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1、中学物理实验教学专题,In the matter of physics, the first lessons should contain nothing but what is experimental and interesting to see. A pretty experiment is in itself often more valuable than twenty formulae extracted from our minds. - Albert Einstein,http:/www.hazelwood.k12.mo.us/grichert/sciweb/applets.h
2、tml,一 物理实验的重要性,Experiment plays many roles in science,One of its important roles is to test theories. Call for a new theory: an accepted theory is incorrect; a new phenomenon is in need of explanation. Experiment can provide: hints toward the theory; evidence for the existence of theories. It may al
3、so have a life of its own, independent of theory. Such experiments may provide evidence for a future theory to explain. A single experiment may play several of these roles at once.,http:/plato.stanford.edu/entries/physics-experiment/,物理实验在物理学研究与发展中的作用,从物理学史看物理实验的重要性,经典物理学的建立：,近代物理学的建立：,力学（伽里略）,电磁学（库
4、仑、法拉第、麦克斯韦）,光学（杨氏、菲涅耳）,三大发现（X光、放射性、电子） 从宏观到微观,两朵乌云（黑体辐射、迈莫实验） 从经典到近代,取自 周鲁卫ppt,材料：物性测试、新材料的发现（如C60、高温超导 材料等） 新材料制备方法的研究（如离子束注入、激 光蒸发等）,三、 物理实验对物理学在其他学科中应用的意义,化学：光谱分析、放射性测量、激光分离同位素、 量子化学,生物：各类显微镜 双螺旋结构的发现；DNA操纵、切割、重组,医学：诊断X光、CT、核磁共振、超声波 治疗放射性、激光、微波、 刀,材料：物性测试、新材料的发现 新材料制备方法的研究,物理实验对物理学在其他学科中应用的意义,取自
5、周鲁卫ppt,百般呵护好奇心 尽情释放好奇心,精心呵护青少年的好奇心 全力释放你的好奇心 好奇心是引领 推动 科学前进的原动力 好奇心是推动科学发展的动力-,6,物理实验在“全人教育”上 有独特作用,取自 周鲁卫ppt,好奇心是每个健康 孩子天生就 有的，然而它常常过早地消失。 -Albert Einstein,取自 周鲁卫ppt,丁肇中： “科学很大一个作用是满足人的好奇心，这是人和动物的最大区别。” “为了名和利去做科学是危险的。”,取自 周鲁卫ppt,埃拉托色尼测定地球周长的实验（约公元前300年）,问题：给你一根直杆，你能否测出地球的周长？,塞恩城,亚历山大城,北回归线,亚历山大城和塞
6、恩城,地球是个球型的证据,人们如果来到海边就能看到地平线本身便是个巨大的圆弧,确定大地的形状,亚里士多德时期，他已经明确提出，大地是一个球体,埃拉托色尼是一位 杰出的数学家、天 文学家、运动学家、 诗人、地理学家,排名第二的全能学者 故事的主角,月食时地球的阴影显然是个圆形,北京时间2008年2月21日（元宵节）上午9时43分-13时09分天空发生了一次月全食，由于这次月球食发生在中国的白天，因此中国公众无缘直接目睹这次天象。右上图为乌拉圭首都蒙得维的亚出现的月全食。,9,（北回归线。夏至，太阳能直射。亚里斯多德是第二聪明的人，他是第二聪明的人。）,取自 马世红ppt,埃拉托色尼测定地球周长的
7、实验 （约公元前300）,L = 360 800 / 7.2 千米,10,取自 马世红ppt,埃拉托色尼测定地球周长的实验 （约公元前300）,11,7.2o,C=(360o/7.2o)X800km,取自 周鲁卫ppt,问题2：当你躺在海滩上看到太阳落下而消失在平静的海面时，如果紧接着站起来，会再一次看到太阳落下。假如能测出这两次太阳落下对应的时间间隔，你就可以估计出地球的半径。 那么，这样的简易观察是 如何能用来测量地球半径？,12,取自 马世红ppt,d 2+ r2 = (r + h)2，d = HE, d 2 =2rh + h2， h r, d 2 =2rh, / 360 = t / 2
8、4h, d = r tan ， h r 2h / tan2,r 5.22106m, 在公认的地球（平均） 半径（ 6.37106m ）的20范围之内,Dennis Rawlins, Am. J. Phys. 47(2), 1979, 126-128,d,13,经周老师取自马世红ppt,p,p,设 t = 11.1s, =0.04625 h = 1.70m,“怎样使用表和米尺来测量地球的大小”，,Amer. J. Phys. 47(2) (1979) 126-128,14,取自 马世红ppt,物理学家看物理实验的重要性,牛顿：“探求事物属性的准确方法是从实验中把他们推导出来。考察我的理论的方法就
9、在于考虑我所提出的实验是否确实证明了这个理论；或者提出新的实验去验证这个理论。”,叶企孙：“对于象李政道这样优秀的学生，理论课可以免上，只参加考试；但实验不能免，每个必做。”,15,丁肇中：“我是一个做实验的工程师。希望通过我的得奖，能提高中国人对实验的认识。没有实验就没有现代科学技术。”,杨振宁：“象我这样有了一点 名气的人也有不好的影响。在国内有许多青年人都希望搞我这一行（指搞理论），但是，象我这样的人，中国目前不是急需。要增加中国的社会生产力需要的是很多会动手的人。”,16,结论：物理学是一门实验科学。在物理学的发展过程中，实验是决定性的因素。发现新的物理现象，寻找物理规律，验证物理定律
10、等等，都只能依靠实验。离开了实验，物理理论就会成为“无源之水，无本之木”，不可能得到发展。,从诺贝尔奖看物理实验的重要性,1901年以来的100多年中， 获诺贝尔奖的理论物理学家与实验物理学家的比为： 1 : 2.2 其中，1971年以来的30多年中，获诺贝尔奖的理论物理学家与实验物理学家的比为： 1 : 6.5,17,18,荷兰夜光公路,主题: 明年荷蘭將引入夜光公路. 明年荷蘭將引入夜光公路.這就是已開發國家 ! 可提示天氣發佈時間：2012年11月01日 電動車優先車道：被提出的最具創意的想法之一，電動車專用車道可以讓汽車一邊行駛一邊充電能效節約性：在公路兩旁安裝節能燈，當駕駛員駕駛著汽
11、車駛近這些燈時，燈便漸漸點亮；當駛離時，這些燈就會逐漸熄滅。落實將避免不必要的電能浪費 夜光公路：明年荷蘭將引入夜光公路，使用 光致冷粉末 塗于道路分隔線，該材料可在陽光下進行充電，在夜晚 就能發光照亮公路，維持時間高達10小時 應對惡劣天氣：溫度應答動力學漆，能使透明的冰晶體變得可見 據國外媒體報導，在黑夜中 能發光的想法聽起來比較前衛吧， 這種公路還能夠為電動車充電，這種公路的部分概念 將于明年引入荷蘭。 智慧公路的概念 在上周的荷蘭設計周活動中被提出，智慧高速公路 將採用最新的技術，設計者表示，這種公路將會更可持續、更安全以及更為直觀。 負責該工程的公司表示，他們的目標是將傳統的運輸方式
12、進行革新， 將技術的應用物件集中於高速公路，而不是具體的某種交通工具。 那些對於未來之路最具大膽想法，都是設立一些專用車道， 車道可以讓車輛在行駛的過程中進行充電。 設計者還說明了另一項方案，即在公路兩旁安裝節能燈，當駕駛人員駕駛著汽車駛近這些燈時，燈便漸漸點亮；當駛離時，這些燈又會逐漸熄滅。 設計者表示，真正 有意義上的智慧高速公路距人們的生活還比較遙遠。 不過，荷蘭的公路將用一種光致冷光粉末塗上道路分隔線，該材料可在陽光下進行充電，在夜晚就能發光照亮公路，維持時間可高達10小時。 明年 將在荷蘭的公路系統中應用的，另一項技術就是採用 溫度應答動力學漆，它能使透明的冰晶體在駕駛員面前無所遁形
13、。 由荷蘭設計工作室Studio Roosegaarde以及Heijmans提出了智慧公路的想法，該想法在荷蘭設計大獎賽上被授予了“最佳未來概念”稱號。 然而，就汽車在公路上行駛如何進行充電的過程還沒有太多的資訊可供研究。 Studio Roosegaarde公司在一份聲明中表示， “設計師Daan Roosegaarde與Heijmans正致力於對公路進行創新， 一改先前人們集中在汽車駕駛體驗方面創新的思維。 ”其創新設計概念包括：夜光公路、動力學漆、交互感應燈 以及感應優先車道這些想法 都將在接下來五年內逐一實現。 該工作室還表示，設計目標就是 通過使用交互感應燈來與車道進行互動，從而使車
14、道更可持續更具交互活動，而且 有利於解決特定的交通狀況。,结论：物理学是一门实验科学。在物理学的发展过程中，实验是决定性的因素。发现新的物理现象，寻找物理规律，验证物理定律等等，都只能依靠实验。离开了实验，物理理论就会成为“无源之水，无本之木”，不可能得到发展。,19,改变轻视实践的传统观念,李约瑟之迷 为什么资本主义和现代 科学起源于西欧而不是 中国或其他文明？,20,解答“李约瑟之迷”： “儒家相信宇宙的道德秩序(天)”， “他们使用道一词，主要地如果不是唯一地是指人类社会里的理想道路或秩序。这在他们对待精神世界和知识的态度上表现得很明显。他们固然没有把个人与社会人分开，也没有把社会人与整
15、个自然界分开，可是他们向来主张，研究人类的唯一适当对象就是人本身。因此，在整个中国历史上，儒家反对对自然进行科学的探索，并反对对技术做科学的解释和推广。”,-李约瑟中国科学技术史,V.2, 科学思想史P8， 转引自清华大学基础物理实验A3,21,社会上轻视实践现象-根深蒂固,论语：樊迟请学稼，子曰：吾不如老农。请学为圃，曰：吾不如老圃。樊迟出。子曰：小人哉，樊须也！,物理学以实验为本，但要重视实验课程学习与科学实验训练，就如逆水行舟。,22,Samuel C.C. Ting The Nobel Prize in Physics 1976,Samuel C.C. Tings speech at
16、the Nobel Banquet, December 10, 1976,From Les Prix Nobel en 1976, Editor Wilhelm Odelberg, Nobel Foundation, Stockholm, 1977,Banquet Speech,23,23,国王，王后陛下，皇族们，各位朋友： 得到诺贝尔奖，是科学家最大的荣誉。我是在旧中国长大的，因此，想借这个机会向发展中国家的青年们强调实验工作的重要性。 中国有句话劳心者治人，劳力者治于人，这种落后的思想对发展中国家的青年们有很大的害处。由于这种思想，很多发展中国家的学生都倾向于理论的研究，而避免实验工作。 事实上，自然科学理论不能离开实验的基础，特别是物理学更是从实验中产生的。 我希望由于我这次得奖，能够唤起发展中国家学生们的兴趣，而注意实验工作的重要性。,24,24,最美的十大物理实验,1. 用单电子作的杨氏双缝干涉实验（1961） 2. 伽利
