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高中物理知識在物理學全貌中的比重,五大力學解析

更新時間:2024-10-12 文章作者:佚名 信息來源:網絡整理 閱讀次數:

我們先來大致看一下物理的整體圖景,然后看看目前高中物理知識在這個整體圖景中占了多少比例。Cs2物理好資源網(原物理ok網)

物理全貌Cs2物理好資源網(原物理ok網)

我承認我有點困惑。恐怕已經不能用“全貌”這個詞來駕馭了。希望大家能針對我的不足給我一些建議。Cs2物理好資源網(原物理ok網)

物理學的知識體系之一是五力學:Cs2物理好資源網(原物理ok網)

先警告一下!這一部分有點長而且無聊。Cs2物理好資源網(原物理ok網)

1.理論力學Cs2物理好資源網(原物理ok網)

它分為三個部分:牛頓力學、拉格朗日力學、哈密頓力學Cs2物理好資源網(原物理ok網)

牛頓力學主要由三個牛頓運動定律組成(相信大家都知道)。使用的基本數學工具是微積分。牛頓第二定律實際上是一個常微分方程(F=ma?只對外行來說!)。牛頓力學的內容還可以加入到萬有引力定律中。Cs2物理好資源網(原物理ok網)

牛頓第二定律Cs2物理好資源網(原物理ok網)

拉格朗日力學的主要內容是歐拉-拉格朗日方程。哈密??頓力學的主要內容是哈密頓正則方程。這兩個方程可以使用勒讓德變換相互轉換。Cs2物理好資源網(原物理ok網)

歐拉-拉格朗日方程Cs2物理好資源網(原物理ok網)

漢密爾頓正則方程Cs2物理好資源網(原物理ok網)

2.經典電動力學Cs2物理好資源網(原物理ok網)

它可以分為兩部分:麥克斯韋方程組和洛倫茲力方程。Cs2物理好資源網(原物理ok網)

麥克斯韋方程描述了場源和電磁場之間的關系。常見的形式是四個偏微分方程(可能有點難以理解,但這是最簡單的形式)。這四個方程分別描述:電場、磁場、磁生電、電生磁。使用的數學工具是向量分析(可以簡單理解為向量代數和微積分的結合)。Cs2物理好資源網(原物理ok網)

麥克斯韋方程組Cs2物理好資源網(原物理ok網)

洛倫茲力方程描述了電磁場對場源地面力的影響。使用的數學工具是向量代數。Cs2物理好資源網(原物理ok網)

3.相對論力學Cs2物理好資源網(原物理ok網)

它由兩部分組成:狹義相對論和廣義相對論。Cs2物理好資源網(原物理ok網)

狹義相對論可以歸類為經典電動力學,是對經典力學的修正。主要內容是洛倫茲變換。當接近光速時,時鐘變慢,尺子變短,物體變重,質能轉換的結論都來自狹義相對論(這些結論都來自洛倫茲變換)。使用的數學工具:微積分、敏幾何。 (再次強調,如果你不懂麥克斯韋方程組,就沒有資格說你懂狹義相對論)Cs2物理好資源網(原物理ok網)

洛倫茲變換Cs2物理好資源網(原物理ok網)

廣義相對論的基本思想是:時空告訴物質如何運動,物質告訴時空如何彎曲。主要內容是愛因斯坦的場方程(二階非線性偏微分張量方程,就是看不懂)。使用的數學工具是微分幾何、張量分析。Cs2物理好資源網(原物理ok網)

愛因斯坦場方程Cs2物理好資源網(原物理ok網)

4.熱力學和統計力學Cs2物理好資源網(原物理ok網)

自然分為:熱力學和統計力學。Cs2物理好資源網(原物理ok網)

熱力學描述宏觀現象,是統計力學的宏觀表達。主要內容是熱力學四定律。零定律:熱平衡。第一定律:能量守恒定律。第二定律:熵增(可由克勞修斯不等式得到)。第三定律:絕對零是無法達到的。理想氣體狀態方程也是其基本內容。使用的數學工具:微積分。Cs2物理好資源網(原物理ok網)

克勞修斯不等式Cs2物理好資源網(原物理ok網)

統計力學描述微觀粒子運動的統計規律留學之路,是熱力學的微觀表達。主要內容是玻爾茲曼速率分布定律和能量均分原理。使用的數學工具:微積分、概率論和數理統計……。Cs2物理好資源網(原物理ok網)

5.非相對論量子力學Cs2物理好資源網(原物理ok網)

至少有三種形式:矩陣力學、波動力學和路徑積分。Cs2物理好資源網(原物理ok網)

我只提波動力學,主要內容是薛定諤方程(偏微分方程)。學習量子力學時不學習薛定諤方程,就像學習牛頓力學時不學習牛頓第二定律一樣。Cs2物理好資源網(原物理ok網)

至于所使用的數學工具,包括:微積分、變分法、線性代數、向量分析、復變函數等。 (如果你不懂希爾伯特空間,就沒有資格說你學會了量子力學。)Cs2物理好資源網(原物理ok網)

薛定諤方程Cs2物理好資源網(原物理ok網)

以上內容只是基礎知識。如果說今天的物理樓相當于高中數學的話,那么上面的內容只相當于加減乘除。Cs2物理好資源網(原物理ok網)

這些基礎之上是什么?Cs2物理好資源網(原物理ok網)

現代流體力學、現代聲學、量子統計學、量子電動力學、連續介質力學、等離子體動力學、量子場論、規范場論、量子色動力學、凝聚態物理、粒子物理標準模型、混沌理論、消耗散射結構理論、黑洞力學、弦理論、M理論、圈量子引力理論……Cs2物理好資源網(原物理ok網)

初中數學難物理難Cs2物理好資源網(原物理ok網)

(路還很長很長)Cs2物理好資源網(原物理ok網)

目前高中物理知識Cs2物理好資源網(原物理ok網)

力學和電磁學是高中物理的主要主題。讓我們對上面的內容進行基準測試。Cs2物理好資源網(原物理ok網)

高中力學-----理論力學Cs2物理好資源網(原物理ok網)

理論力學三部分中,高中力學僅涉及牛頓力學(約占33%)。Cs2物理好資源網(原物理ok網)

牛頓力學中有兩個重要的守恒定律:動量守恒定律和角動量守恒定律。然而高中力學根本沒有提到角動量,這直接導致知識大幅減少(約占18%)。Cs2物理好資源網(原物理ok網)

如前所述,牛頓第二定律本身就是一個常微分方程。如果你不懂微積分,你怎么能理解微分方程呢?如果你不懂微分方程,你怎么能理解牛頓第二定律呢? (約占9%)Cs2物理好資源網(原物理ok網)

結果得到:高中力學只占理論力學的9%左右。Cs2物理好資源網(原物理ok網)

高中電磁學-----經典電動力學Cs2物理好資源網(原物理ok網)

高中電磁學有洛倫茲力方程,還不錯,但是經典電動力學大部分都是麥克斯韋方程組!Cs2物理好資源網(原物理ok網)

再看麥克斯韋方程組的四個方程:(每個方程占10%;洛倫茲力方程占10%;麥克斯韋方程組全套方程組收集,占50%)Cs2物理好資源網(原物理ok網)

1.高斯定律描述電場的色散和不旋轉。 (無配方,0%)Cs2物理好資源網(原物理ok網)

2.高斯磁定律初中數學難物理難,描述磁場的旋轉和不色散。 (無配方,0%)Cs2物理好資源網(原物理ok網)

3. 描述通過磁力產生電力的電磁感應定律。 (有公式初中數學難物理難,但不反映渦旋電場,5%)Cs2物理好資源網(原物理ok網)

4. 描述電磁學的總電流定律。 (無配方,0%)Cs2物理好資源網(原物理ok網)

結果是:高中電磁學只占經典電動力學的15%左右。Cs2物理好資源網(原物理ok網)

至于高中物理的其他內容,在高考物理卷子中并不占很大的分值,大多數高中生也不會重點關注,所以這里就不討論了。Cs2物理好資源網(原物理ok網)

總結Cs2物理好資源網(原物理ok網)

高中力學只占理論力學的9%左右。Cs2物理好資源網(原物理ok網)

高中電磁學只占經典電動力學的15%左右。Cs2物理好資源網(原物理ok網)

理論力學和經典電動力學只是現代物理學的基礎知識。Cs2物理好資源網(原物理ok網)

您認為降低高中物理的要求是否合適?降低初中物理要求是否合適?Cs2物理好資源網(原物理ok網)

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