大學物理學術課程論文2500字
大學物理學術課程論文2500字
大學物理學本身及相關應用科學的發(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。下面是學習啦小編整理了大學物理2500字學術論文，希望能對大家有所幫助!
大學物理2500字學術論文篇一
《試論質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典力學,它曾經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,但在一般的技術領域,如機械制造、土木建筑,甚至航空航天技術中,經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典力學的概念和思想發(fā)展、改造而來。[1]經典力學在一定意義上是整個物理學的基礎。
經典力學中的質點力學和剛體力學基礎是大學物理中的必修內容,而質點力學又是大學物理中的開篇內容。質點力學在中學物理中就開始講授,但在中學物理中質點力學僅限于處理質點作勻速、勻變速運動,質點受恒力作用問題,而在大學物理中的質點力學,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容,乃至后繼的相關課程都很重要。本文從三方面分析。
一、建立物理模型的研究方法
質點力學中建立的第一個、也是最簡單的物理模型是質點,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,這樣的物體可按質點模型處理。一般對平動物體來說,某個物體能否采用質點模型,并不在于它的大小,而是由研究問題的性質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點,否則就要按其實際形狀討論。
由質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,再經過對原型信息的簡化壓縮,構造出原型的替代物,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研究的結果積累起來,就可以得到問題的結果。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果。[3]通過微積分方法中有限向無限的轉化來實現(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鍵,而這些思
想和方法在質點力學中體現(xiàn)得淋漓盡致,學生也是在學習質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,有兩個質量分別為M和m的質點,其中質點M固定不動,m經任意路徑由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。設在某一時刻質點m距質點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進行近似處理,再通過微積分將有限向無限的轉化,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F的沖量大小。
分析求解:在0～0.07s時間內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進行近似處理,再通過微積分將有限向無限的轉化,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
質點力學指出,當力作用于質點或質點系時,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,質點或質點系的能量、動量或角動量將發(fā)生變化或轉移。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系,使復雜的力學研究得以簡化。但是能量守恒與轉化定律、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,由于內部作用而炸裂成三塊,其中兩塊質量相等,并以相同的速率30m•s-1沿相互垂直的方向分開。第三塊質量3倍于其它任一塊的質量,求第三塊的速度大小和方向。
分析求解:由于物體因內部作用而炸裂,外力(重力)遠小于內力,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對它的引力,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 論
在質點力學中,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2500字學術論文篇二
《大學物理實驗教學的研究與改革》
摘 要： 為培養(yǎng)具備現(xiàn)代科技素質的高質量高層次的創(chuàng)新人才，物理實驗教學必須在教學內容、教學方法、教學手段和教學環(huán)境條件等各個方面展開全方位的改革實踐，建立一種適合當代科技發(fā)展的教學新體系，提高教學質量，滿足各層次學生學習的需要，激發(fā)學生學習的積極性、主動性，以達到培養(yǎng)具有現(xiàn)代科技素質的創(chuàng)新人才的目的。
關鍵詞： 大學物理實驗教學 改革思路 改革措施
1.引言
物理是一門重視實驗實證的科學，物理學本身及相關應用科學的發(fā)展和創(chuàng)新無不與物理實驗密切聯(lián)系，物理學中的任何創(chuàng)新成果都必須經過實驗的檢驗。因此，實驗教學在物理教學中占有重要的地位，一方面可使學生鞏固所學理論知識，加深對物理現(xiàn)象和規(guī)律的理解。另一方面可培養(yǎng)動手解決實際問題的技能，以及觀察和分析能力，是培養(yǎng)學生創(chuàng)造性思維的重要訓練。正是由于該課程對大學生物理知識和實驗技能的培養(yǎng)有著至關重要的作用，大學物理實驗是很多學校唯一的一門獨立設課的實驗課程。然而，目前的大學物理實驗課在教學觀念、思想、內容、方法等方面仍存在諸多問題，使大學物理實驗課的效能難以充分發(fā)揮。
2.大學物理實驗教學的現(xiàn)狀
2.1學生對大學物理實驗課程興趣不高。
物理實驗的本來功能，除了測量和驗證，還有更重要的功能，就是發(fā)現(xiàn)與探究。一般的普通物理實驗教學的模式，會對物理概念、儀器原理及操作示范加以說明。對于剛考上大學的新生，按部就班依照教材條例步驟操作，雖然學生較易獲得測量數(shù)據(jù)，做好驗證性實驗，但若教師未對實驗設計的意義或歷史背景等多作分析講解，學生不易體會物理實驗中較深化的概念，也無法體會實驗探究方法論的本質。長期以來，我國高等教育的基本培養(yǎng)模式具有教師為主體、學生為客體的特點。在大學物理實驗教學中，學生缺乏實際操作能力和創(chuàng)造力。不少學生不重視物理實驗，認為實驗只不過是重復前人和書本的內容，驗證書本所學到的理論知識，缺乏實驗興趣，對待實驗的態(tài)度是馬馬虎虎、敷衍了事。
2.2儀器陳舊，教學經費不足。
雖然各高等院校在實驗教學經費的投入上加大了力度，但由于擴招，實驗教學設備套數(shù)不足，未能增設或汰舊更新，因此儀器精確性低使實驗數(shù)據(jù)誤差過大，致使學生懷疑實驗對理論的驗證功能，對實驗失去期待。另外，實驗儀器套數(shù)不足，多數(shù)學校進行分段分組循環(huán)實驗，導致實驗教學設計難與普通物理課堂講授進度配合，學生對于部份實驗項目所需基礎知識或儀器相關理論的準備知識不足，做起來沒有積極性。
2.3教學方法落后，師生態(tài)度消極。
現(xiàn)在各大學里一般的教學方法是老師先大概地介紹一下實驗的基本原理及儀器使用，接著老師將整個實驗演示一遍，最后學生自己動手做，有的學生根本什么也沒有弄清，只記住了老師的操作過程，模仿老師測幾個數(shù)據(jù)，甚至有的學生編造數(shù)據(jù)。由于擴招，一個老師一次課要帶三四十個學生，學生有問題老師根本顧不過來，這就出現(xiàn)了學生抄襲及編造數(shù)據(jù)的問題。一些學校對大學物理實驗教學不很重視，這無形之中也影響了師生對這門課程的態(tài)度，老師敷衍，學生無所謂。
3.大學物理實驗教學體系改革的基本思路
傳統(tǒng)的物理實驗是按普通物理、電子線路和近代物理等內容進行劃分，并分別形成各自的封閉體系，這種封閉體系突出了學科的系統(tǒng)性，但忽視了學科之間的兼容互補性，各學科相互獨立，限制了學生跨學科思維能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。因此，應打破普通物理實驗中力、熱、電、光之間的界限，更新近代物理實驗內容，建立以學生為主體，以教師為主導，分層次、模塊化、全面開放的物理實驗教學新體系。新的實驗體系既要吸收傳統(tǒng)實驗的精華，又要突出現(xiàn)代實驗的特點，通過對各類實驗進行有機結合，整體優(yōu)化，在突出基本方法、基本技能訓練的同時，加強綜合性、設計性和研究性實驗力度，從而提高學生的素質和能力。
4.大學物理實驗改革的具體措施與內容
4.1系統(tǒng)實驗方法和實驗技能的訓練
物理實驗課是學生進入大學后受到系統(tǒng)實驗方法和實驗技能訓練的開端。物理實驗教學能使學生在對實驗現(xiàn)象觀察、分析和對物理量的測量中學習物理實驗知識、方法和技能，初步了解科學實驗的一般方法特點;使學生在物理實驗的基本知識、基本方法、基本技能等方面受到較系統(tǒng)的訓練(包括基本實驗儀器的使用、基本物理量的測量、誤差分析和評定、數(shù)據(jù)處理等)。物理實驗教學是一門獨立的課程體系，往往易和理論教學配合不好，造成理論教學和實驗教學脫節(jié)。實驗教學中規(guī)定過細、過死，學生在實驗課中機械地按規(guī)定步驟重復。這不僅會影響學生學習實驗物理的興趣，而且會影響學生終身的探索興趣，阻礙學生探究能力的形成。
4.2大學物理實驗教學方法的改進
物理實驗教學應不斷更新具有新穎及有特色的教學內容和啟發(fā)式教學方法，而非追求完整規(guī)范化系統(tǒng)。因此，必須讓學生在實驗中既動手又動腦，用動腦來指導動手。教師可以在教材中提出許多問題，指導學生在實驗前、實驗中和實驗后思考，師生共同討論實驗問題。普通物理實驗課分為：實驗前的預習，實驗具體操作，實驗報告的書寫。在實驗開始前，實驗指導老師對學生預習情況進行檢查。單項實驗結束后，實驗指導老師和學生對實驗中出現(xiàn)的各種問題進行深入的討論，并檢查學生對實驗本身和相關的背景知識的掌握，這樣可以加深學生對實驗的理解。
4.3大學物理實驗教學內容的改進
大多數(shù)學校的物理實驗課程一般分為基本實驗、綜合性實驗、設計性實驗、科學小實驗等，基礎物理實驗課不再是課堂教學內容的簡單重復和驗證，也不再是把力、電、光、近代物理等獨立學科的實驗簡單地串聯(lián)起來，而從基礎物理實驗逐級提高培養(yǎng)綜合實驗能力，每級實驗完成不同實驗技能和科學思維水平，逐漸地與現(xiàn)代科學技術接軌。
一級物理實驗為普及性實驗，考慮到新生的實驗知識與技能不一致，開設基礎性物理實驗起一個補齊的作用。基本內容有：實驗基本知識的學習、實驗基本儀器的使用、基本實驗方法的學習等。二、三級物理實驗逐步增加綜合性實驗和設計性實驗的比例及難度，有利于激發(fā)學生的學習熱情，使他們變被動學習為主動學習。通過做設計實驗，學生從成功與失敗中受到訓練，素質得到提高。四級物理實驗以科學小實踐方式，圍繞基礎物理實驗組織若干課題，以科研方式進行實驗，培養(yǎng)學生的研究、開發(fā)應用能力。
4.4開設開放實驗室
在每級物理實驗中，開設開放實驗室，它不僅在時間上對學生開放，而且在實驗內容上對學生開放。在開放實驗室中，學生可利用實驗室提供的設備自己設立題目，教師只是指導和審核學生提出的實驗方案與題目。
5.結語
大學物理實驗的改革是符合時代和科學發(fā)展要求的，同時也是刻不容緩的。當前正在開展研究型教學，強調素質教育和創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，如何進行大學物理實驗教學的改革，更好地培養(yǎng)學生科學研究素質、創(chuàng)新精神和實踐能力，向傳統(tǒng)的實驗教學模式提出了新的挑戰(zhàn)。但是，物理實驗的改革不是一蹴而就的，它是一個循序漸進的過程，任重道遠且無止境，是要經過不斷探索的。在教學實踐中，應該不斷地發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，一直探索下去。隨著科學技術的發(fā)展，新的教學手段的引入，大學物理實驗的改革必將越來越完善。
參考文獻：
[1]許凌云.大學物理實驗教學的認識與體會[J].大學物理實驗，2006，19，(4).
[2]倪新蕾.大學物理實驗教學改革的回顧與思考[J].中山大學學報，2006，26，(5).
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