从现象到本质.docx

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1、从现象到本质 我们在教授给学生学问的同时，让学生能够在学习过程中体会到乐趣，是激发学生学习一门学科的有效的方式。俗话说：好知者不如乐知者，说的就是这种状况。在物理教学中加入一些科学史料，可以充分激发学生学习某一课题的学习爱好，这里我们要说的是能量探讨的几个过程中体现出的各个代表人物以及其主要的贡献。 能量对人类的生存至关重要。我们须要能量来建筑四周的各类建筑物，以供我们居住、工作或者作为爱护场所，我们须要能量来传递各类东西，包括信息，我们须要能量来点亮我们的房子，赶走夜晚的黑暗。更重要的是，能量对于生命本身也是至关重要的，可以说，没有能量就没有生命体的存在。那么，原委什么是能量呢？究竟是什么缘

2、由使得能量对于我们如此之重要？ 为了回答这些问题，科学家们建立了一整套看起来奇惊奇怪的定律，把时间万物与发动机、人类和宇宙中的恒星联系在了一起。结果证明，对于人类日常生活如此关键的能量还能够帮助我们了解完全的宇宙。这些规律的建立也许经验了如下几个主要的阶段： 第一个阶段：能量本质的萌芽阶段 在人类史上，人类发觉了各种各样的方法和方式从其生存的环境中获得能量。其中从最简洁地收集各种果实，到燃烧，到海上行船，到水轮。但是，大约300多年前，某件令人惊异地事情发生了。人类独创了机器，于是起先有实力运用大量的能量，做到原来不行能完成的工作。当然机器的出现源于许多人的努力，也处于各种不同的缘由，但其中一

3、个引人注目的科学家是科学史上最有魅力的角色之一，也是人类中首先要解开能量之谜的科学家之一戈特弗里德莱布尼茨，德国闻名的自然科学家、数学家、物理学家、历史学家和哲学家，一位举世罕见的科学天才，和牛顿同为微积分的创建人。他的探讨成果对丰富人类的科学学问宝库起到了不行磨灭的作用。探讨宇宙的运行机制始终是莱布尼茨永不磨灭的爱好所在。与他同时代的科学家们相同，莱布尼茨确信宇宙是万能的造物主创建的一台巨大的机器。假如能够理解机器的工作原理，就应当能够理解宇宙的运行规律。对他来讲，神学和哲学有着不行分割的紧密联系，另一方面，工程学和力学之间也亲密相关。1676年，正是神学和哲学之间的亲密关系引导着莱布尼茨探

4、讨第一眼看上去特别简洁的一个问题：当物体之间相撞时会发生什么？当两个球碰撞在一起时，一个球的运动传递到了另一个球上，好像二者之间传递了什么，莱布尼茨称之为活力。他认为，正是这种活力像一个物理实体一样在碰撞过程中从一个小球传递到了另一个小球。由此，莱布尼茨认为，整个世界就是一台活的机器，造物主把肯定量的活力放在了这架机器中，这些活力将会恒久保持不变。所以，世间的活力是守恒的。问题是如何定义它。 此后，莱布尼茨又建立了一个简洁地数学模式用以描述他的“活力”。但是，他还意识到了一些其他的东西。他发觉，在枪支用的弹药、火和蒸汽中，他的“活力”通过激烈地有力的方式释放了出来。假如这些力气能够驾驭，那么人

5、类就能够得到不可思议的力气。于是他立刻对如何捕获活力的方式入迷了。他的探讨发觉，假如这种“活力”在某些状况下的确能够被驾驭。比如，热可以转化成其他形式的运动。尽管莱布尼茨及其合作者们的想法意义重大，也很有远见，但是要用到实际中，还须要许多的条件。 其次个阶段：十七世纪末到十九世纪中叶 这一阶段，积累了大量的试验与视察的结果，莱布尼茨的幻想中的机器被制造了出来，这就是蒸汽机，蒸汽机成为了十九世纪的尖端技术。站在人类文明发展的角度看，蒸汽机的出现是一个宏大的进步，因为蒸汽机取代人力、动物力，成为了主要的生产力。这一时期，人们对于“热”的本质绽开了大量的探讨和激烈的争辩，为热力学的理论做好了基础。其

6、中，法国物理学家卡诺精彩地运用了志向模型的探讨方法，细心构思了志向化的热机卡诺可逆热机，提出了作为热力学重要理论基础的卡诺循环和卡诺定理，从理论上解决了提高热机效率的根本途径。卡诺的贡献是显著的。但是，这一阶段，热力学的探讨还仅仅停留在描述热力学现象上，没有引进任何的数学表达。 第三个阶段： 十九世纪中叶到十九世纪73年头末 这一阶段，热力学的第一和其次定律已经完全理论化。这里面的代表人物是亥姆霍兹，1847年，他发表的论力的守恒中，第一次系统地阐述了能量守恒定律，从理论上把力学中的能量守恒原理推广到了热、光、电、磁、以及化学反应等过程中，说明了运动形式之间的统一性。这些形式的能不仅能够相互转

7、化，而且在量上还有一种确定的关系。能量守恒与转化使得物理学达到了空前的综合与统一。能量守恒定律用于热力学中就是热力学第肯定律。热力学第肯定律和卡诺理论的结合导致了热力学其次定律的成熟。而以牛顿力学为基础的气体动力学也起先发展。但是这一阶段，人们还不了解热力学和气体动力学之间的关联。 第四阶段：十九世纪73年头末到二十世纪初期 整个阶段的代表人物是奥地利的物理学家路德维克.波尔茨曼。他首先把热力学与分子动力学的理论相结合，发觉了宏观的熵与体系的热力学几率的关系，导致了统计热力学的诞生，他还提出了非平衡态的理论基础。波尔茨曼使科学界接受热力学理论，尤其是热力学其次定律方面立下了丰功伟绩。惋惜的是这

8、位才华横溢的科学家却饱受抑郁症的熬煎，1906年，自缢身死。 第五阶段：二十世纪20年头至今 这一阶段的主要特色是引入了量子力学，建立了量子化学、统计人力学，同时使得非平衡态理论进一步得到发展，形成了近代理论与试验物理学中的重要一环。主要代表人物是量子物理学的开创者和奠基人德国物理学家普朗克，他的贡献极其突出。普朗克在能斯特探讨的基础上，利用统计理论指出：各种物质的完备晶体在肯定零度时熵为零。 由此可见，在过去的300多年中，我们建立了更有效地、更精确的方式来驾驭能量，但对于整个宇宙来讲，全部地改变趋势都是在从有序走向无序，从更广袤的角度看，整个宇宙的发展的趋向如何，有许多的猜想，但事实是什么，谁也没有一个明确的答案，由此也留给我们更多的探讨和想象的空间。 第5页 共5页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页