固体物理学教材在我国的发展演变
- 格式:doc
- 大小:32.00 KB
- 文档页数:6
收稿日期:2010-12-12基金项目:全国教育科学“十一五”规划教育部重点课题“百年中国教科书启蒙诉求研究”[DAA100187]作者简介:赵长林(1969-),男,山东聊城人,山东聊城大学教授。
湖南师范大学教育科学学报Journal of Educational Science of Hunan Normal University 2011年3月第10卷第2期Vol.10No.2Mar.,2011物理学是研究物质结构、物质相互作用和运动规律的自然科学①。
物理科学作为自然科学的重要组成部分,不仅对物质文明的进步和人类对自然界认识的深化起了重要的推动作用,而且对人类的思维发展也产生了不可或缺的影响。
从亚里士多德时代的自然哲学,到牛顿时代的经典力学,直至现代物理中的相对论和量子力学,都是物理学家科学素质、科学精神以及科学思维的有形体现。
在2400多年前的春秋时期,我国已有文字可考的含有物理知识的著作《墨经》,它是墨家进行私学教育的教材,②但在中国古代,物理学始终没有从哲学、自然科学中分化出来成为一门独立的科学。
中国近代的物理教育,是从19世纪中期开始的。
1866年晚清政府在同文馆设算学馆,并将物理教育列入学校教育内容,物理开始成为学校中的重要的课程设置。
1904年《奏定学堂章程》颁布以后,物理以法定形式被系统地列入了大、中学校的教学科目之中,根据不同的教学要求译编了各级学校和不同专业的物理教科书。
新中国的成立,从根本上改变了我国教育的性质,我国的物理教育,也走上了现代化之路,揭开了中国物理教科书建设的新篇章。
一、新中国成立初期17年物理教科书的精简新中国成立后,收回了教育主权,对旧中国遗留下来的各类教育问题进行了彻底的改造,其中对中学物理教科书的改造经历了从分散到统一,从编译到自编的过程。
这一阶段,物理教科书出现了不间断的修订改版以及反反复复的精简内容的过程。
1.频繁修订的物理教科书1949年11月,中央教育部成立不久,就由中等教育司召开了一次京津中等学校负责人的座谈会,会上大多数人都认为“普通中等学校数、理、化三科的教材编排不合理,以致学生负担过重,学习不能获益,而且有害健康”③。
“固体物理”课程教学内容和方法的改革与实践自 20 世纪 50 年代以来,以固体物理的能带理论为基础,固体物理学得到了飞速发展。
科学家在磁学半导体、超导、激光等现代科学研究领域获得了重大进展,相关研究成果已经迅速转变为实际生产力,并带动了相关信息科学技术群的高速发展。
在 20 世纪 50 年代末,“固体物理” 被采纳为我国物理专业的一门基础课,是在物理专业课程设置上最为显著的一项改革。
[1]固体物理学通过研究固体的结构,及组成固体的粒子之间相互作用与运动规律来阐明其性能和用途。
固体物理学涉及的内容包括固体中的原子结构、晶体结合规律、固体电子运动方程及能带结构、金属导体的导电机制、半导体的基本原理、超导性的基本规律等,因此,“固体物理” 已成为物理学科和材料学科的专业主干课之一。
中国石油大学(华东)为教育部直属的行业特色鲜明的工科重点大学,目前“固体物理”课程已在材料物理、材料科学与工程、光信息科学与技术三个专业开设,并拟在应用物理学专业开设。
本文从中国石油大学(华东)(以下简称“我校”)目前的固体物理本科教学实际情况出发,针对不同专业对固体物理知识需求的不同,对课堂教学内容进行优化整合,并结合现代多媒体技术对教学手段和方法提出合理改革措施并在授课过程中进行了实践。
一、教学内容的改革与实践―― “一个平台,三个知识模块”教学模式的建立“固体物理” 课程内容丰富,体系庞大,涉及到“普通物理”“理论力学”“量子力学”“热力学统计物理”等多门课程,而目前国内各个高校“固体物理”课程的授课学时受到了总学时的限制。
因此如何在有限的学时内把固体物理的精髓讲授给学生,需要针对学生的不同专业特点和对固体物理的要求来精选授课内容。
我校有三个专业开设“固体物理”课程,分别为材料物理专业(64学时专业必修课)、材料科学与工程专业( 32 学时专业限选课)、光信息科学与技术( 32 学时专业限选课)。
由于各个专业的特点及对固体物理的要求不同,因此在授课过程中授课内容必定有所差异。
固体物理学的发展历程与重要里程碑在科学的大舞台上,固体物理学以其引人入胜的研究领域和重要的应用价值一直备受瞩目。
固体物理学是研究固态物质性质和行为的科学学科,涵盖了从微观到宏观的各个层面。
在其发展的过程中,固体物理学取得了一系列重要里程碑的成就。
本文将对固体物理学的发展历程及其重要里程碑进行详细探讨。
一、早期发展固体物理学的研究可以追溯到古希腊时期,阿基米德在古希腊的物理学研究中开创了固体力学的奠基性工作。
然而,直到19世纪初,固体物理学才开始成为一门独立的科学学科。
克鲁伯、泊松和拉格朗日等科学家和数学家在固体力学和弹性力学等方面做出了重要贡献,为固体物理学的发展奠定了基础。
二、量子力学的出现20世纪初,量子力学的出现对固体物理学的发展产生了深远影响。
1900年,普朗克提出能量量子化的概念,为解释黑体辐射的研究打下了基础。
随后,爱因斯坦和玻尔等科学家对固体材料的光谱现象进行了深入研究,提出了光电效应、玻尔频率规则等重要理论,为量子力学的形成做出了贡献。
三、半导体物理学的突破在20世纪中叶,固体物理学取得了一系列重要突破。
1947年,晶体管的发明标志着半导体物理学的新时代。
晶体管的出现不仅使得电子学进入了一个崭新的时代,也为信息技术的快速发展奠定了基石。
此后,发展出了集成电路、微电子器件等一系列强大的电子元件。
四、超导现象的发现1960年代,固体物理学又取得了一项重要突破,即超导现象的发现。
超导材料在低温下能够完全消除电阻,电流可以无损耗地通过材料传输。
这一现象的发现不仅在能源传输和储存领域具有巨大潜力,也为理解物质的宏观量子性质奠定了基础。
五、量子霍尔效应的发现在固体物理学的发展历程中,量子霍尔效应的发现被认为是一个重要的里程碑。
1980年,范克尔和克拉兹尼奇通过相关实验观测到了量子霍尔效应。
这一效应在低温和强磁场条件下,电阻出现了明显的量子级别跳跃,揭示了电荷在二维系统中行为的全新规律。
量子霍尔效应的发现引起了广泛的关注,并为拓展新型电子器件和研究凝聚态物理学提供了新的思路。
当代物理学在中国的发展(一)20世纪上半叶中国物理学家的重要成就本世纪初,一批中国学者到西方国家学习现代物理学知识,开展物理学的研究工作。
他们中间一些人学有所成后,回国兴办教育,出版刊物,组织学会和创办研究机构。
由于他们的辛勤劳动、不懈努力,在国内培养了一批优秀的青年物理学人才。
这些人再次被派遣出国留学深造,并在物理学研究方面做出了许多出色的工作。
20世纪上半叶,中国物理学工作者在国内外进行了大量的研究工作,在物理学的各个领域都做出了一些一流水平的成果,对现代物理学的发展做出了重要贡献。
1.力学力学是研究物质在力的作用下运动和变形规律的一门科学。
它以研究天然的或人工的宏观对象为主,也涉及宇观或细观甚至微观各层次的对象及有关规律。
按照上半世纪我国的科学划分,力学也属于物理学范畴内,在力学领域取得重大成就的学者也都是物理学家,故将其归之于物理学领域加以记述。
我国学者在力学领域所取得的重大成就,主要在流体力学和应用力学方面。
流体力学:周培源(1902~1993)1938年在西南联合大学时即开始进行不可压缩粘性流体理论研究,在国际上首先提出了脉动方程(或称涨落方程),建立了普通湍流理论。
根据这一理论对一些流动问题做了具体计算,计算结果与当时的实验符合得很好(1940)。
他的研究成果曾获当时国家教育部自然科学类一等奖。
张国藩(1905~1975)从30年代开始从事湍流理论研究,他认为流体力学传统的Navier-Stakes方程不能用于湍流,而必须先把湍流的物理机制搞清楚,按新的物理模型建立基本方程。
为此他完成了以下工作:(1)类比分子运动论的方法,建立了湍流“温度”、“压强”和“熵”等物理量,并将它们编入流体力学方程,相当详细地讨论了湍流通过圆管和两个平行面之间的情况,并扼要地讨论了湍流的衰减、湍流结构和关联作用的特性等问题。
后来他又发展了上述思想,用量子统计方法求湍流能谱分布式。
(2)论证了湍流运动是一种非牛顿流体运动,其内部阻力应改用幂数式表示,并依此建立了他自己的湍流运动方程。
固体物理学教材在我国的发展演变固体物理的开端没有准确的定论,但是其早期的发展历程始终与具有规则几何形状的晶体相联系,下面是小编搜集整理的一篇研究固体物理学教材的论文范文,欢迎阅读查看。
固体物理是研究固体的结构及其组成粒子之间相互作用与运动规律以阐明其性能与用途的学科[1],其范式是周期结构中波的传播[2].固体物理学涉及晶体学、晶格动力学、固态电子和光电子学、磁学、自旋电子学、固体能带理论、非晶态物理、超导物理、金属物理、半导体物理、电介质物理、相变物理、表面物理、低维物理、介观物理、纳米物理、量子物理、低温物理和高压物理等众多领域[1,2],是一门综合性基础学科,并与高能物理学、天体物理学一起形成现代物理学的三大主流[3].固体物理的开端没有准确的定论[4],但是其早期的发展历程始终与具有规则几何形状的晶体相联系。
人们对晶体几何形状的认识可以追溯到石器时代,但是晶体学作为一门独立的学科出现是在17世纪中叶,其间经过了近3个世纪的发展[1,4],直到基于X射线衍射(1912-1913,劳厄和布拉格父子)的晶体结构分析及其方程的建立,才标志着现代晶体学的创立,并成为固体物理学发展的基础。
20世纪初,随着量子理论的发现和统计物理的发展,固体物理学得以迅猛发展,并逐渐建立了晶格动力学(1913,波恩和冯·卡门)、固体电子论(能带论)(1928,布洛赫;1930,布里渊)以及量子力学的磁性理论(范弗莱克,朗道)等。
至此,固体物理学的主干已基本成型(1940)[2],其专着《TheModern Theory of Solids》的出现标志着固体物理走向了成熟,并为随后的固体物理学教材树立了旗帜。
新中国固体物理学的发展离不开众多留学归来的专家学者,如我国固体物理学和半导体物理学的奠基人之一黄昆(多声子跃迁理论、X 光漫散射理论、晶格振动长波唯象方程、半导体超晶格光学声子模型),我国半导体物理学和表面物理学的奠基人之一谢希德(固体能谱、群论、表面和界面物理、量子器件与异质结构电子性质理论),我国固体物理理论的开拓者之一李荫远(合金有序化的仿化学理论、合金和反铁磁体有序-无序相变统计理论、过渡族元素磁结构和超交换作用理论、超Raman散射效应),国际一流晶体学家之一余瑞璜(X光晶体结构分析新综合法、固体与分子的经验电子论),我国晶体学创始人和X射线晶体物理学研究队伍创建人之一陆学善(X射线粉末衍射在金属合金中的应用、X射线粉末衍射方法的发展),我国晶体生长的奠基人之一吴乾章(单晶体X射线劳厄背散射归咎总图的绘制和定向方法、克服人工水晶生长中“后期裂隙”的规律、相图和晶体生长的关系),国际滞弹性内耗研究创始人之一葛庭燧(葛氏晶粒间界模型、滞弹性内耗理论)等等。
固态物理学的新理论和应用固态物理学是研究固体物质的物理特性、结构和性质等的学科。
近年来,固态物理学领域涌现出了许多新的理论和应用,这些新的成果给我们带来了许多技术和生活上的改变。
一、晶体物理学的发展和应用晶体物理学是固态物理学的一个重要分支,主要研究晶体的结构、物理性质和相互作用等。
近年来,晶体物理学领域的研究发展迅速,涌现出了许多新理论和应用。
首先是晶体的自组装技术,该技术可以通过晶体生长来实现晶体的自组装,进一步加强晶体的应用价值。
例如,利用自组装技术可以制备出结构独特的纳米材料、生物分子和催化剂等。
其次是氢化物超导材料的研究,氢化物超导材料可以在较高的温度下表现出超导性,这对于超导电力传输和磁悬浮等领域的应用具有重要意义。
例如,日本大阪大学的研究团队在2019年研制出了一种以氢化物超导体为材料的高速磁悬浮列车,该列车的时速达到了600千米,成为了世界上速度最快的列车之一。
再次是二维材料的探索和应用,二维材料是指只有单层或几层原子的材料,与传统的三维材料相比,具有特殊的物理和化学性质。
例如,石墨烯是一种二维材料,具有极高的导热性和导电性,被广泛应用于电子器件和储能领域。
二、量子材料物理学的研究和发展量子材料物理学是一门新兴的学科,主要研究量子效应和量子物理性质在材料中的表现和应用。
近年来,量子材料物理学领域也涌现出了许多新理论和应用。
首先是拓扑绝缘体的研究,拓扑绝缘体是一种具有特殊电子性质的材料,可以在表面形成受保护的导电通道,具有广泛的应用前景。
例如,拓扑绝缘体可以用于开发超级快的电子器件和高效的能源装置。
其次是拓扑超导体的研究,拓扑超导体是指具有拓扑绝缘体特性的超导材料,具有极高的研究价值和应用前景。
例如,拓扑超导体可以应用于量子计算和量子通信等领域。
再次是量子点的应用,量子点是指尺寸为纳米级别的半导体材料,具有较高的光储存、发射和调制等性能,被广泛应用于光伏材料、显示领域和光电子学等领域。
新中国物理教科书发展的概述摘要:物理教科书对于物理教育的发展是非常重要的,对于国家经济文化科技的进步都有着重要的作用。
之前也有很多学者对物理教科书的发展进行了研究,本篇文章将把前人所研究的成果更加系统的简洁的呈现出来。
关键词:物理教材;发展一. “以俄为师”物理教科书1949年,中国教育部成立不久,就召开了一次京津等学校负责人的会议,大多数人都认为“普通中等学校数,理,化三科的教材编写不合理。
1950年这一年,教育部中等教育司又召开了几次会议,印发了《初,高中物理精简纲要》,供各地中学物理教学作基本参考。
1952年3月教育部颁布了《中学物理课程标准(草案)》,该课程标准初步改变了解放前我国中学物理教学内容中的“同心圆放大”的做法,而使初、高中的物理教学内容改变为“螺旋式上升”。
1954年7月教育部《关于颁发“精简中学物理、化学、生物等三科教学大纲(草案)和课本的指示”的通知》要求删减1952年版《中学物理教学大纲(草案)》和课本中内容艰深的和次要的内容,以减轻学生负担。
1956年开始,这套教科书修订为第3版出版。
在这一时期,由于中国刚刚建立教育体制几乎没有什么基础,只能一步一步尝试进行,我们可以看到在这一个过程,物理教科书在不断地修订改进,更好地从学生的实际出发,而不是国家盲目要求,也符合新中国的宗旨。
1956年6月,教育部颁布了在学习苏联新大纲,新教材和吸收了两次“精简指示”的思想基础上编订完成的《中学物理教学大纲(修订草案)》。
1963年5月教育部颁布了《全日制中学物理教学大纲(草案)》。
这一时期,物理教科书从开始的不断模仿,经历了蜿蜒曲折,最后逐渐自主创造,我国的物理教科书的发展又更进一步了。
二. 文革物理教科书颠覆:1966年“文化大革命”开始,各级各类学校基本停课,开展“大鸣,大放,大字报,大辩论”。
人民教育出版社编辑,出版的全国通用教材被批判为“封资修大杂烩”,“毒害学生的砒霜”。
1967年开始复课闹革命,各地因需要而迅速编写物理教科书。
固体物理学是研究固体物质性质和行为的一门学科,涵盖了材料科学、化学、电子学、光学等多个领域。
近年来,随着现代科技的快速发展,固体物理学的应用越来越广泛,成为了引领科技发展的重要力量。
国内的固体物理学教材主要有以下几种:
1. 《固体物理学》(第四版)王瑛编著
这本教材是国内较早的一本固体物理学教材,已经历经多次修订。
全书分为晶体物理、导体物理、磁性、超导性、半导体物理和非线性光学等六个部分,内容全面、权威。
2. 《固体物理学》(第二版)高一文编著
这本教材是一本系统而深入的固体物理学教材,涵盖了固体物理学的基本概念、晶体结构和晶格动力学、电子结构和输运性质、磁性和超导性等多个方面。
教材注重理论与实践相结合,对于物理学专业学生和从事材料科学研究的学者都具有很高的价值。
3. 《固体物理学》吴潜、林维平编著
这本教材是一本比较新的固体物理学教材,内容系统、深入。
全书分为晶体结构、电子结构、声子、输运性质、磁性和超导性等六个部分。
教材特别注重计算方法和实验方法的介绍,对于读者理解固体物理学的基本思想和研究方法非常有帮助。
4. 《固体物理学》(第二版)王伟主编
这本教材是一本面向高年级本科生和研究生的固体物理学教材,全书分为晶体物理、电子结构、声子、输运性质、磁性和超导性等六个部分。
教材选题权威、内容深入,涵盖了固体物理学的基本概念和前沿研究领域。
总的来说,国内的固体物理学教材内容全面、深入,涵盖了固体物理学的基本概念和前沿研究领域。
同时,这些教材也注重理论与实践相结合,以及计算方法和实验方法的介绍,对于读者理解固体物理学的基本思想和研究方法非常有帮助。
固体力学学科研究的发展趋势导读:与整个力学学科一样,固体力学兼具技术科学与基础科学的属性,它既为工程设计和发展生产力服务,也为发展自然科学服务。
因此探讨固体力学的发展趋势可以从应用研究和学科研究两个角度进行。
本文讨论固体力学学科研究的发展趋势。
自然科学和工程技术的跨世纪发展将拓广固体力学的学科前沿。
研究的对象从均匀介质拓广为非均匀介质,从单相的介质拓广为多相的介质。
研究环境从简单的环境拓广为伴随着热、电磁与化学(例如相变)作用的环境。
研究的层次从宏观深入到细观与微观,并实现宏、细、微观的结合,由此造成细观力学的发展。
与层次细化相呼应的另一发展趋势是空间尺度与时间尺度的粗化,探讨地球和地壳板块的运动和断裂,进行星际撞击的破损评估。
固体力学的研究过程已从古典固体力学所涉及的强度条件,延伸到固体连续变形至宏观裂纹扩展的破坏过程;再进一步深化为研究固体由变形、损伤的萌生和演化,直至出现宏观裂纹,再由裂纹扩展至破坏的全过程。
研究不仅限于当前状态,而追溯到材料形成、构件与结构的制造工艺的历史过程。
研究的目标不仅针对已有材料,还要按一定的力学性能或特种功能的要求从不同的尺度上设计材料。
上述研究内容的拓广,使当今固体力学远远超出古典线性固体力学的范畴,而具有高度非线性特征。
固体力学的发展必须吸收非线性科学的成就,同时推动非线性科学的发展。
为了实现固体力学对研究对象、环境、层次、过程、历史和目标的拓广,力学家们应借助于计算机和计算力学的发展,借助于近代物理学提供的从宏观到细、微观尺度的新型实验力学手段。
在对力学发展的总体认识下,固体力学在世纪之交将体现以下趋势:1. 以非线性力学为核心领域的力学与数学的结合这一结合引入近代数学的定性理论和非线性科学的成就,使力学研究的思想观念和分析方法上升到一个新的高度。
这些非线性科学的工具包括非线性动力学的方法和概念,如分岔、混沌、孤立子、分形几何;也包括非平衡统计理论,如粗视化(重整化群)方法和渐近相似理论。
浅谈固体物理学的发展固体物理学是一门广泛的科学,它研究固体材料的物理性质,并试图推导和解释它们的特性。
本文将回顾一下固体物理学的发展史,以及未来可能的研究方向。
固体物理学可以追溯到18世纪,当时科学家们开始研究固体材料的物理性质,这是固体物理学研究的起点。
18世纪末,利用气体力学,热学,以及其他物理学理论,科学家们提出了一系列关于固体材料的理论。
20世纪一直是固体物理学发展的重要时期。
这个时代,由于发展和运用最新的技术,科学家们能够观察固体材料的细微结构,进而发现了分子,原子和电子的存在。
这些研究发现,固体物理的本质是由电子的运动和相互作用所决定的,从而为认识和解释固体材料的性质奠定了基础。
20世纪也出现了无粘性力学,量子力学,凝聚态物理学等新的分支学科,为固体物理学的发展提供了巨大的空间。
在21世纪,随着科学技术的发展,固体物理学的研究发展变得越来越复杂,研究领域也在不断扩大。
最近几年,科学家们开发出了许多新的实验室技术,如超低温冷却技术,固态核磁共振技术,拓扑学技术等,这些技术在固体物理学的研究中发挥着重要作用。
此外,研究者也开始关注新兴学科,如多体物理学,表面物理,量子信息物理和复杂网络等,这些新兴学科可以为固体物理学的研究带来新的发现。
固体物理学的未来发展可以期待很多。
科学家们可以继续利用新的实验技术,探索更多未知的物理系统,从而增加我们对固体物理学的认知。
此外,固体物理学也可以为相关科学技术的发展提供重要建议。
例如,由于固体物理学的研究发现,科学家们能够设计出更加结实、耐用、高效率的材料,从而为未来产业和技术的发展提供基础。
从以上可以看到,固体物理学在过去的几个世纪中取得了巨大的进步,并且仍然为社会的发展和技术进步提供着不可或缺的贡献。
未来,固体物理学研究将继续发展,给与研究者更多的惊喜,为我们的社会带来前所未有的发展。
总之,固体物理学是一门古老而又广泛的学科,它在过去的几个世纪中取得了巨大的发展,并且也将会在未来有新的发展。
固体力学的发展历史萌芽时期远在公元前二千多年前,中国和世界其他文明古国就开始建造有力学思想的建造物、简单的车船和狩猎工具等。
中国在隋开皇中期(公元591 ~ 599 年)建造的赵州石拱桥,已蕴含了近代杆、板、壳体设计的一些基本思想。
随着实践经验的积累和工艺精度的提高,人类在房屋建造、桥梁和船舶建造方面都不断取得辉煌的成就,但早期的关于强度计算或者经验估算等方面的许多资料并没有流传下来。
尽管如此,这些成就还是为较早发展起来的固体力学理论,特别是为后来划归材料力学和结构力学那些理论奠定了基础。
发展时期实践经验的积累和17 世纪物理学的成就,为固体力学理论的发展准备了条件。
在18 世纪,创造大型机器、建造大型桥梁和大型厂房这些社会需要,成为固体力学发展的推动力。
这期间,固体力学理论的发展也经历了四个阶段:基本概念形成的阶段;解决特殊问题的阶段;建立普通理论、原理、方法、数学方程的阶段;探讨复杂问题的阶段。
在这一时期,固体力学基本上是沿着研究弹性规律和研究塑性规律,这样两条平行的道路发展的,而弹性规律的研究开始较早。
弹性固体的力学理论是在实践的基础上于17 世纪发展起来的。
英国的胡克于1678 年提出:物体的变形与所受外载荷成正比,后称为胡克定律;瑞士的雅各布第一〃伯努利在17 世纪末提出关于弹性杆的挠度曲线的概念;而丹尼尔第一〃伯努利于18 世纪中期,首先导出棱柱杆侧向振动的微分方程;瑞士的欧拉于1744 年建立了受压柱体失稳临界值的公式,又于1757 年建立了柱体受压的微分方程,从而成为第一个研究稳定性问题的学者;法国的库仑在1773 年提出了材料强度理论,他还在1784 年研究了扭转问题并提出剪切的概念。
这些研究成果为深入研究弹性固体的力学理论奠定了基础。
法国的纳维于1820 年研究了薄板弯曲问题,并于次年发表了弹性力学的基本方程;法国的柯西于1822 年给出应力和应变的严格定义,并于次年导出矩形六面体微元的平衡微分方程。
四十多年来我国中学物理教材的演变新中国成立四十多年中国物理教材经历了四个主要阶段:学习苏联,走自己的路,十年动乱和拨乱反正。
为了便于读者理解建国初期我要在教材工作方面的方针、措施和成绩,本从建国前国民党统治时期的中学物理教材谈起。
一、解放以前的中学物理教材解放以前,中、小学本都由各私营书店请人编写,学校自由选用,国民党政府只颁行各个学科的程标准,作为编写本和教学的依据。
解放前夕的中学物理本大都是根据国民党政府1941年颁行的《修正初、高级中学程标准》,参考了欧、美、日本的本编写的。
《修正初、高级中学程标准》规定物理教学时数是很少的:初、高中都在三年级开设一年物理,初中每周3小时,仅占初中总教学时数的32%;高中分甲、乙组,甲组每周小时,占高中总教学时数的4%,乙组每周4小时,占高中总教学时数的43%。
规定物理的目标:初中:(一)使学生了解常见之简单物理现象。
(二)养成学生观察自然界事物习惯,并引起其对于自然现象加以思索之兴趣。
(三)注意练习学生运用官能及手技,以增进其日常生活上利用自然之技能。
高中:(一)使学生明了物理学中简单原理,并能应用以解决日常问题及说明常见现象。
(二)注意训练学生官能及手技,以培养其观察与实验之才能。
(三)使学生略知物理学与其他自然科学及国防生产之关系。
培养学生的动手能力和观察、实验能力,受到了程标准制订者的重视,不仅在“目标”中提到,还在“时间支配”部分提到:初中每两周学生实验1次,每次1小时(占物理时的167%);高中甲组每周学生实验1次,每次2小时(占甲组物理时的40%);高中乙组每两周学生实验1次,每次2小时(占乙组时的2%)。
但实际教学中,由于社会不重视实验、器材缺乏和教材份量重,学生实验遭到忽视。
目标中没有强调掌握系统的物理基础知识,只要求了解简单现象,明了简单原理,不重视联系生产实际,只强调解决日常生活中的问题。
《修正初、高级中学程标准》中,列出的初、高中的教材内容有大量重复。
(转载,留存)2.2 固体力学这里所说的固体指在一自然约定的时间尺度内可有效承受剪力的连续介质。
固体力学旨在认识与固体受力、变形、流动、断裂有关的全部自然现象,并利用这些知识来改善人类生存条件、实现人类目标。
固体力学是整个力学学科中的研究规模最大的分支。
2.2.1 固体力学的发展状况(1) 固体力学的两重属性与整个力学学科一样,固体力学兼具技术科学与基础科学的属性.它既为工程设计和发展生产力服务,也为发展自然科学服务。
固体力学在许多工程领域都发挥着重要的作用。
这些领域包括航空航天工程、造船与海洋工程、核电工程、机械制造、动力机械工程、地质勘探、石油开采、土木工程、水利工程、岩土工程、材料科学与工程、微电子技术、医学工程等等。
作为基础科学的力学为自然科学的发展作出了重要的贡献。
在力学发展中作出奠基性贡献的学者如伽利略(G. Galileo)、牛顿(I. Newton)、柯西(A. Cauchy)、爱因斯坦(A. Einstein)等人带动了整个数理科学的发展。
在各门基础学科的术语中,“力”无所不在。
弹性力学的理论体系的建立是科学发展史上一个范例。
非线性科学中分岔的基本概念和分析方法萌芽于固体力学中的压杆稳定问题。
固体力学研究的对象包括自然界中表现形式最丰富的物质形态和人类创造的绝大多数技术材料,它所研究的力学过程是宇宙间最基本的过程之一。
它通过数学力学理论、物理力学、力化学、天体力学、地质力学、生物力学等交叉科学与其它所有基础科学门类相联系。
国际著名固体力学专家赖斯(J. R. Rice)教授在《不列颠百科全书》(1993年版)“固体力学”条目中列举了下述可利用固体力学概念来研究的命题: “在地幔中如何发生流动从而牵带大陆板块的迁移及海床在它们之下的伸入? 山脉是如何形成的? 地震时断层处发生了什么过程? 这些扰动是怎样以地震波的形式传播,且震撼并可能摧毁建筑物和桥梁?滑坡如何产生?土壤和岩石基础在不破坏的前提下可以承受建筑物对它的多大压力? 如何选择、配置和成形各种材料,从而控制它们的承载来制成安全、可靠、耐久、经济的结构(这些结构包括飞机骨架、桥梁、船舶、建筑物、人工心脏瓣膜和计算机集成电路芯片)?如何利用这些固体材料来制造诸如喷气发动机、泵、自行车之类的机器? 结构表面形状的变化或流体介质的不均匀性如何引起运输工具(如汽车、飞机、轮船)的振动? 如何由振动控制来达到舒适、减噪和避免疲劳破坏的目标? 在结构循环加载时(如桥梁、发动机、机翼或油箱)裂纹扩展的速度有多快,什么时候会产生灾难性的裂纹扩展? 我们如何控制结构物在冲击过程的变形,从而在设计运输工具时使其具有耐撞性? 如何成形材料或技术产品(如金属和高聚物的模具挤压、板材轧制、复杂形状模压等等)? 多晶体塑性和蠕变应变时历经了何种微观过程? 如何将不同的材料相元配置在一起,像纤维增强复合材料一样,来实现实用中所需要的刚度和强度的综合性能在体育用品(如滑雪板和网球拍)中所需要的材料综合性能和总体响应是什么? 人类头骨在事故中的冲击响应是什么? 人体的心脏肌肉如何控制血液的泵压,且动脉瘤的发生源于何种控制功能紊乱?”上述种种问题对自然界演化的解释,对科学技术的进步,对人类的生存保护都是非常重要的。
固态物理学的发展历程固态物理学是研究固体材料的物理性质的分支学科。
随着科学技术的不断发展,固态物理学也经历了不断的变革和发展,从最初的理论探索到现代的实验和应用,历经了一个漫长而又充满挑战的发展历程。
20世纪初,固态物理学的研究以理论居多,物理学家们开始探索固体的电磁性质、热学性质以及固体结构等方面的问题。
世界著名的科学家玻恩、居里、洛伦兹等人在这个领域都做出了很多贡献。
其中,热电效应的发现和研究成果对于固态物理学的发展有着非常重要的意义。
到了20世纪中期,固态物理学的发展进入了实验研究阶段。
材料科学和电子工程的发展,也推动了固态物理学的研究。
在这个时期,半导体器件的诞生,激光技术的应用等成果使得固态物理学研究领域受到了广泛关注。
20世纪60年代到70年代,固态物理学迎来了一个新的阶段。
一些新的研究方向受到了越来越多的关注,如超导、磁性材料等研究领域的兴起,比起这之前的研究,它们有着更广泛的应用前景。
到了1980年代,固态物理学的理论和应用研究方向得到了对等或近对等的发展。
实验技术和理论方法等方面经历了许多突破和改进。
其中,固体材料的合成技术和制备工艺的发展成为了研究热点之一。
现在,固态物理学已经发展成为一个复杂而且多样化的研究领域。
固态物理学的应用也广泛涉及科学、工业、军事等多个方向。
有学者称之为“信息化时代的材料学”。
同时,一些新兴领域的涌现也带动着固态物理学的进一步发展。
总之,固态物理学的发展历程展现出了科学技术进步的历史轨迹,也一直以来给人类带来了众多的发明创新和重大发现。
在未来,随着人类对科学知识的深入理解和技术手段的不断改进,固态物理学的发展也将会一直走在前沿,发挥更大的作用。
固体物理学教材在我国的发展演变固体物理的开端没有准确的定论,但是其早期的发展历程始终与具有规则几何形状的晶体相联系,下面是小编搜集整理的一篇研究固体物理学教材的论文范文,欢迎阅读查看。
固体物理是研究固体的结构及其组成粒子之间相互作用与运动规律以阐明其性能与用途的学科,其范式是周期结构中波的传播[2].固体物理学涉及晶体学、晶格动力学、固态电子和光电子学、磁学、自旋电子学、固体能带理论、非晶态物理、超导物理、金属物理、半导体物理、电介质物理、相变物理、表面物理、低维物理、介观物理、纳米物理、量子物理、低温物理和高压物理等众多领域[1,2],是一门综合性基础学科,并与高能物理学、天体物理学一起形成现代物理学的三大主流.固体物理的开端没有准确的定论,但是其早期的发展历程始终与具有规则几何形状的晶体相联系。
人们对晶体几何形状的认识可以追溯到石器时代,但是晶体学作为一门独立的学科出现是在17世纪中叶,其间经过了近3个世纪的发展[1,4],直到基于X射线衍射(1912-1913,劳厄和布拉格父子)的晶体结构分析及其方程的建立,才标志着现代晶体学的创立,并成为固体物理学发展的基础。
20世纪初,随着量子理论的发现和统计物理的发展,固体物理学得以迅猛发展,并逐渐建立了晶格动力学(1913,波恩和冯·卡门)、固体电子论(能带论)(1928,布洛赫;1930,布里渊)以及量子力学的磁性理论(范弗莱克,朗道)等。
至此,固体物理学的主干已基本成型(1940)[2],其专着《TheModern Theory of Solids》的出现标志着固体物理走向了成熟,并为随后的固体物理学教材树立了旗帜。
新中国固体物理学的发展离不开众多留学归来的专家学者,如我国固体物理学和半导体物理学的奠基人之一黄昆(多声子跃迁理论、X光漫散射理论、晶格振动长波唯象方程、半导体超晶格光学声子模型),我国半导体物理学和表面物理学的奠基人之一谢希德(固体能谱、群论、表面和界面物理、量子器件与异质结构电子性质理论),我国固体物理理论的开拓者之一李荫远(合金有序化的仿化学理论、合金和反铁磁体有序-无序相变统计理论、过渡族元素磁结构和超交换作用理论、超Raman散射效应),国际一流晶体学家之一余瑞璜(X光晶体结构分析新综合法、固体与分子的经验电子论),我国晶体学创始人和X射线晶体物理学研究队伍创建人之一陆学善(X射线粉末衍射在金属合金中的应用、X射线粉末衍射方法的发展),我国晶体生长的奠基人之一吴乾章(单晶体X射线劳厄背散射归咎总图的绘制和定向方法、克服人工水晶生长中后期裂隙的规律、相图和晶体生长的关系),国际滞弹性内耗研究创始人之一葛庭燧(葛氏晶粒间界模型、滞弹性内耗理论)等等。
同时,南京大学程开甲[5]、冯端、李正中,复旦大学方俊鑫、陆栋,四川大学(成都科技大学)芶清泉,中国科学院汤定元,北京大学甘子钊、韩汝琦、阎守胜,吉林大学吴式枢、吴代鸣等老一辈科学家也为我国固体物理科学研究和教育事业做出了卓越贡献,与之相关的学术会议也在建国后得以开展。
然而,教材建设作为固体物理科学发展的重要内容却在建国初期严重匮乏[6],并满足不了我国经济和国防现代化的发展需要[7].因此,固体物理学教材的编写被提上日程,如1978年的苏州物理教材会议[7](1977年苏州物理教材会议),而我国第一个比较完整的固体物理学科教材规划则是在1982年制定的(在谢希德、冯端、芶清泉的带领下,固体物理编审小组的指导下)[6].同时,引进国外优秀教材也是我国固体物理学教材建设的一个重要组成部分[6].目前,对我国固体物理学自编教材影响较大的国外教材主要有Kittel 的《Introduction to Solid State Physics》和Ashcroft的《Solid State Physics》,其编写过程中所呈现的宝贵经验亦在国内各自编教材中有所体现[8].本文以我国固体物理学教材的发展历程为研究对象,力求全面展示其在各个阶段的发展概貌,为今后固体物理学教材的科学定位、规划和发展提供可借鉴的宝贵经验。
1固体物理学教材在我国的发展历程1.1萌芽诞生期(1949-1965)和发展停滞期(1966-1976)新中国成立初期,百废待兴,高等教育全面向苏联学习[6].虽然固体物理学在老一辈科学家的带领下披荆斩棘、开疆扩土,但还没有自编教材出版。
直到1959年,在李正中等人参加下,程开甲的《固体物理学》一书由高等教育出版社出版,开创了我国固体物理学自编教材的先河[5].1961和1962年,上海科学技术出版社先后出版了由谢希德和方俊鑫编着的《固体物理学》上下册,系统介绍了固体物理的基本内容和所属分支学科在当时的发展趋势,受到国内各大学师生好评。
1965年,黄昆的《固体物理学》编着完成(1979年出版),成为我国自编固体物理学教材的经典之作,其不但开启了我国固体物理教学之门,也开创了中国自编教材的新时代[9].1966-1976年,文化大革命使得我国固体物理学教材的发展裹足不前,基本上处于停滞时期。
1.2茁壮成长期(1977-1987)1982年固体物理学科教材规划的制定是固体物理学教材迅速成长的重要标志。
在此期间出版的固体物理学教材有:芶清泉的《固体物理学简明教程》(1978),黄昆的《固体物理学》(1979),陈星弼的《固体物理导论》(1979),方俊鑫和陆栋的《固体物理学》(上下册,1980和1981),李正中的《固体理论》(1985),李延福的《固体物理学》(1985),吴代鸣的《固体物理学》(1986),陈洗的《固体物理基础》(1986),陈金富的《固体物理学学习参考书》(1986)(同期还有与之相关的讲义,如清华大学微电子所王天爵和陈培毅主编的《固体物理学》(1984))。
同时,朴孙和庆生的科普性读物《了解固体》(1980),王以铭的《固体物理学的量和单位》(1983)以及吴代鸣编写的习题集《固体物理习题详解》(1983)也相继出版,丰富了固体物理学的内涵、扩大了其外延。
1.3发展成型期(1988-1994)1988年,《物理学词典固体物理学分册》的出版标志着我国固体物理学教材发展的正式成型。
在此期间出版的固体物理学教材有:韩汝琦改编自黄昆的《固体物理学》(1988),这个版本的教材被各大院校和科研院所广泛采用;顾秉林和王喜坤的《固体物理学》(1989),徐毓龙和阎西林的《固体物理》(1990),蔡伯埙的《固体物理基础》(1990),吕世骥和范印哲的《固体物理教程》(1990),徐婉棠和吴英凯的《固体物理学》(1991),马本堃等编着的《固体物理基础》(1992),张喜成和石连捷的《固体物理基础》(1992),方可、胡述楠和张文彬的《固体物理学》(1993),恩克的《固体物理基础》(1993),邹宪武和金准智的《计算固体物理学》(1993),杨宗绵的《固体导论》(1993),黄波的《固体物理学导论》(1994)。
与之相匹配的固体物理习题集也丰富起来,如:黄波和聂承昌的《固体物理学问题和习题》(1988),刘友之等编着的《固体物理学习题指导》(1988),徐至中的《固体物理学习题解答》(1989)。
同时,王广厚的《粒子同固体相互作用物理学》(上下册,1988和1991),周凌云的《固体物理的量子力学基础》(1989),杨先敏的《固体物理学中格林函数法简介》(1989),卫崇德等编着的《固体物理中的格林函数方法》(1992)的出版是对原有固体物理学教材深度的补充和拓展。
1990年,王华馥和吴自勤的《固体物理实验方法》讲解了固体物理实验中常用的分析方法,是对固体物理学教材体系的进一步完善。
1.4成熟繁荣期(1995-2002)在方俊鑫、芶清泉、冯端、郭贻成、钱临照、赵凯华、谢希德、葛庭燧组成的编审小组的领导下[10],由冯端主编的《固体物理学大辞典》历经十余年的汇编工作,终于于1995年由高等教育出版社出版,这标志着我国固体物理学教材的发展正式进入成熟繁荣期。
在此期间出版的固体物理学教材有:王矜奉的《固体物理教程》(1版,1996;2版,1999;3版,2003;4版,2004;5版,2006;6版,2008;7版,2010;8版,2013),此本教材是我国自编固体物理学教材中再版次数最多的,其具有三大特色:只论述基础理论,对教学内容作了革新,对某些固体物理问题的处理方法和物理模型进行了改进[11];吴代鸣的《固体物理学》(1996),陈长乐的《固体物理学》(1版,1998;2000;2版,2007),陈霞的《固体物理学》(1998),阎守胜的《固体物理基础》(1版,2000;2版,2003;3版,2011),蒋平和徐至中的《固体物理简明教程》(1版,2000;2版,2007),侯德东等编着的《固体物理学》(上册,2001),丁大同的《固体理论讲义》(2001),杨兵初和钟心刚的《固体物理学》(2002),李正中的《固体理论》(2版,2002)。
同时,与王矜奉编着的《固体物理教程》相配合的《固体物理概念题和习题指导》(2001)一书自发行以来,便受到了全国兄弟院校师生的欢迎。
1998年和1999年,谢希德和陆栋的《固体能带理论》,徐婉棠和喀兴林的《群论及其在固体物理中的应用》进一步拓宽了固体物理学教材体系的深度和广度。
1.5创新变革期(2003至今)传统的固体物理学教科书与当代凝聚态物理学研究前沿之间出现了巨大的鸿沟,应该有一本着作来填补这条鸿沟;同时,这本着作应该处于传统的专着或教科书和当今的课题两者之间[2].因此,填补两者之间的空白,将固体物理学开拓、延伸和深化为凝聚态物理学,并仍保持入门着作特色的《凝聚态物理学》(上卷)于2003年横空出世[2],这标志着传统的固体物理学教材创新变革的到来。
在此期间出版的固体物理学教材有:韦丹的《固体物理》(1版,2003;2版,2007),陆栋、蒋平和徐至中的《固体物理学》(1版,2003;2版,2010),荣剑英的《固体物理学基础教程》(2003),吴代鸣的《固体物理基础》(2003;2007),房晓勇、刘竞业和杨会静的《固体物理学》(2004;2010),胡安和章维益的《固体物理学》(1版,2005;2版,2011),朱建国等编着的《固体物理学》(2005),沈以赴的《固体物理学基础教程》(2005),林鸿生和章世玲的《固体物理及物理量的测量》(2005),文尚胜和彭俊彪的《固体物理简明教程》(2007),阎守胜的《现代固体物理学导论》(2008),曹全喜等编着的《固体物理基础》(2008),孙会元的《固体物理基础》(2010),韩福祥的《固体物理学现代教程》(2010),华中和杨景海的《固体物理基础》(2010),胡建民的《固体物理学教程》(2010),陆栋和蒋平的《固体物理学》(2011),贾护军的《固体物理基础教程》(2012)。