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对物理学的研究论文
摘要:对经典力学范围内现行的惯性观提出了不同的看法，认为对于惯性要区分：个别研究对象的性质与存在的性质；保持某种状态的性质与改变某种状态的性质；物理学规律的动力学特性与审美性。
关键词:惯性；存在；时间；空间
惯性是经典力学中的一个基本概念，同时它又是人们日常生活中的一个基础性观念，并且惯性问题也是经常被物理学界讨论的一个话题（1）。可是，尽管经典力学经过了漫长的发展时期，大部分的物理教师在此问题上还存在着很多的混乱性（2），本文试从几个方面对惯性进行了讨论，望引起大家的共识。
一、惯性的意义
大家知道，惯性是物体保持静止状态或匀速直线运动状态的性质（3）。一个物体，只要不受外力作用，原来静止的就会一直静止下去，而原来运动的则会一直作匀速直线运动。这里的问题在于：惯性是否是物体的性质？依据牛顿第一运动定律，任何物体均具有惯性。因而，看来惯性不是被研究物体的性质，因为这一性质是一切物体所具有的，也就是说它与物体的个别特征无关。因而，惯性只能是存在的一个特征，是被研究对象周围的环境在此对象上的表现。换一句话说，它是存在于物体周围的一种条件，一种约束。
二十世纪初，德国数学家诺特尔（4）证明了：空间平移对称性导致动量守恒、空间转动对称性导致角动量守恒、而时间均匀性导致能量守恒。事实上，物体的惯性是时间均匀性与空间对称性的必然结果。因而它与个别的特殊研究对象无关。惯性不是个别存在物的性质，个别存在物只是惯性的显现者，惯性的本质与个别存在物的特性无关。从而我们就不能用反映个别存在物性质的量（例如质量）来测度惯性。因为惯性作为存在的一种显现，并无大小可言，它只是存在之状态的表达。
二、惯性与物体运动状态变化的难易程度无关
通常认为质量是物体惯性大小的量度是据于这样的理由：质量大的物体在相同的力作用下其运动状态不容易改变。这是由牛顿第二定律所得到的基本结论。而事实上物体运动状态是否变化，物体运动状态的变化是难还是容易是与惯性无关的。惯性所揭示出的物体之性质不在于其使（或抗拒）物体运动状态的改变或代表改变的难易程度的能力，而在于它的保持某种特定状态（静止或匀速直线运动）的本领：在最相似的物之间，错觉说着最巧妙的谎；最小的罅隙是最难度（5）。因而惯性与物体的质量无关。倘若惯性与物体的质量有关的话，则我们也可以说力与惯性也有关系。因为对于相同质量的物体而言，力越小其运动状态就越难改变。因而，也即力越小物体的惯性越大。事实上，在惯性概念发展的最初时期，牛顿就将惯性与力进行等价的思考，当然现在大家知道牛顿的把惯性等同于力的思想是错的了。如果要说质量与惯性确有联系的话，作者以为也只能从这样的一个视角来看：惯性是由其表现物体周围存在着的与时空有关的天体质量分布情况决定着的性质。这是因为，根据广义相对论，空间的性质是由天体质量的分布所决定的。至于时间，自从奥古斯丁（6）提出“什么是时间？”以来，人们还没有认清它的真面目，也因而从更深的层次上而言，人们只认识到什么是惯性而还没有搞清惯性是什么。
惯性不是一种由个别物体自身所具备的原因（诚然，所有物体均会表现出惯性），它不是我们的一种吃力的、需要支撑的、痛苦感的反映，事实上，它是存在之美感的绽开。因而“惯性是物体对任何改变其运动状态的外来作用的阻抗的性质”（7）这样一种说法就是不当的。因为这一注释还是从对牛顿第二定律的基本分析而来的，在这一注释中已经隐藏了牛顿第二定律及对惯性与物体质量等价的认同感。其实，惯性是一种令人十分安全的、舒适的、和谐的存在之性质，它使物体的存在行为非常简单，而人们也往往由于常见到这种存在的简单性而忽视了它的深层含义。静止的永远静止，运动的永远作匀速直线运动，惯性就是将存在如此单调而重复地显现在人们眼前。凡是背离了这两种物体的存在情况而用惯性去解释其存在原因的，作者以为均属一种不当的诡辩行为。可是这种诡辩行为不仅麻木了人的脑神经而且充斥着各种各样的教科书（8），我们来看一些下面的例子。
例1．惯性也有不利的一面，高速行驶的车辆因惯性而不能及时制动常造成交通事故。所以，在城市的市区，对机动车的车速都有一定的限制，以利于行车安全。（9）
在这里，不能及时制动是由于惯性还是由于制动力不够大？略作思考，读者就可判断出是由于后者。将惯性看成一种破坏力是十分荒唐的。而发生交通事故的真正原因是，由于车辆质量较大，而相应的制动力在如此质量的物体上所产生的加速度很小，不能使车辆很快地减速，从而在短时间内停下来。倘若对于质量较大的车辆来说制动力也允许更大，那么作者认为还是可以在一定的时间内制动车辆的。
并且，这个例子中的“高速行驶的车辆”及“对机动车的车速都有一定的限制”的字句很容易使学生认为惯性和物体的运动速度有关。这对于初学者来说是一个很大的误导。
例2．把斧柄的一端在水泥地面上撞击几下，斧头就牢牢地套在斧柄上了，这是什么缘故呢？（10）
通常标准答案是这样的：开始斧头和斧柄同时向下运动，当斧柄遇到障碍物时突然停止，而斧头由于惯性保持原来的运动状态，这样斧头就牢牢地套在斧柄上了。
事实上，斧头在斧柄上套牢是由于斧头克服了阻力相对于斧柄运动了一段位移，而惯性不是克服某种阻力使斧头运动的原因。在此问题中的一个效果是斧头相对于斧柄产生了某种（克服一定力的）运动，因而我们必须以斧柄为参照系来考察此种运动的实质。当以斧柄为参照时，实际上斧柄在撞击的过程中是一个非惯性系，它相对于惯性系有一个向上的加速度。因而斧头在此参照系中必受到一个向下的“惯性力”，正是此力与斧头的重力克服了斧头与斧柄之间的弹力与摩擦阻力使斧头相对于斧柄前进了一段位移，从而使斧头在斧柄上套牢。如果一定要以地面为参照系来看斧头在斧柄上套牢的问题，那么可以这样认为：虽然斧头在斧柄上向下套牢的过程中没有受到除重力以外的向下的另外力，但相对于地面而言斧头具有一定的动能和重力势能，正是这个能量克服了阻力作功从而转化为内能。所以从效果上看，一是斧头相对于斧柄向下移动了一段位移，二是斧头与斧柄的接触面上在发热。
如果仅从动力学的角度来看，斧头在斧柄上套得牢不牢是由其受到的作用力大小与作用时间（或所通过的位移）所共同决定的，也就是说它和斧头相对于斧柄的动能或动量变化有关。斧柄在“水泥地面”上“撞击”这两个条件只是使斧柄产生了相对于水泥地面的较大的动量变化率，从而也使斧头具有了相对于斧柄的惯性力。但是，虽然这个惯性力构成了斧头套牢在斧柄上的直接原因，可严格地说，斧头在斧柄上套得牢不牢的原因还和斧头的重力及斧柄的弹性和斧头与斧柄的摩擦力大小均有关系。并且斧头在斧柄上套得牢不牢和作用时间也大有关系，因而，撞击“几下”也是一个非常重要的条件。
例3．小车上竖直放置一个木块，让木块随小车沿着桌面向右运动，当小车被档板制动时，车上的木块向右倾倒。这是怎么回事呢？（11）
教科书上的答案是这样的：小车突然停止的时候，由于木块和小车之间的摩擦，木块的底部也随着停止，可是木块的上部由于惯性要保持原来的运动状态，所以木块向右倾倒。
事实上，本例中小车上木块的倾倒是由于力矩作用的缘故。若以地面为参照物，小车对木块的摩擦力对木块的重心而言有一个顺时针旋转的力矩，从而木块向右倾倒。若以小车为参照物，小车被档板制动时已是一个非惯性系，作用在木块（重心）上的“惯性力”对木块的底端也产生一个使木块作顺时针旋转的力矩。
需要指出的是，在上述例2和例3中，斧头在斧柄上套牢和木块在小车上倾倒已是一个涉及物体在非惯性系中的动力学的问题。其中例2是非惯性系中的质点动力学问题，而例3则是非惯性系中的刚体动力学问题。可是，在非惯性系中，我们通常意义上所论述的牛顿第一定律已不成立，从而也失去了此两例的代表意义。也就是说，这两个例子不仅是不准确的解释而且是不适当的例子。在涉及惯性的问题上我们必须分别那些是属于惯性现象，而那些则不属于惯性现象——即为动力学现象。牛顿的例子，毫无疑问是正确的（12），但我们许多的物理学工作者却将惯性对事物的解释范围作了相当随意而并不恰当的扩展或扭曲。其实在讲述惯性时，用不着举更新鲜的特别例子，倒是需指出惯性使我们对事物常态的存在方式太熟视无睹了。这里问题的关键在于，惯性不是使物体改变运动状态（使火车制动、使斧头套牢在斧柄上、使小木块倾倒）的原因。严格地说，这些原因和物体的惯性无关，只和力有关，而至于火车制动得及时不及时，斧头套在斧柄上牢不牢，小木块倾倒得快不快，则不仅与力有关，还和物体的质量、形体、初速度有关。但即使如此地与质量和初速有关却也与惯性无关。
惯性，这个我们通常认为是由物体内在因素决定的性质，其实是物体存在方式的一种条件性：“试取汽车为参考系统来研究‘当汽车急剧刹车的时候，车中乘客有向前倾倒的倾向’这个问题，在汽车急剧刹车前，相对于汽车而言，乘客是静止的，在汽车急剧刹车时，乘客突然向前倾，这就是说，以汽车为参考系统，乘客由静止而突然向前倾，并不保持其静止状态，并不表现出惯性”（13）。这个条件就是：物体要表现出惯性，它必须处于惯性参考系中。而“事物的存在顽强地延续维持不变,无论运动是快是慢抑或停止。”（14）也只在惯性系中才成立。在研究物体的运动学与动力学问题时，惯性系总有着特殊的地位。可是，这个特殊地位的存在并不单单是人类抽象理性的功劳,并不是人类贪懒和间集化的一个报应，惯性系的存在有其形而上的基础：自然之美的呈现及人对自然之美呈现体认的同一性。如果没有了存在的时间均匀性与空间对称性，我们选取的相对于地面作匀速直线运动的参考系对研究动力学问题而言也就将成为一个畸形的怪胎。惯性系不仅在计算上向人类提供了联系物体的相互作用与相对运动的便利方式，其更根本的是它使人与存在的关系成为审美性的。惯性定律给我们的启示是：存在是美的。而惯性系则是自然对人的一个馈赠。也因而，我们应当从审美的视角来看待惯性，而不应当将它看成一个恶魔或一件便宜货。
所有的老师都要求学生不要把惯性与惯性定律混为一谈，可是当我们的老师用动力学的观点来看待惯性——也就是说，把惯性与牛顿第二定律混为一谈的时候，对学生的这一期望是合适的吗？其实这是一个误区：当教完一些物理学的基本概念与规律以后，就要求学生用它们解释自然现象。事实上，物理学中有些基本概念与规律不是要求我们去解释自然现象，它没有这个功能，它只是告诉我们要去感受些什么，它提供给我们的不是一种推理的方式，而是一个判断的原则：它促成我们的判断更接近于自然之美的呈现。
三、惯性定律与牛顿第二定律的关系
当物体所受的合外力为零时，从牛顿第二定律可知物体处于静止状态或作匀速直线运动。可是，仅依据这一点却不能认为牛顿第一定律是牛顿第二定律的一个特例。因为这两个定律的论述对象其实是不一样的。牛顿第二定律的研究对象是一个物体，而牛顿第一定律论述的是整个存在的性质。惯性——这个任何物体均具有的性质其实不是我们的个别研究对象所具有的性质，因为这个“任何物体”，包括了天地间的万物，而万物的总称（15）即是宇宙：“四方上下曰宇，古往今来曰宙”.也即任何个别的物体都不可能无条件地具有惯性：惯性是存在的特性，是存在着的时空的特性，是宇宙的特性。
其次，牛顿第二定律是关于个别物体因果性的规律，而牛顿第一定律却与个别物体的因果性无关，它是存在之状态的表述，它的'表述是与具体的特定的时间无关的、瞬时性的。正是这种非时间性（16）构成了牛顿力学的本质特征。也正是牛顿第一定律所成立的时间均匀性与空间对称性构成了惯性系的特殊地位，从而使我们可以在牛顿第二定律的意义上来研究物体的动力学关系。因为毫无疑问，物体的运动性质和规律与采用怎样的空间和时间来度量有着密切的关系（17）。由此可见，不仅牛顿第一定律不是牛顿第二定律和特例，恰恰相反，现行的动力学规律正是牛顿第一定律所揭示的存在之性在具体的个体事物上的展现。惯性定律比牛顿第二定律具有更强的基础性。也就是说，正是惯性现象，构成了牛顿动力学所以成立的操作平台。由于物体在不受外力作用下保持其速度不变，因而物体运动速度的变化才跟物体的受力相关。
最后，牛顿把惯性定律放在三个运动定律的首位也是与其对自然的信仰因素有关的。因为在文艺复兴之前的绝大部分思想家继承了亚里士多德关于物体运动内在决定论的观点。但在牛顿看来，基本的物质粒子完全是惰性的，没有任何自发的运动，而电、磁、光这些‘非物质’的力量则成为神在自然中的行动的载体（18）。也就是说，惯性定律内隐含着牛顿否定亚里士多德运动观的内在目的论从而建立新力学的形而上基础。
四、惯性与具体物体的质量无关
从上面的讨论可以看出：“质量是物体惯性大小的量度”这个论题，在几个角度去看都是错误的。第一，质量不是物体惯性大小的量度。个别研究对象的质量与其所揭示的惯性毫无关联。因为这两者从数量上来看是一对无穷大的关系，从内容上来看是个体与存在的关系，在它们之间，人类的理性不可能找到逻辑上的因果链。第二，“物体（的）惯性”这样的说法缺乏依据，因为惯性不是物体的性质。物体只是作为惯性的表现者而存在的。第三，“惯性（的）大小”这样的说法也缺乏依据，因为惯性没有大小，惯性只是存在的一种表达方式，一种特定状态的显现。第四，既然惯性并无大小，我们也不可去进行量度，事实上，任何一本教科书上也没有指出惯性与质量的函数关系，因为这一函数关系并不存在，它只是人们的一个虚假的逻辑推测，谁也不能证明质量与惯性成正比或不成正比，更不能得出它们之间的比例系数，因为这些关系均是虚假的。因而，物理学界流传的物体的惯性等于它的质量（19）只是人们一个随心所欲的错误言说。
由于物体质量与惯性无关，所以，将牛顿第二定律中的质量称为惯性质量就是不当的，质量的确对物体运动状态的改变有一种象力一样的阻抗作用，质量在改变物体运动的状态上而言似乎有一种“消解”、“抗拒”力的性质。因而作者认为可将现行的“惯性质量”改称为物体的“抗性质量”。正如牛顿所说：“物体只有当有其他力作用于它，或者要改变它的状态时，才会产生这种力。这种力的作用既可以看做是抵抗力，也可以看做是推斥力。（20）”因为质量与物体运动状态的变化快慢有关，它事实上具有动力学特征，当一个物体的质量大时，它对运动状态改变的阻抗能力就越大。
从逻辑上而言，我们只有将惯性从物质的内在因素中解除出来，才能完全地克服牛顿时代的机械论自然观与牛顿第一运动定律之间存在着的深刻矛盾。也就是说，这样才能使牛顿第一定律恰如其分地建立在由文艺复兴所形成的机械论而不是亚里士多德的目的论的形而上学基础之上。
五、惯性定律的表述方式
牛顿第一定律是动力学定律的基础，但它本身并不表征物体的某种动力学性质，它是关于人类体认自然之美、自然之和谐的陈述。据于上面的论述，对牛顿第一定律的陈述方式作以下的要求是并不过分的：反映时间的均匀性，空间的对称性，及自然之美对人的呈现。可是，现行的许多教科书中对牛顿第一定律的陈述是很不一致的。当然，这种不一致性用老眼光来看是无伤大雅的，但以今天的眼光来看，这种差异性就成为值得商讨的了。
例如：一个物体，如果没有受到其他物体的作用，它就保持自己的静止状态或匀速直线运动状态（21）。这样的陈述可能离惯性定律的本义较远，因为这一陈述的方式是在动力学的维度上来进行的，陈述的对象是“一个物体”。这和牛顿第二定律的研究对象是一致的，这样方式的陈述毫无疑问地可以把惯性定律认为是牛顿第二定律的一个特例，因为“如果没有”这几个字就表达了陈述事件的某种特殊性。
另外一种常见的陈述方式是：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。（22）这样一种表述比前一种完整多了，它几乎就是牛顿的原义，但这里的“一切物体”应当换成“任何物体”（23）。因为在此论述中的“任何物体”实际上是对一切物体的否定，而“有外力”应当换成“其它物体的作用”，因为惯性定律是不涉及力的，操作意义上的力这个动力学的基本概念与惯性无关。
作者试着这样来陈述惯性定律：存在着的宇宙有这样一种性质，它使任何物体在没有受到其它物体作用的时候总保持静止状态或匀速直线运动状态。或许，这样的一种陈述方式是较明晰的陈述方式，它强调了惯性与惯性的表现者（个别研究对象）的严格区分，这个陈述的主语是性质，这样的陈述才可称为关于“惯性”的定律。而我们也应当将惯性定义为：使物体保持静止或匀速直线运动状态的性质。
六、人们误解惯性的来源
人们在惯性问题上所犯的错误认识，既来源于历史上人们对于和惯性概念相联结的力与物体运动关系的一贯表达方式，又来源于牛顿的表述与对于牛顿力学理解上的偏差。“事实上，牛顿似乎注定要被人误解”。（24）
在牛顿所陈述的第一定律中：（25）“每个物体都保持其静止、或匀速直线运动的状态，除非有外力作用于它迫使它改变那个状态（Everybodypersistsit’sstateofrestorofuniformmotioninastraightlineuntilitiscompelledbysomeforcetochangethatstate.）”。牛顿对“除非有外力作用于它迫使它”作出了对应的理解，即认为保持其静止或匀速直线运动状态的物体是由内部原因的，这个内部原因即称为惯性：“visinsita,或物质固有的力，是一种起抵抗作用的力，它存在于每一个物体当中，大小与该物体相当，并使之保持其现有的状态，或是静止，或是匀速直线运动”。（26）在牛顿时代，作出这样的判断是无可厚非的：“一个物体，由于其物质的惰性（现称惯性——译者注），要改变它的静止或运动状态就极其不易。因此这种固有的力可以用一个最确切的名称‘惯性’或‘惰性力’来称它。”（27）因为在牛顿时代是无法判定惯性的本质的。从牛顿的这一段话我们大致可以判断出，他几乎是在第二定律的意义上来领会惯性的，因而他才认为（惯性）大小与该物体的运动和质量有关。
这一观点可以追踪到亚里士多德，它影响了包括牛顿在内的一大批科学家的思维方式。在牛顿之前的开普勒也就惯性说过（29）：“如果天体不赋有类似于重量的惯性，要使它运动就不需要力，最小的动力就足以使它有无限的速度，但由于天体公转需要用一定的时间，有的长些，有的短些，因此非常明显，物质必须具有能说明这些差别的惯性”；“惯性，或对运动的阻力是物质的一种特性，在给定的体积中，物质的量愈多，惯性愈强。”由此我们也可见，在开普勒那里已经有惯性等同于力与质量的观点了。
从上面的论述可以看出，人们对于惯性的错误理解主要是由历史原因所造成的，这个原因主要在于：人们普遍地认为事物外在的状态是有其内在原因的。当人们在物体之外找不到令人信服的可感觉的原因的时候，就只能把它归因于物体的内部。牛顿将惯性归因于物体的内部，把惯性看成阻碍物体改变其静止或匀速直线运动状况的内力，他假设的惯性非常接近布里丹的冲力——即：惯性作为一个内力，在缺乏外部动力或阻力时，会引起无定限的直线运动（30），另一方面，牛顿的惯性观又来自于他对古希腊关于自然具有灵魂观念的继承，我们可以从他的著作中强烈地感到，他具有自然界的物体与人一样会在受到作用时产生反作用这样一种强烈的思想意向。显然，在现代人看来，自然界的物体是与人具有本质区别的。
在牛顿以后，欧拉则将牛顿关于visinsita的比较隐晦的注释作了同牛顿之前的有些科学家的直感一样的有一定危险性的表白：“惯性是物体保持静止或保持匀速直线运动的能力。惯性的大小与质量成正比例。”（31）可是现在看来，这种危险性中是带有错误的。从那以后到现在，人们对于惯性的理解基本上是庸俗性质的。随着现代物理学的发展，特别是诺特尔之后，我们可以认识到使物体保持静止状态或匀速直线运动状态的原因并不在物体的内部、也跟力无关，而是由于物体所处的时间均匀性与空间对称性。也就是说，我们必须对牛顿意义上的惯性作出更开放性与发展性的理解，牛顿的visinsita（惯性是一个消极的本原，靠此本原物体维持它们的运动或静止，按照作用力的大小接受运动，按照受到阻力的大小抵制运动。（32））可以深入为两个层面的结论：在没有外力的作用下，一个物体，它能保持静止状态或匀速直线运动是由于惯性，即时间均匀性与空间对称性；在同样大小的力的作用下，一个物体它的运动状态较难改变是由于它的动力学特性——抗性，即它的质量较大。
国内外经济物理学研究论文
一、国内外相关研究综述
综观当今国内外研究，这一领域的研究的前沿问题有：1、各个国家和地区家庭和个人经济收入的数据分布模型的模拟，这一领域的研究专家有X.Gabaix，P.Gopikrishnan，V.Plerou，H.E.Stanley、M.Levy，S.Solomon、W.Souma、S.Sinha、N.Ding，Y.G.Wang，Chin.等，他们的研究成果主要发表在Nature、PhysicaA、Fractals、Phys.Lett.等期刊。2、经济与金融系统中“普适行为”的研究。主要研究专家有F.Clementi，T.DiMatteo，M.Gallegati、H.Aoyama，W.Souma，Y.Nagahara，M.P.Okazaki，H.Takayasu，N.Takayasu等，他们的研究成果可见于PhysicaA与Fractals等期刊。3、BPS模型的研究与推广。这是由物理学家PerBak，MayaPaczuski和经济学家MartinShubik根据统计力学原理共同提出的，是描述金融市场价格的一个理想化模型。Y.Fujiwara，W.Souma，H.Aoyama，T.Kaizoji，M.Aoki以及C.Quintano，A.D’Agostino等人对此也有研究，研究成果见于PhysicaA与IncomeWealth期刊。4、“少数者博弈论”模型的研究、推广和应用。这一领域的研究专家有A.Dragulescu，V.M.Yakovenko，A.Harrison，A.ChristianSilva等人，他们的研究成果主要发表在PhysicaA、Europhys.Lett.和EconomiePolitique等期刊。5、股票证券交易数据的处理研究以及金融市场定量模型的建立。P.Gopikrishnan，M.Meyer，LAN.Amaral，H.E.Stanley，WK.Bertram，，D.Makowiec，P.Gnacinski，等是这一领域的研究专家，其成果主要发表在Eur.Phys.J.B、PhysicaA、ActaPhys.等期刊。6、价格波动的长期记忆性即波动聚集效应的研究。主要研究者是我国学者王有贵、郭良鹏，其研究成果发表在《物理》上。
二、我国经济物理学研究存在的问题
纵观国内外研究，我国在经济物理学的研究由于起步较晚，存在一些问题，如：
1、对国外的前沿研究以跟踪为主，缺乏对我国的系统研究；
2、队伍比较分散，缺少明确的整体研究对象；
3、探索性研究较多，与我国经济领域的实际问题结合较少，从而也就缺少明确的解决实际问题的成果。物理学是一门发展非常成熟的学科，应用物理学特别是统计物理学中定量研究的概念和方法论研究经济问题时，必然会出现物理学表达式中变量和参数对于经济系统的适用性和变化性问题，因此经济物理学采用与经济学不同的方法对经济领域的'各种经济数列(economictimeseries)进行分析和定量表征时，就会出现参数不完全对应的问题。在经济领域中，最原始数据是以价格(price)、收入(incomes)、收益(returns)、投资(investments)、多变性(volatility)等参数表征的，这些参数是随不同时间间隔变化的参数，它们实际上反映了经济系统内部的结构、机制在一定的外部环境下产生的规律，因此，要想逐步揭示出这些内在规律以及规律之间的内在联系，必须找到适当的方法对原始的经济参数进行多方面的动力学过程分析，用合适的经济物理学特征变量和参数进行对应性地定量表征，这样，才可以有效地将物理学的模型或方程运用到经济系统的动力学研究当中。
三、基于经济物理学对中国的经济学参数的研究探讨
当前，中国正经历着一场划时代的社会变迁，这个巨大变化具体反映在以下几个方面：第一，总体上经济高速度发展；第二，制度方面，中国正经历着从计划经济向市场经济的转型；第三，社会主义的许多特征，比如城市居民由国家和单位安排住房和工作等，在今天的中国已经发生了根本性的变化；第四，人口数量以及人口年龄和行业的分布变化是研究中国社会和经济的一个重要因素。上述这些变化都在影响着当今中国人的生活和工作，同时也影响着中国社会的不平等性，现阶段中国收入不平等是一个不容否认的事实，有人指出，这正是我国经济快速发展的必然结果。这种不平等是怎么演变过来的？在这种演变过程中哪一些经济物理学参数变化最为敏感？这种不平等内部参数具有怎样的结构特征？未来不平等程度及结构又将如何演变？这些问题不仅是学术研究的焦点，也关系到我国经济能否健康科学可持续发展的大事，还关系到社会安定团结的大事，自然成为了全社会普遍关注的重大问题。鉴于此，基于经济物理学对社会不公平性的经济学参数的研究十分必要。
摘 要：对经典力学范围内现行的惯性观提出了不同的看法，认为对于惯性要区分：个别研究对象的性质与存在的性质;保持某种状态的性质与改变某种状态的性质;物理学规律的动力学特性与审美性。
关键词：惯性 存在 空间
惯性是经典力学中的一个基本概念，同时它又是人们日常生活中的一个基础性观念，并且惯性问题也是经常被物理学界讨论的一个话题。
可是，尽管经典力学经过了漫长的发展时期，大部分的物理教师在此问题上还存在着很多的混乱性，本文试从几个方面对惯性进行了讨论，望引起大家的共识。
一、惯性的意义
大家知道，惯性是物体保持静止状态或匀速直线运动状态的性质。
一个物体，只要不受外力作用，原来静止的就会一直静止下去，而原来运动的则会一直作匀速直线运动。
这里的问题在于：惯性是否是物体的性质?依据牛顿第一运动定律，任何物体均具有惯性。
因而，看来惯性不是被研究物体的性质，因为这一性质是一切物体所具有的，也就是说它与物体的个别特征无关。
因而，惯性只能是存在的一个特征，是被研究对象周围的环境在此对象上的表现。
换一句话说，它是存在于物体周围的一种条件，一种约束。
二、惯性与物体运动状态变化的难易程度无关
通常认为质量是物体惯性大小的量度是据于这样的理由：质量大的物体在相同的力作用下其运动状态不容易改变。
这是由牛顿第二定律所得到的基本结论。
而事实上物体运动状态是否变化，物体运动状态的变化是难还是容易是与惯性无关的。
惯性所揭示出的物体之性质不在于其使(或抗拒)物体运动状态的`改变或代表改变的难易程度的能力，而在于它的保持某种特定状态(静止或匀速直线运动)的本领。
惯性不是一种由个别物体自身所具备的原因(诚然，所有物体均会表现出惯性)，它不是我们的一种吃力的、需要支撑的、痛苦感的反映，事实上，它是存在之美感的绽开。
因而“惯性是物体对任何改变其运动状态的外来作用的阻抗的性质”这样一种说法就是不当的。
因为这一注释还是从对牛顿第二定律的基本分析而来的，在这一注释中已经隐藏了牛顿第二定律及对惯性与物体质量等价的认同感。
其实，惯性是一种令人十分安全的、舒适的、和谐的存在之性质，它使物体的存在行为非常简单，而人们也往往由于常见到这种存在的简单性而忽视了它的深层含义。
静止的永远静止，运动的永远作匀速直线运动，惯性就是将存在如此单调而重复地显现在人们眼前。
凡是背离了这两种物体的存在情况而用惯性去解释其存在原因的，作者以为均属一种不当的诡辩行为。
可是这种诡辩行为不仅麻木了人的脑神经而且充斥着各种各样的教科书，我们来看一些下面的例子。
例1.惯性也有不利的一面，高速行驶的车辆因惯性而不能及时制动常造成交通事故。
所以，在城市的市区，对机动车的车速都有一定的限制，以利于行车安全。
在这里，不能及时制动是由于惯性还是由于制动力不够大?略作思考，读者就可判断出是由于后者。
将惯性看成一种破坏力是十分荒唐的。
而发生交通事故的真正原因是，由于车辆质量较大，而相应的制动力在如此质量的物体上所产生的加速度很小，不能使车辆很快地减速，从而在短时间内停下来。
倘若对于质量较大的车辆来说制动力也允许更大，那么作者认为还是可以在一定的时间内制动车辆的。
并且，这个例子中的“高速行驶的车辆”及“对机动车的车速都有一定的限制”的字句很容易使学生认为惯性和物体的运动速度有关。
这对于初学者来说是一个很大的误导。
所有的老师都要求学生不要把惯性与惯性定律混为一谈，可是当我们的老师用动力学的观点来看待惯性――也就是说，把惯性与牛顿第二定律混为一谈的时候，对学生的这一期望是合适的吗?其实这是一个误区：当教完一些物理学的基本概念与规律以后，就要求学生用它们解释自然现象。
事实上，物理学中有些基本概念与规律不是要求我们去解释自然现象，它没有这个功能，它只是告诉我们要去感受些什么，它提供给我们的不是一种推理的方式，而是一个判断的原则 ：它促成我们的判断更接近于自然之美的呈现。
参考文献
[1]邹荣. 质量是物体惯性大小的量度吗[M]新世纪教育文集. 中国广播电视出版社，，11，1版，454.
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物理学论文投稿
摘 要：1 导入多元情境，刺激求知欲望 积极且多元的课堂情境是促使学生踊跃表现自我的基本因素，是实现研究性学习的必备条件之一.物理学科作为自然学科之一，其所涵括的内容小到生活细节，大到宇宙世界，如果学生对物理学科本身就缺乏学习的热情和求知的欲望，那么
关键词：物理教学论文发表,发表物理学论文,物理学论文投稿
1 导入多元情境，刺激求知欲望
积极且多元的课堂情境是促使学生踊跃表现自我的基本因素，是实现研究性学习的必备条件之一.物理学科作为自然学科之一，其所涵括的内容小到生活细节，大到宇宙世界，如果学生对物理学科本身就缺乏学习的热情和求知的欲望，那么教师将无法实现课堂教学的实效性.研究性学习作为一种全新的学习方式和学习理念，要求教师为学生创设出类似于科学研究的情境，刺激学生的求知欲望，如此才能进一步引导学生在这种多元化的学习情境中，综合应用已掌握的理论知识和思考方式，开启对神秘科学的探索旅程.
以人教新课标高中物理必修1《匀变速直线运动的速度与时间的关系》为例，教师在该课程中的教学任务既在于引导学生掌握相关概念、识别速度与时间的关系图象，也要树立学生用数学公式表达物理规律的意识.要顺利完成以上教学目标，教师首先要考虑的是如何激发学生的学习热情和求知欲望，这样才能促使学生全身心地投入到学习和吸收的过程当中去，而这在一定程度上取决于课堂情境是否活跃且多元化.首先，教师可利用现有丰富的信息技术来为学生呈现形象直观的学习画面，如先用多媒体设备展示小车在重物牵引下的运动图象通过改变相关变量中的单个变量来展示不同的运动状态，来引导学生对所观察到的图形进行思考和分析，可以小组为单位，或以同桌为搭档进行交流与探讨.根据学生的合作进程，教师要适时地进行指引和纠正.在综合观察和总结各小组的表现的基础上，教师可选取最优的合作小组，将讲台交给他们，鼓励他们以讲授者的身份为其余学生演示分析图象和推导过程，而教师可以与同学一起坐在座位上，以学生的身份对你台上的小组提出比较有针对性的问题.如此，既能缩短师生的心理距离，也可以让学生享受到轻松自由的多元化课堂环境，自然而然就会对课堂学习产生强烈的求知欲望.
2 归还主体地位，实现自主学习
研究性学习提倡以学生的发展为根本，其核心理念在于引导学生养成主动求知、不断探索的学习精神，诚如教育学家弗赖登塔尔所言，知识既不是教出来的，也不是学出来的，而是研究出来的.新课标改革的主阵地是课堂，而课堂真正的主体是学生，因此，要实现研究性学习，教师应当首先摒弃传统的“填鸭式”教学方式，从灌输型教学转向引导型教育，把课堂的主体地位归还给学生，只有给予学生充分的展现平台，赋予学生自由的交流平台，才能够促使学生进一步开发潜能、自主学习，表达新颖的观点，展示独特的个性，为贡献社会奠定坚实的基础.
以人教新课标高中物理必修2《生活中的圆周运动》为例，为了实现学生在课堂中主体地位的回归，教师首先要设计巧妙的引导，如“同学们是否注意过你们生活中出现的圆周运动呢？它就存在于你们所喜爱的某项运动项目里，或你们每天亲眼目睹的.某项活动中.有哪位同学愿意帮老师和其他同学一起回顾下我们生活中的物理现象呢？这既能展现同学们敏锐的观察能力，也能提升概括总结的综合语言能力的.”教师要根据学生现场的反应，结合平日对学生个性特征的观察和总结，适时鼓动学生勇于表现自我，并对学生的不同发言作出多元化评价.之后，再利用多媒体设备向学生展示生活中圆周运动的实例，“从大屏幕中我们可以看到，圆周运动在我们的生活中普遍存在，那么同学们知道向心力的概念吗？比如汽车在过拱形桥时，当它在桥弧顶时，对桥的压力与它的速度有什么关系呢？为了帮助同学们分析的便利性，老师今天特地准备了一些实物模型，同学们自行分成小组，分别上来领取实体模型，再进行小组分析和探讨.请大胆开发你们的观察力和想象力，肯定可以分析出圆周运动中向心力的来源以及圆周运动的规律.为了让实验更有竞争气氛，各小组的用时均会被计时，完成之后我们一起评比出最佳组合！”如此一来，教师在课堂中的角色由传统的灌输者转向引导者，学生也由被动吸收者变换成主动探究者，这种自主学习的研究性学习气氛对开发学生的潜能和培养创造力具有深远的意义.
3 落实创新理念，拓展思维空间
所谓研究性学习，指的是学生在教师准确的指引下，在探索研究的过程中主动获取知识、应用知识，并最后解决问题的学习活动.可见，它已完全摆脱传统教育以升学为目的的错误指向，而突出强调学生的主体地位和创新实践的能力.随着改革开放和世界经济的不断深入，信息技术保持着迅猛的发展趋势，创新能力也由此成为考量当代复合型人才的一项重要指标.正所谓“落后就要挨打”，我国科技实力在走向世界前沿的同时，对创新型人才的需求也日益强烈.物理作为一门以实验为基础的探索性学科，教师应当将创新教学的理念落到实处，努力拓展学生的思维空间，培养出能够适应时代发展和国家需求的创新型人才.
以人教新课标高中物理必修2《经典力学的局限性》为例，自然科学所蕴含的无穷奥秘意味着人类对它的探索也是无止尽的，随着科技水平的不断发展和进步，人类对科学的认识程度也在不断地更新和改进.研究性学习的动力来源于对问题的发现与提出，因此，教师要在物理教学的过程中落实创新的探索精神，首先要引导学生发现问题、提出问题，并自主解决问题.如“同学们认为速度有无极限的概念呢？微观例子的行为与宏观物体是否遵循同样的物理规律呢？时间与空间又是否是绝对地一成不变的呢？如果经典力学已经足够完善，那么爱因斯坦为什么还要提出相对论呢？如果经典力学存在局限性，那它又表现在哪些方面呢？
物理学主干课程网络平台的研究论文
摘要：网络课程教学系统平台以课程学习的网络支持系统为目的，文章阐述了物理学主干课程网络教学平台开发的设计原则，课程教学资源建设的组织与实施，物理学主干课程网络系统的开发特点及技术。
关键词：物理学主干课程；课程资源；网络平台；网络课程
校园网络的建立，为教学现代化以及学生的自主学习提供了坚实的硬件基础，同时网络教育的软件条件也是必不可少的，它包括网络教育资源库和网络教育支撑平台，前者提供教学内容，它包括不同层次、不同形式网上教学所需的各种材料。后者提供教学环境，它包括网络教学支持、网络教育资源库管理、教学管理与评价、系统管理等。校园网物理学主干课程教学系统平台的资源具有Internet上资源无法替代的作用，它的建成能适合本校教育教学实际需要，以广大师生物理学科的学习和科研为目的，为物理学科的教学和科研服务。
一、平台的设计原则
校园网物理学主干课程教学系统平台以课程学习的网络支持系统为目的，在各种不同的教学环节中提供灵活的、适合于多种层面的交互式教学支撑环境。它的设计遵循以下原则：
（一）服务教和学的原则
课程资源与教学管理平台的功能主要是为教师的课程教学和学生的课程学习提供教学支撑环境，所以要服从服务教和学的原则。
（二）可扩充性原则
系统必须优化体系结构，可扩充性强。因此，软件功能上应有进一步开发的计划，硬件环境的选型要考虑扩充方案的成本。
（三）简洁明了原则
版面结构设计、颜色、字体简洁明了；网站导航清晰明确;指示性图形含义前后保持一致；整体页面风格一致。
（四）易操作的原则
操作要简单，不需要进行系统应用培训；运行快捷：提示信息详尽、准确、恰当。
（五）易维护性原则
当系统上出现小的变动或出现新的需要时，要能够方便快速地进行维护。
二、课程教学资源建设的组织与实施
资源与教学管理平台是学生进行课程学习的重要资源，也是学生进行网上课程学习的基础，所以对课程资源的建设和组织也至关重要。网络教学课程资源建设分为两部分：资源内容的建设和资源管理系统的设计。
（一）课程资源内容的建设
按照课程的形式组织和呈现资源，课程资源模块是本系统的核心模块。在课程资源模块中分为：课程简介、任课教师信息、教学大纲、三基方案、教学进度安排、实验安排、PPT课件、教学录像、学习资源、学生作业、试卷试题等。
（二）课程资源内容的组织管理
课程资源具有数量大、形式多样、针对性强、教育性强等诸多特点，必须按标准规范将分散、无序的资源整合起来，使用户能够方便、高效的将其利用于自己的学习和工作之中。
1．资源组织管理：
（1）成立专门的课程开发机构，由教育技术人员和学科教师有计划、有步骤地开发、制作质量高、效果佳的网络课程。
（2）按课程组织所有资源。组织开课的教师按资源建设规范，提交课程建设的电子稿件，多媒体素材课件等数字材料。根据教学需要，从互联网上收集整理相关的素材、与专业有关的网站或网页录入到资源库中。
（3）提供资源的详细资料说明；
（4）资源下载。
2．资源上传管理：普通用户上传的资源在入库前，必须进行审核。资源的审核者通常是一些学科专家，学科专家按照网络资源的评价标准对资源数据进行评价，将合格的资源提供给终端用户使用。目前，还没有一套实用或可操作的对网络教育资源进行恰当评价的量表。资源的审核主要依靠资源审核专家从资源的科学性、正确性和技术性及规范性几个方面对资源进行审核，以主观评价为主。在本课题中资源的审核授权给创建课程的教师，即课程管理员，以及系统管理员。资源上传管理实现：资源上传功能；对上传资源的`审核；对上传资源的信息修改。
（三）课程资源管理系统的设计
本系统是以课程的形式组织和呈现资源，所以资源的组织和建设是以课程为单位的。系统的部分资源是系统创建的时候提供的，但是,建设阶段添加的资源毕竟有限，要使平台不断壮大，资源不断增加，后期平台运行过程中，教师和学生对资源的不断积累是非常重要的。
在本系统中，用户可以使用所有的相关资源，也可以把自己收集的相关资料上传到服务器中供其他用户浏览和使用。课程网络教学资源系统的用户分为系统管理员、教师、学生和一般用户四类，每类具有不同的使用权限。根据用户权限不同，用户进入系统后，所呈现的课程资源相关页面内容也不一样：
（1）系统管理员：浏览课程资源或信息；修改和删除课程简介、任课教师信息、教学大纲、教学进度安排、实验安排；添加和删除PPT课件、学习资源、试卷试题；管理学生作业、课程公告和课程留言。
（2）教师：浏览课程资源或信息。课程管理员还可以修改和删除课程简介、任课教师信息、教学大纲、教学进度安排、实验安排;添加和删除PPT课件、学习资源、试卷试题；查看学生作业，对学生作业给出反馈信息；删除学生作业；管理课程公告和课程留言。
（3）学生：浏览课程资源或信息；上传学生作业；查看教师对作业的反馈信息；上传自己积累和搜集的与课程相关的资源或自己的作品；签写课程留言。
（4）一般用户：浏览课程资源或信息；上传与课程相关的资源或自己的作品；签写课程留言。
（四）系统的技术实施
网络教学资源系统在客户与资源库之间采用B/S结构模式，管理员与资源库之间采用的是B/S和C/S相结合的混合结构模式。B/S结构可以为用户提供一个友好的界面并尽可能减少用户操作的复杂性，而对系统管理员采用B/S和C/S相结合，增强了系统管理的灵活性、可靠性，提高系统的处理能力，保证系统高效安全稳定地运行。系统采用的编程语言为XML，数据库为SQLsever7.0，网页平面设计工具为DreamweaverMX，图形、图像平面设计工具Photoshop7.0，操作系统为WindowsXP，Web和FTP服务器为IIS5.0。
三、物理学主干课程网络的开发
物理学专业主干课程网络的开发是台州学院于立项的校级科研项目，它包括了理论力学、量子力学、热学、光学、电磁学、数学物理方法、普通物理实验等基础主干课程的学习内容。系列网络课程由物理与电子电子学院组织力量进行开发工作，由教育技术专业课教师编写脚本，集中了所有专业课的任课教师或专家。
网络课程以面向新世纪教学内容和课程体系改革成果为依托，以先进的教育思想为指导，以现代教育技术为手段，充分体现了教学内容和教学手段的先进性和科学性。“物理学专业主干课程”网络课程的知识涵盖面广，内容丰富全面，信息量巨大，带有数量极大的文本、图形、动画等媒体素材及教学模块等，同时在教学内容上，随着时间的推移，不断更新知识内容，上传最新学科动态，有利于学生自我学习和教师辅助教学的功能。课程在功能模块之间、学科之间可以方便灵活地进行跳转，同时能较方便地浏览相应的站和文件检索功能，具有良好交互性及可控性。
四、结语
物理学主干课程网络平台的开发与建设，正是适应当前国家大力推广网络课程和精品课程建设的需要，充分利用网络教学课程和教学资源库在网络教学上的优势，为师生之间提供多层次、多角度的交互平台，实现理想的学习环境，为学生进行研究、探索性学习提供了良好的条件。
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物理学专业光学课程教学改革研究论文
摘要：近些年来，光学在科学与技术应用中的不断发展，迫切需要培养适合当前社会发展需求的光学专业人才。文章分别从光学教学内容、教学方法及考核方式等方面提出了一些改革的方法和措施，注重提高学生学习的兴趣和探索的欲望，培养学生分析和解决问题的能力，取得了良好的教学效果。
关键词：光学；教学；改革
光学课程是物理学专业最重要的基础课程之一，同时也是现代科学技术迅速发展、崛起的重要支柱。以激光为基础的现代光学的知识，已经渗透到日常生活中的众多领域，在工业、农业、交通、能源、医药、信息等领域发挥着越来越重要的作用。光学作为基础性学科具有很强的学术性，同时，光学课程的知识覆盖面广，应用性和可操作性也较强，它能够较好地锻炼学生的思维能力及理论与实际相结合的能力。而在传统的光学课程教学中，存在着重理论轻实践，理论与实际相脱离，缺乏创新，无法适应社会及专业领域的需求等问题。如何培养不仅具有扎实理论基础，还具备较强工程应用能力的光学类技术人才，是我们教学改革研究的重点问题。
1光学课程教学现状
光学课程教学大纲计划68学时，教材内容分为干涉、衍射、几何光学、光学仪器、偏振及现代光学部分[1-3]，内容繁多，教学任务较重。因此，光学一直是一门教师难教、学生难学的课程。在教学过程中，通常更加强调基础知识的理论性，而对知识的应用性和工程性关注偏少，理论联系实际显得不足，教学中不自觉地存在“重理论和基础，轻工程和应用”的倾向，淡化了光学类课程本身拥有的强烈应用和工程背景特性。另外，学生在大学阶段参与实习实践、接触实际工程问题和公司企业的机会偏少，教学与光学元器件的工程设计及公司企业的要求联系还不够，存在明显脱节现象。目前教学中教师的主导地位强，而学生的主体地位偏弱；第一课堂强，第二课堂弱；体现学生结合课本知识在“做中学”并培养自身实践精神、工程意识和创新能力的活动空间不够。
2光学课程改革的思考
光学课程有其自身的特点，与力学、热学等学科之间的联系不太紧密，自身的知识体系比较繁杂。在具体的教学改革与实践中，主要从教学内容、教学方法、考核方式等几个方面着手。
2.1教学内容
在教学内容上，首先要优选教材，认真制订教学计划。教学中，既要注重讲解光学课程中最基本的概念、理论，夯实学生的基础知识，提高学生的理论水平，又要加强现代光学基础的教学，增加一些现代光学的前沿知识，了解光学发展的最新动态，引导学生不断拓宽视野，激发学生的创新意识和科学探索精神，培养学生的`科学素养。例如，在讲解几何光学及光学仪器知识时，可以介绍海市蜃楼、扫描隧道显微镜。在讲解光的干涉时，可以介绍相干探测技术、全息照相、光学薄膜等。在讲解偏振现象时，可以介绍3D电影及偏振雷达探测技术等。让学生体会光学知识在日常生活中应用、发展及科学前景。另外，针对相关科学前沿知识，开展一些专题讲座，让同学们更深入地理解光学科技的发展，同时强化了基础知识的学习。或让学生课外查阅相关文献，提高学生学习兴趣，激发学生探索欲望。积极搜集光学在日常生活中应用的实例，引导学生运用已学相关理论知识，解释日常生活中的光学现象，真正实现从生活走向物理，从物理走向社会。
2.2教学方法
在教学方法上，要注重重点、难点的理解和掌握，注重分析思路和处理问题的方法。积极引导学生理论联系实际，提高学生运用理论知识解决实际问题的能力。为了能够在有限学时内，尽可能多地讲解现代光学的内容，可以在课前布置相关的预习作业，既能节约课堂基础教学的时间，又能锻炼同学们的自学能力。在教学中，要求学生上课主动提问，培养学生自学及发现、解决问题的能力[4]。教学中针对相关课题让学生参与讨论，在讨论的过程中更透彻理解相关理论，并了解其应用，变被动学习为主动探索。在传统的理论教学基础上，尽可能多地增加实践教学的环节，改变教学观念，以任务为驱动，明确从理论到实践的具体操作过程，培养学生工程实践的能力[5]。实践教学中要求学生进行文献调研、撰写小论文及动手制作相关光学仪器，解决一定难度的实际问题、培养自身创新精神、科研意识和综合能力与素质。例如，我们在教学中将学生分组，动手制作简单光学器件，如望远镜、放大镜等，有效地激发了学生的学习兴趣、动手能力及团队合作的精神。科学技术的不断进步，使得教学方法的多样性成为可能。在教学中，针对光学课程本身的广泛应用性和工程背景，可以有针对性地介绍一两种国内外优秀光学设计软件，如ZEMAX、OSLO等。其中ZEMAX可进行光学组件设计与照明系统的照度分析，也可建立反射、折射、绕射等光学模型。该软件还具备对光学系统进行设计、优化、分析的功能。在光学课程第三章几何光学部分，学完基础知识后，给出一些利用设计软件进行相关光学课程中涉及的光学元器件和系统设计的典型实例，如望远镜系统设计、8倍观察镜系统设计等。同时试着让同学们分组利用该软件进行相关光学设计，从而既提高学生的学习兴趣，又有效地培养学生的工程设计能力和综合应用知识的实践能力。由于在光学课程的教学过程中，有些光学现象在日常生活中比较难于观察[6]，比如干涉、衍射的现象，很多感性材料只能从课本图片中获得，比如干涉条纹、衍射条纹等。为了能够使得同学们获得较多的感性材料，我们在教学过程中，利用一些计算软件，例如Matlab，将干涉、衍射现象通过程序模拟展示出来，这样既给同学们提供了清晰的感性材料、直观的物理图像，也通过程序中相关参数的调节，让同学们更加深入地理解光学知识中的相关规律。图1为利用Matlab软件编写的分振幅干涉中牛顿环的干涉图像，图2为氢原子光栅光谱图。物理是以实验为基础的科学。在教学过程中，改变理论与实验分开进行的现状，从教师指导演示实验，转变为学生在实验室自主实验。设置相关开放性实验课题，让学生分成实验小组，将学生自己的设计思想和实验内容相结合，鼓励学生自主创新，使课堂成为师生互动的场所。这样，即有利于将枯燥、抽象的理论生动化、具体化，又有助于对基础理论的深入理解及应用，充分调动学生学习的主动性和热情，提高了教学效果。实验室也在不断完善，力争提供更好的资源，取得更好的教学效果。
2.3考核方式
教学考核中，摈弃一次考试决定最终成绩的做法，将平时课堂表现和论文及动手制作部分纳入最后成绩测评，关注学生学习过程而非单一的最后考试结果。充分利用学院网络资源，建立网上习题库，建立有特色的个人主页，并通过此与学生进行定期的网上交流及作业的布置和批改。网上交流的方式可以更有效地与学生沟通，实时解决学生提出的相关问题，提高了学生学习的效率。
3结语
伴随着科技的快速进步，物理教学的手段也正在不断更新。如何培养适应新时代发展的光学专业人才，是我们教学改革的目标和方向。通过以上教学改革的探讨和在实际教学过程中的运用，使得教学活动充满了活力，极大地调动了学生学习的兴趣和探索的欲望，培养了学生自己动手实践的能力及团队合作的精神，大大提高了教学效果。
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漫谈机械能守恒定律物理学论文
机械能守恒定律可以认为是力学方面的能量转化和守恒定律。它的条件是系统只有重力、弹力做功。在这样的系统中，尽管动能和势能在相互转化，但总的机械能恒定。这里谈机械能守恒定律的应用。
首先，机械能守恒是对系统而言的，而不是对单个物体。如：地球和物体、物体和弹簧等。对于系统机械能守恒，要适当选取参照系，因为一个力学系统的机械能是否守恒与参照系的选取是有关的。
其次，适当选取零势能面(参考平面)，尽管零势能面的选取是任意的，但研究同一问题，必须相对同一零势能面。零势能面的选取必须以方便解题为前提。如研究单摆振动中的机构能守恒问题，一般选取竖直面上轨迹的最低点作为零势能面较为恰当。
再次，适当选取所研究过程的初末状态，且注意动能、势能的统—性。
用机械能守恒定律解题有两种表达式，可根据具体题目灵活应用：
①位置1的机械能E1=位置2的E2，
即：Ek1+Ep1=Ek2+Ep2
②位置1的Ep1(Ek1)转化为位置2的Ek2(Ep2)
即;Ep1-Ep2=Ek1-Ek2
下面提供二个例子：
[例1]如图1所示，一光滑斜面置于光滑水平地面上，斜面顶端有一物体由静止开始沿斜面下滑;在物体下滑过程中，下列说法正确的有：
(A)物体的重力势能减少，动能增加。(B)斜面的机械能不变。
(C)物体的机械能减少。(D)物体及斜面组成的系统机械能守恒。
[分析]物体在下滑过程中对斜面有垂直于该斜面的压力。由于斜面不固定，地面又光滑斜面必将向右产生加速度;其动能及其机械能增加。所以(B)项错误。物件一方面克服斜面对它的.压力做功：机械能减少;另一方面由于它的重力做功，重力势能减少，动能增加，因此选项(A)(C)正确。对于物体与斜面组成的物体系;只有物体重力做功，没有与系统外物体发生能量的转化或转移，机械能守恒，故(D)项正确。
答案为：(A、C、D)
[例2]如图2，长为l的细绳系于0点，另一端系一质量为m的小球，0点正下方距0点1/2处有一小钉，将细绳拉至与竖宣方向成q=30o角位置由静止释放，由于钉子作用;细绳所能张开的最大角度为a;则角a为多大?(不计空气阻力和绳与钉碰撞引起的机械能损失，a用三角函数表示)
[解法]∵小球在运动过程中只有重力做功
∴根据机械能守恒定律，取小球运动轨迹的最地点为参考平面：
Ek1+Ep1=Ek2+Ep2
物理学的理论研究论文
一、驳宇宙大爆炸假说
当人们用望远镜观测银河系以外的星系时，可以发现绝大多数星系光谱都存在红移或蓝移现象，并且越远的星系其光谱红移值越大。根据多普勒效应：星系光谱存在红移说明星系正离我们远去，星系光谱存在蓝移说明星系正向着我们运动。需要指出的是越远的星系红移值也越大，看起来所有的星系都好象以银河系为中心向外爆炸形成的一样，越远的星系离开我们的速度也越大。鉴于此有人提出宇宙大爆炸假说：认为宇宙是由150亿年前发生的一次大爆炸形成的，人类居住的银河系则是宇宙的中心。可是人们在观测银河系和河外星系时，却并没有发现银河系有什么特别之处。有人据此怀疑宇宙大爆炸假说；也有人从星系的演化推算出宇宙的年龄大于150亿年；还有人认为若宇宙大爆炸假说是正确的，那么宇宙辐射在各个方向上就会表现出各向异性；更有人担心宇宙的膨胀没有尽头，遂认为宇宙的膨胀和收缩是交替进行的……。但不管怎样，大部分人还是相信“眼见为实”，由星系光谱的红移现象承认了宇宙大爆炸假说。更有人把红移现象与宇宙背景辐射和宇宙元素丰度并作宇宙大爆炸假说的三大支柱。那么宇宙是否发生过爆炸并仍在向外扩张，年龄是否只有150亿年呢？非也！
1．星系光谱红移原因
20世纪初，当人们用望远镜观测银河系以外的星系时，发现绝大多数星系光谱都有红移现象，并且越远的星系其光谱红移值越大。有人认为星系光谱红移是因为星系正在离我们远去，从而得出这样的结论：所有的星系都是以我们银河系为中心向外爆炸后形成的，越远的星系离开我们的速度也越大；宇宙中所有的星系都在彼此分离，并且越远的星系相互分离的速度越大。值得一提的是，我们银河系正处在爆炸中心，足以值得我们自豪的是：银河系是宇宙中独一无二的星系—因为它是宇宙的中心。更让我们惊奇的是，银河系自身也在不断运动着，然而无论它运动到哪里，它始终是银河系的中心。我们解释不了银河系为什么是宇宙的中心，因为银河系也和其它星系一样，并沒有什么特别之处。有人以为，银河系处于宇宙的中心是一个巧合，虽然银河系从上个世纪至今一直在不断运动，但它走过的距离和整个宇宙空间的尺寸比起来是微不足道的，所以银河系目前仍然处在宇宙的中心，这种看法未免有些牵强。因为人们在观测近处的星系时，发现近处的星系并没有相互分离的趋势，并且也没有证据表明近处的星系正在以某一个中心为起点向外膨胀。因此“银河中心说”颇值得怀疑。还有的人虽然承认宇宙大爆炸假说，但不承认“银河中心说”，他们不认为银河系是宇宙的中心。这种观点同样也是站不住脚的。我们可以这样分析：如果宇宙大爆炸假说是正确的，那么宇宙中所有的星系必定在以某一个中心为起点向外膨胀，星系之间彼此互相分离。目前我们观测到近处的星系并没有相互分离的趋势，并且也没有证据表明近处的星系在以某一个中心为起点向外膨胀。倘若我们不是在宇宙的中心而是处于偏离宇宙中心的任一点处，因为在我们周围的星系都没有相互分离的趋势，也没有以某一个中心为起点向外膨胀，这样一来，倘若宇宙中任一点处的星系都没有相互分离的趋势，那么整个宇宙也不可能在膨胀，即宇宙大爆炸假说是错误的。
前事不忘，后事之师。人类文明发展到今天，“地心说”和“日心说”都被证明是为科学，难道我们还要重蹈覆辙提出“银河中心说”吗？愚以为，我们应当承认这样一个假设，那就是：银河系按目前的速度运动下去，100万年，100亿年以后，我们仍然会发现自己处在宇宙的“中心”，无论我们处在宇宙的任何地方，中心也好，边缘也好，我们都会发现宇宙中越远的星系光谱红移值也越大，就好象我们处在宇宙的“中心”一样。事实上，这个“中心”是光子在宇宙空间中的传播特性引起我们视觉上的错误，“眼见”未必“为实”，我们不能过分相信“眼见”的东西。
红移现象是否由观测者自身的运动引起的呢？不是的！如果红移现象是由观测者自身的运动引起的，那么我们将观测到与我们相向运动的星系光谱将发生蓝移而与我们相背运动的星系光谱将发生红移，然而事实并非如此。再者，虽然我们“坐地日行八万里”，但这个速度和光速比起来实在算不了什么，不至于影响观测结果。换句话说，我们在观测星系红移值时，观测者自身运动速度的影响可以忽略不计。红移现象说明光子与观察者之间的相对速度变小了。产生这种情况有两种可能：第一是星系正离我们远去，第二是光子在穿越宇宙空间时速度变小了。这两种情况都可能导致星系光谱红移。我们认为导致星系光谱红移的原因是后者。光子在穿越宇宙空间时会与各种粒子(比如引力子)相互作用从而使其速度逐渐减小。当然单个粒子与光子作用时间极短，引起光子速度的改变量也是极其微小的，以致于我们观测不到。随着光子穿越宇宙空间距离的增大，与光子作用的粒子数目也逐渐增多，光子速度的减小量也越明显。可以推测：光子在穿越一定的宇宙空间距离后速度将减小到零。由于光子速度为零故相对我们的能量也为零，这样的光子当然不会被我们观测到。可见用光学法观测宇宙空间尺度时有一个极限：150亿光年(也有人认为是200亿光年)。在这个尺度以外的星系发出的光子由于在没有到达地球时速度已经降低到零，所以这样的星系不可能被我们观测到，至少目前还没有办法观测到。也有人认为，红移现象是由光子频率减小引起的，即认同第一种可能：认为星系正离我们远去。这种观点听起来很有道理，却经不起分析。我们知道，星系离我们远去时会引起光子频率减小，但各种不同频率光子的频率减小量应该相同，反应在星系光谱上，各种不同频率光子的红移量应该相同。因此，不论星系离我们多远，星系光谱虽然发生红移但不应该变宽，但事实上远处星系光谱却被拉宽了（星系光谱不会变宽是指星系光谱中任意两条谱线的距离恒定，虽然它们都发生了红移，但它们移动的距离相等，因此各谱线之间的距离不变）。而且能量越小的光子红移值越大，能量越大的光子红移值越小。不同频率光子的频率减小量不同，说明红移现象不是由光子频率减小引起的。即第一种可能站不住脚。假设宇宙中所有的星系都是静止的，宇宙空间中的物质是均匀分布的，那么光子穿越宇宙空间时的速度衰减量仅与其通过的空间距离有关。光子穿越的宇宙空间越长，其速度衰减量也越大。这样星系光谱的红移值仅与其离我们的距离有关，离我们越远的星系红移值也越大，就好象越远的星系正在以越快的速度离开我们一样。这也正是哈勃定律所揭示的：星系远离银河系的速度ν与距离成正比，ν=H*D，其中H为哈勃常数。实际上宇宙中各星系都在不断运动着，宇宙空间中的物质也并非均匀分布的，造成星系光谱红移的原因也很多，所以光谱的实际红移值要考虑许多情况。
2．谱线红移与光子速度衰减
光子与宇宙空间中的粒子是如何作用的呢？可以设想，宇宙空间中存在许多比光子质量小得多的粒子(比如引力子)。由于光子在与粒子作用后仍然是光子，可以认为光子仅与粒子发生了弹性碰撞。既然是弹性碰撞，我们知道，二者质量越接近光子损失的能量越大。由于光子的质量远远大于引力子的质量，所以在不同频率(质量)的光子中，频率(质量)较小的光子损失的能量较大。于是经过同一段宇宙空间以后，在不同频率(质量)的光子中，频率(质量)较大的光子损失的能量较少，频率(质量)较小的光子损失的能量较大，例如红光损失的能量比紫光损失的能量多。由于不同频率(质量)的光子在宇宙空间运动时都损失了能量，这样整个星系的光谱将向红端移动，但由于红光损失的能量多向红端移动的距离大，而紫光损失的能量少向红端移动的距离小，于是整个光谱被“拉宽”了。如果不同频率(质量)光子的能量损失率相同，虽然它们都产生红移，但是它们红移的距离相等，这样星系光谱虽存在红移但不会被“拉宽”，星系光谱存在红移而且被“拉宽”说明两点：第一光子在穿越宇宙空间时速度会衰减，第二不同频率(质量)的光子速度衰减率不同。显然，由于不同频率(质量)光子的能量损失率不同，各种光子的速度衰减量差异将随着空间距离的增加而增大，这样星系光谱被“拉宽”的程度与其离我们的距离有关，离我们越远的星系其光谱被拉宽的程度也越大。另外，星系光谱被拉宽时还有一个特点，那就是能量大的光子被拉宽的程度小，能量小的光子被拉宽的程度大。也就是说，越靠近红端光谱被拉宽的程度越大，越靠近紫端光谱被拉宽的程度越小。考虑到星系引力场的影响，实际情况还要复杂一些。
上面我们谈到光子在宇宙空间运动时速度会逐渐减小，这和人们熟悉的“真空中光速不变”的看法相矛盾。实际上宇宙空间并非真空，即使宇宙空间是绝对真空它还存在引力场。换句话说，光子在真空中速度变不变的问题，实际上是光子受不受引力作用的问题。如果光子不受引力作用，那么真空中光速不变，但这样一来不论星体的引力再强，对光子都没有影响，从而宇宙中也不可能产生“黑洞”了，而现在的黑洞理论基础将不复存在；假如光子受引力作用，则就不应该有“真空中光速不变”的结论。有人对此这样解释：宇宙空间中各星体的引力分布在不同的方向上，它们的作用力相互抵消，因此光子在宇宙空间中的速度不变。这种解释也是站不住脚的。我们知道在太阳系内，引力的方向是指向太阳的；在银河系里引力的方向是指向银河系中心的，所以局部的宇宙空间引力总是有一定的方向的。我们认为光子作为一种物质实体，它的速度并非一成不变的。无论在真空中还是在介质中，它的运动速度都会越来越小。所以，光速不变只是一个神话，光年也不能作为距离单位，因为光子在前一年中走过的路程总比后一年中走过的路程长。
3.光子在引力场中的运动
星光在通过太阳附近时会受到太阳引力的作用而发生弯曲，说明光子也会受到引力的作用。其实光子也有质量，当然会受到引力作用了。通常我们认为：引力场中物质的加速度仅与引力场的强弱有关，而与物质的质量无关。如在地球表面不管是1吨的物体还是1千克的物体，其每秒获得的速度增量都是9.8米/秒。但引力场中光子的加速度与其质量有关：质量越小的光子加速度越大，质量越大的光子加速度越小。既然光子也受引力作用，那么很自然，光子在离开引力场时必然会被减速，在进入引力场时必然会被加速，在垂直于引力方向(或其它方向)运动时受引力影响其运动轨迹也会发生变化。既然光子在离开引力场时会被减速，而且质量越小的光子速度衰减量也越大，那么星体发出的不同频率的光子就有不同的速度。一般而言，星体引力越强，其发出的光速度也越小；当星体引力足够强时甚至可能使一部分光子摆脱不了星体引力的束缚，产生黑洞现象。对同一星体而言，在它发出的光中，质量大的光子速度大，到达地球的时间也越早；质量小的光子速度小，到达地球的时间也越晚。我们通常认为不同频率的光同时到达地球，这其实是错误的。关于这一点我们可以用实验来证实。当星体发生爆发或其它异常时，总是能量较大的X射线或γ射线先被我们观测到，其次才是可见光，然后才是红外线。虽然理论上如此，但在实际观测中总有这样或那样的因素及别的解释使大部分人不相信这一点。如果条件允许的话，我们可以用一个实验来证实我们的观点。在离我们很远的宇宙飞船上以两种不同能量的光子同时发出一种信号，这两种光子的能量差异越大它们到达地球的时间差异也越大。实际上考虑到不同能量的光子在同一介质中的传播速度不同，我们应该想到不同频率的光子在真空中的传播速度也不相同。由于光子在穿越宇宙空间时速度逐渐减小，并且质量小的光子速度衰减得快，可以想象，在经过一段相当长的距离以后，质量小的光子速度已经衰减到零而质量大的光子速度不为零，这样我们就只能观测到质量大的光子。若星体离我们更远一些，则我们只能观测到质量更大的光子……，随着空间距离的增大，最终我们将看不到远处星体发出的光，这个距离就是我们现在认为的宇宙极限--150亿光年。人们在观测宇宙时总有一个错误想法：由于真空中光速不变，所以不管离我们多远的星系，只要足够亮就可以被我们发现。事实上宇宙空间并非真空，光子在其中穿行时速度会逐渐减小，所以任何星系发出的光只能传播一定的距离，也正因为如此，不管我们在宇宙中任何地方，始终只能看到有限的宇宙空间。换句话说，目前我们能够观测到的宇宙空间的尺度实际上是光子在宇宙空间中传播的最远距离。
4.光子在宇宙空间中的运动
实际上光子在宇宙空间运动时并不总是做减速运动。在光子离开星体时它要挣脱引力的束缚而作减速运动，当它脱离星体的引力场在空间自由运动时，也作减速运动；如果它进入另一个星体的引力场向着该星体运动时，就会在该星体的引力作用下作加速运动。光子就这样减速--加速--减速--加速……不停地穿越宇宙空间，直到其速度为零。倘若星体离我们很近而引力又很小，从该星体发出的光速度衰减量不大，但进入银河系时光子的速度增加量有可能很大，当光子的速度增加量大于其速度衰减量，或者说大于刚离开星体表面时的速度，在我们看来该星体光谱就发生了蓝移。忽略距离因素，由于星体自身在不断运动，这样它相对银河系引力场的强弱也可能发生变化，所以其光谱也可能有规律的发生红移或蓝移。通常情况下，宇宙空间对光子的减速作用总大于加速作用，所以星系的光谱以红移的居多。
光子在引力场中速度变化的问题许多人恐怕不相信也不能理解。一些人认为光子没有静质量，况且光子是一种波，在引力场中的运动规律和宏观物质不同。其实持这种观点的人把光子神话了，弄的不可捉摸了。现在大多数人都接受了“黑洞”的概念，认为当一个星体的引力足够强时甚至连光子也逃脱不了，因而是漆黑的一团。这里实际上指出了光子也会受到引力作用。既然光子也受引力作用，那么它在引力场中的加速与减速自然就可以理解了。稍后我们将看到，引力作用是造成衍射现象的重要因素之一。
5.类星体
一个很明显的事实是：宇宙中离我们越远的星体能量越大，通常类星体离我们的距离都在10亿光年以上，并且远处星体发出的光中能量较大的光子占有很大的成分。有人把这作为支持宇宙大爆炸的依据，认为：若宇宙中物质是均匀分布的话，则在我们银河系或其周围就应该有象类星体这样的高能星体存在。为什么我们在近处发现不了类星体呢？一些人看见远处的星体发出的光中含有大量的X射线或γ射线成分，就推测此类星体存在着目前尚不为我们知道的能量源。这种观点未免有些片面。实际上宇宙中大部分恒星的能量都差不多，能量特别大的和能量特别小的只是极少数，恒星的能量呈中间多、两头少的分布态势。从远处的恒星发出的光，在经过漫长的宇宙空间以后，能量小的光子由于速度衰减率大而停了下来，不被我们观测到；只有X射线和γ射线才能到达地球。所以我们观测到该星体的光子中，X射线和γ射线占有很大的成分，以致于我们误认为这类星体只向外发出X射线和γ射线。实际上这类星体也向外发射可见光和红外线，但是可见光和红外线由于速度衰减到零故我们观测不到。这就导致我们观测到极远处的星体，其颜色通常是蓝色或紫色，事实上可能和该星体的真实颜色相差极大。这说明我们看到的星体的颜色未必就是星体的真实颜色，星体的颜色是由其自身能量状况和离我们的距离决定的，星体离我们的距离越大往往使其颜色中的蓝色和紫色成分增加。另外，我们认为类星体离我们非常远，是因为类星体的红移值很大。也就是说我们没有直接证据表明类星体真的离我们很远。考虑到光子在引力场中的运动，我们知道：当星体的引力足够大时，其发出的光子速度衰减量也较大，因而该星体的光谱也将发生较大的红移。这就是说，引力因素也可以使星系光谱产生红移。倘若星体引力足够大又离我们很近，由于星体红移值较大，往往导致我们认为该星体离我们很远。举例来说，假设有一个引力较大的星体处于银河系的中心，由于该星体引力很强，导致它发出的光子速度衰减量极大，我们在观测其光谱时就会观测到很大的红移值，根据该星体很大的红移值我们就会认为它离我们非常遥远，绝不会想到它就在银河系中心。
如何解释类星体离我们那么远而其发射的X射线和γ射线又是如此强烈呢？只有两种可能。第一，类星体的能量非常大，向外发出的X射线和γ射线非常强；第二，类星体离我们并没有原先认为的那么远，类星体光谱的红移是由类星体的引力造成而并非由距离因素造成的。我们认为两种因素都有。因为如果类星体离我们非常远，那么我们观测到其向外发出的X射线或γ射线就不可能很强；倘若类星体的能量不是很大，它的引力场也不可能很强，不足以使其光谱产生较大的红移。这说明：星系光谱发生红移可能是距离因素造成的，也可能是引力因素造成的，红移值大的星体未必就离我们远。那么，如何区别星体的引力红移和距离红移呢？对观测者而言，由距离因素造成红移的星体发出的光不可能很强，而由引力因素造成红移的星体发出的光往往很强，特别是X射线或γ射线的成分多。类星体的发射光谱和吸收光谱的宽度不同，通常吸收光谱的宽度比发射光谱窄，为什么呢？我们知道，吸收光谱是由于光子经过大气后产生的，这说明类星体周围也存在气体。光子从高温星体内部发出以后，总会有一部分光子没有被气体吸收而直接射向宇宙空间，这些光子形成发射光谱；还有一部分光子在与气体作用后，频率（质量）大的光子损失的能量大，频率（质量）小的光子损失的能量小；光子离开类星体在宇宙空间中运动时，则是频率（质量）大的光子损失的能量小而频率（质量）小的光子损失的能量大，总的看来各种不同频率的光子速度差异减小，所以其光谱红移值也较发射光谱小。实际上类星体的吸收光谱还可能有几种不同的宽度。
6.黑洞与星体引力
最初在人们考虑黑洞时，认为它的引力强到连光子也逃脱不了，因而是漆黑的一团，黑洞是宇宙中物质的坟墓。后来人们认为黑洞可以向外发出X射线和γ射线。同样是光子，能量大的可以逃脱，能量小的逃脱不了，说明(黑洞的)引力对光子的作用是不一样的。事实上我们知道当星体的引力逐渐增强时，总是质量较小的光子逃脱不了，质量较大的光子则可以摆脱星体的引力，并不是所有的光子全部被吸入星体中。所以从这个意义上来说，狭义上的黑洞仅指引力强到可见光不能脱离的星体，即在可见光波段观测不到的星体；广义上的黑洞指引力强到使一部分光子不能脱离的星体，即在某一能量较小的波段观测不到的星体，这里广义上的黑洞甚至可能非常亮，可以被我们肉眼看到，但在红外线波段或能量更小的波段却观测不到。从理论上讲，“黑洞”并不黑，至少它可以向外发射X射线和γ射线或能量更高的光子，完全不向外抛射粒子的黑洞是不存在的。那么宇宙中黑洞存在吗？当然存在了。当星体离我们足够远，以致于该星体发出的红外线速度衰减为零而不被我们观测到时，它就像一个“黑洞”；若星体离我们再远一些，可见光不再为我们观测到，只能观测到X射线和γ射线，这时它就是漆黑的一团，成为名副其实的黑洞；而宇宙中150亿光年以外的星体对我们来说是完全彻底的黑洞，因为我们完全观测不到它们。除了因空间距离造成“黑洞”现象以外，星体的引力也可以造成黑洞现象。黑洞现象并不是我们原先想象的那样：“当星体的引力足够大时，所有的光子都被吸入星体中，整个星体变成黑暗的一团”。当星体的引力逐渐增大时，它对光子的束缚作用也逐渐增强。星体的引力足够大时，红外线光子将摆脱不了星体引力的束缚，而可见光、紫外线则可以摆脱星体引力的束缚；星体的引力再增大时，可见光将摆脱不了星体引力的束缚，而紫外线则可以摆脱星体引力的束缚；若星体的引力再增大，可能只有γ射线放出。应该明确指出：黑洞现象是与星系光谱的红移紧密相连的。若某一星体的光谱不存在红移现象，则它一定不是黑洞；若某一星体的光谱存在红移现象，则它可能是黑洞也可能是距离因素造成的。
总的来说，我们对黑洞的认识经历了三个阶段：第一阶段认为黑洞的引力足够强，所有的光子都不能摆脱黑洞的引力，因而整个星体是黑暗的一团；第二阶段认为黑洞可以向外发出强烈的X射线或γ射线，人们认识到黑洞的引力对不同能量光子的作用不同；第三阶段也就是现在正在探索的阶段。应该明确指出：与黑洞现象紧密联系的因素有两个，引力因素和距离因素。以往我们在考虑黑洞现象时往往只考虑引力因素而忽略了距离因素，这就导致我们认为整个宇宙空间仅有150亿光年，对150亿光年以外的宇宙空间，认为看不见的就是不存在的。
7.恒态宇宙
也许有人会问，既然光子的速度能够降低到零，那么宇宙中会不会堆积越来越多的光子呢？不会的！光子作为物质的一种存在方式，它不是永恒的，在一定条件下光子可以转化为别的物质，也就是说光子是有一定寿命的。任何一个光子不可能永远存在下去，它必将转化为别的物质形式。宇宙中的物质无时无刻不在运动，所以宇宙中不会堆积越来越多的光子。虽然我们目前并不知道光子是如何转化为别的物质的，但我们依然相信整个宇宙是稳定的、恒态的，而局部宇宙则可能是不稳定的，处于演化过程中的。同样的道理，整个宇宙也不会被光子均匀照亮。由于光子在宇宙空间中运动时速度逐渐减小，所以任何星体发出的光只能传播到有限远处。也正因为如此，我们所观测到的宇宙始终是有限的。如果想观测更远的宇宙空间，一个方法是派出宇宙飞船，另一个办法是在宇宙空间中建立许多中转站，在光信号速度未衰减到零以前接受、放大、转播它。理论上讲，只要中转站的数量足够多，我们就可以看见任意远处的宇宙空间。
8.浩瀚宇宙
假设我们能够乘座一艘高速飞行的宇宙飞船遨游太空，在刚离开地球时，我们可以观测到150亿光年的宇宙，离我们越远的星体其红移值也越大，远处的星体放出强烈的X射线或γ射线。随着我们飞行距离的增大，我们会发现银河系的红移值越来越大，并且其颜色逐渐偏蓝，而原先我们观测到呈蓝色或紫色的星体颜色逐渐偏红，最终银河系将消失在我们的视野之外。当我们飞到离银河系150亿光年的地方，我们发现展现在我们面前的宇宙范围仍然有150亿光年；而原先我们认为正在以很大速度分离的星体或膨胀的宇宙空间并没有膨胀。无论我们飞到哪里，始终只能看见150亿光年的宇宙空间，也始终能够看见150亿光年的宇宙空间，宇宙是无限的；并且我们始终是宇宙的“中心”，因为所有的星体看起来所有的星体都好象以我们为中心向外爆炸形成的一样，越远的星系(红移值越大)离开我们的速度也越大。我们认为，宇宙是无始无终的，物质的存在是永恒的，对某一特定的物质形态有其产生和消亡的过程，但整个宇宙不存在产生和消亡的过程，它是自始至终存在并且不会消亡的。同时也应该看到，宇宙是无限的，不会仅仅只有150亿光年的空间。
从上个世纪以来，人们已经探索到了上百亿光年的宇宙空间，然而这只不过是苍海一粟。也许还要几十年甚至上百年人类才能认识到宇宙的无限性，但只要天下有志之士携手合作，这一天定会早日到来。
二、浅谈光的衍射
通常情况下光总是直线传播。但当光线经过足够窄的窄缝时将形成明暗相间的衍射条纹。由于光子不带电，在电磁场中不偏转，所以光子的衍射不是电磁力作用的结果，而是引力子与光子作用产生的。光子与引力子作用不是一个简单的碰撞过程，而是一个极为复杂的过程。在光子与引力子相遇的一瞬间它们形成一个混合体，这就打破了结合前光子内部各部分的平衡，混合体内部存在着排斥力和凝聚力两种作用。若排斥力占主导作用，则混合体将在极短的时间内“裂变”放出引力子；若凝聚力占主导作用，则混合体将形成一个新的光子。那么满足什么条件的混合体(光子)才是稳定的呢？经典电磁理论指出：所有光子的能量均为某个最小能量的整数倍。也即所有光子的质量均为某个最小质量的正整数倍，只有这样的光子才能稳定存在。当然这并不表明能量为某个最小能量的非整数倍的光子就不存在，只不过由于它们极不稳定，在形成后瞬间就“裂变”生成能够稳定存在的光子，目前我们还没有观测到或注意到这类光子罢了。从这里我们可以看出，与原子核一样，所有光子的质量均为某个最小质量的正整数倍，说明光子也有一定的内部结构，某些质量的光子由于极不稳定，在其形成后瞬间就“裂变”生成能够稳定存在的光子，这就造成稳定存在的光子质量的不连续。言归正传，由于引力子质量远远小于光子的质量，所以光子不可能吸收一个引力子形成新的光子(因为这样的光子是不稳定的)。但是若在同一时刻，光子与许多引力子相互作用，而这些引力子质量之和又大于最小光子的质量，光子就有可能吸收质量和等于最小光子质量的引力子数目而形成新的光子。举例来说，若最小光子的质量是引力子质量的10万倍，那么当同一瞬间有15万个引力子作用于光子时，光子只可能吸收10万个引力子，另外5万个引力子不被光子吸收，仅对光子产生微小的冲量。倘若在同一瞬间有9万个引力子作用于光子,那么这9万个引力子都不会被光子吸收，它们仅对光子产生微小的冲量。光子可能吸收的引力子数目只可能是10万的正整数倍。只有光子吸收引力子形成新的光子才能全部吸收引力子的冲量，否则的话，光子仅受到极小的冲量。
现有一个宽度为α的窄缝，绝大多数光子经过窄缝时虽然与许多引力子作用，但大多不会形成新的光子，这样大部分光子仅以极其微小的发散角投射到屏幕上，形成宽度略大于α的中央亮纹。由于衍射条纹是对称分布的，所以我们只讨论一半。拿中央亮纹以上的条纹来说，这些条纹是由缝中心到缝顶部经过的光子偏转形成的。从缝中心到缝顶部经过的光子，若吸收10万个引力子则形成稳定的新光子，而新光子由于全部吸收了引力子的冲量因而向上发生较大的偏移，从而在屏幕上形成宽度为0.5α的第一条亮纹。从缝中心到缝顶部经过的光子，若吸收20万个引力子则它向上的偏移量是第一条亮纹偏移量的两倍，形成第二条亮纹。同样形成第3条、第4条、第5条……第n条亮纹。中央亮纹以下的亮纹也是这样形成的，并且中央亮纹的宽度约为其它亮纹宽度的两倍。由于从缝中心到缝顶部引力逐渐增大，所以与光子作用的引力子数目也可能逐渐增多。假设在离开缝中心向上的极小位移处，在该处最多只可能有10万个引力子与光子发生作用，那么经过该处的光子最多只可能偏移到第一条亮纹处。换句话说它最多只可能对第一条亮纹的形成做贡献，对第2条、第3条、第4条……第n条亮纹都没有贡献。由此在向上某处经过的光子最多只可能吸收20万个引力子，但也可能吸收10万个引力子，故经过该处的光子对第1条、第2条亮纹的形成做出贡献而对第3条至第n条亮纹都没有贡献……；从缝顶部经过的光子可能吸收10万*1、10万*2、10万*3……10万*n个引力子，所以从该处经过的光子对第1条、第2条、第3条至第n条亮纹的形成都有贡献。这样形成的亮纹亮度依次为第一条>第二条>第三条>……>第n条。若缝变窄，则在离开缝中心向上的极小位移处，光子最多可能有20万个引力子，经过该处的光子对第1条、第2条亮纹的形成都有贡献，这样就减小了第1条、第2条亮纹亮度的差异。也就是说，缝越窄条纹亮度越向两边分散，缝越宽条纹亮度越向中央集中。当缝很宽时，条纹亮度几乎全部集中在中央区域，两边的光子数几乎为零。这就是我们看到的光的直线传播现象。由于光子并不是一种波，其偏离直线传播(衍射)现象是由引力子引起的，所以光的衍射现象与缝的宽度无关。物体在阳光下的阴影边缘常常较模糊，这说明光子在经过物体表面时受到引力作用而偏离了直线传播。理论上来说只要光子的运动方向和引力方向不在一条直线上，光子就会偏离原来的运动轨迹，并且引力场越强光子弯曲的程度也越大。星光在经过恒星以后通常会发生弯曲，有时我们甚至能够看到星体后面的其它星体发出的光。
三、论电子结构与原子光谱现象
1.电子发光
原子是如何发光的？要弄清这个问题首先必须明白光子是由原子的哪一部分发出的。我们知道，原子是由原子核和核外的电子组成的，原子核的结合能很大，不可能发出光子，所以光子只可能是电子发出的。在化学反应中伴随着电子的得失，常常有能量(光子)放出，光电效应、激光现象及其它一些实验也证明了光子是由电子发出的，所以可以肯定原子发光其实是电子发出光子。既然电子可以放出光子，那么光子必然是电子的组成部分，或者说电子有一定的内部结构，光子是其组成部分之一；由于光子不带电，说明电子内部电荷的分布是不均匀的，因为如果电子内部电荷是均匀分布的，则光子就应该带电。原子中原子核和电子之间的距离很小，它们之间的静电力很强，因为电子内部电荷分布不均匀，所以在原子核强大的静电力作用下电子内部电荷将重新分布，甚至可能发生裂变，这就为电子放出光子创造了条件。当电子裂变放出光子后，它的各个组成部分结合的更加紧密，在适当的时候可能吸收一个光子，这就为电子吸收光子储存能量创造了条件。而电子正是通过不停地吸收、放出光子来和外界交换能量的'。稍后我们将看到，原子正是通过电子不断吸收、放出光子来和外界完成能量交换的。一般来说，电子质量越大其内部各部分结合的越松散，在静电力作用下越容易发生裂变；电子质量越小其内部各部分结合的越紧密，在静电力作用下越不容易发生裂变。与原子核“幻数”相似，总有特定质量的电子的结合力相当大，比其它质量电子的结合力大许多，这些特定质量的电子往往对应于某些稳定的轨道。
有人认为物质发光是由于物质中的原子或分子受到扰动的结果，认为光子是由原子或分子发出的。其实这是一种错误的看法。我们知道，原子是由原子核和核外电子组成的，光子是一种物质实体，或者是由原子核发出的，或者是由电子发出的，除此以外再没有别的选择。说光子是由原子发出的，这是一种不确切的说法。
2.原子核和电子之间的磁力作用
两个相距一定距离的异种点电荷在静电力作用下必然会吸引在一起，因为静电力作用在两点电荷连线上。而原子核和电子不会吸引在一起。这就启示我们在原子核和电子中必然存在一种其它作用力。这个力就是原子核和电子之间的磁力。我们知道，在通以相同方向电流的两条平行导线间会产生磁力作用，在磁力作用下它们将彼此吸引，原子核和电子的相向运动正相当于通以相同方向电流的两条平行导线，在它们之间也将产生磁力作用。静电力的作用总是使电子获得指向原子核的向心速度，而原子核和电子之间的磁力则使电子获得切向速度，并且原子核和电子之间的相对速度越大，它们之间的磁力也越大。当原子核和电子之间彼此相对静止在一定远处时，在静电力和磁力的共同作用下，它们并不会吸引在一起。因为静电力使电子获得向心速度，磁力使电子获得切向速度，电子并不是沿着直线靠近原子核，而是沿着螺旋线靠近原子核。开始时螺旋线的半径为无穷大，电子作直线运动；一旦电子相对原子核的速度不为零，磁力开始起作用，电子的运动轨迹开始发生弯曲；当电子与原子核靠近到一定的距离时，电子和原子核之间的静电力恰好等于电子作圆周运动所需的向心力，此时电子处于平衡状态，螺旋线变成了圆。同样在电子离开原子核时也是沿着螺旋线运动的。在静电力作用下，电子总要尽量靠近原子核，在磁力作用下，电子有远离原子核的离心趋势，正是在这两种力作用下，电子处于稳定的平衡状态中。电子在原子核中处于稳定状态时，它的轨迹是圆。因为当电子的轨迹不是圆时，它总要受到磁力的作用，这个力使电子的切向速度增加、运动轨迹向圆靠近。而电子受磁力作用时它的运动轨迹就要发生变化，就不是稳定的，只有当电子的轨迹是圆时才不受磁力的作用，所以说电子在原子核中的稳定轨迹是圆。太阳系中的行星在太阳引力作用下，其运动轨迹可以是圆或椭圆，但在原子系统中，电子在原子核静电力作用下，其稳定轨迹只可能是圆而不可能是椭圆。
3.基态电子的稳定性
处于基态的电子为什么是稳定的？为什么不会被原子核吸收？人们通常认为：做加速运动的电荷会向外辐射能量.如果电子在原子核中做圆周运动，则它就有加速度，必然会不断地向外辐射电磁波，随着电子能量的减小它将沿着螺旋线落入原子核中，这样整个原子就是不稳定的，然而事实并非如此。于是人们推测电子在原子核中不可能做圆周运动。我们认为以上推断是错误的，电子的确在原子核中做圆周运动，其理由如下：第一，电子辐射电磁波并不是一个只出不进的过程。电子时刻不停地向外辐射能量，也在时刻不停地吸收光子，这是一个动态平衡过程。如果电子吸收的能量大于其辐射的能量则原子的温度升高，如果电子吸收的能量小于其辐射的能量则原子的温度降低，倘若没有外界能量输入，原子总会由于向外辐射能量而降低温度，只要物体的温度在绝对零度以上就会向外辐射电磁波。第二，电子在原子中的质量并非一成不变的。一般而言，电子离核越近质量越小，离核越远质量越大(这一点我们稍后证明)。第三，电子和原子核之间并非只有静电力作用，还存在磁力作用。正因为磁力作用的存在使电子在靠近原子核时切线速度不断增大，从而使其离心力逐渐增大，以致于可以与静电力抗衡维持电子在原子核中的稳定。
这里需要我们证明随着电子离核距离的减小，离心力的增加速度大于静电力的增加速度。设电子稳定时质量为M，速度为V，与原子核相距R，原子核电量为Q，此时静电力F正好等于电子作圆周运动的向心力，
离心力大于静电力，所以此时电子作离心运动，将回到距核R的轨道上。同样当电子受到远离原子核的扰动后，静电力F大于电子作圆周运动的向心力，电子将向原子核运动，最终要回到距核R的轨道上，这里不再证明。
另外我们认为，做加速运动的电荷会向外辐射电磁波这个提法不够确切，应该说做加速运动的自由电荷会向外辐射电磁波，而电子在原子核中做圆周运动时不会向外辐射电磁波。两者有什么区别呢？我们知道，在原子核和电子结合成原子的过程中要向外放出能量，即自由电子要在原子核静电力作用下裂变放出光子才能够成为原子中的电子，原子中的电子和自由电子是有区别的。自由电子的质量大于原子中的电子的质量，自由电子各部分结合得较为松散，受到外界扰动(有加速度)时会向外辐射电磁波；而原子中的电子质量小，各部分结合得较为紧密，受到外界扰动(有加速度)时未必会向外辐射电磁波，只有当外界扰动(加速度)足够大时才会裂变辐射电磁波，所以电子可以在原子中做圆周运动而并不向外辐射电磁波。
4.稳定轨道的形成
对于处于基态的电子来说，每秒会有许多光子与其作用。这些作用有指向原子核的，也有指向核外的。电子在吸收一个或几个光子以后质量增加，形成新的电子。我们先考虑指向核外的扰动。设电子在吸收一个或几个光子以后质量增加为M+Δm，与原子核相距R+Δr，我们知道，一定质量的电子总有与一条特定轨道与之对应，比如电子的质量为M时其轨道半径为R，那么当电子质量为M+Δm时就可能停留在半径为R+Δr的轨道。但这里我们少考虑了一个条件，那就是质量为M+Δm的电子的结合能。我们知道电子在每秒内会受到许多光子的扰动，假设质量为M+Δm的电子运行在半径为R+Δr的轨道上，若它受到一个指向原子核的扰动，离核距离变为R+Δr-r，此时原子核静电力对它的作用增强，若它的结合能小的话则电子立即裂变放出光子重新回到其原来的轨道R上；如果质量为M+Δm的电子内部的结合能非常小，以至于受到微小的扰动时立即裂变放出光子，那么它在半径为R+Δr的轨道上停留的时间也趋近于零，换句话说半径为R+Δr的轨道根本不存在；如果质量为M+Δm的电子内部的结合能非常大，以致于受到很大的扰动时它才裂变放出光子，那么电子就能够在半径为R+Δr的轨道上停留一段时间，这段时间就是原子的平均寿命。假设有一群电子处于同一激发态，由于每个电子受到的扰动情况不一样，有的电子受到的扰动大有的电子受到的扰动小，而只有电子受到足够大的扰动并运动到离核足够近的地方才会裂变放出光子，所以电子裂变回到基态的时间也不一样。处于同一激发态的原子的平均寿命和两个因素有关：一是电子的结合能，二是电子受到的扰动。电子内部的结合能与原子核“幻数”相似，只有特定质量的电子的结合能才是很大的，所以电子的轨道也是特定的、不连续的，其它质量的电子由于结合能很小，裂变时间极短，所以它们不可能稳定停留在原子中，也形成不了稳定轨道甚至根本就没有轨道。我们再来考虑指向原子核的扰动。设电子在吸收一个或几个光子以后质量增加为M+Δm，与原子核相距R-Δr，此时原子核对电子的静电力增强，电子立即裂变放出质量为Δm的光子，由前面的证明我们知道，此时电子的速度增大，离心力大于静电力，电子最终将停留在半径为R的稳定轨道上。也许有人会怀疑，这样看来电子可能存在的稳定轨道岂不是唯一的了？实际上由于电子在原子核外有几个不同的稳定质量，所以它也有几条稳定轨道，一定的质量总是与某一条特定轨道相对应。从这里我们可以看出，电子在原子核中的稳定轨道往往对应于电子结合能极大的质量，结合能小的质量由于在原子中不稳定因而不会形成稳定轨道。
5.电子结构与不同跃迁轨道
对于处于同一激发态的一群电子而言，设电子的质量为M+Δm，它们可能会有不同的跃迁轨道，放出的光子的能量(质量)也不同，但总是跃迁到离核近的电子放出的光子的能量(质量)大。电子从激发态回到基态的过程并不是先放出光子再回到基态，而是先回到比基态更近的地方放出光子然后才回到基态。当电子回到离核R-Δr处时，在静电力作用下电子裂变放出质量为Δm的光子，此时离心力大于静电力，电子将回到半径为R的稳定轨道上。那么电子为什么会有多条跃迁轨道呢？这说明处于同一激发态的电子内部结构(结合力)不同，有的结合力大，有的结合力小，结合力小的光子在离核较远的地方裂变，放出的光子能量也较小；结合力大的光子在离核较近的地方裂变，放出的光子能量也较大，电子的跃迁方式是由其内部结构决定的。同一质量的电子可能有多种裂变方式，再次向我们说明电子具有内部结构，在考虑原子光谱时一定要考虑电子的内部结构。处于激发态的电子在向基态跃迁时会发出光子；把原子的内层电子打掉以后外层电子会放出光子并向离核更近的轨道跃迁。这些现象启示我们：电子离核越近质量越小，电子离核越远质量越大。从这里也可以看出，电子质量越小其内部结合力越大。因为离核越近电子受到的静电力越大，而电子能够稳定存在说明其内部结合力越大。在同一个原子中，内层电子的质量小于外层电子的质量；同一个电子离核越近质量越小。
人们发射的人造卫星可以设定轨道，其轨道变化可以是连续的，但对原子核中的电子来说，其轨道变化则是不连续的。怎样理解这一点呢？让我们做一个假想实验。把两个带异种电荷的点电荷放置在一定远处，并且假定它们之间除了静电力以外不在受到其它力的作用，则最终它们将互相吸引在一起。无论怎样改变这两个电荷的质量、电量，结果都是相同的。这说明：用宏观电荷不可能模拟原子核和电子之间的作用力。说到这里，好事者马上就会解释，因为宏观电荷物质波的波长极短而电子物质波的波长较大，所以用宏观电荷不可能模拟原子核和电子之间的作用力。换一个角度来说，宏观物质和微观物质是有区别的，用宏观物质不能模拟微观物质。但区别究竟在哪里？一个是宏观物质而另一个是微观物质，这个解释近乎无聊了。还是让我们来仔细分析为什么用宏观电荷不可能模拟原子核和电子之间的作用力。我们知道，在静电力作用下，电子和原子核开始时相向运动，而后在磁力作用下沿着螺旋线相互靠近，正是由于原子核和电子之间的磁力使电子获得了绕原子核运动的切向加速度，并使整个原子处于稳定状态。那么，两个宏观点电荷之间的运动轨迹为什么是一条直线呢？这是因为宏观电荷的荷质比远远小于原子核和电子的荷质比，在静电力作用下宏观点电荷获得的最终速度也小得可怜，因此宏观点电荷之间因相对运动而产生的磁力也微乎其微，近似于零。所以宏观点电荷在静电力作用下表现为相向运动，其运动轨迹接近直线。从这里我们可以得出这样一个结论：虽然静电力作用在两个电荷的连心线上，但是仅在静电力作用下，电荷的运动轨迹不一定就是直线，两个电荷的荷质比越小，其运动轨迹越接近直线，反之则越接近曲线。那么，如果宏观点电荷的荷质比足够大甚至可以与原子核或电子相比时，是否可以用宏观点电荷模拟原子核和电子相之间的作用呢？也不能！如果宏观点电荷的荷质比足够大，甚至可以与原子核或电子相比，那么这样的两个异种电荷在静电力作用下会沿着螺旋线相互接近，最终会处于稳定状态，但由于宏观点电荷的质量不会发生变化，因此最多只能形成一条稳定轨道，而不可能象电子那样在原子核中有多条稳定轨道。
在多电子原子中，各电子间有什么主要区别呢？有人认为离核越近的电子能量越低，越不容易失去；离核越远电子能量越高越容易失去，但这还不是最主要的区别。多电子原子中各电子间最主要的区别在于它们的质量不同。离核越近的电子质量越小，离核越远的电子质量越大，同一个原子中没有两个质量相同的电子存在。在氢原子中也是电子离核越近质量越小，离核越远质量越大。
6.原子的吸收光谱和明线光谱
在原子的吸收光谱中，只有特定能量的光子才被电子吸收；在原子的明线光谱中，同样也只能发出特定能量的光子。于是人们认为电子只能吸收或发出特定能量的光子。我们知道，只要物体的温度在绝对零度以上，就会向外发射电磁波，物质的发射光谱是连续光谱。那么其它能量的光子是由哪一部分发出又是如何发出的呢？显然还是由电子发出的，因为原子核不可能发出光子。当我们用电子束轰击汞原子蒸汽时，可以发现当电子的能量为某些特定值时，汞原子强烈地吸收其能量；对于其它能量的电子汞原子只吸收其一部分能量。汞原子只吸收电子束的能量实际是汞原子中的电子吸收电子束的能量。可见，原子中的电子可以吸收各种能量(质量)，但对特定的能量(质量)吸收能力十分强。在原子的吸收光谱中，电子可以吸收各种能量的光子，只不过大部分光子被电子吸收后与电子的结合能并不大，受到微小的扰动后立即放出光子，由于该过程极短，所以当连续光通过原子蒸汽时，大部分光子被吸收后又很快放出，看起来似乎没有与原子作用，只有极少数具有特定能量的光子与电子的结合力极大，这类光子被吸收后要保持一段时间才可能放出，故吸收光谱会出现几条暗线。至于原子的明线光谱，与其说是明线光谱还不如说原子的发射光谱中有几条线特别亮。这是因为处于激发态的电子比别的能量状态的电子稳定，停留的时间较长，所以在一群原子中处于激发态的电子数目总比别的状态的电子数目多，因而它们发出的光也更亮一些。事实上原子的发射光谱不仅仅是明线光谱，明线光谱只是原子发射光谱中极个别的具有代表性的光子，原子几乎可以发出小于一定能量的任何光子。电子在原子中时刻不停地吸收各种能量的光子，由于电子与绝大部分光子的结合力都不大，所以电子也在时刻不停地放出各种能量的光子，因此物质的发射光谱往往是连续光谱。
许多人都认为原子只能吸收特定能量的光子，原子也只能放出几种特定能量的光子，因为他们看到原子的吸收光谱中仅有几条特定频率的暗线，而子的发射光谱也仅仅是几条特定频率的明线而已。其实这种看法是错误的。我们不妨这样分析，若原子只能吸收特定能量的光子，则只有特定能量的几种光子对物体具有明显的热效应，并且每种物质的敏感光子不同。实际上并非如此。我们知道，红外线具有显著的热效应，对任何物质都是如此。此外，物质的发射光谱是连续光谱，这也说明原子或分子的吸收（或发射）出的光子是广谱性的。为了充分理解这个问题，需要作进一步的说明。现代物理学指出：氢原子吸收的光子能量只能是13.6/n*n电子伏（这里n取自然数），也就是13.6、3.4、1.5……电子伏，并且认为对于10电子伏、3电子伏这样的其它能量的光子不会被电子吸收。我们认为：电子吸收的光子能量是连续的，对于10电子伏、3电子伏这样的其它能量的光子同样会被电子吸收，只不过电子吸收这些光子后，电子和光子的结合能不够大形不成稳定的轨道，所以电子又很快放出该光子，由于作用时间极短，以致于我们误认为电子没有吸收光子。换一个角度来考虑，当大量的原子吸收了能量连续的光子时，由于大部分电子与光子的结合力都不大，所以这些电子在极短的时间内（设为t）就会裂变放出光子，而能量为13.6、3.4、1.5……电子伏的光子与电子的结合力很大，所以电子裂变放出光子的时间也很长，如果这个时间是100t，则电子放出相应的光子也比其它光子亮100倍；如果这个时间是1000t，则电子放出相应的光子也比其它光子亮1000倍……，这样，在原子的明线光谱中自然就形成几条特殊的亮线了。由此我们得出一个结论：在原子的发射光谱中，任意一条谱线的亮度与处于相应激发态的原子的平均寿命成正比，原子的平均寿命越长，谱线的亮度越大；原子的平均寿命越短，线的亮度越小。当然这有个前提，那就是被原子吸收的连续光谱中各种能量的光子是平均分布的。
7.热现象的本质
由于电子时刻不停地受到光子的扰动，不断地吸收各种能量的光子，也不停地放出各种能量的光子，所以电子在原子核中并不是处于稳定状态，它的运动轨迹也不是正圆。一般来说，温度越高，电子受到的扰动越大，其运动轨迹偏离圆形的趋势越明显；温度越低，电子受到的扰动越小，电子的运动轨迹越接近圆(只有在绝对零度时，电子的运动轨迹才可能是正圆)。从这个意义上来说，原子模型可以看作是卢瑟福的行星模型和电子云模型的结合：温度越高，原子模型越接近行星模型；温度越低，原子模型越接近电子云模型(但在某一瞬间，电子在原子核中有确切的位置)。温度的高低反映了电子偏离稳定轨道程度的大小，单个原子(分子)也有温度。电子偏离圆形轨道的程度越大，表明该原子的温度越高，电子裂变后放出的能量也越大。所以温度升高时物体发出的电磁辐射向短波方向移动。对于温度一定的物体来说，它内部包含了大量的原子，这些原子中的电子由于受到的扰动大小不同，它们裂变放出光子的质量也不同，但大致满足正态分布，即发出的光子中能量特别大的和能量特别小的都是极少数。由前面的论述我们知道，电子在原子核中的能量大小并非定值：电子离核越远电势能越大，离核越近电势能越小。与宏观电荷一样，电子的电势能是其与原子核距离的函数，电子和原子核间的作用力服从库仑定律。温度越高，电子离核越远，电势能也越大，因而也越容易失去；温度越低，电子离核越近，电势能也越小，也越不容易失去。
什么是热现象呢？这似乎是不是问题的问题。人们通常认为：热现象是大量分子无规则运动的反映，温度越高分子的平均速率越大，温度越低分子的平均速率越小。果真如此吗？我们知道，太阳时刻不停地向外抛射高能粒子，这些粒子的速度接近光速，宇宙中其它恒星也在不停地向外抛射高能粒子，所以在宇宙空间任何地方，都有许多高能粒子正在做杂乱无章的运动，这些粒子的速度通常都接近光速或亚光速。这样看来宇宙空间的温度应该很高(至少比恒星内部高)，宇宙空间应该是很明亮的。但事实上，宇宙空间是漆黑的一团，温度只超过绝对零度一点。这说明粒子运动速度大未必温度就很高，物体的温度不是由组成它的原子(分子)的平均运动速度决定的。温度升高，原子(分子)的平均速度增大。但反过来，原子(分子)的平均速度增大并不意味着温度升高。我们知道，只要物体的温度在绝对零度以上就会向外辐射电磁波，而物质向外辐射电磁波的原因是电子受到扰动后在静电力作用下放出光子，并且光子受到的扰动越大放出的光子能量也越大，相应的物体的温度也越高。从这个意义上来说，原子是储存热量的最小单位，单个原子也有温度，因为它可以储存热能。但单个的带电粒子如质子、电子在不受外界任何扰动时，即便速度再大也不会向外界释放能量，因此它们都不能储存热能，因而也没有温度。应该看到，原子(分子)的高速运动所具有的能量仅仅是动能而不是热能，和宏观物体一样，速度大未必温度高。宏观物体的速度与其温度无关，原子(分子)也是如此。一个原子(分子)的速度比其它原子(分子)的速度大，只能说明它的动能大，储存的热能未必就多。热能仅储存于原子核和电子形成的原子体系中，两者中缺少任何一个都不能储存热能。在日常生活中我们用红外线(微波)加热而不用紫外线，紫外线的热效应远远小于红外线(微波)。这是因为红外线(微波)光子的质量小，和原子中电子的结合力大(包括内层电子)，而紫外线和原子中电子的结合力小(它几乎不与内层电子作用)，所以红外线往往容易被物体吸收，其热效应当然比紫外线强。
再进一步考虑，什么是热现象呢？热现象和温度之间有什么关系呢？我们认为：对一个物体而言，倘若它储存了热能它就有温度，并且它储存的热能越多它的温度就越高，反之则温度越低；倘若物体没有储存热能则它就没有温度或者说它的温度是绝对零度；倘若物体不能储存热能，则用温度来衡量该物体是没有意义的。我们知道，原子是储存热能的最基本单位，原子的热能实际上是储存在电子中的。单独的原子核、单独的电子都不能储存热能，所以单独的原子核、单独的电子都没有温度。同样的道理，光子也不能储存热能，它仅仅是热能的载体，因为单独的原子可以储存热能，所以单独的原子有温度，但由于单独的光子不能储存热能，所以单独的光子没有温度，不同能量的光子之间只有能量的差异而没有温度的差异，用温度来衡量光子是毫无意义的。倘若光子也有温度，则在太阳系中离太阳越近的空间温度就应该越高，离太阳越远的空间温度就应该越低，事实上完全不是这么回事。
8.电子的质量-结合能曲线表
氢原子和类氢原子电子都有相似的轨道，其光谱都可以用玻尔理论来描述，这说明电子质量“幻数”的确存在。那么，决定电子裂变的因素是否只有原子核呢？不是的！如果是的话，那么所有的元素都应该有相同或相似的光谱，然而事实并非如此。在多电子原子中，一个电子是否裂变取决于原子核和其它电子的共同作用。内层电子的存在，在一定程度上屏蔽了原子核对外层电子的作用，而外层电子的存在，也对内层电子的裂变有一定的影响。正因为如此，多电子原子光谱比氢原子和类氢原子光谱复杂的多。要想分析多电子原子光谱规律，首先必须弄清楚电子的质量--结合能曲线表。一般来说，电子质量越大结合能越小，电子质量越小结合能越大。但这条曲线并非平滑曲线，总有特定能量的电子的结合能非常大，比邻近质量的电子的结合能高出许多，我们把这些结合能非常大的点对应的质量程作电子质量“幻数”。电子质量“幻数”的存在，充分证明了电子内部电荷分布是不均匀的，电子有一定的内部结构。如果我们能够准确地绘出电子的质量--结合能曲线表，那么我们就在解决原子光谱问题上迈出了决定性的一步。同时，电子质量“幻数”的存在，也造成了元素周期律，在多电子原子中，电子总是按照一定的规律排布的，不同轨道上的电子的质量不同，内层电子的质量总是小于外层电子的质量，内层电子的结合能总是大于外层电子的结合能；处于基态时，各电子的质量总是对应于电子质量----结合能曲线上的极大点。我们坚信，如果人类绘出了电子质量----结合能曲线表，研究原子光谱问题就象小学生搭积木一样简单，对于元素周期律来说，根据电子质量----结合能曲线表，我们可以很容易地排出各电子的轨道。
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物理学形式美及教学研究论文
物质世界的客观存在是真与美的和谐统一，物理学家通常也是通过发现物质世界的美来证实事实、总结规律．然而，在实际的物理教学中，教师往往忽略了物理学科的形式美，只是一味的向学生灌输教材上的物理知识，从而导致学生因难以体会物理学中美的愉悦而将物理知识的学习当成是一项索然无味的学习任务．鉴此情况，本文以物理学中的形式美为切入点，并重点论述了如何将其渗透至实际的物理教学活动中，旨在为后续的高中物理教学工作提供参考依据．
一、结合历史，发掘人文美
近代物理发展至今，经过了一个漫长的发展过程，在这一过程中，无数热爱物理的科学家们穷尽自己一生的精力与才华不断地探知、论证全新的物理领域，而正是由于他们对于物理的执着追求，才真正造就了我们现在所清晰存在的世界．由此可见，物理学科浓重的人文精神不应被认知领域的物理定律而掩盖．在教师的教学过程中，有选择性地穿插一些物理学史，会让略显乏味的物理课堂鲜活起来，让学生能够充分领略物理学家们对于物质世界清晰认识的执着追求．教师在教授物理知识时，可以为学生讲述自由落体理论的发展过程，从而进一步帮助学生树立物理物理辨证观．例如，教师在教授“自由落体运动”一课时可以先为学生介绍自由落体运动定律的发展历史．落体理论最早是由古希腊物理学家亚里士多德提出，他认为物体从高空坠落的速度应与物体本省的重力势能成正比，而这一理论在当时也被冠以真理而沿用．直到16世纪，伽利略对这一观点提出了异议，并进而假定:如果将两个物体所受到的空气阻力忽略不计，那么这两个质量不同的物体将以同样的速度下落，并同时到达地面．为了论证这一观点，伽利略与众多拥护亚里士多德理论的学者共同来到比萨斜塔，将一个重100磅与一个重1磅的铁球同时从塔顶抛下，而试验的结果使得在场观看的.人们目瞪口呆，两个铁球出人意料地几乎是平行地一齐落到地上，这就是著名的“比萨斜塔试验”，也是推翻了沿用近两千年的落体运动重要事实依据．
二、认识规律，启蒙对称美
物理学科事实上就是一门解释物质存在、构成、运动及其转化规律的一门科学．对于接触物理较多的人群而言，他们对物理现象进行研究时，时常会沉浸在具有规律性变化特征的物理美学上．物理现象本身所具有的规律对称性而产生的艺术美通常被称为物理学的对称之美，而学生若想感受到这种美，就必须先对物理规律形成一个初步的认识．而在对科学规律的认识过程中，物质内部的对称性也能在一定程度上反映出物质的规律．所以，物理对称美的研究往往还能进一步推动物理科学的发展．在研究物理对称美这一科学发展史上，毕达哥拉斯是最早提出对称性这一物理审美标准，他认为，在所有的对称图形中，圆是最美的，圆点与圆周之间呈现出来的是绝对对称、绝对和谐的状态．而他这一理论也一直影响者后续物理科学的发展．因此，教师在学生的学习过程中，更应善于引导学生发现物理知识中所客观存在的对称美．例如，教师在教学“电荷的电场线分布”这一知识点时，教师就可以利用各种电荷的电场线之间的对称规律来为学生详细讲解点电荷、同种电荷以及异种电荷之间的电场线分布情况．如此一来，原本枯燥乏味的理论现象就会转化为学生感受物理对称美的真实体验．同时，磁体中磁感线的分布规律与平面镜的成像规律相似的物质空间对称性的特点也应该被教师深切融入至实际物理课程的内容讲解中，帮助学生将原本抽象的物理知识转化为形象的图像记忆．
三、概括经验，透视简洁美
从本质上说，物理的简洁美主要是来自于自然界的基本发展规律，而对于自然界本身所具有的规律特性又具有相对简洁的美感．物理学科的简单性也只要是以简洁美的主要形式体现，物理科学家们正是通过将复杂的事物进行一一分解，并根据以往对于自然界规律探索的经验而总结出崭新的物理理想模型，最后再借助这些构想出来的模型去形象的理解客观存在的物质世界．爱因斯坦认为，物理工作就是要先尽可能的从假说或设想出发，并将所有设想运用逻辑思维进行论证，最后再根据以存在的经验事实，概括总结出更为简洁的物质物理特性．例如，宇宙间所存在的作用力可以大致分为如下三种:强作用力、弱电作用力以及万有引力，牛顿运动定律将宏观低速条件下的各种机械运动规律归结为一个简单有序的集合;麦克斯韦方程组的提出则将复杂的电磁规律以简洁的形式加以概括;量子力学理论则更是将抽象、微观的例子运动以更加清晰、明了的形式出现在人们面前．在教师的实际教学过程中，对于物理科学的整体简洁美决不可一掠带过，这是由于物理的简洁美不仅是建立在众多物理科学的探究经验之上，更是因为当学生对物理的简洁美的理解能更为深刻时，学生对于物理理论概念与相关物理规律的掌握就会变得更加便捷．例如，“温度是决定一系统是否与其它系统处于热平衡的物理量”、“力是一物体对另一物体的作用，它使受力物体改变运动状态”，这些物理概念以准确、简洁、的语言表达了物理科学的本质．此外，物理规律的表达也是在科学、准确的基础上力求达到简洁的美化目的，如开普勒在哥白尼的天文体系的基础上以“恒量=R3/T2”这一简明形式总结出了众星绕日的运动规律，从而使得繁星浩瀚的太空图景清晰地呈现在人们眼前．
四、客观辨证，展现理性美
物理科学世界是千姿百态的，但作为物理科学论证的强大支撑，对物理科学的客观辨证看待与理性认识才是物理知识学习的根本所在．与其他学科相比，物理学科更重视以实验来论证并检验观点，同时，在进行论证实验时，物理所展现出来的理性美更是物理世界科学性与和谐性的真实体现．作为客观事物存在并反映出的物质世界科学，物理学理论更多的是强调各种事物中所客观存在的差异与矛盾统一，而要找出这种差异与矛盾，所依靠的恰恰是物理的理性之美．因此，在进行理论知识的教学基础上，组织学生投身于物理科学实验是高中阶段物理知识系统结构的重要组成部分．而只有学生在试验中达到对物理知识的理性认识，才进一步将物理学中的形式美渗透到物理教学过程中．例如，在教授学生“曲线运动”这一课程时，教师可以先让学生自己运用控制变量法:将大小不同的球从不同的高度向下抛，分别记录小球不同的水平平移距离，观察其试验结果的不同变化，并指导学生分析小球的下落时间与水平位移距离及下落高度之间的关系．在帮助学生确立了与试验结果有关的试验因素变化后，再指导学生将“S=vt，h=gt2/2”这两个公式应用于试验设计，当得出试验结果后，在运用反推法以试验结果论证相关的试验条件．这样一来，物理知识点的应用就会在学生的实验过程中直接被进一步强化，而物理科学的理性美也能展现得淋漓尽致．物理科学是一门集人文美、形式美与对称美于一体的课程，在物理课程的教学过程中，教师对于物理知识的讲解不能停留在表面的认知领域，而应该将其本身所具有的形式美渗透至学生的学习过程中，尽可能给学生带来美的感受，充分发挥物理科学的独特魅力．总而言之，在物理教学中以美启真，陶冶学生的思想情操，激发学生的创造性思维，达到提升其物理综合能力的目的．
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【摘要】：开创时期的微电子或半导体只是物理学的一个分支，换句话说，微电子学的基础是近代固体物理。在高速度的发展进程中，微电子不断的推进了物理学的进展。由此，在此过程中，技术科学和基础科学相互结合，紧密相连，形成了具有现代化特色的“时代感”。在进一步拓展的过程中，微电子研究和物理学，正在酝酿着一次新的革命，并在物理学研究的背景下理解微电子的发展动向。并且晶体管、集成电路、MOS 器件、微处理器等成为了里程碑里重要的研究和发明，为物理学的研究提供了崭新的技术基础。微电子学也正在向着材料、工艺和物理基础等方面迎接新的挑战，呈现多维发展的趋势。
1.探索微电子技术在新时代的发展基础
随着科技的不断进步，信息和材料、能源成为了“新时代”的重要资源。信息是客观事物的状态及其运动特征的普遍形式，在一定基础上具有一定的形态。包含了信息采集、处理、传输、存储、执行、显示等过程中。在数字化和网络化特征的渗透下，改变了人们的生产和生活方式。例如：计算机的诞生，第一台计算机ENIAC 问世，占地面积就150平方米，不仅价格昂贵，运行速度缓慢，纯储量较低。这样的计算机怎么才能进入实际的生活和工作？这些正是在微电子技术的推动下，才有了今天的此种成就。
微电子学也是卫星电子学，是脱离了电子学和固体物理学的一种交叉性学科。主要研究的领域是固体材料上构建的微小型电子电路和子系统及系统的学科。不仅面临着来自于技术、材料和基础理论等限制的挑战，还期待着对新材质的又一次飞跃。微电子技术是在应用社会需求的推动下，按照摩尔定律，进行实现创新和发展。总结集成电路的出现，对未来的.发展道路有了一个总体性的定位，即集成电路的集成度。目前的形势下充分体现了微电子技术在整个信息社会发展的过程中起到了重要的推动作用。利用集成电路获取信息、传递、处理、存储、交换等功能，在如此强大的功能下，却处于了成本低、高可靠性、大批量生产、耗能低、体积小的特点。正因为这些特点，让微电子技术涉及到了现代化农业和国防、科学技术上去。由此可见，微电机学是物理学发展和突破的基础，两者之间存在这紧密的联系，在微电子基础促进物理学研究的同时，物理学也为其發展提供了广阔的发展空间。
2.基于物理学领域下的微电子诞生和突破
以半导体晶体管为基础的微电子学，是微观物理世界的重要发现。20世纪30 年代，量子力学代表着物理学的完善及其成熟，也为晶体管的出现奠定了基础。1924 年衍射实验证实了电子的波动性概念。四年后又出了电子的费米-狄拉
克统计理论。接着又是三年，提出了固态半导体的量子力学理论。1939 年第一次提出了空间电荷区理论；1947 年具有放大和功率增益性能的点接触二极管诞生了；1948年，肖克莱完成了晶体管的三个基本概念，次年发表论文。并于1950和1952年制得了锗 、硅单晶，接着是合金法制成了锗，扩散型基区台式晶体管。指导1956年微电子学的诞生。由此可见，晶体管的发明是在社会需求的作用下产生的。
3.微电子技术和物理学进展的相互融合
集成电路是将晶体管等元件进行科学集成，并于1952得到了提出。是爱宝电子管和电阻、电容等元件焊装在一起，构建具有一定功能的电路系统。就像以上所提到的世界上第一台计算机ENIAC，就是利用这个电路系统，不断连线和焊接点增加，在复杂的设备线路下，形成了庞大的系统。“集成”的出现，让人类的生活和生产步入了小型化的世界里。在以往无法解决的问题中，现在采用全半导体连接的方式为全半导体化提供了新方法。Kilby 完成了集成电路的创新思维过程，利用分离硅元件和生长结晶体管等搭成一个全半导体化的实验装。实现了可行性，也是第一个集成电路的诞生。集成电路是一个技术的创新，也是在物理分析的过程中实现技术创新的。Kilby也因此获得了诺贝尔物理学奖。此外，平面技术是推进集成电路产业化的关键性技术，实现了氧化、扩散等技术。Fuller及其同事，在气相到固态杂质扩散中，为形成 p-n 结技术做了系统的基础工作，并进一步，对二氧化硅特性进行了深入而系统的研究。在平面工艺中，光刻技术是一种精密的表面加工技术。1957年，DOF 实验室首次提出了半导体工艺技术，实现了精细晶体管和集成电路图形结构，有机的将光刻技术和二氧化硅氧化掩蔽融合起来。让集成电路中主流光刻技术成为了超深亚微米量级重要应用。
其中，金属→氧化物→半导体场效应晶体管器件的出现，是微电子技术的另外一个里程碑。并在此基础上，提出了场效应晶体管的理论。目前，半导体工业发展中 ，95%以上的集成电路产品都是采用 CMOS 结构进行拓展的。1971年第一台微处理器诞生以后，就一直集中在大、中、小型机中被应用，主要运用于军事和航空、航天、天气预报 、科学计算等方面，直到微机在全世界的占有率已经高达3.7 %。由此带动了智能化的发展，同时也为物理学及其实验技术提供了新的发展。接着计算机辅助设计（CAD），对器件和电路、工艺等领域进行深化的发展，把量子隧穿效应应用到半导体存储器领域。20 世纪 80 年代，随着新材料和新物理效应的出现，高性能铁电材料如 PZT 和 SBT呈现到了大家的面前，微电子技术也进入了第二发展期。紧接着铜互连技术的发明，在微电子技术中，起到了承上启下的重要性作用，解决了铜污染的问题。微电子技术对物理学研究工作，不仅起到了推动性作用，还让物理学的研究呈现了更为广阔的空间。
4.微电子技术发展的物理限制和相互作用
从基本物理规律的限制上看，不管是计算机还是集成电路，都是采用器件结构和工作原理，实现了信息处理的过程。其中还存在着不少物理性限制，包括电磁学和热力学等，并呈现了微电子技术的物理极限状态。从材料方面的限制看，如硅衬底材料 、二氧化硅绝缘材料等无法满足新时代的需求。目前SOI，Ge-Si ， Ⅲ-Ⅴ族等实现了新材料在微电子技术当中的主要应用。从技术方面的限制看，像光学光刻工艺这样的工艺技术已经成为了物理技术的极限，EUV 光刻 和纳米印制光刻技术等为新一代的光刻艺术提供了应用基础。从器件方面的限制看，MOS 器件开关已经过时，采用新的器件结构和工作原理成为了势在必行的责任和义务。从系统方面的限制看，微电子学的理论基础属于典型物理理论的范畴。随着器件尺寸的进一步缩小到纳米尺度同时，微电子技术的发展呈现出多维发展的模式。例如：微电子技术与机械学光学结合的微机电系统（MEMS），
总结：随着科技的不断进步，微电子技术经历了重要的三个发展阶段，并在每一个阶段都体现了突出性特征，并在此基础上，从单一的发展向着多元化的发展趋势进行转变，同时与物理学基础相辅相成，为以后的进一步拓展提供了良好的基础。
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物理学方法论对高中物理概念的应用论文
摘要：基于物理学方法论中概念建立、形成的思想与方法，审视、思索当前高中物理概念教学：（1）高中物理概念教学应有两种教学思路，全面体现概念建立、形成的思想与方法；（2）当前高中物理概念教学局限于体现牛顿的科学发现方法论的思想与方法；（3）应创新高中物理概念教学，致力于体现爱因斯坦的科学概念方法论的思想与方法。
关键词：物理学方法论；思想与方法；概念教学；思索
如果把物理学比作一座大厦，物理概念则是这座大厦的基石。物理概念教学是高中物理教学的基础。教学中，不仅应让学生理解每个概念的物理意义及其在理论、实际生活中的应用，更重要的是让学生感悟物理学家从实在世界走向物理世界过程中建立物理概念的科学思想与方法，从中获取和提高科学探究的能力。从以牛顿为代表的科学发现方法论到以爱因斯坦为代表的科学概念方法论，物理概念的建立和形成的思想方法有着明显的区别。当前高中物理概念教学是否较为全面地向学生展现了科学家们建立、形成概念的科学方法，是否让学生较为全面地获取了科学探宄的思想与方法，我们有必要基于两种物理学方法论理论，对当前高中物理概念教学进行审视与思索。
1．物理学方法论中的概念建立、形成的思想方法分析
物理学方法论是自然科学方法论的重要组成部分，它是以唯物辩证法为指导对物理学的研宄方法进行研宄的学科理论，主要探讨用什么方法去研宄物理现象、怎样描述物理现象、如何探讨并总结归纳物理规律等［1］。随着物理学的发展，探宄物理世界的方法论经历了以牛顿为代表的科学发现方法论和以爱因斯坦为代表的科学概念方法论两个阶段。
1．1牛顿的科学发现方法论
“自然哲学的目的在于发现自然界的结构和作用，并尽可能把它们归结为一些普遍的法则和一般的定律――用观察和实验来建立这些法则，从而导出事物的原因和结果［2］。’’牛顿把发现问题的认识过程划分为分析和综合两个过程。“分析过程”就是通过对大量现象的观察和大量的实验，归纳找出诸多现象和实验的共同特征，建立概念、得到普遍结论和一般定律。“综合过程”是建立理论和验证理论的过程，它包括两个方面：一是根据己发现的一般定律，运用公理和数学演绎建立数学化的理论；二是对所建立的理论及推论进行实践检验，由此证实理论的真理性［2］。概而言之，牛顿的科学发现方法论是从大量的现象和实验出发，归纳出它们的共同特征、普遍结论，并寻找这些特征、结论之间的联系，用数学方法建立数学化理论，通过实践检验这些理论的真理性。
1．2爱因斯坦的科学概念方法论
从“光量子”概念出发，爱因斯坦成功地揭示了光电效应的规律并创立了“光量子”理论；由对“时间”概念的批判性认识，爱因斯坦在崭新的时空观上建立了狭义相对论；通过对“引力’’概念的独创性的认识，爱因斯坦提出了广义相对论。爱因斯坦对物理世界独创性的探究和认识是在概念的运动中发展起来的P］。他开创了以概念为工具的科学概念方法论。科学概念方法论包括“概念的形成”与“概念的推演”两个过程。对于概念的形成，爱因斯坦提出，物理学的基本概念和假设可以用逻辑方法从经验中推导出来，但这不是唯一的方法；基本概念和假设的提出，可以是人类思想的自由发明；数学不只是演绎推理的工具，也是创造和表达基本概念的工具，人类可以用纯粹数学的构造来发现概念［3］。“理论物理学的完整体系是由概念、被认为对这些概念是有效的基本定律，以及用逻辑推理得到的结论这三者所构成的。这些结论必须与我们的各个单独的经验相符合；在任何理论著作中，导出这些结论的逻辑演绎几乎占据了全部篇幅”［2］。“概念的推演”过程就是以概念为基点，运用有效的基本定律，通过逻辑推理得到一般的结论，再把“概念或结论同物理事件（实验）是否有清晰的和单一而无歧义的联系”［4］作为唯一的评判标准，演绎论证概念或结论的真理性，从而决定概念或结论的“生存权”。相对于牛顿的科学发现方法论的注重以经验现象为基点的归纳推理，爱因斯坦的科学概念方法论则强调概念的“自由发明”、概念的推演以及概念或结论同物理事件（实验）的清晰的和单一而无歧义的联系，这是两种物理方法论之区别，也是人类探宄自然和宇宙的科学方法论的一次全新的转变。
1．3两种物理学方法论中的概念建立、形成的思想与方法
物理概念是反映物理现象、物理过程本质属性的一种抽象［3］。在科学发现方法论中，牛顿强调归纳法物理概念是对大量现象和实验中的事物或过程的共同本质属性的逻辑归纳。人们通过观察大量的现象、实验得到感性认识，再应用逻辑归纳发现事物或过程的共同特征、本质属性从而形成概念。牛顿的科学发现方法论是在经验中发现概念，概念的形成过程就是经验、现象共同本质的发现过程。爱因斯坦在《论理论物理的方法》（1933）中写道：“牛顿，这第一位关于理论物理的包罗而可行系统的创造者，还相信他系统里的观念与诸律可以从经验导来。．．．此体系所获致巨大而实际的成功，让他以及十八、九世纪的物理学家们反而昧于其根基的虚构性质。．．．理论物理的公设基础不能从经验抽绎得来，必须是心的发明，．．．。”他认为用逻辑方法从经验中推导出物理学的基本概念并不是概念形成的唯一方法，并且认为牛顿以及在他的影响下的大多数科学家和哲学家在科学方法论上的重大缺陷就在于错误地认为基本概念是从经验中归纳（或“通过推导”、“进行逻辑推理”）得到的［2］。在科学概念方法论中，概ir不是从感觉和归纳得到的，而是思维的自由创造，直觉、顿悟在概念的形成中起着主要的作用。爱因斯坦还提出“迄今为止，我们的经验已经使我们有理由相信，自然界是可以想象到的最简单的数学观念的实际体现。我坚信，我们能够用纯粹数学的构造来发现概念以及把这些概念联系起来的定律，这些概念和定律是理解自然现象的钥匙。”［4］他把数学这种纯粹的思维也从演绎推理的工具转变为创造和表达基本概念的工具，成为建立和形成概念的一个重要手段。由以上分析可知，在牛顿的科学发现方法论中是先有经验、现象，而后才有概念，强调的是从经验、现象中归纳发现概念，是由经验、现象而及概念；在爱因斯坦的科学概念方法论中概念的形成虽依据于经验、现象，但更强调于思维的自由创造，是先有概念的创造，而后有概念的推演以及追究概念或结论同物理事件（经验、现象、实验）的清晰的和单一而无歧义的联系。科学概念方法论是由概念而及经验、现象的。可以说，对于经验、现象在概念形成中的作用和地位，两种物理方法论有着截然相反的逻辑顺序。
2．对当前高中物理概念教学的思索
2．1高中物理概念教学应有两种教学思路，全面体现概念建立、形成的思想与方法
两种物理方法论中，概念的建立、形成有着不同的思想与方法。全面落实“过程与方法”的.教学目标，高中物理概念教学就应该让学生体验、感悟概念建立形成的两种不同的思想与方法。以物理学方法论理论为指导，当前高中物理概念教学应有两种教学思路。（1）由经验、现象而及概念的教学思路。即从经验、现象出发，提出问题，探宄归纳出问题的共同特征、解决方法，从而建立、形成概念。这种教学思路能让学生从中获取科学发现方法论的概念建立、形成的思想与方法；（2）由概念而及经验、现象的教学思路。即先通过创造思维建立概念，再追宄概念同物理事件（经验、现象、实验）的清晰的和单一而无歧义的联系。这种教学思路能让学生从中获取科学概念方法论的概念建立、形成的思想与方法。
2．2当前高中物理概念教学较为局限于体现牛顿的科学发现方法论的思想与方法
当前高中物理概念教学强调“过程与方法”的教学目标，但较为局限于体现科学发现方法论的思想与方法。（1）教学内容编排思路较为局限于体现科学发现方法论中概念建立的思想方法以人教版物理必修教材为例，教材中概念教学的内容编排大都是首先向学生展现生活中常见的经验、实例、现象和实验，再引导学生抓住经验、实例、现象和实验的共同特征提出问题，探宄形成概念，然后编排概念在生活中的应用。这种对概念知识的编排方式正是科学发现方法论中概念建立的思想方法的体现。（2）教学设计思路大都以科学发现方法论中概念建立的思想方法为指导原则例：常见的“加速度”概念的教学设计一般包括三个环节：①生活实例引入，提出问题如视频播放火车、轿车、飞机的启动过程，让学生递进感受运动物体有速度，运动物体速度有变化，运动物体的速度变化有快有慢，从而自然地引入描述运动物体的速度变化快慢的必要性并提出问题：如何描述运动物体的速度变化快慢？②探究、揭示加速度的概念及其物理意义有的设计依据生活实例引导学生探究比较速度变化快慢的三种方式，即时间相同，比较速度的变化；速度变化相同，比较时间；时间、速度变化均不同，比较速度变化与时间的比值；有的设计通过学生的实验测定，作出速度――时间图像，再讨论表示物体速度变化快慢的方法。通过探宄，最后都归纳出可以用“速度变化与时间的比值”表示速度变化的快慢，从而揭示加速度的概念及其物理意义③讲解对加速度的理解及其在生活中的应用教师在设计概念教学时，正如以上“加速度”的教学设计一样，并不直接揭示概念，而是从生活中的经验、实例、现象和实验出发，提出问题，探宄归纳出问题的共同特征或解决方法，从而建立概念，这种教学设计思路体现了科学发现方法论中概念建立的思想方法，是一种由经验、现象而及概念的以科学发现方法论概念建立的思想方法为指导原则的教学思路。
2．3创新高中物理概念教学，致力体现爱因斯坦的科学概念方法论的思想与方法
例：“加速度’’概念的教学设计①类比创建加速度概念例举1：做直线运动的小车从位置；位置运动到ZB位置，所用时间为△／；提问：在此例中，可以确定哪些反映小车运动的物理量？例举2：做直线运动的小车从速度6变化到速度朽，所用时间为Ah提问：在此例中，可以构建哪些反映小车运动的物理量？引导学生从位置的变化（位移）构建速度的变化从速度F＝AX／A／，构建速度的变化与时间的比值，即Af7A（，创建一个新的物理量（此时并不给出加速度名称）。②回归生活，追究AF／A？与经验的联系，给以物理量名称――＊‘加速度”在视频展示1中，呈现火车、小车、飞机的启动过程，并提供数据，让学生计算三种交通工具在启动过程的AF／Af，并提问：三种交通工具启动时的区别，AF／Af能否描述此区别？引导学生得出P7A？是一个与物体速度变化快慢有着密切关联的量，AF／Af可以表示物体速度变化的快慢；在视频展示2中，呈现火车、小车、飞机的制动过程，并提供数据，让学生计算三种交通工具在制动过程的AF／Af，引导学生得出AK／Af不仅可以表示物体速度变化的快慢，还可以表示速度变化的方向，并给出Ar／Af的物理量名称“加速度”。③简介汽车的加速性能及其加速性能的测试，进一步追宄加速度与经验的联系在以上教学设计中，教师虽然列举了与常见的教学相同的事例，但创新了教学思路。教学中，教师先引导学生创建加速度，再追究加速度与现实生活经验的联系，由概念而及经验，体现的是科学概念方法论的概念建立和形成的思想方法。爱因斯坦的科学概念方法论是人类探宄自然和宇宙过程中的科学方法论的一次全新的转变。正是有了这次全新的转变，二十世纪的物理学才出现了革命性的飞跃，人类对自然与宇宙的认识才向前跨进了一步。在科学概念方法论中，概念的提出需要思维的自由创造，具有一定的难度，但作为教学工作者，我们不能因此而疏远这种方法论，我们应创新当前的物理概念教学，致力体现科学概念方法论的思想方法，让学生感悟、体验、学习这种全新的思想方法，为学生未来的发展打好基础。
参考文献：
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