大學物理學本身及相關(guān)應用科學的發(fā)展和創(chuàng)新無不與物理實驗密切聯(lián)系，但是學好物理學并不是一件簡單的事情。大家知道大學物理的學術(shù)論文應該如何寫么?一起看下吧!

　　大學物理的學術(shù)論文：《試論質(zhì)點力學在大學物理中的作用》

　　牛頓定律為基礎的力學理論被稱為牛頓力學或經(jīng)典力學,它曾經(jīng)被尊為完美普遍的理論而興盛了約三百年。盡管在二十

　　世紀初發(fā)現(xiàn)了它的局限性,其在高速領域被相對論所取代,在微觀領域被量子力學所取代,但在一般的技術(shù)領域,如機械制造、土木建筑,甚至航空航天技術(shù)中,經(jīng)典力學仍保持著充沛的活力而處于基礎理論的地位。另外,由于經(jīng)典力學是最早形成的物理理論,后來的許多理論,包括相對論和量子力學的形成都受到它的影響。后者的許多概念和思想都是由經(jīng)典力學的概念和思想發(fā)展、改造而來。[1]經(jīng)典力學在一定意義上是整個物理學的基礎。

　　經(jīng)典力學中的質(zhì)點力學和剛體力學基礎是大學物理中的必修內(nèi)容,而質(zhì)點力學又是大學物理中的開篇內(nèi)容。質(zhì)點力學在中學物理中就開始講授,但在中學物理中質(zhì)點力學僅限于處理質(zhì)點作勻速、勻變速運動,質(zhì)點受恒力作用問題,而在大學物理中的質(zhì)點力學,不僅僅講述基本概念、原理和定律,而且將物理學中最常用、最基本的研究方法體現(xiàn)出來,這對學生學習大學物理的后繼內(nèi)容,乃至后繼的相關(guān)課程都很重要。本文從三方面分析。

　　一、建立物理模型的研究方法

　　質(zhì)點力學中建立的第一個、也是最簡單的物理模型是質(zhì)點,它從兩個方面反映了運動物體的主要特征:幾何點反映了物體的位置;質(zhì)量反映了物體的慣性。一個物體如果作平動,它的各個部分具有完全相同的運動狀態(tài),即具有相同的位移、速度、加速度等,可以用一個點的運動代表物體整體的運動。平動物體可按質(zhì)點模型處理,如圖1所示。如果一個物體自身的線度與它的運動范圍的線度相比微不足道,或者在所研究的問題中允許忽略物體各部分運動狀態(tài)的差異,這樣的物體可按質(zhì)點模型處理。一般對平動物體來說,某個物體能否采用質(zhì)點模型,并不在于它的大小,而是由研究問題的性質(zhì)以及對精度的要求來決定的。如果研究問題允許忽略物體各部分運動狀態(tài)的差異,就可以將物體視為質(zhì)點,否則就要按其實際形狀討論。

　　由質(zhì)點模型的建立我們看到,模型取代原型有助于概念的形成和運用,有助于問題的分析。建立模型是物理學的基本研究方法,模型的提出有利于概念的建立和規(guī)律的表述。例如剛體、理想彈簧、理想氣體、點電荷、線電流、光線等等,都是物理規(guī)律賴以表達的基本物理模型。

　　物理學理論的普適性與運動客體的多樣性,要求我們將研究對象理想化。人們對大量物理過程進行清理與概括,尋找過程的基本物理特征,再經(jīng)過對原型信息的簡化壓縮,構(gòu)造出原型的替代物,即模型。物理模型有意突出現(xiàn)象中起主要作用的因素,忽略一切非本質(zhì)的細節(jié),形成簡明的物理圖像。一個好的模型具有簡單性、概括性和與實驗的一致性等特點。[2]模型是理性思維的產(chǎn)物,數(shù)學是理性思維的基本形式,建立物理模型是運用數(shù)學的前提。

　　二、微積分思想和方法的運用

　　在中學物理中,主要應用代數(shù)運算來分析簡單的物理問題。而在大學物理中,微積分的分析方法是解決物理問題的基本方法,這也是學生學習大學物理時感到困難的地方。因此,如何使學生理解微積分思想,熟練運用微積分方法來分析物理問題,就成為大學物理教學中必須解決的問題。

　　物理現(xiàn)象和規(guī)律的研究都是以最簡單的現(xiàn)象和規(guī)律為基礎的。對于實際中的復雜物理問題,可以先把它分割成許多在較小時間、空間等范圍內(nèi)的相應局部問題,只要局部范圍被分割到足夠小,小到對于這些局部范圍內(nèi)的問題都可以近似處理為簡單、基本、可研究的問題,然后再將所有局部范圍內(nèi)研究的結(jié)果積累起來,就可以得到問題的結(jié)果。在理論分析時,把分割過程無限地進行下去,局部范圍就無限地小下去的過程,便是微分。把所有的無限多個微分元中的結(jié)果求和過程,便是積分。這就是大學物理中運用的微積分思想和方法。它把復雜物理問題進行時間、空間范圍上的有限次分割,在有限小的局部范圍內(nèi)進行近似處理,然后讓分割無

　　限地進行下去,局部范圍也就無限地變小,因此近似處理也就變得越來越精確,這樣,從理論上就能得到精確的結(jié)果。[3]通過微積分方法中有限向無限的轉(zhuǎn)化來實現(xiàn)由近似到精確的分析過程,是大學物理中運用微積分思想和方法的關(guān)鍵,而這些思

　　想和方法在質(zhì)點力學中體現(xiàn)得淋漓盡致,學生也是在學習質(zhì)點力學時第一次接觸到用微積分解決物理問題。下面通過例題來進行說明。

　　例1,如圖2所示,有兩個質(zhì)量分別為M和m的質(zhì)點,其中質(zhì)點M固定不動,m經(jīng)任意路徑由a點移到b點,求在此過程中萬有引力所做的功。

　　分析求解:取M的位置為參考點,設a、b兩點距M的距離分別為ra和rb。設在某一時刻質(zhì)點m距質(zhì)點M的距離為r,相對于M的位置矢量為r,er為位置矢量r的單位矢,此時m受

　　M的萬有引力為F=-G 。

　　在m沿任意路徑由a點移到b點的過程中,F為變力,不能用恒力做功的公式。我們可以取一位移元dr,在此位移元中,F可近似看成是恒力,則在此位移元中F所做的功為:

　　dA=F•dr=Fcos(π-θ)|dr|=-Fcosθ|dr| (1)

　　由于|dr|cosθ=dr代入(1)式得dA=-G 。

　　當質(zhì)點m從a點沿任意路徑到達b點,F所做的功為:

　　A= dA= -G dr=GMm( - )

　　這個例題是質(zhì)點力學中把復雜物理問題進行空間范圍上的有限次分割,然后在有限小的局部范圍內(nèi)進行近似處理,再通過微積分將有限向無限的轉(zhuǎn)化,實現(xiàn)由近似到精確求解的一個典型例題。

　　下面再舉一個質(zhì)點力學中把復雜物理問題進行時間范圍上的有限次分割的典型例題。

　　例2,有一沖力作用在質(zhì)量為0.3kg的物體上,已知力的大小F隨時間t的變化規(guī)律為:

　　25×104t 0≤t≤0.02

　　2.0×105(t-0.07)2 0.02≤t≤0.07

　　式中F的單位為N,t的單位為s。求0～0.07s時間間隔內(nèi)F的沖量大小。

　　分析求解:在0～0.07s時間內(nèi)F為變力,不能用恒力沖量的公式。我們可以任取一時間元dt,在此時間元中,F可近似看成是恒力,則在此時間元中F的沖量大小為:

　　dI=Fdt

　　這個例題是質(zhì)點力學中把復雜物理問題進行時間范圍上的有限次分割,然后在有限小的局部范圍內(nèi)進行近似處理,再通過微積分將有限向無限的轉(zhuǎn)化,實現(xiàn)由近似到精確求解的一個典型例題。

　　三、三個基本守恒定律的提出

　　質(zhì)點力學指出,當力作用于質(zhì)點或質(zhì)點系時,往往有一段持續(xù)時間,或者持續(xù)一段距離,這就是力對時間的積累作用以及力對空間的積累作用,在這兩種積累作用中,質(zhì)點或質(zhì)點系的能量、動量或角動量將發(fā)生變化或轉(zhuǎn)移。當系統(tǒng)外力滿足一

　　定條件時,在變化過程中的系統(tǒng)作為整體可能出現(xiàn)守恒的運動量。在質(zhì)點力學中,由牛頓定律推出了 機械能守恒、動量守恒和角動量守恒三個守恒關(guān)系,使復雜的力學研究得以簡化。但是能量守恒與轉(zhuǎn)化定律、動量守恒定律和角動量守恒定律的適用范圍比牛頓定律更為廣泛,它們不僅適用于力學,而且為物 理學中各種運動形式所遵守。例如在微觀領域中,牛頓定律已不適用,但這些守恒定律依然適用。比如愛因斯坦光電效應方程的提出,就是在微觀領域中運用了能量守恒與轉(zhuǎn)化定律;而康普頓效應的解釋,則是在微觀領域中運用了動量守恒定律及能量守恒與轉(zhuǎn)化定律。

　　在物理學中,守恒定律是最強有力的分析手段。它們的實質(zhì)是:在某種確定 環(huán)境下,相互作用的物體無論發(fā)生什么樣的變化,仍然有這種或那種可測度的量(如能量、動量、角動量等)的總和,在整個觀察期間保持不變。守恒定律能透過零亂復雜的表面變化,指出一種或幾種潛在的內(nèi)部穩(wěn)定性,這種穩(wěn)定性一旦被確認,系統(tǒng)便由混亂變得井然有序。我們可以通過下面的例題略見一斑。

　　例3,如圖3所示,一質(zhì)量為1kg的小球系在長為lm的細繩下端,繩的上端固定在天花板上。起初把繩子放在與鉛垂線成30°角處,然后放手使小球沿圓弧下落,試求繩與鉛垂線成10°角時小球的速率。

　　分析求解:當繩與鉛垂線的夾角為θ時,小球受到繩的拉力T和重力mg的作用。由于小球在運動的過程中T是變化的,因此用牛頓定律解決此題比較麻煩。但由于T方向始終與小球的運動方向垂直,在小球運動的過程中不做功,而mg則是保守力,因此小球在運動的過程中滿足機械能守恒的條件。

　　先設小球質(zhì)量為m,繩長為L,在起始時刻繩與鉛垂線的夾角為30°,小球的速率v0=0;當繩與鉛垂線的夾角為10°時,小球的速率為v。并設小球的末位置所在水平面為零勢面,由機械能守恒定律得:

　　mgh=mg(Lcos10°-Lcos30°)= mv2

　　例4,一靜止的物體,由于內(nèi)部作用而炸裂成三塊,其中兩塊質(zhì)量相等,并以相同的速率30m•s-1沿相互垂直的方向分開。第三塊質(zhì)量3倍于其它任一塊的質(zhì)量,求第三塊的速度大小和方向。

　　分析求解:由于物體因內(nèi)部作用而炸裂,外力(重力)遠小于內(nèi)力,可以忽略不計,因此滿足動量守恒條件。由于物體最初動量為零,故炸裂后三塊的總動量也應該為零。設三塊的速度分別為v1、v2、v3,質(zhì)量分別為m1、m2、m3,則有:

　　m1v1+m2v2+m3v3=0或m3v3=-(m1v1+m2v2)

　　即第三塊的動量與第一、第二兩塊動量的矢量和大小相等、方向相反,它們之間的關(guān)系如圖4所示。

　　已知v1與v2相互垂直,故有

　　(m3v3)2=(m1v1)2+(m2v2)2

　　已知m1=m2,m3=3m1,v1=v2=30m•s-1(2)

　　由(2)式可得:(3v3)2=。

　　解得v3= v1= ×30=14.1m•s-11。

　　又有tanθ 。

　　此結(jié)果說明v3與v1之間的夾角為135°。

　　例5,一人造衛(wèi)星繞地球沿橢圓軌道運動,地球的中心O為該橢圓的一個焦點,如圖5所示。已知地球的平均半徑R=6370km,人造衛(wèi)星近地點P1的高度h1=439km,速度為v1=8.11km•s-1,遠地點P2的高度h2=2384km,求人造衛(wèi)星在遠地點P2的速度。

　　分析求解:人造衛(wèi)星的運動可認為僅受地球?qū)λ囊?由于該引力始終指向地球中心O,相對于O點的力矩為零,因此人造衛(wèi)星在運動中相對于點O的角動量守恒。

　　人造衛(wèi)星在近地點P1的角動量為:L1=mv1(R+h1)。

　　在遠地點P2的角動量為:L2=mv2(R+h2)。

　　由角動量守恒定律得:

　　mv1(R+h1)=mv2(R+h2)

　　v2=v1 =6.31km•s-1

　　四、結(jié) 論

　　在質(zhì)點力學中,講述了物 理學中最基本的研究方法——建立物理模型;訓練了解決物理問題的基本的方法——微積分分析方法;同時還提出了物理學中各種運動形式所遵守基本守恒定律。因此,質(zhì)點力學是大學物理中第一塊、也是最重要的一塊基石。

　　大學物理的學術(shù)論文：《淺談大學物理優(yōu)先教學》

　　概念，是指在認識事物的過程當中，對事物的共同本質(zhì)加以抽象概括，從感性認識上升到理性認識。物理學的發(fā)展過程是科學家為了解決自然界遇到的新問題而不斷探索的過程，所提物理概念是對所描述對象的高度概括[1]。大學物理是高等院校理工類專業(yè)開設的一門公共基礎課。物理概念在大學物理教學過程中起到非常重要的作用、也是能否學好物理的關(guān)鍵，它是對物理基本理論、基本定律進行理解和掌握的前提和條件，也是大學物理知識體系的基礎和核心。

　　對大學物理概念的教學是能否實現(xiàn)提高教學質(zhì)量、實現(xiàn)教學目的的關(guān)鍵。在大學物理教學過程當中應重視對概念的講解、討論及應用，這就要求要把對概念的教學放在優(yōu)先考慮的地位。物理學是探索物質(zhì)結(jié)構(gòu)及其運動規(guī)律的科學，涉及力、熱、電、光、原(子)等，大學物理學上的許多概念在醫(yī)學、化學、數(shù)學、天文學、建筑學等學科上有著重要的應用，概念優(yōu)先教學法能夠啟發(fā)學生對于物理學的直覺，有效的促進教學質(zhì)量及教學效果的提高，使得對物理概念的教學在課堂上越來越受重視。

　　1概念教學階段分析

　　其實，處于大學學習階段的學生，對事物的發(fā)展規(guī)律及特點具備了一定程度的認知能力，所以在對大學物理概念進行講解的時候，盡量避免和盤托出式的展現(xiàn)，教師應采取靈活多樣的方式引入概念，簡述概念產(chǎn)生時的背景與基礎、解釋引入概念的必要性和合理性，以激發(fā)學生的學習興趣，幫助學生由感性認識上升到理性認識，再給出嚴格的定義。

　　例如學習剛體一章引入轉(zhuǎn)動慣量這一概念時，先從計算剛體的轉(zhuǎn)動動能入手，讓學生意識到引入轉(zhuǎn)動慣量的必要性后，再給出嚴格的物理定義。在引入駐波的概念之前，首先讓學生看一段關(guān)于浪尖上的舞蹈———歐洲駐波沖浪錦標賽的視頻，從而激發(fā)學生興趣、引發(fā)學生思考。采用非正式的、直覺性的想法過渡到它們的正式定義和物理名詞。與看上去隨意地、直接地被正式定義相比，這種采用富于啟發(fā)性方法引入的概念，更容易被學生記憶和掌握[2]。

　　為了使學生對概念有著準確的理解與掌握，還要明確概念的內(nèi)涵與外延。部分學生以為對于大學物理的學習只要把相關(guān)的概念、公式、定理、定律等進行機械記憶，然后根據(jù)題意代入相關(guān)的數(shù)據(jù)，最后運用數(shù)學知識解出結(jié)果即可，導致了只要題目給出的物理情景稍加變換，就很容易出錯，也找不出問題出在何處。如在學習光學中關(guān)于薄膜干涉的應用———牛頓環(huán)時，教材上所給出的裝置是由一塊曲率半徑很大的平凸透鏡和一塊平面玻璃相接觸而構(gòu)成的，凸透鏡與平面玻璃之間是空氣，形成一個空氣劈，當垂直入射的光在空氣劈的上下兩個表面時，產(chǎn)生的光程差有附加光程差，在環(huán)心所對應的劈尖厚度為零時，光程差是半波長的奇數(shù)倍，環(huán)的中心是暗紋，有的學生就機械的教條的記住這一點。

　　但當把牛頓環(huán)裝置中的凸透鏡與平面玻璃之間的空氣換成某種介質(zhì)，并使這種介質(zhì)的折射率大于構(gòu)成透鏡材料的折射率，而又小于構(gòu)成平面玻璃材料的折射率時，環(huán)的中心變?yōu)榱良y就不可理解了，因為這部分學生沒有理解由于半波損失引起附加光程差概念的深刻理解，只是教條的記住教材上給出的結(jié)論，沒明確概念的內(nèi)涵與外延，沒有弄清楚當光在劈尖上下兩個表面反射都有半波損失時，光程差中的附加光程差相互抵消，就不再有附加光程差了，在劈尖厚度為零的情況下，光程差為波長的整數(shù)倍，使得環(huán)心變?yōu)榱良y了。概念圖也是概念優(yōu)先教學法的重要組成部分，概念圖作為一種教學技術(shù)由康奈爾大學的J.D.Novak博士根據(jù)DavidP.Ausubel的有意義學習理論提出的[3]。

　　Novak指出概念圖是某個主題的概念及其關(guān)系的圖形化表示、是用來組織和表征知識的工具。通過概念圖的方式，可以清晰的反映出概念與概念之間的關(guān)系，同時可以使學生建立起新概念與舊概念之間的聯(lián)系，將所要學習的新知識同化到已掌握的概念系統(tǒng)當中，從而系統(tǒng)的掌握所學知識架構(gòu)，同時也培養(yǎng)了學生的發(fā)散式思維模式、發(fā)掘?qū)W生的潛能、創(chuàng)造解決問題的新方式。

　　通常概念的外延是按照由大到小的原則，以《大學物理》所涉及的光學內(nèi)容的概念圖如圖1所示：概念圖讓平時所學的零零碎碎的知識系統(tǒng)化、條理化，并使學生在開闊視野、激發(fā)學習興趣及培養(yǎng)邏輯思維能力等方面得到有效的提高，更加促進了對所學概念的理解和應用。

　　2概念的教法

　　深入理解并掌握基本概念是大學物理教學的基本要求，因為是否具有扎實的物理基礎知識直接影響到后續(xù)專業(yè)課的學習效果。在進行大學物理教學的過程當中必須把概念放在優(yōu)先的位置，根據(jù)大學物理課程的特點，對其中概念的教學方法大致有以下三種：

　　2.1定義法物理定義是指對一種物理現(xiàn)象的本質(zhì)特征及對一個物理概念的內(nèi)涵外延的精要說明。在物理中有許多基礎性的概念都是由定義法給出的，如位矢、溫度、壓強、電場強度、磁通量、光程、黑體、勢壘貫穿等。對于這些基礎性的物理概念的教學，無需過多的分析與講評，直接以定義的形式給出，教學效果會更好。

　　2.2比較法“比較法”是在教學過程中常用的思維方法之一，尤其是在大學物理概念教學的過程當中，有些物理概念在新引入時，如果與已掌握的比較熟悉的概念加以聯(lián)系，采用比較法對不同物理概念間的相同特征或相異特征進行比較與鑒別，會加深對物理概念的理解與掌握，揭示概念的本質(zhì)與區(qū)別，起到事半功倍的作用。比如在學習剛體轉(zhuǎn)動時出現(xiàn)的角加速度、轉(zhuǎn)動慣量、轉(zhuǎn)動動能等新的物理概念時，可以與學生已經(jīng)熟悉的有關(guān)一維運動的相關(guān)概念進行比較：

　　2.3實驗法物理學是一門以實驗為基礎的科學，在進行物理概念的教學過程中，教師通過演示實驗，讓學生通過觀察實驗后再引入物理概念，例如在引入衍射的物理概念時，可以首先演示單縫衍射的實驗，讓學生觀察當激光通過單縫后在屏上所呈現(xiàn)的明暗相間的條紋，從而引出光在傳播的過程中，能繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象，從而引出衍射的概念。在大學物理的教學內(nèi)容中，如艾里斑、光電效應、光的干涉、雙折射、光的偏振等許多物理概念都可以通過實驗法引入，這樣一方面加深了學生對物理概念的理解、提高了學習興趣，另一方面也訓練了學生的邏輯思維能力、培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新意識。

　　3概念的應用

　　“學以致用”是理工類院校培養(yǎng)應用型人才的目標，大學物理的基本概念和理論滲透在自然科學的各個領域并廣泛地應用于生產(chǎn)技術(shù)的各個部門，故在進行大學物理的概念教學過程中要始終貫穿應用的理念。概念的形成并沒有在概念定義之后就算結(jié)束，要想真正掌握物理概念，還必須經(jīng)過鞏固、深化的過程[4]。在完成概念的引入后，任課教師針對學生所學的專業(yè)方向引導學生進行相應的練習，通過練習，教師也要及時了解學生對所學概念的掌握情況，不斷優(yōu)化自我的教學設計及提高教學效率。大學物理是理工類院校的一門重要的基礎課，對基礎性知識的掌握情況是提高物理教學質(zhì)量的關(guān)鍵。物理概念作為構(gòu)成物理理論體系最基本的知識單元，必須把它放在優(yōu)先教學的地位，只有在教學的過程中不斷創(chuàng)新教學理念與教學方式，以科學的態(tài)度認認真真的把物理概念教好，才能讓學生不僅能夠掌握概念的內(nèi)容，更能夠理解概念的內(nèi)涵與外延，體會到蘊含在概念中的物理思想和科學價值，為著力培養(yǎng)基礎扎實、知識面寬、能力強、素質(zhì)高的人才而不斷努力。

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