美和理论物理学_课件
美和理论物理学_课件
课外作业
筛选文中信息，解释文中出现的重要概 念。
美的意义、美的含义、理论物理学中的 美、定量的物理学、经典力学体系、四个电 磁学定律、麦克斯韦方程、现象之美、理论 描述之美、理论结构之美、超导性现象、量 子力学、美的最终标准。
牛顿时代
加速导致了理论
十八世纪后期 物理学中美的概
最近的物理学中 念的变化
作者从这个历史过程中得出的结 论是什么？
物理学数学化的加速，导致了理 论物理学中美的概念的变化。
作者是从哪三个方面介绍了理论 物理美学的构成的？
1.现象之美。 2.理论描述之美。 3.理论结构之美。
通过理解典型事例理解作者提出 的三个概念。
美和理论物理学
杨振宁
杨振宁，1922年10月1日出生于安徽合肥。 世界著名理论物理学家，因对宇称定律的深入 研究而与华裔物理学家李政道分享1957年诺贝 尔物理学奖。
美国国家科学院、美国物理学会以及巴西 科学院、委内瑞拉科学院和西班牙皇家科学院 院士。
分别受聘为北京大学、清华大学等十几所 高校名誉教授，并担任清华大学高等研究中心 名誉主任。
第六部分（25节）：美的最终标准是什 么？在自然科学中我认为最终的判断是，它 是否可用于自然界。在其他领域内我主张美 的最终目标是人是否与它有关。（总结全文， 得出结论，照应开头。）
作者在哪一段明确表达了自己 的观点？
第5节 理论物理学中的美是变化的，这种 变化最显著的体现是理论物理学日益 增长的数学化。
前4节主要说明了哪些问题？
所有的科学家都感受 到科学中存在美
很早科学家就懂得科 学中蕴含着奇妙的美
物理学中的许多美是 与数学中的美的观念 紧密相关的
事实上物理学 中美的概念不 是固定的，是 发展的。
物理之美与美的物理教学PPT课件
教
学
※※※
第27页/共32页
带 电
B
粒
子 在A
vO
磁
场
中
的
运
动
----
带电粒子A以不同的入射速度径向射入匀强磁场的运动
对 称
轨迹，可以看出轨迹的对称美，从中不难找出运动的规
美
律。
赏
析
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※※※
※※※
美 的 物 理 教 学
《机 械 波》
第29页/共32页
物理教学中有意识地挖掘物理科学美的 因素，对学生进行科学美的审美教育，不但 能使学生更好地掌握物理学的真谛，而且能 使学生在受教育的同时体验美、享受美，把 学习作为一种高级的审美活动，充分发挥学 习的主动性和积极性，实现真正意义上变被 动的学习为主动的学习，发挥学生的主体作 用。
物
理
教
学
※※※
第25页/共32页
※※※
美 的 物
光 的 干
理涉
教
学
※※※
第26页/共32页
※※※
美 的 物 理
当然，科学美是一种抽象的理性的美，对科学美的鉴赏是需要训练和培植的。一个 从未体验过科学美的人在学习科学理论和实验时，可能会觉得面临的不过是一大堆 枯燥无味令人厌恶的符号、公式和机件，毫无美感可言，在物理教学中，我们应该 引导学生去认识自然界的质朴的统一和谐美；认识物理学的精巧、绝妙、深刻和普 适的科学美，从而培植起科学美的鉴赏能力。它不仅能够使学生更深入地认识自然 界的种种奥秘，也能更深刻地体验到物理大师们那种崇尚理性、崇尚实践、崇尚美 的科学境界，并从中汲取他们的思想营养，充实自己，塑造自己，在未来的自然探 索中发挥创造才能。
物理教学中的真、善、美
物理教学中的真、善、美一､物理学与美经过漫长历史的社会实践,自然为人类所控制改造､征服和利用,成为顺从人的自然,成为人的“非有机躯体”,人成为掌握控制自然的主人,自然与人､真与善､感性与理性､规律与目的､必然与自由,在这里才具有真正的渗透,交融与一致,理性才能积淀在感性中,内容才能积淀在形式中,自然的形式才能成为自由的形式,这也就是美｡从李泽厚先生的认识来看,美与自然和人的主观能动性是紧密联系在一起的,而物理学正是以自然为研究对象,以提高人类认识､利用､欣赏自然为己任的一门科学学科｡物理学家在研究物质运动最基本､最普遍的规律,物质的结构及其相互作用时,正是运用观察､实验､物理思维等手段寻找客观世界的规律以达到认识客观世界和改造客观世界的目的,即寻找合乎客观世界规律性与合乎主体目的性的统一,从而得到物理学蕴含着美的本质,即物理学与美有着密不可分的关系,也可以这样说:物理学是一门充满了美感的学科｡二､物理教学中美与真的关系物理知识的真是美的基础,没有真就没有美｡因为美不是抽象的､空洞的､神秘的东西,它离不开物质的结构与运动｡凡是美的事物,总是符合事物发展的规律,代表事物发展的趋势｡因此,美体现着真,包括着真｡不少学生感到物理难学,难以理解,甚至认为物理学只是一门解题的学科,只是一大堆呆板公式的集合,只有特别聪明的少数人才能学好它｡学生的畏学情绪,跟整个物理教学中忽视日常对科学美的揭示不无关系｡因为美与真一旦分离,物理学确实会变得毫无生气､索然无味｡爱美之心,人皆有之｡只要物理教学能在传授科学的同时,诱导学生去发现和体会物理学中显见的或隐含的科学美,启发学生将自然美与物理规律对照和联系,诱发学生的本能和审美热情,从而逐步树立审美情趣,达到提高审美能力和学习能动性的目的｡事实表明,凡对自然美和艺术美无动于衷的学生,未必会热衷于追求自然规律的美｡问题在于教师怎样启发和引导,使学生把对自然､对艺术的审美热情,推广和扩展到物理学科中去,从而能以探索宇宙奥秘的姿态,居高临下,俯视物理学科｡那么,无疑会令他们充分体验到辉煌的物理大厦具有如同诗一般的简洁､对称与和谐之美,由此激发他们学好物理的热情,调动他们刻苦钻研的精神｡对科学美的认识,可以激发物理学家科学创造的强烈美感与激情,使作为审美主体的学生在感知审美对象的基础上引起情感反应,产生积极联想和深刻理解｡可以肯定地说,对科学美的认识是引导学生学好物理学的桥梁,伴随而来的是展现在学生面前的就再也不是一堆死气沉沉的公式,而是一串串令人赞美的珍珠了｡不过,物理学公式､定律能给学生带来美的享受是有前提的,那就是这种美的感受不是光靠肉眼来辨析,更要靠心智去体验｡这就要求物理教师从素质上注意培养学生具有像科学家那样敏锐的辨析力和丰富的想象力｡其实,对科学美的认识本身也有助于完善和促进学生的观察能力､思维能力､想象能力､记忆能力和操作能力｡尤其对培养学生具有扩散思维的想象能力,作用更显著｡自古以来,科学的探索都离不开对美学的思考｡科学家在设想或解决问题时经常面临着极大的选择,如何选择便有充分的主观性,有很大的个体主观因素和人情味在起作用｡彭加勒(H?郾POINCARE)说,“发明就是选择”,选择不可避免地要受感情的影响以至支配,其中也包括科学上的美感｡彭加勒把难以言喻的美作为科学理论的完满标准｡日本物理学家汤川秀树说:“他(爱因斯坦)追求自然界中尚未发现的一种新的美和简单性｡抽象总是一种简化的手段,而在某些情况下,一种新的美则表现为简单化的结果｡爱因斯坦和少数理论物理学家才有的一种审美感｡而审美感似乎在抽象的符号中间给予物理学家以指导｡”数学家哈代说:“数学家的形态像画家､诗人的形态一样,必须是美的,要定义数学美可能非常困难,不过这种美与其他任何种类的美一样真实｡”物理学家杨振宁说:“狄拉克在1963年的SCIENTIFIC AMERICAN中写到:‘使一个方程具有美感比使它去符合实验更重要｡’今天对许多物理学家来说,狄拉克的话包含着很大的真理,令人惊讶的是,有时候,如果遵循你的本能提供的通向美的问题而前进,你会获得深刻的真理,即使这种真理与实验是相矛盾的｡”这个“通向美的问题”和直觉正是他们所发现或引导他们去发现科学的真理｡爱因斯坦把这叫“自由的创造”｡李泽厚先生把这种现象称为“以美启真”｡因为世界上的事物有许多相同的结构,它们相互对应､同形同构,有些是不能用语言表达出来的,只能用理智直观,即通过科学美感受和发现它,所以海森堡(W?郾HEISENBERG)说美是真理的光辉,自由的万能形式｡这种科学发现或创造直观与艺术家对美的发现创造是有许多相通或相似之处的｡居里夫人说:“科学探索和研究,其本身就含有至美,其本身给人的愉快就是报酬,所以我在工作里面寻得了欢乐｡”这就是居里夫人全身心投入科学活动的美学动因｡物理教学本身也含有至美,给师生带来的真美的愉悦就是报酬,处理好物理教学与审美的关系,同样也应成为广大师生全身心搞好物理教学的美学动因｡三､物理教学中美与善的关系物理教学中的审美教育,就是使学生对美好的事物感兴趣的一种教育｡审美教育通过陶冶学生的心灵,起到以形悦心､以情感人､以美引善､以美育人,从而培养学生具有优良的道德,这一作用根源于美与善的辩证统一｡美育与道德的善是一致的,美以善为前提,善是美的本源,善又是真与美的归宿和家园｡著名诗人席勒主张,把感性的人变成理性的道德人,必须先使其成为审美的人｡不论哪一套中学物理教材,都涉及近百个中外著名物理学家｡这些物理学家虽然国籍不同,所处年代不同,各人经历不同,但他们都充分体现出为追求科学真理而不懈努力的美德,他们生平的大量动人事迹是一部绝好的美育教材｡教学过程中,若能把展现物理学家勇于探索､实事求是的科学精神;视苦为乐､顽强拼搏的不屈精神;只图贡献,不求索取的奉献精神;坚持真理,并为捍卫真理不惜牺牲的献身精神等生动事例穿插讲授,使学生深受感染,进而学习和仿效物理学家的这种崇高的精神风貌与美德,无疑是最理想､最成功的情感教育｡居里夫人说:“如果能追随理想而生活,本着正直自由的精神､勇往直前的毅力､诚然不自欺的思想而行,则定能于至善至美的境地追随理想,充实心灵｡科学家的心灵是他们事业成功的基石｡心灵肮脏的人决不可能揭示自然界的基本结构和美｡”爱因斯坦在《我的世界观》一文中陈述:“我从来就不把安逸和享乐看成是生活目的的本身——这种伦理基础,我叫它猪圈的理论,照亮我的道路,并不断给我新的勇气去愉快地正视生活的理想是善､美､真｡”“要不是全神贯注于那些在艺术和科学研究领域永远也达不到的对象,那么,人生在我来看就是空虚的｡”物理教学就是要激发学生爱美的本性,像科学家那样,把追随真､善､美作为正视生活的理想,扬起生命的风帆,去爱美､表现美､创造美｡通过物理学美的内容和形式,陶冶学生爱美的情操,使学生感到不良的､丑恶的东西是不可容忍的,进而逐步净化学生的心灵,引导学生乐善,做一个有道德和崇高的人｡。
6.2《密度 》课件- 人教版(2024)八年级物理上册
在小组合作中主动参与，能通过小组成员间的密切 ★★★
合作分析解决问题
★★★
★★★
在实验中实事求是，会利用数学图像分析数据，得 ★★★
出物理规律
★★★
★★★
在“微项目”中按步骤完成制作，作品美观；能仔细
观察现象，进行简单分析、介绍
★★★
★★★
★★★
学习过程满意度
★★★
★★★
★★★
课堂小结
密度的基
础知识
正对
_______刻度线。
记录实验数据：
m/g
铁块/铝块/镁
合金
3
V/cm
m/V
实验：探究同种物质的质量与体积的关系
实验结论：
铁
m/g
80
70
60
50
40
30
20
10
0
（1）同种物质的质量与体积成正比，
质量与体积的比值是一个定值。
铝
镁合金
V/cm3
2
4
6
8 10 12 14 16
（2）不同的物质，它们的质量与体
之比叫做这种物质的密度。
m
V
2.公式：
变形式：
m V
V
m
密度
110−3 kg
3
3
1g/
110
kg/
13 110−6 3
3
任务一：自主学习（2min）
1g
单位体积的质量
3
kg/m
3
g/
4.国际单位：________，常用单位________。 复合单位
5.密度是物质的特性，其大小与物体的质量、体积无关。
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3、物理学推动了社会进步。
1.蒸汽机的改进的广 泛应用得益于热学的 研究。
2.电气时代源于电磁学的 发展。
3.信息时代是微观物理方面的重大突破。
4.物理学改变着人类的思维方式。
物理学的发展使人类对大地乃至 宇宙的认识发生了翻天覆地的变化。
牛顿力学 建立后，人们 能精确的预言 哈雷彗星每76 年回归一次。
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四、我的物理课堂
1.课堂气氛要活而不乱,听课 要注意力集中, 打造高效课堂.
2.每人一本错题本,整理重点题型和错题.
3.作业:布置的作业必须独立完成.不会的在题 头上标注后可参考其他同学.
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⑵要用多大速度把一个物体抛出地球去，能成为一颗人造 卫星？
⑶………这些都是力学所要研究的问题。 热学 ：主要研究分子动理论和气体的热学性质。⑴密封的注射 器中,为什么快速推活塞能使泡了乙醚的棉花着火？ ⑵密闭容器中的气体压强、温度、体积之间的关系如何？ ⑶……… 这些都是热学所要研究的问题。
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高中课程教材特点
必修 物理1 物理2
选修 三个系列 选修1-1 选修1-2 选修2-1 选修2-2
人文与社会发展 物理学的实践与实用性
选修3-1 选修3-2 选修3-3 选修3-4 选修3-5
全面展示物理学的基本内容，以及技术应用， 对经济社会影响。
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物理学与艺术的关系
跨学科交流与合作的重要性
促进创新思维：不同学科的碰撞能够激发新的创意和灵感 拓展研究领域：跨学科合作可以拓展单一学科的研究领域和视野 解决复杂问题：多学科协同工作能够更好地解决复杂问题 加速科学发展：跨学科交流与合作能够促进科学研究的快速发展
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汇报人：XX
物理学与艺术的共通性还表现在对创新和发现的追求上，不断推动人类对自然世界的认 识和理解。
激发创造力和想象力
物理学和艺术都鼓励想象力和创新思维，推动人类探索未知领域。
两者都需要创造力和直觉，通过实验和尝试来发现新规律和新形式。 物理学和艺术都涉及到对自然规律的探索和表达，激发人们对美的追求 和表达。 两者都需要不断挑战传统观念和技术，推动人类文明的发展和进步。
生物艺术：将生物学原理应用于艺术创作，探索生命与艺术的边界
物理学的艺术化表现形式
光的描绘：光学 原理在绘画中的 应用，如色彩的 混合、透视效果 等
声音的呈现：声 学原理在音乐中 的应用，如音高、 音色、音量等
动态的展示：力 学原理在舞蹈、 电影中的应用， 如力的传递、平 衡等
空间的表现：电 磁学原理在建筑、 雕塑中的应用， 如磁场、电磁波 等
声波传播：声学原理在音乐 艺术中的应用，如音乐厅的 设计。
响度与振幅：物理学中振幅 的概念与音乐艺术中响度的
关系。
音色与波形：物理学中波形 对音色的影响在音乐艺术中
的应用。
电磁学原理与绘画艺术
电磁学原理：描 述电场和磁场相 互作用的现象
绘画艺术中应用： 利用电磁学原理 创作抽象画和表 现主义作品
代表艺术家：瓦 西里·康定斯基
作品举例：《构 成第八号》
03 艺术对物理学的启发
艺术思维在物理学研究中的价值
物理中的美
物理中的美马克思说过:“人类是按美的规律去改造世界的。
”有位科学哲人也说过：“美是真理的光辉。
”美不仅是人类所应追求的目标之一, 而且人们还要按照美的规律去认识世界、改造世界。
从科学的角度去认识物理，研究物理，我们将在科学审美中得到飞跃和升华。
物理学作为一门严谨的自然科学，它集合了理论与实验为一体！物理学固然不是美学，但物理学中包含着美。
由于物理学所反映的是自然界丰富多彩的运动形式及规律性，因而它也就同时展现了自然界在结构上的对称、和谐与韵律美。
物理美的主要表现形式是用其具有的性质来表现的，这种表现反映了物理世界、物理学内部的规律性，这就使得这些性质之间具有相互联系，因而没有非常明显的界限，也就是说物理学美蕴涵了对称美，简单美，和谐美的统一。
但是，物理中的美是科学美的一部分，它不同于艺术美那么直观，它不易为人所理解，它需要我们细细斟酌，品味。
1.物理中的简洁美与深刻美简洁美以简单、洁净呈现其美感, 简洁美是科学美的特征之一。
作为反映物体运动变化规律的物理来说,那种最简洁的物理理论最能给人以美的享受。
物理美的简洁性并不是指物理内容本身简单,而是物理理论体系的结构和物理规律的数学表达形式简洁。
物理概念和规律能客观的反映物质世界的属性及其运动变化规律, 所以物理本身的内涵又具有深刻性。
例如, 爱因斯坦的质能联系方程E = mc2 ,其反映的质量与能量之间的联系及其数学表达形式简洁无比, 但却成为指导人们进一步对核反应规律的认识和从核反应中获得巨大能量的基础理论, 从这点讲又是深刻的。
高中时学理科的同学可以比较容易的从原子核质量的变化与释放或吸收能量之间的简洁关联E = mc2 中感悟到物理关系式的简洁美。
再从正负电子相遇“湮灭”成光子,而光子即为能量中,我们又可以体会到 E = mc2 的深刻性和它描述的广泛性。
再如，力的独立作用原理：几个力同时作用在一个物体上,如果所有的力或其中几个力各自都使物体产生相应的加速度,那么,每个力使物体产生的加速度和其余的力不存在一样。
科学美的课件
科学美的符号化表示是指科学家通过数学和物理符号来表达自然界的规律和现象 ，这些符号简洁、精确地描述了自然界的本质特征，展现了科学美的独特魅力。
科学美的表现形式在于其模型构建
科学家通过构建各种模型来揭示自然界的规律和现象，这些模型不仅具有高度的 概括性和抽象性，而且能够准确地预测和解释自然现象，充分展现了科学美的表 现形式。
机遇
随着科技的发展，人们对于科技 与生活的关系有了更深入的认识 ，这为科学美的传播和发展提供 了更多的机会和平台。
科学美的未来展望
多元化发展
科学美将呈现出更加多元化的发 展趋势，不仅包括传统的科学实 验和展示，还将包括艺术、文学
、哲学等多个领域的内容。
创新性表达
科学美将探索更多创新性的表达 方式，如虚拟现实、增强现实等 技术，以更加生动、形象的方式
天文学之美
总结词
天文学探索宇宙的奥秘，揭示了浩瀚无垠的 星空和天体运行规律，其宏大、神秘和壮丽 的美感令人敬畏。
详细描述
天文学中的星系、恒星、行星等天体都展现 了壮丽的美。宇宙的无限广阔和神秘，以及 天体运行规律的精确和规律，都体现了天文 学的宏大和神秘之美。
地学之美
要点一
总结词
地学研究地球的演变和自然现象，揭示了地球的壮丽景观 和自然奇观，其壮观、多样和动态的美感令人赞叹。
VS
详细描述
化学中的元素周期表、分子结构、化学反 应等都展现了化学的独特美感。不同物质 的颜色、形态和性质的变化，都体现了化 学的多样性和变化之美。
生物学之美
总结词
生物学揭示了生命世界的奥秘，从微 观的细胞到宏观的生态系统，都充满 了生命的力量和美。
详细描述
生物体的结构、功能和演化都体现了 生物学的美。生命的多样性和适应性 ，以及生物之间的相互依存和协同进 化，都展现了生命世界的和谐与美。
《美学》课件.ppt
宋元明清美学思想：追求平淡境界和禅宗之道的审美 价值，更加强调体现人的真情实感与个性张扬之美，文学 艺术追求形式与内容的高度结合，在深刻反映现实社会生 活之中体现艺术的审美价值。
审美主客体之间的关系：审美主 客体之间的关系是主体与客体形成审 美活动的一种特殊关系。
美学的学科定位与研究方法
美学的学科定位：
1.美学是关于审美现象的综合性的人文科学；
2.美学是将以艺术活动为典范的现实审美活 动作为研究对象的学问；
3.美学是一门以人类生存实践为出发点，通 过集中审视社会性的审美关系和历史性的审美活 动，对审美主客体、审美形态、审美经验、艺术 存在和审美及审美教育等进行思考、解释和论述 的学科。
2.“认识论阶段”的西方美学：
从文艺复兴到19世纪末期。“认识论阶段” 的西方美学，主旨是探索审美何以可能与审美如 何构成。
围绕这一主旨，英国经验主义美学、大陆理 性主义美学、法国启蒙主义美学、德国古典美学 先后从不同视角展开论述，形成了辉煌灿烂的思 想成果。
3.“语言学阶段”的西方美学：
19世纪末期到20世纪末期。此阶段西方美学， 把语言作为符号和人的本体，以人是如何生存于世 界以及如何谈论世界和人对世界的认识为主旨，认 为语言比世界的美、人对世界的审美能力更为原始、 更为根本。
二、审美现象与美学学科
审美现象的内涵：审美现象是以人与世界的审美关系 为基础的，是审美关系中的现象－－主客体之间的一种特 殊的审美关系。
审美关系的特点
感性特征：审美关系是通过主体感觉器官来和现实建 立关系，而它把握的对象也具有感性的形象性与直观性。
物理学与美课件
p [p,H ] q [q,H ]
(1,2, S)
热力学是以研究物质热运动的规律及热运动 对物体性质的影响为主要内容的，其间渗透着热 现象规律协调一致和谐美、热力学体系逻辑结构 美等一系列美学因素。
§7.2.1 热能的转化与守恒美
热力学第肯定律的发觉，使各种形式的能都 统一起来了，这就为我们勾划出了一幅宇宙能量 统一的图景。这样，大自然中许多原来使人扑朔 迷离的现象，一下子就变得简单理解了。我们在 热力学的研究中，只要抓住守恒美这条线索，就 可以从杂乱的热现象中洞悉热的本质。
牛顿强调物体的属性只有通过观察实验才能为我们 所了解，但是观察实验又不可能普及全部的物体。因 此要完成从单个的经验事实到普遍的自然原理之间的 飞跃，就必须依赖科学的归纳方法。牛顿深信借助于 归纳法可以完成这一飞跃，并使归纳逻辑附属于他的 推理法则。从而使理论体系渗透着归纳简单性之美。
法则4：“在实验哲学中，我们必须把那些从各 种现象中运用一般归纳而导出的命题看作是完全 正确的，或者是非常接近于正确的；虽然可以想 象出任何与之相反的假说，但是没有出现其他现 象足以使这更为正确或者出现例外以前，仍旧应 当给与如此的对待。〞——归纳法的原则。
牛顿把简单性看成是植根于自然界中，是自然界 本身固有的属性，这是牛顿对“奥卡姆剃刀〞所闪烁着 的简单性原则的继承和制造性的开展。牛顿说，“自然 界喜欢简单化，而不爱用什么多余的原因以夸耀自己 〞，“自然界不作无用之事，只要少做一点就成了。多 做了却是无用〞。这里包含二层意思：其一是说自然 界本身是一个和谐的统一体，“因为自然界习惯于简单 化，而且总是与其自身和谐一致的〞；其二是说，科 学应从真实的自然现象出发，并且理论表述必须尽可 能的简单，从而赋子理论体系以简单性之美。
物理学中的科学文化：科学精神、科学美学与科学人文
物理学教育中科学人文素养的培养途径
在物理学教育中，注重培养学生的道德素养
• 教育学生遵循科学道德和伦理原则，尊重他人的知识产权和研究成果 • 培养学生的诚信品质，严谨治学，实事求是
• 科学人文素养对物理学家综合素质的影响 • 提高物理学家的道德品质，增强社会责任感 • 提高物理学家的文化素养，促进国际交流与合作 • 提高物理学家的审美素养，激发创新精神和创造力
04
物理学中的科学精神、科学美学与科学人文的融合
科学精神、科学美学与科学人文的内在联系
• 科学精神、科学美学与科学人文三者相辅相成，共同推动物理学的发展 • 科学精神为物理学的发展提供动力，追求真理、创新和公正 • 科学美学为物理学的发展提供美感，欣赏理论美、实验美和科学家美 • 科学人文为物理学的发展提供价值取向，关注道德、文化和审美
物理学中的科学文化：科学精神、科学美学 与科学人文
01
科学精神的内涵及其在物理学中的应用
科学精神的定义与核心特征
科学精神是一种追求真理、创新和公正的精神
• 真理：科学精神的核心追求，即对客观现实的准确反映 • 创新：科学精神的重要体现，即对现有知识的突破和拓展 • 公正：科学精神的基石，即对科学事实的客观评价和对待
谢谢观看.
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Docs
03
科学人文素养及其在物理学教育中的重要性
科学人文素养的定义与构成
科学人文素养是指在科学教育中，培养学生具备人 文精神和人文素养的一种教育目标
• 人文精神：体现在对人性、道德和伦 理的关注和尊重 • 人文素养：体现在对历史、文化和艺 术的欣赏和传承
物理美.ppt
（3）所有行星的椭圆轨道的长半轴的三次 方跟公转周期的二次方的比值都相等 （开普勒第三定律）
地球
太阳 · R3 数学表达式： 2 =K T
R
其中R是椭圆轨道的长 半轴，T是行星绕太阳公 转的周期，K是一个与行 星无关的常量。
例如 ： 具 有 对 称结构的 雪花 是 如 此 对 称 、如此 美丽， 对 称 的 结 构给人 一种稳定，完善的感觉， 使人内心舒服，使人惊 叹于 大 自 然 的 造化 。 物 理学 家 在 对 自 然深入的 思考 和 考 察 中 ， 越来越 坚信大自然的最终本质 是依 照“ 美 和 简 单 ” 来 构造自己的。
物理现象中，更有大量的美
电路中的保险丝，在强大电流下熔 断，变成一小撮白色粉沫和一缕清烟， 这种“牺牲自己，保护全局”的精神， 无愧于“化作清烟随风去，愿把安全 留人间”这样的诗句。
荷叶上的水珠圆圆的、亮亮的，它 反映出物理学中的不浸润现象，这正是 荷叶“出污泥而不染”的高雅气质的原 因。
对称结构的雪花
当然，物理学家头脑中的对称，并非像前面的图片那样朴素，那样直观；我 们要了解物理学中的对称，先从几何图形的对称性说起。 例如：一个圆，我们把头向左偏过一个角度来看，它的形状变了吗？没有。 我们便说这个圆具有旋转对称性（或旋转不变性）； 我们再把圆放在平面镜前，设想我们钻进“镜子里的世界”来看这个圆。在 镜中世界看到的这个圆，样子依然保持不便。我们便说这个圆具有反射对称 性（或宇称不变性）。 物理学中的对称性主要表现在对物理世界规律的研究方面。 根据刚才的例子，我们还可以假设某些物理学家一直埋头对“镜子中的世界” 进行研究，如果他们得到的定律与正常世界的研究成果一致，我们就说这个 定律具有反射对称性（或宇称不变性）。
开普勒（德国）
美与科学课件
实验物理学家法拉第一直致力于 把自己获得的实验结果上升为法 则和理论。他十分欣赏电磁力转 换定律那‚简单而又美丽‛的公 式，他在研究环绕磁极分布的电 场线时，感到它如同环太阳运行 的行星轨道一样，也表现出大自 然和谐而又简单的设计，令人神 往和迷惘。
法拉第一直期望能用这种观念把电磁理论建成一个和谐、统一的体系，尽管最终他没有 成功，但当他读到比自己年轻四十岁的麦克斯韦用一组简洁的数学方程表述了他期望看 到的统一电磁理论体系的论文时，法拉第欣慰而又略带惊奇地说：数学的魅力竟与此有 这样密切的关系，实在令我吃惊，想不到数学有这样大的用处。 麦克斯是一位擅长数学并喜欢诗歌的物理学家，他决定用数学方法来弥补这方面的问 题。
§4.2 美在物理
一 奇妙的美
1542年出版的哥白尼的伟大著作《天体运行论》中的 第一句话就是‚在哺育人的天赋才智的多种多样的科 学和艺术中，我认为首先应该用全副精力来研究那些 与最美的事物有关的东西。‛哥白尼选择这样一句话 来开始他的著作，表明了他是多么欣赏科学中蕴含的 美。实际上，通观哥白尼的《天体运行论》全书，还 会发现其它一些类似的段落也表现了他对天体物理学 之美的赞赏和他那难以臵信的精神上的愉快。近代以 来，物理学家在他们的创造活动中追求物理学之美的 表现是多方面的。如近代最伟大的物理学家牛顿，从 统一性的美学角度就古典力学成功地进行了完美的综 合。在牛顿之前，尽管开普勒的天文学和伽利略的动 力学在各自的领域中都是优美和谐的，但又各有局限 性，当把这两个方面的理论放在一起时仍然有不谐调 之处。因此，物理学家希望在更大的范围内寻求一种 优美统一的理论，使天上物体的运动和地上物体的运 动有一种共同的、简单的描述。
二 物理学之美到底包括哪些种类呢?
从不同的角度来分类，会得到不同的结 果。譬如，著名物理学家杨振宁通过归 纳总结，把物理学之美分为三类：（一） 即现象之美，理论描述之美，理论结构 之美。 1. 现象之美，指的是从人类的直 感来说。许多物理现象之美，如‚彩 虹‛，当我们一看到就会脱口而出‚美 极了‛。然而，还有许多美丽的实验现 象只有训练有素的人才能观测到。例如， 行星的轨道都是椭圆的，这是非常美的 现象，当第一次发现这些轨道是完美的 椭圆时，人们感到极大的喜悦。
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作者在哪一段明确表达了自己 的观点？
第5节 理论物理学中的美是变化的，这种 变化最显著的体现是理论物理学日益 增长的数学化。
前4节主要说明了哪些问题？
所有的科学家都感受 到科学中存在美
很早科学家就懂得科 学中蕴含着奇妙的美
物理学中的许多美是 与数学中的美的观念 紧密相关的
事实上物理学 中美的概念不 是固定的，是 发展的。
作者从什么角度阐释“理论物理 学日益增强的数学化”？
作者写了几个历史过程？
伽利略时代
物理学数学化的
牛顿时代
加速导致了理论
十八世纪后期 物理学中美的概
最近的物理学中 念的变化
作者从这个历史过程中得出的结 论是什么？
物理学数学化的加速，导致了理 论物理学中美的概念的变化。
作者是从哪三个方面介绍了理论 物理美学的构成的？
1.现象之美。 2.理论描述之美。 3.理论结构之美。
通过理解典型事例理解作者提出 的三个概念。
第四部分（13-20节）：分析问题（2）： 与前文从历史中纵向分析不同，这里是从横 向展开，分析论证，回答了“为什么”。
第五部分（21-24节）：分析问题（3）：
从理论物理学中的美对研究工作的重要意义 举例分析。强调美对物理学未来研究工作的 重要性，指出对研究物理学的人而言，美始 终是一个指导原则。
课外作业
筛选文中信息，解释文中出现的重要概 念。
美的意义、美的含义、理论物理学中的 美、定量的物理学、经典力学体系、四个电 磁学定律、麦克斯韦方程、现象之美、理论 描述之美、理论结构之美、超导性现象、量 子力学、美的最终标准。
第一部分（1节）：科学中存在美，但美 的含义相当复杂，很难给出一个周全的回答。 （提出话题：科学中的美。）
第二部分（2-4节）：很早科学家们就懂 得欣赏科学中蕴涵的美。不同科学学科的美 既密切相关，又不完全相同。物理学中美的 概念不是固定的而是发展的。（进一步明确 论述范围：物理学中美的概念。）
第三部分（5-12节）：分析问题（1）： 从物理学发展历史的角度论证了理论物理学 中美的变化，影响最显著最重要的理论物理 学日益增长的数学化。
“使一个方程具有美感化比使它 去符合实验更重要。”作者认为狄拉 克的这句话包含着伟大的真理，你认 为这真理是什么？
有时候，如果你遵循你的本能提 供的通向美的向导前进，你会获得深 刻的真理，即使这种真理与实验是相 矛盾的。
作者用哪些科学成果的事例来说 明在物理学研究中，“美始终是一个 指导原则”？
杨振宁对理论物理学的贡献范围很广，包 括基本粒子、统计力学和凝聚态物理学等领域。 对理论结构和唯象分析他都有多方面的贡献。 其中贡献最大的在粒子物理学方面。
睿智的杨振宁先生
82岁的杨振宁 用英语给学生 上基础物理课
杨振宁与新婚妻 子翁帆首次公开 露面
筛选相关语言信息，梳理文章的论 述层次，理清作者的行文思路。
美和理论物理学
杨振宁
杨振宁，1922年10月1日出生于安徽合肥。 世界著名理论物理学家，因对宇称定律的深入 研究而与华裔物理学家李政道分享1957年诺贝 尔物理学奖。
美国国家科学院、美国物理学会以及巴西 科学院、委内瑞拉科学院和西班牙皇家科学院 院士。
分别受聘为北京大学、清华大学等十几所 高校名誉教授，并担任清华大学高等研究中心 名誉主任。
海森伯是经由一条不同的道路而 获得了对理论物理学的美的鉴赏，并 且是数学预言了海森伯的发现。因而 海森伯说 “我们看到数学家做了我 们自己做不到的事。”这句话实际上 是想说明在科学研究中遵循由美的观 念所指导的直觉去进行工作的重要性。
文章的结尾跳离开理论物理学上 的美，其写作用意是什么？
拓展了文章的内容，丰富了文章 的内含。
狄拉克的反物质理论
量子力学的诞生
“创造性的原则寓于数学之中， 因此在一定意义上，我认为正如古人 所梦想的那样，纯粹的思想能够把握 实在。这是真的。”（爱因斯坦）
这段话主要是强调美对物理学中 将来的工作的重要性，认为美始终是 物理学研究工作中的一个指导原则。
作者具体介绍海森伯量子力学的 发现过程是为了说明什么？