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物理与文化

 

 
 物 理 与 文 化
课程代码PHYS119001
课程名称: 物理与文化 (Physics and cultures )
学分数:    2学分                              周学时:   2学时
主讲教师: 现代物理研究所   王炎森教授
预修课程: 高中物理和数学
课程性质: 是一门文理交融, 重视科学教育与人文教育融合的通识教育课程。
教学目的: 本课程是以物理基础知识为载体, 突出物理学的文化内涵, 展现物理思想和人文精神的融合, 有利学生科学素养和终身学习能力的培养。
基本内容简介本课程是在较系统介绍(以定性介绍为主)物理学的一些基本知识(从宏观、微观到宇观)的基础上, 着重通过对物理学发展史上的一些具有里程碑意义的重大发现过程和一些著名物理学家的重大贡献的介绍,向学生展示物理学发展过程中所体现的丰富的科学思想、科学方法和科学精神, 以及著名物理学家的创新思维、高尚道德和人格魅力。同时也对与物理学有关的一些社会性论题及这些重大发现在高科技中生动、有趣的应用作了适当介绍。
教材和教学参考资料:  
教材:   倪光炯、王炎森 《物理与文化 --- 物理思想与人文精神的融合》(第2版)
高等教育出版社 2009年3月
   主要参考资料:
倪光炯、王炎森 、钱景华、方小敏 《改变世界的物理学》(第三版)
 复旦大学出版社, 2007年
            阿特·霍布森 《物理学:基本概念及其与方方面面的联系》 秦克诚等译
 上海科学技术出版社, 2001年
                   埃·赛格雷, 《从落体到无线电波 --- 经典物理学家和他们的发现》
                                                             上海科学技术文献出版社, 1984
                                 《从X射线到夸克 --- 近代物理学家和他们的发现》
                                                             上海科学技术文献出版社, 1984
基本要求:   要求学生了解: 本课程中所介绍的物理学中一些最基本的知识, 物理学发展史中一些重大发现的内容和意义, 一些著名物理学家的创新思维和突出贡献,以及自然科学的一些研究方法。          
在上述基础上深入思考“科学教育与人文教育融合”的重要意义、人文精神
对科学发展的作用、自然科学中的研究方法在人文科学研究中的参考价值、体会对真、善、美的追求是科学文化和人文文化的共同目标, 以及在现代教育中消除两种文化隔阂的重要性。
教学方式:以课堂讲授为主, 配以一定课时的讨论,并穿插多媒体教学(展示物理在高技术应用方面的精彩资料和图片)和课堂示范实验。
教学内容安排 (按32学时):
第一章    两种文化的历史演变 (2学时)
 讲课要点: 1. 探讨我国科学在历史上逐渐落后的原因 – “李约瑟难题”
      2. 东、西方哲学的异同, 西方哲学为何对近代科学起促进作用?
      3. 文艺复兴和科学革命, 两种文化的分裂
      4. 21世记的高等教育需要文理相通、需要科学文化与人文文化的融合
第二章    经典力学的建立和发展 (6学时)
 讲课要点: 1. 从哥白尼到开普勒
         日心说提出的科学根源、哲学根源和历史根源
         开普勒行星三定律, 天文学从此真正成为一门精确科学
   2. 伽利略和近代力学的诞生, 为什么伽利略被后人称为“近代物理之父”?
   3. 牛顿万有引力定律的创立过程, 及其在航天技术中的应用
   4. 牛顿对科学研究方法的贡献; 牛顿的自然哲学思想及其深远影响
   5. 动量守恒定律和机械能守恒定律
   6. 角动量和角动量守恒定律, 及实际应用举例
   第三章 从静电现象到电磁波 (6学时)
 讲课要点: 1. 从库仑定律的建立看“类比方法”在科学研究中的重要性
           2. 奥斯特发现电流磁效应所基于的哲学思想, 以及对人们的重要启示
           3. 法拉第发现电磁感应的哲学思想、创造性的科学思维(‘场’概念的引入); 法拉第电磁感应定律及电磁感应现象的应用。
   4. 带电粒子在电磁场中的运动, 洛仑兹力及实际应用
   5. 麦克斯韦电磁场理论的建立、电磁波的发现和光、电、磁的统一
第四章 光的本性是什么? (6学时)
 讲课要点: 1. 牛顿的光的微粒说是在什么指导思想下提出的? 为什么它能统治一百多年? 
           2. 为什么惠更斯的光的波动说在初期无法与微粒说抗衡? 波动说是如何逐渐占统治地位的?
           3. 光的干涉、折射和偏振, 以及它们的实际应用
           4. 爱因斯坦的光量子假设和光的波粒二象性
           5. 声波和光波的多普勒效应及其在高科技中应用
           6. 激光基本原理及激光技术应用
第五章 打开微观世界研究大门的三大发现 (3学时)
 讲课要点: 1. X射线的发现
                阴极射线本性的争论
 在伦琴发现X射线的过程中几个值得思考的问题
 X射线的本性及其应用
2.     放射性的发现
     贝克勒尔的惊人发现, 以及“直觉和灵感”在科学发现中的重要性
     居里夫人的创新思维及高尚品德
                三种射线(α、β、γ) 及放射性衰变现象和应用
3.     电子的发现
     J.J.汤姆孙勇于突破传统观念发现第一个基本粒子 - 电子
     发现电子的三个关键性实验及重大意义
第六章    物质观的革命 -- 量子论 (5学时)
 讲课要点: 1. 普朗克提出了开创物理学新时代的“量子”概念
                 量子观点遭非难, 普朗克要退却, 爱因斯坦捍卫和发展了“量子论”
2.     第一个钻到原子中心的人 -- 卢瑟福
      原子核的发现(是偶然的吗?)
      原子核式模型的重大贡献和遭科学界的漠视
3.     和谐的乐章 -- 玻尔模型
      玻尔的创新思维, 玻尔模型的贡献和困难
      什么是哥本哈根精神?
4.     德布罗意与物质波, 物质粒子的波粒二象性和电子波性的实验验证
5.     描写物质波的波动方程及波函数的统计解释
      微观粒子运动的统计规律性
      玻尔与爱因斯坦之间的一场被传为佳话的科学争论
第七章    时空观的革命 -- 相对论 (3学时)
讲课要点: 1.光速不变性和同时的相对性
                牛顿的时空观
                测量“以太风”的迈克耳孙 – 莫雷实验
                爱因斯坦的追光佯谬和狭义相对论的两个基本原理
2.     洛伦兹收缩, 洛伦兹变换, 速度相加定律
3.     质量随速度变化, 质能关系和原子能应用(裂变和聚变)
第八章 物理亦文化 (1学时)
讲课要点: 1. 现代物理学的认识论
      认识论的相对性原理; 信息是主、客体共同创造的
2.     现代物理学的方法论
      模型方法的实质; 对称性在物理学中的地位
3. 从相对真理到绝对真理
 
考核方式:  读书报告(学习体会), 期末考试及平时成绩三者结合起来。
 


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