物理学导论

物理学导论结业论文
学院：物理科学与技术学院
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2015年1月13日
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物理学的历史、作用和地位.................................... 错误！未定义书签。

摘要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．错误！未定义书签。

关键词．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．错误！未定义书签。

一、绪论 (2)
二、物理学的发展历程........................................ 错误！未定义书签。

（一）古代物理学时期．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2（二）近代物理学时期．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 （三）现代物理学时期．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3三、物理学的作用及地位 (3)
（一）物理学是自然科学的带头学科......... .. (4)
（二）物理学是现代科学技术的先导 (5)
（三）物理学是科学的世界观和方法论的基础．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6参考文献 (7)
物理学的历史、作用与地位
摘要：
从古至今，科技都是第一生产力，而物理学作为现代科学的先导，对推进科技发展和技术革命起着不可忽视的作用。

物理学与人类文明相互依存、相互影响，物理学的每一次大发展，都使人类的思想境界上升到了一个新的高度。

青年是科学发现的主力军，作为一名物理专业的学生，应坚定自己的专业选择，为人类文明的进步作出自己的一分贡献。

Since ancient times, science and technology is the first productivity, andphysics as the forerunner of modern science, can not ignore the role of science and technology to promote the development and revolution of technology plays.Physics and human civilization interdependence, mutual influence, each bigdevelopments in physics, make the human realm of thought rose to a new height.Youth are the main force in scientific discovery, as a physics major students,should strengthen their professional choice, make a contribution of their own to the progress of human civilization.
关键词：物理学；先导；影响；
一、绪论
物理学是什么
物理学（英语：Physics）研究宇宙间的物质存在的基本形式，物质的性质、运动、相互作用、相互转化以及内部结构的基本规律。

物理学是探讨物质结构和运动基本规律的前沿学科，是研究大自然现象及规律的学问。

在经典时代，物理学时常会与其暹罗双胞胎自然哲学合并在一起。

直到十九世纪物理学才从哲学中分离出来成为一门实证科学。

物理学分支
●经典力学及理论力学 (Mechanics)研究物体机械运动的基本规律的规律
●电磁学及电动力学 (Electromagnetism and Electrodynamics)研究电磁现象，物质的电磁运动规律及电磁辐射等规律
●热力学与统计物理学 (Thermodynamics and Statistical Physics)研究物质热运动的统计规律及其宏观表现
●相对论 (Relativity)研究物体的高速运动效应以及相关的动力学规律以及关于时空相对性的规律
●量子力学 (Quantum mechanics)研究微观物质运动现象以及基本运动规律
●此外，还有：
粒子物理学、原子核物理学、原子分子物理学、固体物理学、凝聚态物理学、激光物理学、等离子体物理学、地球物理学、生物物理学、天体物理学、声学、电磁学、光学、无线电物理学、热学、量子场论、低温物理学、半导体物理学、磁学、液晶、医学物理学、非线性物理学、计算物理学等等。

二、物理科学的发展历程
物理学的发展大致经历了三个时期：古代物理学时期、近代物理学时期（又称经典物理学时期）和现代物理学时期。

1、古代物理学时期
古代物理学时期大约是从公元前8世纪至公元15世纪，是物理学的萌芽时期。

最初的物理学是融合在哲学之中的，人们所思考的，更多的是关于哲学方面的问题，而并非具体物质的定量研究。

这一时期的物理学有如下特征：在研究方法上主要是表面的观察、直觉的猜测和形式逻辑的演绎；在知识水平上基本上是现象的描述、经验的肤浅的总结和思辨性的猜测；在内容上主要有物质本原的探索、天体的运动、静力学和光学等有关知识，其中静力学发展较为完善；在发展速度上比较缓慢。

在长达近八个世纪的时间里，物理学没有什么大的进展。

而欧洲黑暗的教皇统治，使物理学几乎处于停滞不前的状态。

直到文艺复兴时期，人文主义思想广泛传播，使唯物主义和辩证法思想重新活跃起来。

这一时期，力学、数学、天文学、化学得到了迅速发展。

2、近代物理学时期
近代物理学时期又称经典物理学时期，这一时期是从16世纪至19世纪，是经典物理学的诞生、发展和完善时期。

近代物理学是从天文学的突破开始的。

16世纪初，开普勒通过从第谷处获得的大量精确的天文学数据进行分析，先后提出了行星运动三定律。

开普勒的理论为牛顿经典力学的建立提供了重要基础。

从开普勒起，天文学真正成为一门精确科学，成为近代科学的开路先锋。

近代物理学之父伽利略发现以及他所用的科学推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学真正的开端。

16世纪，牛顿总结前人的研究成果，系统的提出了力学三大运动定律，完成了经典力
学的大一统。

16世纪后期创立万有引力定律，树立起了物理学发展史上一座伟大的里程碑。

之后两个世纪，是电学的大发展时期，法拉第用实验的方法，完成了电与磁的相互转化，并创造性地提出了场的概念。

19世纪，麦克斯韦在法拉第研究的基础上，凭借其高超的数学功底，创立了了电磁场方程组，在数学形式上完成了电与磁的完美统一，完成了电磁学的大一统。

与此同时，热力学与光学也得到迅速发展，经典物理学逐渐趋于完善。

3、现代物理学时期
现代物理学时期，即从19世纪末至今，是现代物理学的诞生和取得革命性发展时期。

20世纪初，爱因斯坦大胆地抛弃了传统观念，创造性地提出了狭义相对论，永久性地解决了光速不变的难题。

狭义相对论彻底颠覆了牛顿的绝对时空观，完成了人类历史上一次伟大的时空革命。

十年之后，爱因斯坦提出等效原理和广义协变原理的假设，并在此基础上创立了广义相对论，揭示了万有引力的本质，即物质的存在导致时空弯曲。

相对论的创立，为现代宇宙学的研究提供了强有力的武器。

而普朗克引入了“能量子”的假设，标志着量子物理学的诞生，具有划时代的意义。

爱因斯坦于1905年提出了“光量子”假设，并成功地解释了光电效应实验，捍卫和发展了量子论。

随后玻尔在普朗克提出了氢原子的玻尔模型。

德布罗意把光的“波粒二象性”推广到了所有物质粒子，从而朝创造描写微观粒子运动的新的力学——量子力学迈进了革命性的一步。

薛定谔则用波动方程完美解释了物质与波的内在联系，量子力学逐渐趋于完善。

量子力学与相对论力学的产生成为现代物理学发展的主要标志，其研究对象由低速到高速，由宏观到微观，深入到广垠的宇宙深处和物质结构的内部，对宏观世界的结构、运动规律和微观物质的运动规律的认识，产生了重大的变革。

其发展导致了整个物理学的巨大变革，奠定了现代物理学的基础。

随后的几十年即从1927年至今，是现代物理学的飞速发展阶段，这一期间产生了量子场论、原子核物理学、粒子物理学、半导体物理学、现代宇宙学、现代物理技术等分支学科，物理学日渐趋于成熟。

二、物理学的作用及地位
物理学的发展是人类发展的必然结果，也是任何文明从低级走向高级的必经之路。

在《物理学导论课程》的第一节课上，黄致新老师就给我们讲解了物理学的地位，让我们意识到自己对所学的专业是如此的高深又重要。

所讲内容是：1、物理学是自然科学的带头学科；2、物理学是现代科学技术的先导；3、物理学是科学的世界观和方法论的基础。

这三条理论是对物理学地位的高度概括，表明物理学不仅与自然科学有密切的联系，同时与人类文明也是相互依存、相互影响的。

物理学的发展史，也是人类从愚昧走向成熟，从低级走向高级的历史。

物理学的每一次大发展，都使人类的思想境界上升到了一个新的高度。

不论在现在还是将来，物理学在社会发展、科技进步方面都有着不可撼动的重要地位
21世纪是知识经济社会,世界经济的全球化,使得国与国之间的竞争越来越激烈。

国家的综合国力和国际竞争力也越来越取决于教育、科技和知识创新的发展水平,各国都把教育放在优先发展的战略地位。

如何应对挑战,加快我国教育的改革和发展,为我国的现代化建设培养出符合时代需要的新型人才,已是我国教育面临的重大课题,也成为教育工作者肩负的重
大历史使命。

作为物理教育工作者应对物理学科的地位和作用有个清醒的认识。

物理学是研究物质运动的最一般规律及其基本结构和它们相互作用的学科…物理学一直是一门生气勃
勃的学科，这和它具有高度的开放性是密切相关的…它的门户总是开放的，鼓励跨学科的交流与沟通。

物理学和技术关系密切。

当今许多工程学科都是植根于经典物理学的某一分支…
在促进学科交叉方面，物理学更是大有可为。

物理学是严格的定量科学。

物理学是自然学科的基础。

（《物理学的地位和作用》李国贞）
(一)、物理学是自然科学的带头学科
●物理学是一门建立在实验基础上的科学，采用实证的科学研究方法
在伽利略的那个年代，占统治地位的是古希腊亚里士多德的学说。

亚里士多德的结论是通过哲学的思维得出的，符合人们日常的思维，所以也被人们所接受。

但是伽利略却通过科学的实验方法来得出普遍性结论。

伽科略斜面实验的卓越之处不是实验本身，而是实验所使用的独特方法——在实验的基础上，进行理想化推理（也称作理想化实验）。

他纠正了前人的理论，建立了新的力和运动的关系，它标志着物理学的真正开端。

物理是严格的定量科学。

正因为它对实践与数据的严格要求，所以才能成为自然科学的带头学科，为一切的科学发展指路与纠正。

伽利略的斜面实验是物理学史上的重要实验。

它在理论上纠正了亚里士多德的错误的运动观；在方法上运用了实验和数学相结合、真实实验和理想实验相结合的方法，开创了近代自然科学的新的方法和传统。

（《伽利略的斜面实验及其意义》魏洪钟）
●物理学是一门采用数学表示客观规律的科学，建立了完整的科学理论体系
近代以来，数学总是走在物理学的前面，并成为物理学的重要工具。

似乎抽象的数学与经典层次的物理学没有多大关系…康德说：“关于一定自然事物的一个纯粹自然学说（物理学和灵魂学说），却只有借助数学才有可能…”这就是说，本义上的自然科学（即物理学）要借助于数学显现出来。

事实上，数学和物理学是始终联系在一起的。

我们可以追问量子力学的基本方程——薛定谔方程是如何得到的？它正是通过类比、通过数学建立的，其正确性在于不断地到量子力学实验的认证…EPR论证是在量子力学的前提下从数学角度推演出来的，而不是一个真正的物理过程，但随后的一系列物理实验严格证明了EPR关联是微观客观的最基本的性质…(《量子信息哲学》吴国林编)
由此例可见，物理学与数学是分不开的。

它以数学作为辅助工具，通过一系列的精准实验数据和严格的计算得出客观规律结论，所以物理学是采用数学表示客观规律的科学，其正确性与准确性是毋庸置疑的，通过不断地探索与更正建立了普通物理（力、热、光、电、原）和理论物理（理论力学、量子力学、统计力学、电动力学）的完整的物理学科学理论体系。

●物理学与其他学科交叉，发挥了巨大的推动作用
物理学一直是一门生气勃勃的学科，这和它具有高度的开放性是密切相关的，它和其他的自然学科没有截然的分界线。

它的门户总是开放的，鼓励跨学科的交流与沟通。

物理学和技术关系密切。

当今许多工程学科都是植根于经典物理学的某一分支。

在促进学科交叉方面，物理学更是大有可为。

物理是严格的定量科学。

其他自然科学在定量化方面，向物理学靠拢。

20世纪的化学是巩固地建立在量子力学的基础上的，和物理学密不可分，有许多共同的研究对象。

《物理学的作用与地位》
物理学是一门以实验为基础、实践性很强的学科，而且是一门很多学科交叉的综合性学科。

在生活中随处可见物理学与其他交叉学科的产物，这些产物对科技的发展和社会的进步起到了巨大的推动作用。

(二)、物理学是现代科学技术的先导
纵观物理学与世界文明的历史，可以看出：几乎每次技术革命都是与物理科学的发展分不开的，物理学的发展史就是人类文明发展史，物理学的每一次大发展，都使人类的思想境界上升到了一个新的高度。

科教片《世界百大发明与物理定律》中，就介绍了一些与物理定律相关的重大发现，例如核能的发现与利用，电磁感应等等一系列与人类文明密切相关的，推动社会进步与发展的重大发现。

由于物理学是研究物质世界最基本规律的科学，所以，它具有广泛的适应性．它不但是一切自然科学的基础，而且是一切工程技术的基础，是现代科学技术的先导．人类历史上的历次技术革命都与物理学的发展和应用密切相关：
第一次技术革命(17世纪至18世纪)，建立在经典力学和热力学发展的基础上，其标志是以蒸汽机为代表的一系列机械的产生和应用．
第二次技术革命(19世纪)，建立在电磁理论发展的基础之上，其标志是发电机、电动机、电讯设备的出现和应用．
第三次技术革命(20世纪)，建立在相对论和量子论发展的基础之上，其特点是以微电子技术为代表的一系列新学科、新材料、新能源、新技术的兴起和发展．
可以说，几乎所有重大的新技术领域的创立，事前都是经过物理学的长期酝酿，有了理论和实验上的大量积累才突然迸发出来的．核能的利用、激光的应用、计算机的更新换代等都是这样．以计算机为代表的信息革命被称为第三次浪潮，殊不知，整个信息技术的发生和发展，其硬件部分是以物理学的成果为基础的．比如，从1947年发明晶体管到1962年发明集成电路．到20世纪70年代后出现大规模集成电路……可以设想，如果没有量子力学，没有能带理论；如果没有微电子学，没有费米面编目，没有高分辨率的电子刻蚀、离子刻蚀、同步辐射光刻等，不知要通过怎样的摸索，才能制造出现代的计算机来。

（《大学物理教程》周志坚主编）
（三）、物理学是科学的世界观和方法论的基础
物理学研究的是物质存在的基本形式、相互作用和运动的规律，它所取得的成果必然对人类的自然观和认识世界的思想方法产生重大深远的影响；而物理学对科学、技术、生产、社会变革产生的先导和推动作用，更大大加强了这种影响。

从牛顿力学的建立与机械自然观到现代物理学与辨证自然观的形成，就是一个例证。

一、物理学为辩证自然观提供了可靠的基础
二、现代物理学引发思想方法的突破（《现代科技导论》）
综上可见，物理学是一门基础科学，物理学的发展过程，就是人类对整个客观物质世界的认识过程，物理学的研究对象遍布全世界，物理学的基本概念和基本定律是自然科学中很多领域的基础，所以作为一名物理专业的学生，我们应该感动光荣而骄傲，而作为一名物理师范生，我们从现在开始就要好好学习，“士不可以不弘毅，任重而道远”，把物理的精华传承下去，为人类文明的发展现代技术的进步作出自己的一点贡献。

参考文献：
《物理学的作用与地位》李宏贞——《世界科学》2004年10期《伽利略的斜面实验及其意义》魏洪钟——《上饶师专学报》1994
年05期
《量子信息哲学》吴国林编——中国社会科学出版社,2011.10
《世界百大发现与物理定律》——采昌国际多媒体(股)公司
2011/03/17
《现代科技导论》——华中师范大学物理科学与技术学院
《大学物理教程》周志坚主编上册第2版——四川大学出版
社,2012.01,第2页。