田國瑞

(揚(yáng)州職業(yè)大學(xué)電子工程學(xué)院　江蘇 揚(yáng)州　225009)

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普通物理中的“學(xué)科結(jié)構(gòu)”

田國瑞

(揚(yáng)州職業(yè)大學(xué)電子工程學(xué)院江蘇 揚(yáng)州225009)

用圖示法分析討論了普通物理中的“學(xué)科結(jié)構(gòu)”，并作了適當(dāng)?shù)慕忉?，對教師的教學(xué)和學(xué)生的學(xué)習(xí)具有一定的參考價值．

普通物理學(xué)學(xué)科結(jié)構(gòu)普通物理教學(xué)

1　引言

普通物理學(xué)包括力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)、近代物理學(xué)5個部分，在普通物理教學(xué)中，既有理論教學(xué)，又有實驗教學(xué)．在教學(xué)中，教師必須從總體結(jié)構(gòu)上對各部分有所把握才能根據(jù)教學(xué)大綱更好地處理教材，突出重點(diǎn)、突破難點(diǎn)，上好每一堂課．因此，整個教學(xué)過程就是從具體到一般，然后從一般到整體的過程．對于讀書來說，就是先從薄到厚，然后再從厚到薄的過程，厚積而薄發(fā)，從而形成一個良好的知識-技能結(jié)構(gòu)．

2　《力學(xué)》的學(xué)科結(jié)構(gòu)

力學(xué)的學(xué)科結(jié)構(gòu)如圖1所示.

圖1　力學(xué)結(jié)構(gòu)圖

它的基礎(chǔ)是牛頓力學(xué)三定律，既有靜力學(xué)、運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)、動量定理、動能定理、角動量定理和3個守恒定律，又有時空變換和應(yīng)用與延伸[1]．其中，研究力對空間的累積作用，從而引出功和能(動能、勢能)及保守力與非保守力的概念，以及動能定理、功能原理和機(jī)械能守恒定律．研究力對時間的累積作用，從而可得出質(zhì)點(diǎn)動量定理和質(zhì)點(diǎn)系的動量定理和動量守恒定律．對力矩進(jìn)行討論可得角動量定理和角動量守恒定律．

質(zhì)點(diǎn)、質(zhì)點(diǎn)組、剛體等是理想模型，而對于理想與現(xiàn)實的矛盾可由圖2來說明．

圖2　理想模型示意圖

如果物體的大小和形狀的改變不能忽略，我們就必須把它作為變形體處理，變形體一般可以分為彈性體和流體兩類．一般地說，固體是彈性體，液體和氣體是流體，固體可以分為晶體、準(zhǔn)晶體和非晶體3類，晶體本身又可分為單晶體和多晶體，而具有單一完整周期性的單晶體稱為理想晶體．當(dāng)外力除去后，物體能夠完全回復(fù)原來的狀況，又稱為理想彈性體．理想液體就是絕對不可壓縮而又沒有黏滯性的液體．

3　《熱學(xué)》的學(xué)科結(jié)構(gòu)

熱學(xué)的學(xué)科結(jié)構(gòu)如圖3所示[2]，它由宏觀理論、微觀理論和物性學(xué)3部分組成．其中宏觀理論包括熱力學(xué)4個定律，是平衡態(tài)熱力學(xué)和非平衡態(tài)熱力學(xué)的基礎(chǔ)，微觀理論包括氣體分子運(yùn)動論和氣體內(nèi)的輸運(yùn)過程，它所對應(yīng)的統(tǒng)計物理結(jié)構(gòu)圖如圖4所示[3]．

物性學(xué)部分包括實際氣體、液體、固體、相和相變．而理想氣體作為模型既可以用于討論宏觀理論，又可以用于討論微觀理論．當(dāng)然，我們也可以運(yùn)用范德瓦爾斯氣體模型等來研究實際氣體．

圖3　熱學(xué)結(jié)構(gòu)圖

圖4　統(tǒng)計物理結(jié)構(gòu)圖

4　《電磁學(xué)》的學(xué)科結(jié)構(gòu)

電磁學(xué)的學(xué)科結(jié)構(gòu)如圖5所示[4]，它包括靜電場、靜磁場、渦旋電場假設(shè)、位移電流假設(shè)和電磁場，各部分由矢量分析公式表示，其中電磁場部分由麥克斯韋4個方程組成．在有介質(zhì)存在時，E和H都和介質(zhì)的特性有關(guān)，麥克斯韋方程組是不完備的，需補(bǔ)充描述介質(zhì)性質(zhì)的方程．如：D=εE，B=μH，j=σE 式中ε，μ和σ分別為介質(zhì)的介電常數(shù)、磁導(dǎo)率和導(dǎo)體的電導(dǎo)率．

圖5　電磁學(xué)結(jié)構(gòu)圖

5　《光學(xué)》的學(xué)科結(jié)構(gòu)圖

現(xiàn)在對于全部光學(xué)現(xiàn)象的理論解釋是有麥克斯韋電磁場理論和量子理論聯(lián)合得出的．光學(xué)的學(xué)科結(jié)構(gòu)圖如圖6所示[5]，它由光的電磁場理論、波動光學(xué)、幾何光學(xué)、相對論光學(xué)、量子光學(xué)和現(xiàn)代光學(xué)組成，其中波動光學(xué)包括光的干涉、衍射和偏振．波動光學(xué)中把光看成電磁波，幾何光學(xué)不考慮光的波動性，而只根據(jù)光能量沿著光線傳播的概念來處理問題．

圖6　光學(xué)結(jié)構(gòu)圖

6　《近代物理學(xué)》的學(xué)科結(jié)構(gòu)

近代物理學(xué)的學(xué)科結(jié)構(gòu)如圖7所示，它包括原子分子物理、原子核物理、粒子物理和天體物理及固體物理等[6]，它們是建立在以量子論和相對論為標(biāo)志的研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動和相互作用的各種理論及實驗方法之上的．

圖7　近代物理學(xué)結(jié)構(gòu)圖

7　師專物理系的普通物理教學(xué)

在普通物理教學(xué)中，教師起著關(guān)鍵的作用，俗話說“臺上一分鐘，臺下十年功”，教師所在的院系中的地位和作用也是值得分析和討論的．圖8是某師專物理系各教研室的結(jié)構(gòu)圖，其中包括普通物理教研室及各教研組和大學(xué)物理實驗室和各實驗分室．

圖8　某師專物理系各教研室的結(jié)構(gòu)圖

立足于普通物理可見， 在計算物理方面可以用MATLAB來求解普通物理中的習(xí)題等[7]，也可以實現(xiàn)從普通物理到理論物理的過渡，及搭起從“電磁學(xué)”到“電路分析基礎(chǔ)”的橋梁，以及建立起普通物理與中學(xué)物理之間的聯(lián)系及提高．它既有縱向聯(lián)系又有橫向聯(lián)系，是一個有機(jī)的整體．

8　結(jié)束語

學(xué)科結(jié)構(gòu)只是對各學(xué)科的總體上的分析，各知識結(jié)構(gòu)的形成還須不斷地積累和升華，因此，還可以在各個層次上進(jìn)行分析，從而形成一個完備的體系．

1查有梁.牛頓力學(xué)的橫向研究.成都:四川教育出版社，2014.75

2黃淑清,聶宜如,申先甲.熱學(xué)教程.北京:高等教育出版社，1987

3郝柏林.中國大百科全書(物理學(xué))-統(tǒng)計物理學(xué).北京:中國大百科全書出版社，1987.1028～1035

4石開屏,張傳坤,吳玉喜.大學(xué)物理專題選講(電磁學(xué)).南京:江蘇教育出版社，1988.4～10

5鄭玉祥,陳良堯.近代光學(xué).北京:電子工業(yè)出版社，2011

6徐克尊,陳向軍,陳宏芳.近代物理學(xué).合肥:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2008

7鐘季康,鮑鴻吉.大學(xué)物理習(xí)題計算機(jī)解法——MATLAB編程應(yīng)用.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2008

Subject Structure in General Physics

Tianguorui

(School of Electronic Engineering,Yangzhou Polytechnic College,Yangzhou，Jiangsu225009)

With graphic method analysis to discuss the subject structure of general physics,and the appropriate explanation,to teacher's teaching and student's study has certain reference value.

general physics；the discipline structure；general physics teaching

2016-03-01)