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牛顿 爱因斯坦的肩膀
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唉呀妈呀，一群苦逼娃，加上我一个，俺也是高一四班的……
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高中物理教学中引入物理学史初探刘志男 高中物理课程标准中明确提出,高中物理教学旨在进一步提高学生的科学素养,从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个方面培养学生,使学生通过高中物理的学习逐步养成科学方法、科学态度、科学思维习惯、科学世界观,引导学生认识科学和技术的差别、科学技术对社会的影响、技术对环境的影响,强调认识和领悟科学的本质、科学与人文的关系,培养学生的社会责任感等。 物理学史集中体现了人类探索和逐步认识物理世界的现象、特性、规律和本质的历程。任何一个具体的物理知识和理论体系都是汇集许多人的研究成果而建立起来的,常常是几十年、甚至上百年的努力才能迈出有意义的一步,它包含着认识论和方####的因素,包含着探索者的艰辛与悲欢,又体现着认识过程中理论与实践、继承与突破、理性与非理性的辨证统一,因而也包含着丰富的“教书育人”的教育因素,因此,在高中物理教学中引入物理学史教育具有非常重要的意义。 一、有助于培养良好的物理学习品质 英国哲学家培根在四百多年前提出了一句“知识就是力量”的名言,近代自然科学已经一步步向世人显示了这句名言的真理性。这位哲人还提出一句关于知识的名言:“读史使人明智。”只有当学生对学习的知识有了兴趣,才能表现出学习的自觉性、主动性,才能在学习中发扬开拓和探索精神,以顽强毅力去克服学习中遇到的困难。 这就要求我们在教学中,不仅要把日常生活、生产劳动中发生的现象、问题与教材紧密联系起来,使学生认识到学习的现实意义。还须把历史引入教学中。把科学理论的建立,科学发现的过程,科技发明对人类社会发展的贡献用生动事例展示给学生。并通过了解物理学家的生平、各学派间的争端以及尚未解开的物理课题来激发学生学习物理的兴趣,让学生从中学习到物理学家严谨的科学态度和科学的思维方法,不断提高自身科学素质、养成良好的学习习惯,变被动学习为主动获取知识。例如,牛顿是举世公认的伟大科学家,在高一一开始以专题讲座的形式,介绍牛顿的生平及其科学研究历程,从而消除了科学研究的神秘感,拉近了科学家与学生的距离,激励他们把对科学家的崇拜转化为刻苦学习的动力。 因此,物理学史能告诉学生物理学思想的逻辑行程和历史行程,让学生理解物理学的本身。只有了解了物理学家探索物理世界所具有的科学思想、科学品质和科学精神,并像他们那样去对待自己的工作、生活、科研,形成科学的情感、态度和价值观,才算真正懂得了物理学知识。 同时,通过对物理学史的回顾,使学生消除对已有物理知识来源的神秘感,了解科学技术发展的过程,懂得任何一个定律的发现和理论的建立既与社会生产力密切相关也受到物理学发展内在规律的制约,任何一部分物理知识的获得都离不开实验,可靠的、精确的、可重复的实验是物理学中决定一切的基础。因此,了解物理学史可提高人们进行科学创造的自信心和自觉性,这对于培养学生实事求是的科学态度和创造力有着十分重要的意义。同时,物理学史中有许多科学家为真理献身的动人事迹,如伽利略为宣传哥白尼的日心说而被教会终身监禁,利赫曼为引雷电而捐躯,居里夫人为研制放射性而作出了巨大的牺牲,法拉第舍弃荣华富贵,几次拒绝接受封爵而甘“平民法拉第”,亚里士多德富有批判和怀疑精神等。这些科学家不畏艰险,不惜生命,不慕利禄,不怕权威,追求真理的高尚品质,有利于培养学生实事求是的科学态度、献身科学的探索精神,为以后的学习和研究打下良好的基础。 二、有助于对物理知识的理解和把握 根据教材编排特点,分单元讲解、分析发展史不仅有助于学生了解各概念、定理、定律的来龙去脉和科学知识的运动过程,而且有助于学生按规有的形式和体系来理解和把握物理知识,从而逐步掌握正确的科学思维方法。 例如关于惯性概念,调查发现有些学生虽然能将其定义倒背如流,但仍不能掌握它,用它来分析解释生活中有关惯性的现象和问题。倘若我们从这一概念产生的历史出发,从亚里士多德的“强迫运动定律”、到伽利略的“理想斜面实验”,再到笛卡儿的“惯性原理”、最后到牛顿的“第一运动定律”,在回顾惯性概念的形成过程中,使学生头脑中的观念不知不觉地发生改变,从而纠正原有思维中的错误。这比直接从现象和概念出发不但要生动得多,而且印象也深刻的多。 三、有助于弥补传统物理教学的人文缺陷 我国是世界四大文明古国之一,在物理学的理论和实践有着辉煌的成就。例如,在理论著作方面,《墨经》中对力学、光学的论述;《天工开物》中关于简单机械的记述;《梦溪笔谈》对磁角的论述,《论衡》中关于简单电现象的记述《考工记》中关于工程技术,声音传播的记载等在当时都是遥遥领先于世界各国,就是在今天仍有参考价值。在实用技术方法,更是举不胜举。指南针、地球仪、浑天仪、船闸、石拱桥、火箭等,都是我国最早发明的。教学中结合教材内容,介绍我国在物理学方面对世界的杰出贡献,可以使学生了解祖国古代灿烂文化,激发他们的民族自尊心和自豪感。 物理学发展的历史表明:物理学的发展与人类哲学理论的发展有着极为特殊的密切关系,中学物理教学内容中,概念、定理、定律充满了辩证唯物主义内容。在教学中,有意识地用辩证唯物主义观点去分析物理学发展历史,阐明概念、规律。结合物理学特点,进行物质第一性、物质的运动性和对立统一、量变与质变、否定之否定规律的教育,可以使学生从中领会其中所包含的辩证唯物主义观点。例如介绍爱因斯坦的相对论时,我们就可以把“新生事物不可战胜”这一哲学观点渗透进去,讲到万有引力定律时可将“物质是普遍联系的”这一哲学观点渗透进去。
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现代科学技术的发展，为教育提供了越来越多的应用性成果，给教学工作带来了极其深刻的变化，现代教学手段的发展和应用为中学物理教学手段充实了新的内容，带来了新的教学模式。为提高中学物理教学质量，培养新型的人才，中学物理教学手段必须在传统教学手段的基础上，结合现代化教学手段，使传统的教学手段和现代化教学手段得到有机的结合，以取得优化教学和目的。现代化教学设备的原理和结构各不相同，所记录、存贮、传递和再现的信息内容也是多种多样，然而它们都有一个共同的特点就是能使师生的感官得到延伸，能将课堂教学空间扩大，使在课堂上传递的知识信息更加丰富、生动。在物理教学中常应用的各类现代化教学设备及其特性如下：一、光学投影设备在物理教学的应用教学中常用的光学投影设备主要有幻灯机，投影仪。利用光学投影设备其最大的特点就是幻灯软件和投影片都有可以自己制作（其中包括老师和学生的制作），它能够胜任许多板书、板画难于胜任的任务，而且投影软件可以长期保存，重复使用，用它来揭示一些复杂的图像、历史资料和其他物理真实现象的图片是很优越的，在制作软件时如果加上一些特技的手段可以使图产生形变化，产生动态感，可更好地引导学生观察、提高学生的学习兴趣。例如、在第一次引导学生认识天平的时候，由于演示示范用的天平太小，而且天平的结构也比较复杂，教师难于引导学生观察和讲清它的构造，这时，可以利用天平的复合投影片来辅助教学，从天平的底座开始，一步一步的复合，边复合边讲解，这样能较好地突出观察重点，调动学生的有意注意和无意注意，并能使学生了解天平各部份的联系。用这样的方法引导学生对照实物观察，就可能弥补实物不易观察清楚的缺陷。又如，利用可动式投影片对学生进行仪表的读数的训练，能提高课堂教学的效果，如图所示，在基底片上画出电压表的表面刻度盘和双量程接线柱，在动片上画上电压表的指针，用子母扣扣在指针转轴处，将动静片铆合起来，用带色的小圆圈放在相应的一对接线柱上，转动动片使指针指在一定的位置，即可训练学生读数。利用光学投影仪还可以辅助演示实验的教学。有的实验器材由于受尺寸限制，在实验的时候现象不是很明显，可见性差，实验效果不佳。此时利用投影设备把它投影出来，就把不易观察到的实验现象成功地投影出来，提高实验效果。例如进行磁力线的观察、电流表、电压表的读数等。这样通过投影设备的放大作用，提高了实验的效果。二、音像媒体在物理教学中的应用物理课堂教学中的音像媒体有电视、录音和录像等，其中录像教学手段使用得更加广泛，效果更好，这是因为录像媒体既有像电影一样的声音、色彩和效果，而且价格比较低，使用和制作方便，一般教师都能独立操作完成的特点。因此，在还没有普及多媒体电脑教学的条件下，使用录像媒体已成为优化中学物理课堂教学的一种重要手段。(1)强化教学信息。录像教材所提供的教学信息既有声音、有图像、色彩丰富、形象生动的特点。在课堂教学中穿插录像片断，无疑可以增加学生的兴趣，令学生观后印象深刻，便于记忆。如在讲述“天体运动”内容时，我结合实际情况，事先火箭发射的卫星工作的过程，在课上放给学生看，并启发学生一起分析，激发了学生的兴趣，从而培养了学生主动寻找并观察周围物理现象的良好习惯。（2）创设教学情境。如在高中物理上讲“滑动变阻器”时，我事为学生播放一段在晚会上或一些舞会上的录像情况，让学生在轻松愉快的音乐声中观看到会场上灯光的强弱变化，并在最后出现字幕：灯光为什么会发生强弱变化？这时学生注意力十分集中，通过短短的几分钟，教师就将全班学生带入了课堂教学情境中。(3)优化演示实验。演示实验是中学物理课堂教学的重要组成部分。但是从传统的演示实验手段来看，有些实验无法在课堂上演示；而有的实验难度大，成功率低；有的实验耗时长而又观察不清。而录像媒体所提供的画面可以快放、慢放、能把重点部分放大，也能缩小；同时还具有倒放、停格、快速选择等功能。同时在放录像的过程中还可以配以合适的音乐和相应的解说词，教师可以根据画面的情况作适当的提示，把教材中抽象的知识化为较形象的知识、较理性的知识化为较感性的知识，从而提高教学效果。例如、卫星的发射、火箭的结构和升空情况、宇航员在飞行中的失重现象以及宇航员在月球上行走的情况。这些都是平时难以形象表达出来的，而又具有教育意义的课例，利用电视录像就可以较好地把知识形象地表现出来，提高实验效果。三、计算机媒体在物理教学中的应用计算机多媒体在物理教学中的应用主要有以下几方面。（！）利用多媒体组合辅助物理课堂教学。通过计算机多媒体可以向学生提供丰富的信息，把本来在课堂上无法得到的直接经验通过多媒体把教材中抽象的知识化为较形象的知识、较理性的知识化为较感性的知识，使知识形象化地表现出来。如声音、灯光、图片、照片、动画以及电影的有机组合变化，起到传递感性经验的作用。计算机灵活多变的组织和表现方法还能有机组合教学材料，帮助学生形成概念，加深理解，掌握原理，学会解决问题的方法，提高解决问题的能力。计算机多媒体辅助物理教学应该根据教学内容，学生的实际情况及学校现有的教学条件进行设计。其中的关键是多媒体教学软件的制作，课件的制作主要有三个方面：一是教师采用多媒体软件（如Authorware等）根据授课需要自行制作；二是从现有的软件公司出版发行的教学软件中选用；三是从中小学教育信息网络中下载适用的课件。（2）多媒体环境下个别化的自主学习。这是一种替代教师讲授的形式，作为对课堂补充，教师根据教材的要求，篇制一系例的问题，例如：知识讲解、举例说明、信息演示（图片、动画、电影、解说等）评价打分、反馈建议等方面的内容。在学生自学的基础下，由计算机向学生提问，要求学生回答。学生在计算机多媒体环境下的学习，除了可广泛接受多媒体传递的物理教学信息的刺激以外，还有其独特的地方，首先是学生可以充分发挥个人主观能动性，学生掌握人机交流作用中的主动权，能充分参与学习；其次，学生可以按人类思维方式，即学习过程中的非线性网状进展方式去获取知识，达到最佳学习效果，并根据自己的理解控制和调整学习过程。（3）计算机多媒体辅助物理实验。利用计算机多媒体辅助物理实验，它除了具有录像优化实验的相同效果外，它还可以利用“数据采集录入控制仪”它是在不同的传感受器配合下，与计算机的通信接口连接，配以各种教学实验软件，可以按照物理教学的要求，进行各种各样的实验。比如由于受条件的限制，利用常规的实验器材有的物理实验很难开展，而利用计算机多媒体可以把不可能演示的现象直接地演示出来。如高速飞行的炮弹在空中飞行的轨迹；降落伞的下落运动，导体内部自由电荷的定向移动等。通过模拟演示，有利于学生提高求知欲望和兴趣，帮助学生理解物理规律。（4）帮助学生练习和复习。教师针对学生的学习水平编制程序练习库，供学生循序渐进反复练习，学生通过人机对话达到巩固和深化所学知识的目的。（5）丰富学生的课外兴趣活动。教师可把丰富多彩的趣味物理问题和实验编制成游戏程序提供给学生，作为物理课外活动的补充，使学生加深对所学知识的理解，培养学生学习物理的兴趣。现代化教学手段的发展和应用，扩大了教育信息，为学生提供了丰富的感性材料。在中学物理教学中，有利于激发兴趣，提高教学效率，促进学生能力的发展和能力的培养。利用现代化教学手段，要从本地区、本校的实际情况出发，并考虑成本、优越性等各方面的因素，使用现代化教学手段和传统的手段双结合，提高教学质量。
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液晶材料的分类、应用及其发展状况摘要介绍了液晶材料的种类及其分类性能，论述了液晶材料的应用和发展情况。关键词液晶材料;介晶相;应用液晶的简介和分类液晶是一些化合物所具有的介于固态晶体的三维有序和无规液态之间的一种中间相态，又称作介晶相，是一种取向有序流体，既具有液体的易流动性，又有晶体的双折射等各向异性的特征。1888年奥地利植物学家Reinitzer首次发现液晶，但直到1941年Kargin提出液晶态是聚合物体系的一种普遍存在状态，人们才开始了对高分子液晶的研究。近二十多年来液晶材料获得迅速的发展，这是因为液晶材料的光电效应被发现，因此被广泛地应用在需低电压和轻薄短小的显示组件上，因此它一跃成为一热门的科学研究及应用的主题，目前已被广泛使用于电子表、电子计算器和计算机显示屏幕上，液晶逐渐成为显示工业上不可或缺的重要材料，液晶高分子的大规模研究工作起步更晚，但目前已发展为液晶领域中举足轻重的部分。如果说小分子液晶是有机化学和电子学之间的边缘科学，那么液晶高分子则牵涉到高分子科学、材料科学、生物工程等多门科学，而且在高分子材料、生命科学等方面都得到了大量应用。1溶致型液晶有些材料在溶剂中，处于一定的浓度区间内会产生液晶，这类液晶我们叫它溶致液晶。如可以利用溶致型液晶聚合物的液晶相的高浓度低黏度特性进行液晶纺丝制备强度高模量的纤维。溶致型液晶材料广泛存在于自然界、生物体中，与生命息息相关，但在显示中尚无应用。2热致型液晶热致型液晶分子会随温度上升而伴随一连串相转移，即由固体变成液晶状态，最后变成等向性液体，在这些相变化的过程中液晶分子的物理性质都会随之变化，如折射率、介电异向性、弹性系数和粘度等。在热致型液晶中，又根据液晶分子排列结构分为三大类：近晶相、向列相和胆甾相。1近晶型液晶近晶相除有沿分子长轴的取向有序外，有一个沿某一方向的平移有序，近晶型液晶在所有液晶聚合态结构中最接近固体晶体，通常含有C=N或者N=N键及苯环结构，分子是厂棒状。目前各近晶相中的手性近晶C相，即铁电相引起人们广泛兴趣。铁电液晶具备向列相液晶所不具备的高速度（微秒级）和记忆性的优异特征，它们在最近几年得到大量研究。2向列型液晶向列相仅有沿分子长轴的取向有序，液晶分子呈棒状形刚性部分平行排列，该种液晶分子运动自由度大，是流动性最好的液晶，此类型液晶的粘度小，应答速度快，是最早被应用的液晶，普遍地使用于液晶电视、笔记本电脑以及各类型显示元件上。3胆甾型液晶这类液晶大都是胆甾醇的衍生物，胆甾醇本身无液晶性质，而它的衍生物均具有液晶特性，次类型液晶是由多层相列型液晶堆积所形成，为向列相液晶的一种，也可以称为旋光性的向列相液晶，因分子具有非对称碳中心，所以分子的排列呈螺旋平面状的排列，面和面之间为相互平行，而分子在各平面上为向列相。液晶的应用及发展状况1液晶材料在显示器的应用回顾液晶的发展史可以发现，尽管液晶早在19世纪60年代已经被发现，然而在相当长一段时间里，虽然液晶的许多有价值的现象早被揭露，但液晶始终只是实验室中的珍品而已。只有当液晶被用于显示器开始，它的研究才有了前所未有的动力。在这最近的几十年时间里液晶显示器有了长足的进步，目前液晶显示器已是整个领域中的佼佼者，只要稍加留意，不难发现市场上用液晶显示器的仪器仪表、计算器、计算机、彩色电视机等不仅品种越来越多，而且显示品质亦越来越高，价格越来越便宜。目前，各种形态的液晶材料基本上都用于开发液晶显示器，现在已开发出的各种向列相液晶、聚合物分散液晶、双（多）稳态液晶、铁电液晶和反铁电液晶显示器等。而在液晶显示中，开发最成功、市场占有量最大、发展最快的是向列相液晶显示器。按照液晶显示模式，常见向列相显示就有T N（扭曲向列相）模式，H T N（高扭曲向列相）模式、S T N（超扭曲向列相）模式、T F T（薄膜晶体管）模式等。其中TFT模式是近10年发展最快的显示模式。
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液晶材料的分类、应用及其发展状况摘要介绍了液晶材料的种类及其分类性能，论述了液晶材料的应用和发展情况。关键词液晶材料;介晶相;应用液晶的简介和分类液晶是一些化合物所具有的介于固态晶体的三维有序和无规液态之间的一种中间相态，又称作介晶相，是一种取向有序流体，既具有液体的易流动性，又有晶体的双折射等各向异性的特征。1888年奥地利植物学家Reinitzer首次发现液晶，但直到1941年Kargin提出液晶态是聚合物体系的一种普遍存在状态，人们才开始了对高分子液晶的研究。近二十多年来液晶材料获得迅速的发展，这是因为液晶材料的光电效应被发现，因此被广泛地应用在需低电压和轻薄短小的显示组件上，因此它一跃成为一热门的科学研究及应用的主题，目前已被广泛使用于电子表、电子计算器和计算机显示屏幕上，液晶逐渐成为显示工业上不可或缺的重要材料，液晶高分子的大规模研究工作起步更晚，但目前已发展为液晶领域中举足轻重的部分。如果说小分子液晶是有机化学和电子学之间的边缘科学，那么液晶高分子则牵涉到高分子科学、材料科学、生物工程等多门科学，而且在高分子材料、生命科学等方面都得到了大量应用。1溶致型液晶有些材料在溶剂中，处于一定的浓度区间内会产生液晶，这类液晶我们叫它溶致液晶。如可以利用溶致型液晶聚合物的液晶相的高浓度低黏度特性进行液晶纺丝制备强度高模量的纤维。溶致型液晶材料广泛存在于自然界、生物体中，与生命息息相关，但在显示中尚无应用。2热致型液晶热致型液晶分子会随温度上升而伴随一连串相转移，即由固体变成液晶状态，最后变成等向性液体，在这些相变化的过程中液晶分子的物理性质都会随之变化，如折射率、介电异向性、弹性系数和粘度等。在热致型液晶中，又根据液晶分子排列结构分为三大类：近晶相、向列相和胆甾相。1近晶型液晶近晶相除有沿分子长轴的取向有序外，有一个沿某一方向的平移有序，近晶型液晶在所有液晶聚合态结构中最接近固体晶体，通常含有C=N或者N=N键及苯环结构，分子是厂棒状。目前各近晶相中的手性近晶C相，即铁电相引起人们广泛兴趣。铁电液晶具备向列相液晶所不具备的高速度（微秒级）和记忆性的优异特征，它们在最近几年得到大量研究。2向列型液晶向列相仅有沿分子长轴的取向有序，液晶分子呈棒状形刚性部分平行排列，该种液晶分子运动自由度大，是流动性最好的液晶，此类型液晶的粘度小，应答速度快，是最早被应用的液晶，普遍地使用于液晶电视、笔记本电脑以及各类型显示元件上。3胆甾型液晶这类液晶大都是胆甾醇的衍生物，胆甾醇本身无液晶性质，而它的衍生物均具有液晶特性，次类型液晶是由多层相列型液晶堆积所形成，为向列相液晶的一种，也可以称为旋光性的向列相液晶，因分子具有非对称碳中心，所以分子的排列呈螺旋平面状的排列，面和面之间为相互平行，而分子在各平面上为向列相。液晶的应用及发展状况1液晶材料在显示器的应用回顾液晶的发展史可以发现，尽管液晶早在19世纪60年代已经被发现，然而在相当长一段时间里，虽然液晶的许多有价值的现象早被揭露，但液晶始终只是实验室中的珍品而已。只有当液晶被用于显示器开始，它的研究才有了前所未有的动力。在这最近的几十年时间里液晶显示器有了长足的进步，目前液晶显示器已是整个领域中的佼佼者，只要稍加留意，不难发现市场上用液晶显示器的仪器仪表、计算器、计算机、彩色电视机等不仅品种越来越多，而且显示品质亦越来越高，价格越来越便宜。目前，各种形态的液晶材料基本上都用于开发液晶显示器，现在已开发出的各种向列相液晶、聚合物分散液晶、双（多）稳态液晶、铁电液晶和反铁电液晶显示器等。而在液晶显示中，开发最成功、市场占有量最大、发展最快的是向列相液晶显示器。按照液晶显示模式，常见向列相显示就有T N（扭曲向列相）模式，H T N（高扭曲向列相）模式、S T N（超扭曲向列相）模式、T F T（薄膜晶体管）模式等。其中TFT模式是近10年发展最快的显示模式。
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