物理与美学
形容物理学科的唯美句子
形容物理学科的唯美句子1.物理学让我们能够看到自然界的奥秘，就好像打开了一扇窗户，让我们可以看到更广阔的世界。
2.物理学家用数学的语言描述着自然界，这是一种无比唯美的艺术表达。
3.物理学家们探究着物质的本质，就像是探险家在逐渐揭开世界的奥秘。
4.物理学中的各种定律和公式是如此的简洁、优美，让人不禁感叹自然的神奇。
5.物理学中的力学规律，仿若宇宙的音乐，诉说着自然的旋律。
6.物理学的研究让我们更加了解能量的转化，就像是体验着自然的欢愉。
7.物理学家们用精密的实验装置和深入的理论探究科学的边界，具有无穷的浪漫情怀。
8.物理学家在实验室中的探险，就像是古典音乐里的一首华美交响乐。
9.物理学这门学科，让我们看到了自然界的奥秘，透过物质的表面看到了宇宙的真相。
10.物理学的研究深切关注着自然的规律和秩序，它比任何一门艺术更加美妙、更加宏伟。
11.看着一片盛开的花海，我们仿佛领悟了物理学中的各种力学规律，这是自然的奇妙。
12.物理学家用数字与图形描述着自然界，这是一种最为深刻的审美体验。
13.物理学家们用尖端的技术阐述着科学的精髓，就像是在欣赏最美妙的美术品。
14.物理学家们研究着自然现象和物理定律，其中蕴含着深刻的哲学意义，是一种高贵的追求。
15.物理学是人类智慧的结晶，不仅代表了数学的精深，更展示了自然的神奇。
16.物理学的研究涉及着自然界的方方面面，是一种至臻至美的科学探究。
17.物理学中的空间、时间和物质相互关联，构成了一种宏大而唯美的物理世界。
18.物理学家们试图描绘出自然不可分割的统一性，它是一种深邃而唯美的学科。
19.物理学的研究涉及着宇宙中的能量和物质，表现出了一种最为浑然天成的美学形式。
20.物理学家们探索着人类认识自然的极致，这是一种最为纯粹、最为追求真理的美学形式。
21.物理学证明了万物互联的本质，它是一种宏伟而唯美的科学领域。
22.物理学揭示了宇宙的奥秘，让我们感受到了自然界的巨大，更为我们的心灵带来了美妙的享受。
浅谈初中物理教学中的美学教育
浅谈初中物理教学中的美学教育作者：王俊华来源：《中学物理·初中》2014年第02期师者，传道授业解惑也.初中物理教师要使学生在学到物理知识的同时，还要使学生从物理学习中受到美的熏陶、汲取美学的营养.笔者认为，这样的物理教师一定很受学生爱戴.世上万物都是美的，物理是一门自然科学，自然科学其实更美.“三种基本色光按不同的比例混合可以得到千万种颜色”是物理的繁华之美，“力的平衡”是物理的和谐之美.“静止状态”是物理的凝固之美，“物态变化”是物理流动之美；“光的直线传播”是物理直观之美，“声和光的反射现象”是物理婉转之美.只要你有一双发现美的眼睛，有一颗感悟美的心灵，初中物理教学处处洋溢着美.1感受物理的规范美、严谨美规范的格式、准确的措辞、美观整洁的书写既有利于培养学生严谨的治学态度，又能给人以美的享受.物理公式要用到许多的希腊字母，教师要指导学生如何写好希腊字母，否则物理公式很难写漂亮.比如密度用ρ表示，是八年级学生遇到的第一个难写的希腊字母.笔者让学生从下往上起笔，并带有一定弧度，收笔圆润干脆，不拖泥带水.教师亲自示范，学生互相评比.选书写最佳的到黑板前示范.一定要让初中生写出的物理公式美观整洁.初学物理，许多物理专有词语对八年级学生而言，是模糊不清的.教师一定要把这些易混淆的词语收集到一起，让学生仔细区别.比如“溶化、熔化、融化”三个词，用法是不同的，在学习物理之前，学生们通常容易混淆.“溶化”指固体溶解在水或其它液体里.九年级化学“溶液”这一章用得较多.例如：“盐放进水里，很快就溶化了.”“两块冰糖搁进杯子里的水中，慢慢就在水里溶化了.”“一勺鸡精放到汤里，搅拌几下就溶化了.”“这种胶块儿放进酒精里溶化得比较快.”“熔化”指物质由固态变成液态.八年级物理“物态变化”这一章用得较多.例如：“当铁被加热到1535 ℃，且不断吸热，铁块就会慢慢熔化成铁水.” “激光产生的高温，能在瞬间熔化钢铁.”“大块状的沥青倒进大锅，加热后就熔化了.”“融化”这个词，在文学作品中用得较多，文学色彩较浓.在语文上专特指冰、雪、霜受热后化成水.例如：“初春，太阳照在桑干河上，冰开始融化了.”“太阳照射不到的地方，积雪融化得比较慢.”“太阳升起来后，花坛上的霜慢慢融化了.”“时间、时刻”这两个词，在学完机械运动这一章，就要让学生明白，这两个词在物理上其实有着严格的区别.时刻一定是某个时间点，1点整就是时刻. 时间是两时间点中的一段，比如“在滨江公园里，我们玩了20分钟”，这个“20分钟”就是指时间.如果借用数学语言表示，时刻是数轴上的一个点，时间是数轴上的一个线段.“烟、雾”：“烟”指的是固体小颗粒悬浮在空气中.“雾”指的是悬浮在空气中的许许多多的小液滴.比如说浓硝酸，浓盐酸的挥发，能在空中看到白雾.而一般化学反应生成的固体小颗粒就叫做烟.比如说白磷在空气中燃烧.金属钠与氯气发生化学反应，生成了氯化钠小颗粒固体，漂浮在空气中就叫做白烟.所以烟其实是固态，雾是液态.它们都不是气态.“物质、物体”：“物体”是由“物质”组成的.没有不是由物质组成的物体！但是物质不一定都能够组成物体，比方说，磁场是物质，但没有由磁场组成的物体.物体可以由不同物质组成，比如说桌面、桌腿可以是木头的，连接处可以是金属的.我们常用这样一句话让学生来体会“物质”、“物体”的区别：“铁锤和铁钉是两个不同的物体，但它们都是由同一种物质…铁‟构成的.”区分了以上词语以后，学生会从内心里觉得：物理是一门很严谨的学科，规范和严谨其实就是一种美.2体会物理的思想美初中主要的物理思想方法有观察法、比较法、控制变量法、等效替代法、转换法、类比法、理想化物理模型法、放大法、图像法等.在实际解题时，还要有能量意识和整体思想.从能量角度考虑，不必考虑过程中的细节，因而具有一定的优越性.有时能将题目运算大大简化，甚至不必计算就能将难题解决.如图1所示，把一个质量分布均匀不可伸长的绳子的两端悬挂在天花板A、B两点上，如果在绳的最下端c处用一个竖直向下的拉力缓慢向下拉成如图1所示的“V”字形，则绳子的重心将A.下降B.升高C.不变D.无法确定即便绳子质量均匀，绳子的重心对初中生来说，还是难以确定.当用力将c往向下拉时，拉力对绳子做功，天花板对绳子的两个拉力由于没有在力的方向上移动距离，所以天花板对绳子不做功，而绳子在拉之前和拉之后，绳子的动能均为为零.所以，做功的结果只能是绳子的重力势能增加，绳子的重心升高.或者反过来，当撤消外力后，绳子会上下跳动许多次才能停下来，这是因为重力势能和绳子的动能在相互转化的缘故.也就是说，撤消外力后绳子的重心会下降.故拉绳子c处时，绳子的重心是升高的.系统是由相互作用、相互依赖的各部分组成的有机整体，用系统观点分析、处理问题的方法称为整体法.从整体考虑，可以使问题处理得到简化.如图2所示，静止在光滑水平面上的小车，受到手持磁铁的吸引，整个系统的运动情况是A.向左运动，越来越快B.向右运动，越来越快C.运动状态不会发生变化D.条件不足，无法判断分析小车和磁铁之间力的作用是相互的，对于小车和磁铁整个系统而言，在水平方向上是不受力的，原来静止的还将保持静止.如果单独对小车或磁铁进行受力分析，都将麻烦而难以解决.通过这两道题，学生一定会感到物理思想之美.3体会物理的真实美流体在流速大的地方压强小，在流速小的地方压强大.在处理这个知识点时，笔者常常采取这样的实验引入新课：取一个吹风机，让它竖直向上只吹冷风，然后将乒乓球放置于风口，左右移动吹风机，乒乓球一边随着吹风机左右移动一边跳舞.甚至我们还可以用一只铁圈从左向右凭空套过乒乓球.学生会很惊奇，为这种奇妙的物理现象所叹服.物理之美已经将学生牢牢地征服.这时，再来分析乒乓球为什么不会掉下来，学生就会很感兴趣，水到渠成.学习物态变化时，我们把固体分为两类，晶体和非晶体.为什么取这样一个名字呢？书上没有讲，笔者借机给学生补充并进行美的熏陶：晶体是原子、离子或分子按照一定的周期性在空间排列，在结晶过程中形成具有一定规则的几何外形的固体.晶体在天然状况下通常呈现规则的几何形状，比如食盐呈立方体；冰花呈六角棱柱体；明矾呈八面体等.雪花是冰的天然结晶，所以会有规则的外形.其实雪花的个体是极其微小的，大约5000颗雪花总质量不过才1克，所以，很多同学并没有仔细观察过.教师适时推出一组雪花图片（见图3），学生大呼过瘾.大自然的神奇、物理的对称美，已经深深印入学生脑海中.4领略物理的和谐美、统一美给学生心灵上切实的震撼、意想不到的感觉就是物理的和谐统一之美，它会激发学生学习物理的兴趣.例如，一个地质勘探小分队，在野外河边休息时发现了一种矿石，他们非常想尽快知道这种矿石的密度大约是多少，但是手中只有皮尺、直木棍和针线包中缝衣服用的针和细线，请你帮助他们利用现有的物品，设计一个测定矿石密度的方案，并推导出计算矿石密度的表达式.操作步骤如下：（1）在直木棍上选一固定点作为支点，用细线把直木棍悬挂起来；（2）如图4，使木棍在水平位置平衡；（3）分别量出悬挂矿石和石块的点到支点的距离为l1和l2；（4）将矿石浸没在水中，移动石块直到木棍再次水平平衡；（5）量出悬挂石块的点到支点的距离为l3（如图5）；（6）计算矿石密度ρ矿=l2 l2-l3ρ水.解析如下：F1l1=F2l2.第一次杠杆平衡得G矿l1=G石l2，即ρ矿gV矿l1=G石l2（1）第二次杠杆平衡得（G矿-F浮）l1=G石l3，即（ρ矿gV矿-ρ水gV矿）l1=G石l3（2）由（1）和（2）可解得ρ矿=l2 l2-l3ρ水.这时，引导学生回忆浮力一个固定知识块：一个实心物体在空气中的重力为G，浸没在水中时受到的拉力为F拉，那么物体的密度为：G G-F拉ρ水.解析如下：因为F浮=ρ水gV排，所以V物=V排=F浮ρ水g=G-F拉ρ水g，ρ物=m物 V物=m物 V物=G/g G-F拉ρ水g=G G-F拉ρ水.笔者再次引导学生：图4和图5的装置可理解为是一把秤，一把测重力的秤，在空气中的示数为l2，浸没在水中的示数为l3，这样两个题目的结果就实现了完美统一.和谐和统一在这道题中得到完美的诠释，美再次在物理教学中得到体现.5在物理习题教学中渗透美学教育物理规律肯定是美的，运用物理规律解决问题同样蕴含着美.比如在物理习题课上，教师可以让学生在美学思想的指导下，从美的角度思考，有时可以帮助学生理解，减少错误的发生.如图6所示的电路，三个电阻是串联、并联还是混联？一直以来，笔者发现学生对这种类型的题目比较头疼.笔者处理这道题的方法之一就是先把三个电阻用不同的颜色区别开来，然后将电路进行等效转化，转化过程如下图所示：学生觉得物理原来可以这么美，不必听老师枯燥的讲解，只要将图形变换竟然也能把复杂的题目弄懂.可以预见，学生一定会被物理所折服，并深深爱上物理.物理的美还表现在很多方面，比如物理的简洁之美：牛顿只用看似简单的三条定律就概括了物质世界纷繁复杂的力和运动现象，麦克斯韦只用四个方程组就让电和磁实现完美统一等.在初中物理教学中，我们也要引导学生巧妙运用物理规律，简单直接地解决繁杂问题，用巧劲解难题.在初中物理教学中，教师要是能有意识地挖掘物理这门学科美的因素，对初中生进行美的教育，不仅能使初中生更好地掌握双基，还能使初中生在受教育的同时体验到美、享受到美，把物理学习变为一种高级的审美享受，让初中物理学习不再是负担，而是短暂人生中的一段快乐旅程.使得初中生能充分发挥主观能动性，真正意义上从被动学习转为主动地学习.。
欣赏物理学之美
欣赏物理学之美宁波市鄞州中学 陈 前一提到物理学咱们就会想到爱因斯坦的那张照片：满头白发，满脸皱纹（见图一）。
好象做科学的人只知道研究，不知道生活，其实这个熟悉是片面的，爱因斯坦不但在物理学上成绩伟大，而且他的小提琴演奏水平很高，还能弹一手好钢琴，在美学上也有独到的熟悉。
请看下面这幅照片（图二），这幅照片的名称叫dance 。
这是哈勃望远镜铺获到的一场宇宙中的出色“舞会”，左侧的“舞者”是较大的星系（ngc2207），“依偎”在旁的是较小的星系（ic2163），ngc2207的“吸引力”（壮大的万有引力作用）使得ic2163“翩翩起舞”，它“掷”出的气体、恒星形成约十万光年长的“彩带”。
这场“舞会”将在数十亿年后结束。
最后两个星系将成为“一体”。
这是形式美，它的本质也是美的，因为它们的作用遵守万有引力定律，咱们还可以预见它们的未来是如何的。
再举一个例子，英国的卢瑟福用实验证明了原子是由原子核与电子所组成，原子核居中，电子在外。
但原子的结构究竟是如何的呢？最初以为原子的结构和太阳系相仿，原子核就比如太阳，而电子就像行星那样在各自的轨道上绕原子核旋转。
但与经典的电磁理论发生了矛盾：绕核运动的电子应该辐射出电磁波，因此它的能量要不断减少，电子绕核运动的轨道半径也会减小，于是电子将沿着螺旋线的轨道落入原子核，这样看来，原子应当是不稳定的，而实际上原子是稳定的。
幸而不久迎来了量子力学，对电子这样的微观粒子的行为作了完全不同的描述。
原来电子根本没有必然的位置，也没有必然的运动轨道。
原子中的电子就恍如云雾般迷漫在原子核外的空间，形成所谓“电子云”。
电子到底在哪儿？科学家们众口纷纭，仍是诗人说得好：“只在此山中，云深不知处。
”你看，电子云的意境很朦胧飘逸的吧！确实物理学是很美丽的。
在物理学的发展进程中，物理学家在探索物理学规律的艰辛旅程中，老是伴随着对美的热烈追求。
例如，哥白尼与托勒密地心说的决裂，就是有其执着追求美的因素，他坚信完美的理论在数学上应该是“和谐和简单的”；托勒密为了解释天文观察的结果，引入了许多“均轮”、“本轮”，使得天文学既复杂又失恰；因此，在极端困难的条件下，哥白尼苦心孤诣，研究了三十连年，终于成立了不朽的日心说；后来，开普勒深切感受到日心说的美，毅然抛弃了从他的老师第谷那儿接受的地心说观点，他说“我从灵魂的最深处证明它是真实的，我以难以想象的心情去欣赏它的美。
物理之美读后感
《物理之美》读后感金晓会谈到美，你可能联想到自然美和艺术美，而对自然领域中的科学美，大多数人则不易感受到，这是因为科学美与艺术美是两种不同形式的美，从美学的角度来讲，一种是事物外在形式所呈现的美，这种美是外在的，易感受到的，如自然景色的美，音乐的美，雕塑的美，绘画的美，建筑物的美等。
另一种是事物内在结构的和谐、秩序而具有的美，这种美比较抽象，它虽然也是通过感官接受外来事物的信息而反映到意识中去，但并不那么直接和迅速，而是要经过大脑整理、加工形成美的意识或美的观点。
这是一种较高层次上的审美。
物理学中的美，就是一种科学美。
著名物理学家杨振宁先生把物理学之美分为三类：即现象之美，理论描述之美，理论结构之美。
也有人把物理学之美分为：物理学研究对象的美感，物理学理论的美感，物理学实验的美感和物理学常数的美感等。
还有人把物理学之美说成它具有明快简洁美，均衡对称美，奇异相对美和和谐统一美。
一、均衡对称的结构给人一种稳定，完善的美感例如：具有对称结构的雪花是如此对称、如此美丽，对称的结构给人一种稳定，完善的感觉，使人内心舒服，使人惊叹于大自然的造化。
物理学家在对自然深入的思考和考察中，越来越坚信大自然的最终本质是依照“美和简单”来构造自己的。
当然，物理学家头脑中的对称，并非像前面的图片那样朴素，那样直观；我们要了解物理学中的对称，先从几何图形的对称性说起。
例如：一个圆，我们把头向左偏过一个角度来看，它的形状变了吗？没有。
我们便说这个圆具有旋转对称性（或旋转不变性）；我们再把圆放在平面镜前，设想我们钻进“镜子里的世界”来看这个圆。
在镜中世界看到的这个圆，样子依然保持不便。
我们便说这个圆具有反射对称性（或宇称不变性）。
物理学中的对称性主要表现在对物理世界规律的研究方面。
根据刚才的例子，我们还可以假设某些物理学家一直埋头对“镜子中的世界”进行研究，如果他们得到的定律与正常世界的研究成果一致，我们就说这个定律具有反射对称性（或宇称不变性）。
物理与艺术
• 马奈以其革命性的大 作——《草地上的野 餐》。这幅画敲响了 一个时代的钟声，它 违反透视画法，违反 光与影的原理，无中 景区，无逻辑自恰性， 无明确主题，甚至被 称为不道德，这些在 当时都极度具有挑战 性，挑战绘画原则， 挑战欧氏几何。
透视绘画法
• 透视是采取通过一块透明的平面去看景物 的方法，将所见景物准确描画在这块平面 上，即成该景物的透视图。后遂将在平面 画幅上根据一定原理，用线条来显示物体 的空间位置、轮廓与投影的科学称为透视 学。
• 红外摄影是一种较为 另类的拍摄方式，利 用红外感光设备与红 外滤镜配合，有别于 传统的黑白彩色照片 ，拍出的画面给人以 强烈的震撼让人爱不 释手。
• 高速摄像机就是能够 以很高的频率记录一 个动态的图像，因为 一个动态的图像是需 要数个静止的连贯的 图片按一定时间速度 播放出来的。
精品课件！
• 毕加索开山作的《阿 维农少女》开创了立 体主义画派的先河。 而立体主义的核心就 是“空间的同时可观 睹性”。爱因斯坦的 公式是“洛书”，立 体派的绘画是“河 图”，它们两者都表 述同一观念，就是所 有的参考系都是彼此 相对的。
• 《蒙娜丽莎》中，人物 的眼睛、手、躯干表达 着一种无以伦比的美学 盛宴，虚无缥缈的微笑， 若隐若现的严肃，优雅 的姿态，恰到好处的手 臂，无不在表达大师对 自然地探索欲望，对科 学规律的完美表达！在 画中，背景所用的晕涂 法与光影的变化规律相 一致，从而使观者的眼 睛产生动态的观画效果， 这与科学上对光的认识 与探索有着密不可分的 联系。
• 黏度类似机油的铁磁 流体作为“模特”，当水 彩被添加到这个不同 寻常的磁场反应中时 ，就像是魔法突然产 生了效力。先把小滴 的磁性流体滴到一个 玻璃盘上，用一个小 型圆形磁体吸引这些 铁磁流体，随后添加 不同颜色的水彩在铁 粒子磁场之间，对磁 性粒子互相吸附的过 程进行干预，形成这 些绚丽的“迷宫”图案。
简述艺术设计和物理学的交融
简述艺术设计和物理学的交融摘要：凡是艺术的创造，凡是开创新一纪元的物理研究，都会探究到其真实而存在的本质，从而使得物理与艺术之间碰撞出灿烂的火花，现物理学中物理美的丰富内涵。
关键词：美学物理学交融1.1西方天体的认知美——印象触发科学创造的灵感，苹果推动物理发展的动力在比较艺术和物理学中，一般艺术是指比较感性的，抒发个人情怀的视觉产物；而物理则是指比较理性的，通过证实去得到的结果。
在伦纳德·史莱因《艺术与物理学》的这本书中，探讨艺术与物理学之间的关系，他将人的大脑左右两半球分别代表艺术和物理，他还通过时空和光的艺术观与物理观来阐述他们之间的关系，利用玻尔的互补原理，想到了艺术和物理的互补性，以及它们紧密纠结啮合从而在更高的位置上形成立足点，以供人们攀登实在构筑的作用方式。
[5] 绝大多数的艺术家在并没有很好的物理功底的情况下创造出了让世人惊叹的大作，同时，物理学家发现永恒的公式时，通常也对艺术家脑洞大开的图像一无所知。
虽然在悠久的历史长河上不乏艺术家和物理学家建立深厚友谊的先例，但这似乎和艺术的创新或物理学的开先河关系不大。
17世纪的牛顿这位物理学上的巨人，在重力、运动和光这几个方面都做出了开创先河的、全面的发现，但是他在做出这么多杰出的成就时，他也发表了有关时间、空间和光的本性与它们之间的一系列夹杂着错误的观点。
还在物理学家发现某种对世界进行思考的新方式之前，艺术家已经给社会提供了某种观察这个世界的新方式。
早在牛顿之前的创作至今仍然被卢浮宫珍藏的《蒙娜丽莎的微笑》的作者著名艺术家达•芬奇就曾说过：“科学让全世界的知识得以交流，而艺术则是一切科学的皇后。
”可以说他们二者就像是转世般相似，他们都相信人类思维的最高形式是纯数学，达•芬奇说：“谁也不能断言说，有什么东西既不会用到任何数学，也不会用到任何建立在数学基础上的知识。
”而牛顿则在《自然哲学的数学原理》的引言中写道：“我将自己的这一工作题为‘数学原理’，是因为我认为哲学的所有重担都落在了数学上⋯⋯” [6]。
优化物理课堂 渗透美学教育
优化物理课堂渗透美学教育[摘要] 随着人类社会的进步与文明的进一步发展，各学科间的相互渗透、影响更趋广泛和深入。
当今知识的日趋统一和学科朝各自专业化纵深进展，已成为人类文明发展的大趋势。
美育不断渗透进物理教育，日益综合，正是顺应了人类知识大统一的大潮，而优化物理课堂，渗透美学教育，则是这股大潮中溅起的一朵浪花。
[关键词] 优化课堂创新意识渗透美学教育苏霍姆林斯基说：“美是一种心灵的体操，它使我们精神正直、良心纯洁、情感和信念端正。
”美育既是科学文化教育的重要内容，又是提高人的科学文化素质的重要手段和途径，它是学校实施素质教育的重要组成部分。
那么，该如何去优化我们的物理课堂，渗透美学教育，提升物理课堂教学效果呢？一、建立健康的师生情感是营造和谐课堂气氛的动力源泉，渗透和谐之美古人云：“亲其师而信其道。
”教师的爱生和学生的爱师是师生间心理互补的基础。
这种相互储存的关系决定了师生关系的和谐，并成为整个教育教学活动不可缺少的心理基础。
在中学物理课“观察——实验——指导——讨论”课堂教学过程中，教师要通过多种途径同学生扩大接触，增进了解，加深友谊，关心和爱护学生，给他们尝试错误的经历，让他们体验失败，从失败中崛起、体味、总结、奋进，从而达到追求探索的目的。
这样，教师的一切教学手段都将化作学生求知的动力，使学生在课堂上保持良好的心态，达到营造民主、宽松、和谐的课堂气氛。
二、教学语言的艺术性可以拉近教师和学生的距离，师生一起营造宽松、互动的课堂氛围，渗透语言的艺术美一堂物理课，从学生心理和生理特点来看，还应注意语言表达的艺术性，充分把握学生学习物理的心理特点和教材内容，充分利用汉语言文学的宝库，加入一些合理的幽默，使课堂张弛有序，使学生心理和生理都能得到调节，在轻松、愉快的心情下，在艺术的氛围中学习物理，使他们听得轻松，学得自然。
同时能使学生感到物理的趣味性和对物理教师的亲切感。
三、创造一种以学生为主体的启发式、互动式的教学模式，具有现代教育理念，体现新课程改革的精髓，渗透探索之美课堂教学包括教师教和学生学两个方面，是教师和学生的双边活动。
物理学的美学特性与物理学素质培养的关系
Vol.28No.5M ay 2012赤峰学院学报（自然科学版）Journal of Chifeng University （Natural Science Edition ）第28卷第5期（下）2012年5月在科学发展的历史长河中，处处渗透着科学的美学思想，且科学愈是进步，科学美的光辉愈灿烂，科学美学思想的作用越不容忽视．物理学固然不是美学，但物理学中包含着美，这种美可称为物理美，它主要体现为物理学中所蕴涵的自然界中丰富多彩的运动形式、相关规律及其同时展现的结构上的对称、和谐与韵律美．物理学所描述的对象是非常广泛的，因而它的美也在多方面有所体现．从浩瀚无边的宇宙到微观世界的基本粒子，无不是物理学家的研究对象；从星系到夸克，全部都遵循着基本的物理规律．因此本文结合美学的基本原则以及科学美的评价和判断标准，从以下几方面来欣赏物理世界的美．1物理学中的美学特性１．１物理美的和谐性物理美的和谐性是指物理理论的和谐性、理论体系的逻辑自洽性及各种守恒性．首先作为物理研究对象的客观物质世界是和谐的．在微观领域中，原子世界是一个有序的和谐的世界，核外电子绕核运动，分子间存在相互作用力；在宏观领域中，如晶体是一种典型的有序的和谐结构，若干平面围成的多面体具有规则的外形，其各个几何平面之间的夹角固定不变．其次，作为客观物质世界反映的物理学理论是和谐的、内在自洽的．物理中的经典牛顿力学的和谐性就表现在一种高度统一的“逻辑美”上，牛顿用归纳法获得了力学的有关基本概念和三大运动定律，又用演绎法从这些基本概念和定律出发，构建起整座完美和谐的科学大厦．而物理中由物理概念、规律、公式这些抽象的方法去描述一个完整的、有秩序、有规律的物理世界的完美和谐的图景，如振动图象、波动图象、气体性质图象、导体的伏安特性曲线、交流电的图象等等数不胜数，比比皆是．１．２物理美的新奇性物理学的新奇之美主要是指物理理论及其研究方法的奇异之美．理论的新奇特征来源于科学思想的独创性和科学方法的新颖，也可以把新奇看作科学理论的奇异性．奇异与和谐是对立的统一，即一个新出现的和谐的理论总包含着某种奇异，而奇异的思想内容只有具备和谐性才能显现出新奇美．如在相对论宇宙学之前，光度佯谬和引力佯谬一直是传统宇宙论中不协调的因素．现代宇宙学根据物理学中已有的成熟理论得出了标准宇宙学模型，设想了宇宙极早期的高温高密状态，计算了宇宙演化的大致过程．这个理论同高能物理学、热力学、统计物理学等分支的相关衔接上表现出相当好的和谐性，在同观测实验系统的联系中也获得了一些强有力的支持．所有这些，大大增强了标准宇宙学理论的美学吸引力．再如德布罗意的物质波、时钟的延缓、光线的弯曲等等，都使当时的科学界为之惊愕，无不使人们在惊奇之余产生奇异而和谐的美感．１．３物理美的简单性物理学的简单性并不是指物理内容本身简单，而是一个简单的公式包涵极其深刻的内容．一个理浅析物理学的美学特性与物理学素质培养的关系韩锋（济宁学院物理与信息工程系，山东曲阜273155）摘要：物理学中的美学特性主要体现为物理规律的和谐与自洽统一，物理概念的新奇及其数学描述的简单、对称等，并据此分析了薛定谔方程中所蕴涵的物理美.在大学课堂里渗透物理美学教育,令物理美感与知识传授产生“谐振”效应，将使学生的观察与实验能力、理解与逻辑思维能力、运用数学工具的能力及创造能力得到培养和锻炼.关键词：物理美；科学美学；薛定谔方程；科学素质中图分类号：Ｇ６４２．４１文献标识码：A文章编号：1673-260X （2012）05-0012-03１２－－论的假设条件很少，而概括的经验事实或演绎出的推论却很多．如利用物理量的矢量表示及运算，牛顿用∑Ｆｉ＝ｍａ这一简捷的公式建立了“经典力学”大厦；爱因斯坦用两条基本假设创立了狭义相对论，揭示了质量和能量的统一性，正如他所说：“要通过最少个数的原始概念和原始关系的使用来达到科学的目的”．物理学与数学的结合构成了物理学的简单美．１．４物理美的统一性客观物质世界尽管丰富多彩，但是其本质上具有统一性．那么描述和揭示客观世界的物理现象及物理规律的物理学也是具有统一性的，它显示出一种崇高的美．诚如爱因斯坦所说：“从那些看来直接可见的真理十分不同的各种复杂的现象中认识到它们的统一性，那是一种壮丽的感觉．”因此，追求理论的统一性，也就成为物理学大师们坚定不移的信念和始终不谕的目标．正如物理学上电和磁的统一理论———麦克斯韦理论．爱因斯坦为相互作用统一耗尽了后半生精力，而电磁作用与弱相互作用的统一，导致了许许多多的物理学家致力于规范场理论，其目的正是为了谋求引力、电磁力、强相互作用、弱相互作用的大统一理论．１．５物理美的对称性由于物质世界是处处有对称的，既有镜对称、轴对称、点对称这样的空间对称，也有周期、节奏、旋律这样的时间对称，还有与时空坐标无关的更复杂的对称，因而，作为研究物质世界最基本的运动和结构的物理理论，自然会浸透着圆满、匀称的对称之美．１９１６年诺特提出一个著名定理，给探寻作用量的形式带来了曙光．诺特定理说：作用量的每一种对称性都对应一个守恒定律，对称和守恒这两个重要概念是紧密地联系在一起的．如对应于空间均匀性有动量守恒定律，对应于空间的各向同性有角动量守恒定律，对应于时间平移对称性有能量守恒定律，对应于空间反演对称的有宇称守恒定律，对应于量子力学相移对称的有电荷守恒定律等等．在经典力学中，我们所熟悉的这种对应关系是：时间平移对称性（时间平移不变性）对应于能量守恒；空间旋转对称性（空间各向同性）对应于角动量守恒．诺特定理引导物理学家们去寻找新领域中的守恒定律和守恒量，由此确定其中的对称性，从而获得作用量的形式和基本定律；反过来，如果知道了使一个给定的作用量保持不变的对称变换，从而就可以知道相应的守恒定律和守恒量，这样使得物理学的基础研究有法可循而变得富有成效．在整个物理理论的发展过程中你会发现对称性所起的重要作用，对称则统一，统一则简单，简单便和谐，它们构成了物理学的美学准则：物理学之美便是：对称、简单、和谐、统一．2薛定谔方程中所展现的物理美在物理学发展的每一个阶段，随处都可以找到出自物理学家之手的美的创造，物理学家对美的追求在物理理论的发现、发展中起着十分重要的推动作用．下面介绍薛定谔对物理美的追求及薛定谔方程的美．薛定谔对原子和电子运动的数学描述称为波动力学，其研究是从批评波尔理论的不美开始的．他认为，作为电子运动完美的数学理论，它所应用的数学方法必须由电子运动本身按自然方式产生量子数，而不是象波尔那样直接从外部把这些量子数注入到数学理论中去．薛定谔从毕达哥拉斯的科学美学思想中得到启发．毕达哥拉斯发现音乐和数之间有一种奇特的关系．一根振动着的弦，实际上包含着薛定谔所寻求的那种正整数的序列．如果我们把这根弦的两端连接在一起，那么振动着的弦就会形成一个振动的圆环．这个振动的圆环必定是整数的波长．这实际上就是波尔的电子轨道条件．薛定谔决意根据这种科学美学见解，创造一种原子理论．结果，他求得了电子的波动方程：［－攸２２ｍ塄２＋Ｖ（ｒ）］ψ（ｒ）＝Ｅψ（ｒ）在这个方程中，ｍ、Ｅ、Ｖ体现着电子的微粒性，ψ（ｒ）则体现为电子的波动性，方程把电子的波粒二象性完美地统一起来了．该方程的简单明了，使它具有很高的美学价值，代表着量子力学的巨大进步．从形式上看，因为波动力学所使用的数学工具是偏微分方程，这是物理学家比较熟悉和容易掌握的数学工具，不像海森伯的矩阵那样陌生，所以波动力学比起矩阵力学来更显示出它的美来．薛定谔在物理美学上的贡献还在于，他论证了量子力学的统一性．在量子力学发展史上，存在两种不同的理论路线，一条受到哈密顿波动动力学的启发，另一条受到哈密顿质点动力学的启示．薛定谔认为，只要把哈密顿方程中的ｐ，转换成算符１３－－ｈ鄣，这两条理论路线的统一性就可以完美地解决．薛定谔设ｐ、ｑ是两个算符，经过适当的排列，轻而易举地得出了海森堡矩阵所引出的方格表．由于薛定谔方程所描绘的波动图景在数学上更易处理，所以显得更美一些．薛定谔的科学美学思想，还表现在对量子力学和相对论的结合中所作的贡献上．他在一篇简短的非正式的笔记中，详细讨论了几何学在微观世界的不适用性，为美和美感的同构关系寻找了微观世界的根据．相对论和量子力学的统一是当代最重大的理论问题之一，是具有薛定谔这样科学地位的人必定要研究的一个美学问题．薛定谔尝试着对这个美学问题作了多种形式化的表述，使这个或那个几何量对称或不对称．虽然薛定谔后来也没有完成这种统一的工作，但是他的科学美学探索和美感直觉始终给人们留下了深刻的印象．3物理美学思想的渗透与物理学素质的培养物理学家对物理学的探索过程，就是对物理美学的创造、鉴赏、再创造的过程．物理学的美是客观存在的．与一般事物外在的感性形态美不同，物理学的美主要是指理性美，它融合了与物理学有关的自然科学以及与人类思想、社会历史发展有关的文、史、哲的多学科知识，是一门自然科学、人文科学、社会科学、思维科学等紧密交叉渗透的知识体系，所以对物理美的探究定会在科学素质教育中发挥重要作用．科学素质教育是当今世界范围内科学教育改革的主导方向，而科学素质的培养是寓于各学科教育之中的．对年轻一代进行科学素质培养与教育的主要场所是学校，学校教育承担着提高学生科学素质的重任，物理教育是从基础教育到高等教育的教育系统中的一个子系统．在这样的时代，将物理美学思想引入到物理教学中被赋予了新的内容、特殊的使命，它不单是对大学生进行物理知识的传授，它已成为培养大学生科学素质的重要手段和重要途径．在课堂教学中渗透科学美学思想，即是用物理美学的对称、和谐、简洁、统一、奇异的原则对大学物理的相关内容作进一步的诠释，适时地引进课堂教学之中，让学生在增进知识的同时，感受物理美的各种意境，令物理美感与知识传授产生“谐振”效应，从而使学生的观察与实验能力、理解与逻辑思维能力、运用数学工具的能力及创造能力得到培养和锻炼．将物理学史引进物理课堂教学中的研究已非常普遍，但对将物理美学思想引入大学物理课堂中的研究则相对较少，随着大学物理教材改革的不断深入，已有部分教材渗透了科学美育的相关内容，如李元杰《大学物理学》、赵凯华《新概念物理学教程》等．但要将物理美学思想完全渗透到大学课堂，无论从理念上还是从研究措施及其力度上，都还有一定的差距．主要表现在：（１）教育的主、客体对科学美和科学素质教育联系的必然性尚有认知上的误区；（２）当前使用的大学物理课程教材对科学美学思想的引入不足，从而使得学生的学习变成简单公式的堆积；（３）教师对在课堂教学中渗透物理美学思想缺乏主动性．总之，在大学课堂里适时地渗透物理美学教育，在传授物理知识的同时进行物理美学思想教育，将会对培养与提高科学素质起到积极的促进作用．———————————————————参考文献：〔1〕阴瑞华.物理科学美的特点及其方法论意义[J].中国成人教育,2008（05）.〔2〕韦世良，陆朝伟.物理学之美及其在教学中的渗透[J].柳州师专学报，2011（04）.〔3〕刘建平，周霞.物理审美教育的策略研究[J].河北北方学院学报，2008（05）.〔4〕何开岩.物理美的内涵[J].百色学院学报，1997（03）.〔5〕董兆起.物理教学中的美育[J].伊犁师范学院学报，1994（01）.１４－－。
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物理与美学
这个世界如此美丽，以至于我们分离出一门单独的学科来研究它，即美学。
深空的点点星光，炽热的太阳，圆缺变化的月亮，我们为什么会存在，时间是什么？你可曾发现其中的美丽与奥妙。
它们为何如此美丽，规律是什么？人类的发展是建立在物理学的发展之上的。
作为一个热爱物理的人，他自然会热爱这个宇宙，这个世界是如此奇妙，物理是他们了解自然地途径。
物理学的美体现在它的简洁性，对称性，统一性。
文艺复兴初期，很多志士一生都用来观察自然，第谷，哥白尼，伽利略……，他们总结出了许多关于自然地规律，行星的运动，实验的猜想。
但他们只是一种规律，必然有一些本质的东西来约束他们是这样，大自然不喜欢复杂，所有的这些规律被一个叫牛顿的人加以总结，得出了牛顿力学体系与万有引力定律。
经典物理学从此突飞猛进，人类文明进步迅速。
因为所有的一切都可以用牛顿力学来解释。
直到一个叫爱因斯坦的少年开始思考光的问题。
到目前为止，那些能够影响世界的定理或定律，都可以归结为一个个伟大的方程。
它们分别是毕达哥拉斯定理，牛顿第二定律，万有引力定律，欧拉公式，热力学第二定律，麦克斯韦方程组，质能方程，广义相对论方程，薛定谔方程，不确定性方程。
对称性的体现：几乎所有自然的东西，都是对称的，大部分的生物是对称的，古代的许多建筑是对称的，水分子是对称的，还有手性分子，从分子到宏观物质。
于是人们猜想，大自然不偏袒任何一方，不区分左与右。
也就是科学家们所说的宇称守恒。
这是一个在物理学界争论了许久的问题，那个镜子里的世界真的可以与现实世界一样吗？所有的规律都相同？杨振宁和李政道给出了答案。
若相互作用下的宇称不守恒结束了争论，但这一定是真的吗？我们观察到的若相互作用下的不守恒是不是只是一个幻觉，只是因为还有些内在的东西被我们忽视了？
一个正电子可以对应一个负电子，一个质子可以对应一个反质子，一个你对应一个反你，他只是在另一个平行宇宙罢了，正反物质接触时释放能量，你们碰见的时候千万不要接触，根据爱因斯坦的质能公式，那足以把地球毁灭若干次。
天文学家们推测宇宙起源于，我们的世150亿年前的一次大爆炸，能量造就了物质。
我们的世界正物质似乎更多一些，那么必然存在一些我们还不知道的反物质。
统一性：
物理学家们一直在寻找一个可以描述宇宙中一切现象的普适的方程，但都归于失败。
爱因斯坦的晚年致力于统一场论的研究，知道他临终前也未能如愿。
那个时候的强弱相互作用还不能充分了解，爱因斯坦又不喜欢量子理论。
相对论适用于描述大质量和高速运动的物体，量子理论解释微
观状态下的世界。
这两个理论不相容，但在研究黑洞的时候既涉及到大质量又涉及到微观世界，这两个只能有一个是正确的或者这两个都不正确。
到现在为止，弱相互作用与电磁力的统一已经完成，唯有格格不入的引力不能囊括，它是时空弯曲？比较有希望的统一理论是超弦，类似的理论还有11维膜，还有M理论。
有些问题你不去想一点也不会影响你的生活，物理学这东西不像爱情和钱一样大多数人必须面对，那些世人眼中疯了的人，他们抛弃爱情与财富去追求世界的本质，有些人你认为他疯了，但从这些疯了的人身上，我们看到了人类的希望。
他们说；空间与时间的问题从来没有困扰过我，也没有什么东西能更让我感到困惑，为什么G的大小是6.67*10的负11次方，K的大小是9*10的9次方，元电荷的大小是……，光速是……
只要改变一点点，宇宙就大有不同，一切是本该如此，谁赋予宇宙的规律，为什么一切控制的如此巧妙，让150亿年后的今天诞生了我们人类。
理论物理学家们给出了一个令人发笑的原理：人存原理：为什么你看世界是这个样子的，因为如果世界不是这个样的，你就不会在这里看它。
从实质上讲，高等物理比初等物理有趣多了，这是一个很少的人愿意相信的秘密。
许多被高中或大学物理难住了而极度的讨厌物理学，因为他们所见到的只是小木块在斜坡上，人造的粒子在磁场中打转。
一个个与自然界的内在要素，她的美，她的对称性和她的简单性没有多少联系的畸变了的唯象学方程。