选修《物理与艺术》完整版

网络资源公选课《物理与艺术》
指导教师：物理教研室杨晓红
一、课程简介：“物理与艺术”课程是一门具有创新特色、文理交融的素质
教育课程。

教学内容主要是以艺术家和物理学家相互平行的视角来阐述人们对宇宙图像的建立过程和理解，对物质运动的基本形式的认识，最终强调创新是他们的共同灵魂。

这门课取得优秀教学实践效果和师生广泛赞誉的课程。

2009年被评为国家级精品课程；2011年获江苏省高等教育教学成果特等奖。

二、开课目录、作业、期末复习题
（注：本课程共15讲，我们选择10讲作为教学内容）
第1讲：硬币的两面——引言（网上视频的第1讲）
作业题：艺术与物理共同点与不同点分别是什么？
艺术表现手段是图像和隐喻（想象力与审美力）
物理表现手段是数字和方程（数学关系和实验特征）
传统上说，艺术抒发情感；物理追求理性，所以，他们在表面上是对立的。

但是，两者均面对同一个自然，均是人类尝试认知真理的手段。

复习题：在《时间简史》中霍金总结的三个科学基本问题是什么?
宇宙是怎样起源的？生命是怎样起源的？人类的未来会怎样？
第2讲：物理与艺术发展简史（网上视频的第2讲）
作业题：伽利略为什么被誉为科学之父、物理之父?
伽利略是第一个把实验引进力学的科学家，他利用实验和数学相结合的方法确定了一些重要的力学定律。

在1589～1591年间，伽利略对落体运动作了细致的观察。

从实验和理论上否定了统治千余年的亚里士多德关于“落体运动法则”确立了正确的“自由落体定律”，伽利略对运动基本概念，包括重心、速度、加速度等都作了详尽研究并给出了严格的数学表达式。

他是利用望远镜观测天体取得大量成果的第一位科学家。

这些成果包括：发现月球表面凹凸不平，木星有四个卫星（现称伽利略卫星），太阳黑子和太阳的自转，金星、木星的盈亏现象以及银河由无数恒星组成等。

复习题：艺术发展史的五个阶段是什么?.
1、理性无条件地受本能支配的时代２、理性的本能变成外在的强制的权威时代３、解放的时代４、理性科学
的时代：在这时代里人们认识到真理是最高的东西，对真理有了最高的爱好。

５、理性艺术的时代
第3讲、学会看风景——透视法（网上视频的第3讲）
作业题：在乔托之前人们绘画作品特点是什么？
乔托之前，人类没有透视画法，它的特点是高度的程式化，色彩艳丽而人物僵硬，重装饰而鄙视造型，离开真实非常遥远。

特别表现在宗教画上，人被“神化”，而神又被僵化，人物没有个性，形象呆滞僵直。

1.人类没有学会画风景
2.人类没有学会如何在二维画布上表达出三度空间
复习题：乔托对人类绘画艺术贡献是什么?
但是真正使意大利绘画摆脱拜占庭定型式的宗教画风的是乔托。

乔托是中世纪最后一位画家，也是新时代第一位画家
乔托被视为西方绘画的开创性大师，他是第一个把写实风格和明暗远近法结合起来的艺术家，迈出了绘画中关键性的一步。

此外，他还把优美的叙事同忠实的观察结合起来，使绘画不再是文字的简单图解，具有了独立的意义。

乔托全新的艺术观不仅在他的艺术中创造了质朴、清新、庄严、厚重的审美境界，而且为
后人提供了一种研究和表达自然的艺术实验方式。

第4讲、缪斯的使者——走进大师（网上视频的第5讲）
作业题：比较牛顿与达芬奇在家庭、性格、爱好、研究问题方法和取得成就等方面异同。

相同点：单亲家庭中长大，相信数学是人类思维的最高形式，高度的敏感，幻想的天性，孤独的性格，几乎没有朋友，他们都是光的研究先驱
异同点：达·芬奇通过观察的手段解读世界，第一幅画作《圣告图》，《最后的晚餐》，《蒙娜丽莎》；牛顿通过思考的手段解读世界
万有引力定律
复习题：你是如何评价达芬奇的？
列奥纳多·达·芬奇是人类智慧的象征，他怀有神灵般的无限理想，试图重新创造世界的美，量度世界的广大无垠，解释世界的奥秘。

可是他只有常人的生命和力量。

他的抱负是发现一切、研究一切、创造一切。

他的生命是一条没有走完的道路，路上是撒满了崇高的未完成作品的零章碎片，他在临终前心酸地说过：“我一生从未完成一项工作。

”
第5讲、缪斯的使者——牛顿（网上视频第6讲）
作业题：什么是暗物质？若暗物质存在并发光，请描述宇宙夜空会是什么样?你在凡高《星月夜》这副画中看到了什么？
在宇宙学中，暗物质（dark matter）又称为暗质，是指无法通过电磁波的观测进行研究，也暗物质就是不与电磁力产生作用的物质。

人们目前只能通过引力产生的效应得知，而且已经发现宇宙中有大量暗物质的存在。

暗物质会像星星一样发光，反射光
螺旋状的光环在画面中央席卷整个天空，银河的表现极其形式感，扩大的星星被包围着，月亮像太阳般耀眼。

一个生命力的颤动,一个想象力的大成,生命在宇宙中再生和永恒
复习题：哪两个著名的实验验证了牛顿的万有引力？
开普勒行星运动三定律和牛顿运动三定律
哈雷彗星的预言.对海王星的发现
第6讲、持久的革命——科学（网上视频第8讲）
作业题：经典物理学大厦上的“两朵乌云”指什么？这“两朵乌云”导致了哪两门著名物理学理论的诞生？
迈克尔逊.莫雷实验的零结果;黑体辐射实验的理论解释.第一朵导致诞生了狭义相对论;第二朵导致诞生量子论
复习题：爱因斯坦两个基本假设是什么？
1、物理学定律对所有惯性系都是相同的
2、光速不变性
第7讲、解放色彩曲——科学之光（网上视频第10讲）
作业题：是谁最先发现了红移现象?试用红移现象简单地解释宇宙大爆炸。

天文学家哈勃
红移，即星系光谱向长波方向偏移，而且星系离我们愈远则红移值愈大，红移值的大小由哈勃
定律描述。

怎么会发生这种红移的呢？我们知道，当一列火车迎面开来时，我们听到的汽笛声
很高(声波的波长短)，但当它离我们远去时，音调就明显降低(声波的波长变长)，这叫多普勒效
应。

光同样有多普勒效应，当一个星系离我们远去时，它的谱线波长的音调会变长，我们就称
谱线红移了。

观察发现，离我们越远的星系，红移现象越明显，说明相互远离的速度越大，即现在宇宙在不
断膨胀中，这种现象与宇宙大爆炸说相吻合，因此成为其一个有力证据。

复习题：试用物理学原理解释原子反应堆中出现的神秘蓝光。

在核裂变过程中，会产生大量的高能电子——B衰变，这些高能电子的运动速度大于光在水中的运动速度，因此在包围反应堆周围的水池中产生电磁冲击波，即所谓的切伦可夫辐射，发出的光波长在紫外区和靠近紫光区——原子反应堆中出现的神秘蓝光
第8讲、重构空间观——双子星座（网上视频第12讲）
作业题：人们对“立体主义画派与相对论关系”的两种评价分别是什么？
史学家研究立体主义与相对论的联系：立体主义与透视原理实现了决裂。

立体派看视物体的方式是相对性的，这就是说多视点的，而且任何一个视点都不具特殊的权威地位，而且他们认为这两者在时间上是相合的
一些物理学家反对将立体主义画家对空间的认识与相对论时空观相联系。

复习题：爱因斯坦对人类的贡献是什么？
十九世纪末期是物理学的变革时期，爱因斯坦从实验事实出发，从新考查了物理学的基本概念，在理论上作出了根本性的突破。

他的一些成就大大推动了天文学的发展。

他的量子理论对天体物理学、特别是理论天体物理学都有很大的影响。

理论天体物理学的第一个成熟的方面——恒星大气理论，就是在量子理论和辐射理论的基础上建立起来的。

爱因斯坦的狭义相对论成功地揭示了能量与质量之间的关系，解决了长期存在的恒星能源来源的难题。

近年来发现越来越多的高能物理现象，狭义相对论已成为解释这种现象的一种最基本的理论工具。

其广义相对论也解决了一个天文学上多年的不解之谜，并推断出后来被验证了的光线弯曲现象，还成为后来许多天文概念的理论基础。

爱因斯坦对天文学最大的贡献莫过于他的宇宙学理论。

他创立了相对论宇宙学，建立了静态有限无边的自洽的动力学宇宙模型，并引进了宇宙学原理、弯曲空间等新概念，大大推动了现代天文学的发展。

第9讲、解剖时间谜——未来主义（网上视频第13讲）
作业题：杜尚对其作品《下楼梯的裸体2号》是如何解释的。

杜尚把他的作品《下楼梯的裸体2号》描述为：“通过运动的抽象表现来给出空间和时间的一种表示。

”
复习题：联合国世界物理年是哪一年？其标识的含义是什么？
2005年其构图像一个光锥。

它的红底代表过去，在物理学中，光谱发生“红移”，是物体向远离我们的方向运动的光谱特征；红色又有底部或基础的含义。

它的蓝顶表示未来; 天空是蓝色的; “蓝移”是面向我们方向运动物体的光谱特征。

黄和绿连接着过去与未来，体现出在过去的基础上建立未来的信心。

其中，绿色又代表“绿灯可走”即进步；黄色代表和平、合作。

因此，这个徽标主要表达的意义是：技术进步和国际合作共建光明的未来。

只要我们大家向这个目标努力，就能够做到有益于社会的新发现。

第10讲、解剖时间谜——超现实主义（网上视频第14讲）
作业题：爱因斯坦对时间的基本动识是什么？
在19世纪末的时候，迈克尔逊-莫雷两人用精确的仪器测了光速在不同运动方向上的速度，发现光速是不变的之后，爱因斯坦就进行了合理的假设，假设所有的参考系都满足光速不变性。

空间相对性：只要是不同的参考系，都满足空间的相对性；
时间相对性：其实这是为了配合光速不变性和不同参考系运动的研究所作出的必要调整。

假设成功了，就是合理假设，只要它能够解决后续问题，它就是合理理论，否则，什么都不是。

复习题：著名比利时画家马格里特在其巨著《时间的凝固》中并列了相对论的哪些要素？
运动和长度（火车）、壁炉（质能转换）、时钟（时间的凝固）。