中物理除了现象、概念和规律之外还应该关注研究问题的方法，学会从先想到抽象，从定性到

学会独立分析问题解决问题的思维习惯。学会实验探究，学会用数学方法解决物理问题，定量研究问题，高中物理学习的基本要求 4.。高中物理学习与初中物理学高中物理学习应该“重视实验，勤于思考”和“经历过程，体验方法”习虽然有一定区别，但也不是孤立的，要继续坚持初中物理学习中积累的学习方法和体会，重视从正反

两个方面加以总结和提炼，做到：

认真阅读，学会自学）1（弄清语句间的逻辑顺序和因果关系，阅读课本是要抓住关键词语，就要认真阅读课本。要学好物理，领会文章段落所表达的物理内容，掌握课本叙述物理问题的表达方法。2（认真听讲，独立思考）认真听讲是一个学生获得全面和丰富物理知识的主要途径。认真听讲当然要和独立思考联系在一起，缺少学生思维活动的听课，是不可能经历知识的构建过程和思维的发展过程的，认真听课并不排斥独立 思考。做好实验，做好练习）3（做好实验可以激发学习兴趣，掌握基本的实验技能和方法还能是我们清晰认知物理现象，建立物理

现象的明确表象，深刻理解物理规律和模型。高中物理的学习过程是物理知识的构建过程，而知识的结构与练习有着密切的关系，不能以听懂为目标，要达到会的目标。譬如，学游泳，教练一教就懂，但要会游泳不下水，不练习是绝对不会的，从

懂到会需要练习来支撑。针对学生知识起点和而是根据教学目标，一堂好的绪论课并不是教科书内容的简单讲解，【课后反思】心理特点的精心设计，是教师教学理念的体现，是教师多种教学方式、教学技能和及教学策略的思维、了解学习高花一定的时间进行绪论教学对培养学生学习高中物理的兴趣，磨刀不误砍柴功，灵活运用。中物理的方法都至关重要。3

2011.06.13 兰州电大培训教学设计 教学设计流程图】【 始 开

观察 实验导入 观察 提出问题 给出结论 1 完成 否 是 展示图片引出问题 课件 分析讨论 2 完成 否是 题问出引片图示展 课件 分析讨论 3 完成 否是 阅读 课本 总结 结束 4

2011.06.13 兰州电大培训教学设计

教学评价设计

帮助和总结 □否 ■是 如果你的作品集被选中作为案例，是否愿意署名？提示： 5

第五篇：物理学与人类文明论文(选修课)分解

物理学与人类文明论文

——浅析相对论与现代时空观

学生姓名： 谢 云 艺 所在学院： 管 理 学 院

专业年级： 工商管理111班

学生学号： 1111010141 指导老师: 唐延林老师

2013 年 12 月 13 日

摘要

物理学是一门探究一切物质的组成及运动规律揭示它们之间的联系和各种运动之间的关系的广博而丰富的学问。作为自然科学的一门重要基础科学，物理学历来是人类物质文明发展的基础和动力。物理学史上最具影响力的理论——相对论，是一个关于时空和引力的基本理论，主要由阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)创立，相对论和量子力学的提出给物理学带来了革命性的变化，共同奠定了现代物理学的基础。在本文中，笔者将从狭义相对论、广义相对论的相关原理和现代时空观以及他们在当今社会中的巨大影响方面，来论述“相对论与现代时空观”，笔者初次题写物理学类文章，多有不足之处，望广大读者朋友们海涵。

关键字：相对性原理 光速不变原理 等效原理 四维时空的不变论 狭义相对论 广义相对论 现代时空观 洛伦兹变换

目 录

一、前言....................................................................1

二、相对论的概念............................................................1

三、狭义的相对论............................................................3

1、狭义相对论概念.......................................................3

2、狭义相对论的提出背景.................................................3

3、狭义相对论的基本原理.................................................4

4、狭义相对论的主要结论.................................................5

5、四维时空中的不变量...................................................6

6、质能关系、质能转化...................................................6

四、新引力理论——广义相对论................................................7

1、广义相对论概念.......................................................7

2、广义相对论的基本原理.................................................8

3、广义相对论的主要结论及一些预言.......................................9

4、相对论的时光观.......................................................9

五、相对论对当今社会的影响.................................................10

六、论文小结...............................................................11

附：参考文献...............................................................13

贵 物理学与人类文明论文

第 1 页

一、前言

时光飞逝，转眼之间又过了半个学期，这半年来，在唐老师兢兢业业的教学下，我们完成了物理学与人类文明课程的学习，临近期末，是课程结束的时候，也是我们的知识用到实处的开始阶段。还记得老师讲授物理学与人类文明第四章的内容——相对论与现代时空观。由于个人的原因，对爱因斯坦有着莫名的崇拜，同时也对他老人家的相对论非常感兴趣，以至于本人对这一堂课印象非常深刻。本来就有想写点东西的想法，再加之老师交给我们完成课程论文撰写的任务，同时我们也务须对本次课程的学习总结反思一番，鉴此，笔者作如下小论一篇------浅析相对论与现代时空观。

物理学是一门探究一切物质的组成及运动规律揭示它们之间的联系和各种运动之间的关系的广博而丰富的学问。作为自然科学的一门重要基础科学，物理学历来是人类物质文明发展的基础和动力。同时作为人类追求真理、探索未知世界奥秘的有力工具，物理学又是一种哲学观和方法论。在人类文明漫长的岁月中，这种古老而又生机勃勃的学科为我们造就了一个又一个光辉的里程碑。

物理学对科学技术和生产力的发展起着最直接地推动作用，几次工业革命便是最好的验证。其都是由于物理学深刻地揭示了自然规律，构成了认识自然、改造自然的巨大力量，为科技发展提供了方法和技能。近一个世纪以来，物理学又有了崭新的进展，带来相应的新技术革命。

二、相对论的概念

相对论是关于时空和引力的基本理论，主要由阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)创立，依据研究的对象不同分为狭义相对论和广义相对论。相对论和 贵 物理学与人类文明论文

第 2 页

量子力学的提出给物理学带来了革命性的变化，共同奠定了现代物理学的基础。相对论极大地改变了人类对宇宙和自然的“常识性”观念，提出了“同时的相对性”、“四维时空”、“弯曲时空”等全新的概念。

狭义相对论和广义相对论建立以来，已经过去了很长时间，它经受住了实践和历史的考验，是人们普遍承认的真理。相对论对于现代物理学的发展和现代人类思想的发展都有巨大的影响。相对论从逻辑思想上统一了经典物理学，使经典物理学成为一个完美的科学体系。狭义相对论在狭义相对性原理的基础上统一了牛顿力学和麦克斯韦电动力学两个体系，指出它们都服从狭义相对性原理，都是对洛伦兹变换协变的，牛顿力学只不过是物体在低速运动下很好的近似规律。广义相对论又在广义协变的基础上，通过等效原理，建立了局域惯性长与普遍参照系数之间的关系，得到了所有物理规律的广义协变形式，并建立了广义协变的引力理论，而牛顿引力理论只是它的一级近似。这就从根本上解决了以前物理学只限于惯性系数的问题，从逻辑上得到了合理的安排。相对论严格地考察了时间、空间、物质和运动这些物理学的基本概念，给出了科学 贵 物理学与人类文明论文

第 3 页

而系统的时空观和物质观，从而使物理学在逻辑上成为完美的科学体系。

三、狭义相对论

1、狭义相对论的概念

狭义相对论，是只限于讨论惯性系情况的相对论。牛顿时空观认为空间是平直的、各向同性的和各点同性的的三维空间——绝对空间，时间是独立于空间的单独一维（因而也是绝对的），即绝对时空观。狭义相对论认为空间和时间并不相互独立，而是一个统一的四维时空整体，并不存在绝对的空间和时间。在狭义相对论中，整个时空仍然是平直的、各向同性的和各点同性的，这是一种对应于“全局惯性系”的理想状况。狭义相对论将真空中光速为常数作为基本假设，结合狭义相对性原理和上述时空的性质可以推出洛仑兹变换。

2、狭义相对论的提出背景

在19世纪末，人们知道光速是有限的，在测量光速时发现，木星卫星发出的光，到达地球的时间是相同的，而不管地球是朝向卫星运动还是背向卫星运动。这不符合物体运动的速度叠加原理（A参照系相对于B参照系速度为v1,A上发出相对A速度为V2的物体，物体相对于B速度为V1+V2），而符合波的性质，因为当时已知的所有波都有介质，因此人们假设光也有介质，定名为“以太”，光在以太中稳定传播，所以与地球的运动无关。

由于地球并非宇宙中的特殊天体，以太应该对地球有相对运动，而著名的迈克耳孙（A.A.Michelson）和莫雷（E.W.Morley）实验证明了相对地球运动的以太不存在，也就是说，如果存在以太，以太就是对地球静止的，这里和一些人认 贵 物理学与人类文明论文

第 4 页

为的证明了以太不存在，叙述上有一点点区别。

1905年，爱因斯坦提出两条假设：

1。相对性原理：物理学在一切惯性参考系中都具有相同的数学表达形式，也就是说，所有惯性系对于描述物理现象都是等价的。（够绝对的）

2。光速不变原理：在彼此相对作匀速直线运动的任一惯性参考系中，所测得的光在真空中的传播速度都是相等的。

1964年到1966年，欧洲核子中心（CERN）在质子同步加速器中作了有关光速的精密实验测量，直接验证了光速不变原理。实验结果是，在同步加速器中产生的一种介子（写法是派的0次方）以0.99975c的高速飞行，它在飞行中发生衰变，辐射出能量为6000000000eV的光子，测得光子的实验室速度仍是c。

3、狭义相对论的基本原理

（1）相对性原理——所有的物理规律在不同的惯性参照系中均一样。

贵 物理学与人类文明论文

第 5 页

（2）光速不变原理——光在真空中的传播速度，在所有惯性参照系中均相同。

4、狭义相对论的主要结论（1）同时的相对性

在车厢上同时发生的两件事，在地面上看来并不同时发生。

同时性具有相对性。

（2）时间延缓

（3）长度缩短 贵 物理学与人类文明论文

第 6 页

表明空间也是相对的，在不同参照系有不同的空间结构。

在一个参照系看物体是一个正方体，在另一个参照系可能是长方体；在一个

参照系是球形，在另一个参照系却是扁球形的。

表明物体的形状是相对的。

5、四维时空中的不变量

狭义相对论中，距离和时间在不同的参照系是不同的。然而 s(ct)(r)（1）质能关系 22是四维时空中的不变量。表明时间和空间不是独立的，相互间存在联系！

6、质能关系、质能转化

在化学反应中，例如氢与氧结合生成水，水的质量等于参加反应的氢和氧的质量之和。在反应中放出的热量，被认为是氢和氧原子中储存的化学能，在整个反应过程中，能量和质量分别守恒。贵 物理学与人类文明论文

第 7 页

爱因斯坦要使物体运动定律既满足光速不变和相对性原理，又要求低速下与牛顿定律一致，得到了一个令人意外的结果：物质可以转化为运动能量，能量也可转化为物质。

物质与能量相互等价

Emc2质量包括静止质量和运动质量

静止质量可以转化为运动质量：如正负粒子相互湮灭成光子，而光子只有运动质量没有静止质量.反之亦然。

（2）质能转化

氢与氧结合生成水时放出的热量来源于氢与氧的质量和与水的质量之差（也称质量亏损）。

化学反应的质量亏损比例约为一千亿分之一到十亿分之一。核反应的比例约为一万分之一到一千分之一。

50克物质全部转化为能量，可将西湖中的所有水加热到沸腾。

四、新的引力论——广义相对论

1、广义相对论的概念

广义相对论是爱因斯坦在1915年发表的理论。爱因斯坦提出“等效原理”，即引力和惯性力是等效的。这一原理建立在引力质量与惯性质量的等价性上(目前实验证实,在10 − 12的精确度范围内,仍没有看到引力质量与惯性质量的差别)。根据等效原理，爱因斯坦把狭义相对性原理推广为广义相对性原理，即物理定律的形式在一切参考系都是不变的。物体的运动方程即该参考系中的测地线方程。测地线方程与物体自身故有性质无关，只取决于时空局域几何性质。贵 物理学与人类文明论文

第 8 页

而引力正是时空局域几何性质的表现。物质质量的存在会造成时空的弯曲，在弯曲的时空中，物体仍然顺着最短距离进行运动(即沿着测地线运动——在欧氏空间中即是直线运动)，如地球在太阳造成的弯曲时空中的测地线运动，实际是绕着太阳转，造成引力作用效应。正如在弯曲的地球表面上，如果以直线运动，实际是绕着地球表。

2、广义相对论的基本原理（1）广义协变原理

自然规律对于任何参照系而言都应具有相同的数学形式。（2）等效原理

匀加速参照系可与均匀引力场中静止的参照系等效。

比萨斜塔实验 m引＝m惯 贵 物理学与人类文明论文

第 9 页

3、广义相对论的主要结论及一些预言（1）结论

引力大的地方时间过得慢 ；

引力导致空间弯曲。（2）预言

恒星光的引力偏转；

雷达回波延迟；

水星近日点的进动。

4、相对论的时光观

（1）牛顿的绝对时空观认为时间和空间是绝对的、均匀的，相互独立的；根据相对论,时间和空间是相对的。即在不同的参照系时间是不同的，物体的形状，质量等都是不同的；“横看成岭侧成峰，远近高低各不同。”（苏轼《题西林壁》）

（2）时间和空间是相互关联的。

一个参照系中的所有钟都校准了，即相互同步的，在另一参照系看这些不同地点的钟都不同步了。（3）四维时空中的“不变论”

相对论（relativity）不同于“公说公有理，婆说婆有理。”没有是非标准的相对主义（relativism）的理论。

寻求不同参照系中各观测量之间的联系，重点是不同参照系中的共性，即所谓的“不变性”

真空中的光速在不同参照系中是不变的，物理规律的数学形式在不同参照

2GMT12tcr 贵 物理学与人类文明论文

第 10 页

系中是一样的。

时空会影响物质的“内在的特性”！

物质也会反过来改变时空!时间与空间不仅是相对的、相互关联的，而且与物质存在有关，与观察者的运动状态有关

五、相对论对当今社会的影响

从爱因斯坦的相对论出现后,大家都知道时间也是相对的,是和质子裂变的速度的比较.这个事情推论到人的身体要素上也是成立的.当人体机能所进行的分子裂变超过正常的时候,也就是新陈代谢大量造物的时候,即新造的多而代谢的少的时候,那么这个人的体内质子裂变将明显超过时间相对的质子裂变的速度,因此在这个人的内心的心理时间就会比外界的正常时间长.比如小孩子,由于他们的新陈代谢旺盛,因此他们的内心就我们正常人的时间感觉长,因此他们表现的好动.不过这个心理时间可以通过人的意念,欲望所控制,因此有些小孩子在很小的时候就表现的比较安静,比较镇定,那是他们从心理上把肌体质子裂变的比例因子用意念给缩短了.如果这种意念能够长久的保持和利用,这样的孩子在成人以后多能表现的临危不乱,很容易成大事.而且这个肌体质子裂变的,在特定情况下,可以受到临时或者外部环境的影响,比如人在焦虑,忧愁,烦恼,悲伤的时候,此时人的体内的质子裂变激烈,质子的剧烈裂变导致激烈的心理暗示.这个心理暗示是在加速质子裂变的情况下产生的影响,因此此时的心理暗示比正常情况下普通的心理暗示强烈的多,因此人 贵 物理学与人类文明论文

第 11 页

们在危难,忧愁,烦恼前的心理暗示往往是极其激烈的,激烈的可以摧毁一个人的精神支柱,理念信仰.相反的,如果人类利用这个心理暗示加速自己的战斗决心和意志力,这将无形的增大这个人的意志力.就象说“爱情的力量是伟大的”,其实不是爱情有力量,而应该是质子裂变下心理暗示所造成的能量的累计.因此21世纪更伟大的生命科学将从浅层次的人类心理意识行演变成引导这种心理意识革命的更伟大的战斗中去.到那时,人类的很多极限将需要重新谱写.六、总结

我们的物理学有许多的哲理性的解释、原理和概念，它都可以被借鉴推广到人类社会各个领域，实现多领域的创新，使我们社会、个人健康发展过程中积累智慧，不断合理前进。当前不管是社会、民族、科技都朝着和谐统一的方向发展。爱因斯坦、莱布尼茨、波尔、费曼、杨振宁等世界物理学大师都很欣赏中国古代的系统而有机的思维，并试图用系统的东方思维方式寻找自然界中各种矛盾理论的大统一理论。爱因斯坦为这一方向做出了前期的贡献。狭义、广义相对论正是统一各前期各学科理论矛盾后得出的伟大物理理论。他还历史性地提出“爱因斯坦质能方程”。事实上这种表现方式在中国的古代就已经有了，并且早已成功地运用到中医学中。在中医学中，爱因斯坦的“质”被解释为“血”，“能”则被解释成“气”。质能的辩证统一，早在两千多年前的古代中国就已经以“气血”的辩证理论，为世世代代中国人的健康问题而服务。贵 物理学与人类文明论文

第 12 页

我们在学习各领域学科时，应该不忘记与自然、历史、思想、文化、人类社会和积极的处世哲学相联系。在学习自己的学科时，真正成为一个全面发展的人。

综合以上论述，物理学自其诞生便作为一门能够不断改写和更新人类文明的学问而存在并不断丰富发展着；它对人类社会进步的贡献是每一位科学家有目共睹的。物理学不仅满足了人们探索未知世界的好奇心与求知欲，同时在其理论发展过程中对工业科技进步及其它自然科学发展潜移默化地起着举足轻重的作用。物理学的发展，不仅为人类物质生产开拓了新的空间，而且为人类精神世界积淀了丰富的宝藏，对人类社会的生产方式、生活方式和思维方式产生了深远的影响。

另外，通过这一次的理论实习，我受益匪浅，老师的精彩授课，让我们习得很多平时都见不到的物理学理论，真的好不容易。同时，我也在反思，我们学习的目的是什么，并不是为了学习理论而来的，更重要的是要将课堂的理论运用到实际啊，我想老师授课的初衷也是这样的。所以，我们不仅要学会很多相关专业的理论基础知识，更应该学会自己实践，用现实实践来补充书本理论，用理论与实践的结合来武装自己，是自己真正成为一个有作为的现代知识分子。

正如俄国科学家德米特里·门捷列夫曾所言：没有经过实践检验的理论，不管它多么漂亮，都会失去分量，不会为人所承认；没有以有分量的理论作基础的实践一定会遭到失败。所以，这一次，我学会了物理学理论，也理会了要将其与实践相结合。所以，接下来的时光里，我们任重道远，然我将继续奋斗到底，争取有一天能够将物理学继续发扬光大。

贵 物理学与人类文明论文

第 13 页

附录

参考文献：

【1】马文蔚.物理学[M].高等教育出版社 第五版上册

【2】理查德•费恩曼.费恩曼物理学讲义[M].上海科学技术出版社 新千年版第一卷 【3】胡盘新、汤毓骏、钟季康、程守洙.普通物理学[M].高等教育出版社 第六版上册 【4】哈里德.时代教育国外高校优秀教材精选.物理学基础[M].机械工业出版社 第六版 【5】哈里德.哈里德大学物理学[M].机械工业出版社 第六版上册

【6】[EB/OL]相对论：http://baike.baidu.com/subview/4243/8836415.htm 【7】[EB/OL]洛伦兹变换：http://baike.baidu.com/view/33340.htm 【8】爱因斯坦（著）刘道军（译）.相对论的意义[J].上海科技教育出版社 【9】R.P.费曼.费曼讲物理：相对论[J].湖南科学技术出版社