大学物理这门课程, 作为高等学校理工科非物理类专业的专业基础课, 是大学生的必修课, 对他们的专业课有着非常重要的作用。该课程对知识点的处理上, 总体说有个非常显著的特征, 那就是:由浅至深, 循序渐进。下面针对物理学这四大分类进行讨论。
1 力学
经典力学就是运动速度远远小于光速的力学, 也称为牛顿力学。高中大家都学过质点模型, 牛顿三定律, 以及两个守恒定律 (动量守恒和能量守恒) 。进入高等院校学习阶段, 就需要学会用矢量表示法来表示所有是矢量的物理量, 并且加上高等数学中的微积分对物理量进行运算。这就是学习经典力学的宗旨。
学习对象除了上面提到的质点运动学的相关知识外, 另有一大一小两个新知识点:“一小”指物理量的量纲, 这是在复习物理量的单位时提出的一个新内容, 因为物理量的量纲有几点很重要的用途, 比如利用量纲来判断公式的正确与否, 推导公式等等。由于此知识点的难度不高, 所以大家完全可以自学掌握。“一大”指刚体的转动。研究对象是与质点模型完全不同的一个新模型, 物理量也不是通常质点中的线量, 而成了角量。所以学习新知识点时, 大家可以采用“类比法”, 与质点运动学相对应的物理量比较, 从中掌握规律, 比如质点中的线速度对应于刚体中的角速度, 公式也可以通过线量和角量之间的关系式推导出来。虽然刚体和质点完全不同, 但我们可以把刚体看作是很多质点叠加的总效果, 再将定轴转动加进去, 就构成了刚体的转动。因此, 学习刚体的转动时, 掌握两点就能学好:一是学习每个知识点都不忘与质点运动学对应知识作类比, 二是灵活运用高等数学中的微积分, 因为刚体可以看作是很多质点的叠加, 就可以得出刚体的运动规律。
爱因斯坦发现了经典力学的相对性原理与麦克斯韦电磁理论之间的矛盾, 他始终认为在电磁理论的正确性, 并大胆提出了以光速不变原理和“普遍的”相对性原理为基础的狭义相对论。由于相对论是与经典力学截然不同, 所以作为非物理类专业的学生, 根据所学专业对物理学的学习要求, 这个知识点只作为一般了解, 不必深究。
2 光学
光具有波粒二象性, 即既有波动性又有粒子性。光是一种电磁波, 又是横波, 大学物理用了三章内容进行讲述, 分别是振动, 波, 光学。对于振动和波, 只要学会计算机械振动或机械波的运动方程就算完成学习任务, 而这个方程的求解难度, 就在于求初相。对于求初相的方法有两种:一种就是纯数学知识, 通过已知量的代入, 利用三角函数公式解出来;另一种就是旋转矢量法这个方法既快又准, 看旋转矢量图, 能立刻做出取舍。所以掌握旋转矢量法是学习这两章的核心。
对于光学这一章, 除了高中学过的杨氏双缝干涉和单缝衍射等旧的知识点外最新的莫过于光栅和光的偏振性。光栅成像的原理需要搞清楚, 而光栅衍射方程就是它的核心表示。光的偏振性主要研究的是光矢量方向的问题, 因为光矢量的方向决定了光具有的偏振性。总之, 学习本章只要将理论与试验结合, 最好能在试验室讲解这章内容, 既可以锻炼学生的动手能力, 激发学习兴趣, 更可以让教学达到事半功倍的效果。
光的粒子性出现在量子物理中。它是将普通物理向量子力学过渡的一门课程更像是粒子物理。所以本章的学习对象就是微观世界的粒子, 重点不再是公式的推导与计算, 而是现象与试验的有机结合, 注重结论, 把握重点理论的得出过程, 对自己感兴趣的试验或现象, 不妨通过自己的努力, 对已有的试验进行一些重现或改进, 这章正是给大家一个接近物理最尖端科学的一个通道。
3 热学
热学分两部分, 一个是气体动理论, 一个是热力学基础。前者是在温习高中气体知识的基础上提出一个新的知识点:能量均分定理, 这个知识点不难掌握。关键是热力学基础的学习, 它仿佛就是热力学与统计力学的前身, 通过学习热力学两大定律之后, 重点需要理解的是有关熵的知识。可见, 这部分知识不是大学物理课程的难点要求不高, 了解就可以。
4 电磁学
我们主要研究的是静电场部分, 概括起来就是:一个基本定律, 两个基本物理量和两个基本定理。通过学习我们知道, 库仑定律是类比万有引力定律而发现与建立的, 所以只有遵循库仑定律, 研究静电场的一系列问题才有意义。两个物理量对应产生两个基本定理, 分别是:电场强度对应高斯定理, 主要研究静电场中的受力情况;电势对应环路定理, 主要研究静电场中的做功情况。这章包括整个电磁学的学习任务, 首要任务就是学会用公式表示所有是矢量的物理量, 即一个公式, 除了反应物理量间的大小关系, 更要反应他们的方向关系;第二个任务就是学会运用积分将分布连续的物理量计算出最后结果;最后一个任务就是学会计算常见带电体的电场强度, 电势等重要物理量, 并记住结果作为以后计算的已知条件, 这些常见带电体包括:无限大带电平板, 圆环, 圆盘, 圆壳等。
磁学主要研究的是恒定电流产生的恒定磁场。分析物体在磁场中所受的力主要是是带电粒子和载流导线。重点解释下磁场中的磁介质, 这是一个全新的知识点, 除了我们经常见到的铁磁质, 还有顺磁质和抗磁质, 学习磁介质时, 重点是掌握磁化过程及在这个过程中出现的一些物理量, 有助于工科专业尤其是搞材料方面的同学学习其他专业课的一个很好的铺垫。
变化的磁场激发电场, 变化的电场激发磁场, 电磁感应就是“见证”。本章知识大家耳熟能详的莫过于楞次定律, 这固然是重点, 但本章的重中之重是麦克斯韦的电磁场方程的积分形式:。它是麦克斯韦假设有旋电场和位移电流之后产生的。这两个假设揭示了电磁场之间的内在联系, 它们构成了一个统一的电磁场整体, 所以理解性记牢这四个公式是根本。
5 结语
由于大学物理的特殊性, 每一个复杂的公式背后都隐藏着非常重要的物理意义, 我们只有对物理意义有了较深的理解后才能准确利用公式进行我们需要的工作。所以, 学习大学物理, 方法是关键。另外, 值得注意的是, 很多发生在现代尖端科学中的一些知识都来源于我们最普通的大学物理课程, 要想进一步学好自己的专业课程, 展现自己的上层建筑, 那么学好大学物理就如同打好最坚实的基础。
摘要：本文通过论述大学物理中力学、热学、光学和电磁学, 这四大类知识的相关联系, 总结了几点学习技巧, 有助于提高大学生对大学物理这门课程的学习兴趣, 以此增强本门课程的教学。
关键词：大学物理,力学,热学,光学,电磁学
参考文献
[1] 马文蔚.物理学 (第五版) [M].北京:高等教育出版社, 2006:1.
[2] 朱洪玉, 刘美驹.关于电磁学教学的一些体会[J].大学物理, 2000, 19 (10) :36.
[3] 郭奕玲, 沈慧君.物理学史[M].北京:清华大学出版社, 1993:123.