原盧莎莎聶新明等人。 物理與工程
概括
大學(xué)物理是高等學(xué)校理工科教學(xué)體系中的一門基礎(chǔ)課程。 具有受眾面廣、基礎(chǔ)雄厚的特點。 將思想政治元素融入大學(xué)物理教學(xué)，有利于推進立德樹人根本任務(wù)的落實。 本研究以大學(xué)物理中的“動量守恒定律”為案例進行思想政治教學(xué)實踐。 在教學(xué)中，我們注重培養(yǎng)學(xué)生的物理思維，進一步從物理的角度理解物體之間的相互作用。 理解“定理”和“定律”的區(qū)別和聯(lián)系。 以我國航天事業(yè)和火箭的發(fā)展為例，介紹動量守恒原理的應(yīng)用，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的家國意識和科技報國的使命感。 同時強調(diào)動量守恒定律的普遍性動量守恒定律的應(yīng)用，并以核衰變?yōu)槔榻B其在科技前沿的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生勇敢攀登科學(xué)技術(shù)高峰的責(zé)任感和使命感。科學(xué)。 將顯性知識傳遞與隱性價值引導(dǎo)有機統(tǒng)一，實現(xiàn)專業(yè)教育與思想政治教育的融合。
關(guān)鍵詞：思想政治課； 大學(xué)物理； 動量守恒定律； 科學(xué)技術(shù)前沿
是 of 和 in 中的基本。它有 Wide 和 的 。 并進入是任務(wù)的。 本文以 和 的定律為例。 在 中，我們重點關(guān)注 ' 和 來自 的 。
可以和法律。 中國和作為一個國家，我們。 中國的和作為一個，本文的，'在，和'的與和和他們的。
同時，它的規(guī)律，并以衰敗作為其在其中的一種，從而達到‘感’和攀登‘高峰’的目的。 對 和 具有價值。
2020年5月28日，教育部印發(fā)《高等學(xué)校思想政治課程建設(shè)指導(dǎo)綱要》教高[2020]3號。文件明確提出：將思想政治教育貫穿于全過程健全人才培養(yǎng)體系，全面推進高校思想政治課程建設(shè)，充分發(fā)揮各課程的育人作用，提高高校人才培養(yǎng)質(zhì)量[1]。
大學(xué)物理是所有理工科本科專業(yè)的必修基礎(chǔ)課或?qū)I(yè)基礎(chǔ)課。 它很基礎(chǔ)，并且有廣泛的受眾。 本課程旨在通過分析自然界存在的現(xiàn)象來推導(dǎo)物理定律，涵蓋力學(xué)、熱、電磁、光學(xué)和原子物理[2]。 這種教學(xué)內(nèi)容的豐富性與思想政治教育滲透生活的理念是一致的。 大學(xué)物理作為一門基礎(chǔ)課程，為培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維方法、發(fā)展探究能力提供了有效途徑[3]。 因此，深入挖掘大學(xué)物理中的思想政治要素，并將其與教學(xué)有機結(jié)合，將進一步提高德育的實效性[4-6]。
動量守恒定律是粒子系統(tǒng)動量定理的推廣和應(yīng)用。 是所學(xué)物理知識與實際應(yīng)用緊密結(jié)合的典型范例，有助于提高學(xué)生學(xué)以致用的能力。 此外，動量守恒定律也是物理學(xué)中一條既適用于宏觀物理又適用于微觀物理的物理定律，對于物理思維的培養(yǎng)具有重要意義。 將動量守恒定律融入教學(xué)過程，將極大促進科技進步，激勵學(xué)生科技報國。
1 教學(xué)目標
1.1 知識和技能目標
1）了解粒子系統(tǒng)的內(nèi)力和外力，掌握動量守恒原理。
2）了解動量守恒定律成立的條件。
3）掌握利用動量守恒定律分析力學(xué)問題的思想和方法。
1.2 課程思想政治目標
1）培養(yǎng)社會責(zé)任感，激發(fā)科技報國意識。
2）加強物理思維方法訓(xùn)練。
2.《動量守恒定律》課程思政教學(xué)過程
2.1 溫習(xí)知識，溫故知新
通過上節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生掌握了粒子和粒子系統(tǒng)的動量定理。 通過回顧，再次明確了物質(zhì)、粒子系統(tǒng)、內(nèi)力、外力的概念。 特別是明確了定理的適用范圍和注意事項。 定理是已被證明在邏輯約束下正確的陳述。 因此，定理一般都有限定條件。 粒子和粒子系統(tǒng)動量定理的共同條件是它們僅適用于慣性系統(tǒng)。 這里強調(diào)物理定理的特點，培養(yǎng)學(xué)生的物理思維，即“講定理時，要講前提”。
2.2 引入問題激發(fā)興趣
通過播放“天河”核心艙成功發(fā)射的新聞和視頻，啟發(fā)學(xué)生觀察和思考核心艙如何“上天”[7]。 讓學(xué)生認識到運載火箭的重要性。 我進一步問火箭發(fā)射的基本原理是什么，我們是否可以用我們現(xiàn)有的知識來回答它。 這種啟發(fā)式的問題引入，可以讓學(xué)生獲得循序漸進、抽絲剝繭學(xué)習(xí)的樂趣。
2.3 動量定理和粒子系統(tǒng)動量守恒定律
接手問題導(dǎo)入，讓學(xué)生繼續(xù)觀察和研究粒子系統(tǒng)的動量定理[8]
即作用在系統(tǒng)上的凈外力的沖量等于系統(tǒng)動量的增量。 請學(xué)生分組思考：關(guān)于粒子系統(tǒng)動量定理的一個特例，即如果粒子系統(tǒng)上的合外力F ex = 0，此時會得出什么結(jié)論？ 這個問題實際上是粒子系統(tǒng)動量定理的一個應(yīng)用。 學(xué)生很容易得到：如果粒子系統(tǒng)上的凈外力F ex = 0，則系統(tǒng)總動量不變，最終動量等于初始動量。 這就是本課的重點：動量守恒定律，其表達式為[8]
如果 F ex = 0，則 p = C (2)
即在一定時間內(nèi)，如果粒子系統(tǒng)所受的外力矢量和自始至終保持為零，則該時間內(nèi)粒子系統(tǒng)的動量守恒。 此外，激發(fā)學(xué)生思考定理和定律之間的差異和聯(lián)系。 定理通常基于假設(shè)并通過推理和證明獲得。 該定理本質(zhì)上是嚴格的，不可能包含邏輯矛盾。 定律更像是一種理論模型，用于描述特定情況和尺度下的現(xiàn)實世界。 在其他情況或尺度下，它可能無效或不準確[9]。 本題旨在加深學(xué)生對定理和定律的理解。 遇到物理定理和定律時，首先要考慮條件。 往往定律需要滿足的條件更加嚴格。綜上所述，動量守恒定律需要解釋如下： (1) 動量守恒定律的條件為
，或者如果某個方向上的總外力為 0，則該方向上的動量守恒。 (2) 當(dāng)系統(tǒng)的內(nèi)力遠大于外力時，
，可以近似認為是動量守恒。 （3）動量守恒定律是物理學(xué)中最普遍、最基礎(chǔ)的定律之一，在宏觀和微觀領(lǐng)域都有重要的應(yīng)用。 (4)動量守恒定律對所有慣性系都成立，但在解決具體問題時，各質(zhì)點的動量應(yīng)相對于同一個慣性系。 (5)內(nèi)力對系統(tǒng)的動量沒有貢獻，即系統(tǒng)的總動量保持不變。 但內(nèi)力可以改變每個粒子的動量，從而重新分配系統(tǒng)內(nèi)的動量。 例如，兩個人 A 和 B 站在光滑的冰上，其質(zhì)量為 mA 和 mB。 通過用手互相推動，兩個人分別獲得速度vA和vB。 兩個粒子的運動狀態(tài)都發(fā)生了變化。 但其向量和仍為0，即p = mAvA + mBvB = 0。
在解釋動量守恒定律的過程中，借用了之前關(guān)于粒子系統(tǒng)動量定理的知識，保證了知識體系的連貫性。 同時對物理學(xué)中常見的定理和定律進行了比較，并強調(diào)了使用時的適用條件。 這對于培養(yǎng)學(xué)生的物理思維有一定的幫助。
2.4 動量守恒定律的宏觀應(yīng)用與中國航天事業(yè)
學(xué)習(xí)了動量守恒定律的表達方式和注意事項后，嘗試用一個例子來回答一開始提到的火箭如何“上天”的問題。
火箭是利用燃料燃燒后噴出的氣體產(chǎn)生的反沖推力的飛行器。 火箭技術(shù)在航天和國防領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，包括“東方紅一號”、“北斗”、“墨子”等衛(wèi)星，“神舟”系列飛船，“天問一號”火星探測器，“天問一號”火星探測器等。嫦娥五號月球探測器和“天河”空間站核心艙均由火箭發(fā)動機發(fā)射和控制。 如此重要的國家武器最基本的原理就是動量守恒定律。 首先介紹一下中國航天事業(yè)的重大事件以及火箭的重要性。 在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時，也增加了他們的民族認同感和自信心。
實施例1 返回火箭相對于慣性系S沿水平方向飛行，速度為v=2.5×103m·s-1。 不考慮空氣阻力。 現(xiàn)在火箭被分成兩部分。 前面的儀器艙質(zhì)量為m1=100kg，后面的火箭集裝箱質(zhì)量為m2=200kg。 儀器艙相對火箭集裝箱的水平速度為1.0×103m·s-1。 求儀器艙和火箭容器相對于慣性系的速度。 （本例題來自馬文偉《物理》卷一[8]）
分析：首先判斷是否滿足動量守恒條件。 在這個過程中，內(nèi)力遠大于外力，因此動量守恒。 其次，本問題要特別注意慣性系的選擇，即每個粒子的動量應(yīng)該相對于同一個慣性系。 因此涉及伽利略變換。
答：假設(shè)儀器艙和火箭集裝箱相對于慣性系的速度分別為v1和v2。 儀器艙相對火箭集裝箱的水平速度為v′=1.0×103m·s-1。
那么根據(jù)動量守恒定律
v1 = v2 + v′ (3)
(m1 + m2)v = m1v1 + m2v2 (4)
解決了
v1 = 3.17×103m·s-1 (6)
進一步強調(diào)，在應(yīng)用動量守恒定律時，利用伽利略變換將研究對象統(tǒng)一在同一慣性系中。
演習(xí)講解結(jié)束后，簡要介紹了中國火箭的發(fā)展歷史和取得的成就[10]。 激發(fā)學(xué)生的家國情懷和科技報國的使命感。 火箭曾經(jīng)是中國古代的重大發(fā)明之一。 早在北宋時期，岳以方、馮繼勝就發(fā)明了火箭，一種以火藥為動力的飛行武器。 當(dāng)然動量守恒定律的應(yīng)用，這些是更具概念性的火箭。 遺憾的是，由于種種原因，我國錯過了第一次工業(yè)革命。 相關(guān)火箭的研究并未繼續(xù)。 在現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展中，我國正處于起步較晚的階段。 對于火箭這一關(guān)系國運的重要武器，新中國經(jīng)歷了幾代人的艱苦奮斗。 新中國成立初期，世界著名火箭專家錢學(xué)森克服重重障礙，歷時五年回到中國。 他在十年內(nèi)制造了兩顆炸彈。 錢學(xué)森是我國航天事業(yè)的奠基人，也是中國知識分子的典范。 “中國航天四位元老”任新民、黃維祿、屠守鶚、梁壽攀也辛勤耕耘、潛心鉆研，為中國航天事業(yè)做出了重要貢獻。 郭永懷甚至為中國的航天和國防事業(yè)獻出了自己的生命，成為兩彈一星中唯一被授予“烈士”稱號的科學(xué)家。 為我國航天事業(yè)做出突出貢獻的科學(xué)家有很多，包括趙九章、錢驥、楊家奇、謝光軒、王希季、孫家棟等，老一輩科學(xué)家克服重重障礙，將智慧鍛造成階梯，留下了寶貴的財富。給后來的登山者。 這也激勵著新一代航天員楊紅、伊一等人繼續(xù)為之奮斗。 通過介紹中國航天事業(yè)的發(fā)展，客觀分析了中國現(xiàn)代科學(xué)落后的原因。 也鼓勵同學(xué)們學(xué)習(xí)熱愛祖國、勇于攀登、科學(xué)求實、淡泊名利、默默奉獻的航天精神，并將其內(nèi)化為刻苦學(xué)習(xí)、報效祖國的精神。 力量。
2.5 動量守恒定律的微觀應(yīng)用及前沿技術(shù)
前面講牛頓運動定律時，強調(diào)了它的適用條件是質(zhì)點、慣性參考系以及宏觀低速運動問題。 動量守恒定律源自牛頓第二定律，但它在實際實驗中的應(yīng)用范圍比牛頓定律更廣泛。 它不僅適用于宏觀物體的低速運動，也適用于微觀物體。 從微觀粒子到宇宙物體，只要滿足守恒條件，動量守恒定律始終適用。 因此，動量守恒定律除了在宏觀航天中發(fā)揮重要作用外，也是微觀粒子世界的重要理論基礎(chǔ)。 以下是示例。
例2 假設(shè)有一個靜止的原子核，它衰變并輻射出一個電子和一個中微子，成為一個新的原子核。 已知電子和中微子的運動方向相互垂直，電子動量為1.2×10-22kg·m·s-1，中微子動量為6.4×10-23kg·m·s-1 -1。 新核動量的數(shù)值和方向是什么？ （本例題來自馬文偉《物理》卷一[8]）
分析：輻射衰減時，系統(tǒng)的內(nèi)力遠大于外力。 滿足動量守恒條件。
答：由于原子核在開始時是靜止的，并且系統(tǒng)在衰變輻射前后滿足動量守恒，因此系統(tǒng)的初始動量和最終動量均為0。
pe + pv + pN = 0 (7)
因為pe=1.2×10-22kg·m·s-1 (8)
pv=6.4×10-23kg·m·s-1 (9)
且 pe ⊥ pv (10)
所以
(11)
根據(jù)幾何關(guān)系
可見，與牛頓運動定律相比，動量守恒定律具有更好的普適性，在物理學(xué)前沿有著重要的應(yīng)用。 目前，大型強子電子對撞機將我們帶入更微觀的世界，尋找和研究新的粒子。 例如，我國大亞灣中微子實驗發(fā)現(xiàn)了中微子第三種振蕩模式，為了解反物質(zhì)消失之謎打開了大門。 可見，動量守恒定律的表達雖然簡單，但“以小見大”對于我們探索世界規(guī)律有著重要的作用。 這也體現(xiàn)了物理學(xué)的簡單性和實用性之美。
3 結(jié)論
本研究以大學(xué)物理課程中的“動量守恒定律”部分為例，詳細闡述了思想政治教育融入物理課堂的實施方法。 教學(xué)中以我國航天事業(yè)熱點科學(xué)問題為切入點，增強學(xué)生的民族自豪感和學(xué)習(xí)興趣。 然后，通過已經(jīng)學(xué)過的知識，通過抽絲剝繭、層層遞進的思維方法，得到動量守恒定律，訓(xùn)練學(xué)生的物理思維。 比較了物理學(xué)中經(jīng)常出現(xiàn)的“定理”和“定律”的區(qū)別和聯(lián)系，以及使用它們的注意事項。 為了進一步學(xué)以致用，我們介紹了動量守恒定律在宏觀（火箭運動）和微觀（核衰變）中的應(yīng)用，說明了動量守恒定律的實用性和普遍性。 講解過程中穿插了對中國航天、中微子的介紹，讓學(xué)生感受到大學(xué)物理的實用性。 同時介紹了一代又一代中國科學(xué)家的奮斗歷程，為講座增添了趣味性和人文色彩，鼓勵學(xué)生迎難而上、堅持不懈，培養(yǎng)了他們精益求精的工匠精神和報國情懷。科學(xué)和技術(shù)。
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