为什么磁铁会同性相斥、异性相吸?宇宙中的一切都在运动和变化,物理学是研究它们的运动变化规律,研究它们为什么运动,如何运动?为什么苹果落下,热气球飞向天空?当热气球上升时,没有什么可接触的。为什么它也跟着它?
如何补充高中物理:初中物理vs如何学好高中物理?
文章的原标题是:什么是高中物理?
许多学生在初中时喜欢物理,认为物理非常简单和有趣。但一到高中
感觉跟不上,感觉和以前认识的物理不一样,不再那么直观有趣。
因此,在一些可以自由选择高考科目的地方,大量考生放弃了物理,放弃物理一度成为全国关注的热门话题。
然而,物理学作为自然科学的基础学科,研究了所有物质最基本的运动形式和规律,如宇宙和基本粒子
。没有物理怎么铸造大国重器?如果你不学物理,你不需要三体人来锁定你的科技树。
因此,许多地方改变了高考策略,改变了理科生必须选择物理。
在长尾君看来,这种变化是可以理解的。理科生不学物理又叫什么理科生?但是,追根溯源,我们还是要问:
为什么很多喜欢物理的人一到高中就不喜欢物理?仿佛到了高中,物理变得又难又无聊,就像初中物理不是物种一样。
其实物理一直都很美很有趣。
然而,高中物理和初中物理
的确有点不一样。如果你不能及时意识到这一点,并且总是用初中物理的思维来学习高中物理,那肯定会有各种各样的不适应,觉得物理又难又无聊,那就不好玩了。
在这篇文章中,长尾君会和你好好聊聊,看看高中物理和初中物理有什么区别。如何理清高中物理框架?
,如何建立清晰的物理图像。
如果你刚从初中毕业,我希望你能迅速调整你的思维;如果你已经是高中二年级和高中三年级,我希望这将有助于你重新理解物理,帮助你复习和准备考试;如果你还是初中生和小学生,打预防针也不错~
01从定性到定量
只要你在初中做定性分析,高中物理和初中物理有很大的区别:很多物理问题,你必须在高中做定量计算。
从定性分析到定量计算是一个很大的飞跃。
从定性分析到定量计算是一个很大的飞跃。
在初中,我们只需要定性地分析热学、光学、力学和电磁学的现象。
为什么水会变成冰和水蒸气?为什么会听到回声?为什么苹果会掉下来,水会流为什么磁铁会同性相斥,异性相吸?筷子为何在水中折断?
这种定性分析与日常生活密切相关。每学一点物理知识,就像揭开了大自然某处的面纱,好奇心和求知欲在这个过程中得到了极大的满足。
这种初见物理的朦胧美,就像初见恋人一样。人生若只如初见,那谁都可以跟物理谈恋爱。
恋爱期间,我们可以依靠电、磁、力、热、光
维持关系等领域的新鲜感;婚后,我们必须仔细计算柴米油盐酱醋茶、房贷和汽车贷款来维持生活。
因此,当我们进入高中时,我们必须准确地定量计算机械、电磁等领域。
在初中,我们只需要知道苹果为什么会下降;高中应该能够计算苹果在一秒钟内下降了多高,以及2秒后的速度。
初中只要知道电荷同性排斥,异性排斥;高中要知道两个电荷相距1米,有多吸引人,有多排斥。
只要我们知道电荷在电场中会加速运动,高中就要计算电荷运动的具体轨迹。
这样,你知道从初中物理到高中物理发生了什么吗?
是的,从恋人变成了夫妻。这个话题从以前的梦想环游世界变成了计算下个月的抵押贷款和汽车贷款,以及年终奖金可以去欧洲旅游。
现在你知道为什么很多人在初中喜欢物理,在高中突然不喜欢物理吗?是的,和很多人谈恋爱不想结婚是真的~
然而,物理学是一门研究所有物质运动形式和规律的学科。当然,我们不能只满足于对物理现象的定性分析。
我们从自然界中总结出各种物理定律,然后利用它们来改变自然。这是一点错误都没有的,必须精确定量计算。
那么,定量计算不简单也不漂亮吗?
假如我们能算出每个物体的运动情况,对宇宙中所有物体的运动规律都了如指掌。这种打开上帝视角的感觉,宇宙万物都在我心中,绝不是第一次看到的朦胧感。
如果你看清楚了所有的物理图像,建立了物理框架,你会发现高中物理的定量计算并不难(我以前在小号
写了一篇文章如何引导初中生进行定量物理计算?|感兴趣的可以先看长尾谈话录)。
接下来,我们将回到物理学的起点,重新认识物理。
为什么02会运动?
宇宙中的一切都在运动和变化,物理学是研究它们的运动变化规律,研究它们为什么运动,如何运动?
我们可以看到物体,因为光子来到我们的眼睛;我们可以听到声音,因为声波通过空气进入我们的耳朵;我们可以接听电话,因为电磁波正在向我们传递信息;至于苹果成熟时会掉下来,更不用说推下椅子了。
如果没有运动,世界将是一片死寂,那就没有物理学了。
既然运动如此普遍和明显,为什么物体运动?
乍一看,这个问题似乎很有趣,但仔细想想,你会发现它远不像想象的那么简单和理所当然。
为什么苹果落下,热气球飞向天空?我推了推椅子,椅子往前走,一松手椅子就停了,有外力物体会动吗?铁球落得比羽毛快,是因为铁球更重吗?
这些问题很常见,但很难回答。许多自然哲学家在古希腊思考过这些问题,但答案并不令人满意。
比如你想,我推椅子,椅子就动了。通过接触传递力很容易接受这种理解。
然而,当苹果下落时,没有什么可接触的。为什么它还在运动?当热气球上升时,没有什么可接触的。为什么它也跟着它?
为什么苹果向下移动,热气球向上移动?重物落下,轻物飞向天空吗?
在这里,一定有一些学生想说:苹果的下落是由于向下降,热气球因为向上浮力而上升。
很多家长在回答孩子的问题时,也喜欢直接这样扔答案。虽然答案是对的,但它从天而降。孩子们通过这种答案只能获得一个零碎的知识点,无法了解背后的
知识体系无法理解科学是如何建立起来的。
古希腊人对自然进行了详细的分析和深入的哲学思考,最终形成了自洽的自然哲学体系。
在这个过程中,亚里士多德贡献最大,处于核心地位。让我们把这一整套世界观称为亚里士多德世界观。
地球是宇宙的中心,太阳、月亮和星星围绕着地球旋转。
地球上的物质由水、火、土、气四种基本元素组成。土元素自然会移动到宇宙的中心(所以石头会掉下来),水元素
它也自然地向宇宙中心移动,但这种趋势比土壤元素弱(所以水也会向下移动,但在土壤上),气体元素自然地向水和土壤以上移动(所以水中的气泡会向上移动),
远离宇宙中心的火元素有一种自然(所以火在空气中向上燃烧)。
如果一个物体趋于静止,或者构成这个物体的元素已经达到了它在宇宙中的自然位置
(如水和土到地中心),或被其他东西(如地球表面)挡住。
除非它有其他运动来源(要么是倾向于宇宙自然位置的运动,要么是外界的力量,比如我推桌子),否则一个静止的物体会一直保持静止。
我不会一一列举其他观点。看完之后你有什么感受?
你觉得这些观点虽然今天看起来很幼稚,但却是一套自洽的
体系。它能把自己的话圆回来,不会自相矛盾;它还能解释为什么物体会运动,更好地解释古人看到的各种现象。
即使对孩子来说,这一套更符合常识,更容易被理解和接受。
然而,这不是科学,而是自然哲学,真正的科学还没有诞生。亚里士多德的世界观将统治欧洲近两千年,直到
伽利略的出现。
发现03伽利略
伽利略认为,我们不仅要分析运动的定性,还要做定量计算。
我们应该用数学定量地描述物体的运动,然后用实验来验证,而不是讨论物体的目的、本质等形而上学、不可量化的东西。
这意味着伽利略放弃了古希腊以来的自然哲学传统,正式建立了基于数学和实验的描述自然现象
现代科学作为一项任务,而不是试图解释自然现象的本质。
重物会下落,那我就看它是怎么下落的,第一秒下落有多高,第二秒下落有多高,找规律。
你说物体越重下落越快,那我就来做实验,看看一个重铁球和一个轻铁球是不是这样。
当所有物体达到其自然位置时,都会趋于静止,那我就来做实验看看是不是这样。
做了一堆实验后,伽利略大吃一惊,发现事情根本不是他想的那样。感觉不可靠,要用实验说话。
首先,伽利略从一系列的斜坡实验中发现,一个物体是否运动与它是否受力直接相关,运动不需要外力来维持。
他设计了一个光滑的斜坡,发现无论我从左边放下球,球基本上都可以回到右边同样高度的地方。
此外,我们减少了右边的坡度,使右边越来越平。所以,为了回到同样的高度,球必须移动得更远。
最后,我把右边的斜坡完全平整,右边变成了一个平面,高度永远不会改变。这样,无论球运动多久,运动多远,都不可能回来
左边的高度。
永远不要回到左边的高度意味着小球会以匀速直线移动(假设地面绝对光滑)。
就像在溜冰场,地面越光滑,一次就能滑得越远。如果地面绝对光滑,在遇到其他障碍物之前,你永远不会停止。
通过这个实验,伽利略发现运动本身不需要力来维持,物体可以在没有任何外力的情况下保持匀速直线运动。
那么,力的作用是什么呢?我用力推椅子,椅子的状态确实改变了。看来我用的力越大,椅子的速度就越大。
伽利略针对这些问题做了进一步研究,最后发现:力不是维持物体运动的原因,而是改变物体运动状态的原因。
也就是说,维持物体的运动不需要力,但是改变物体的运动需要力,力还是很有用的。
小钢球可以在绝对光滑的地面上匀速直线移动,速度的大小和方向保持不变。但是如果我用力推球,球的速度就会改变。
伽利略的工作非常重要。他不仅创造了现代意义上的科学,而且指出了科学研究的基本方法
。还实践,发现了大量物体运动的基本规律,为后人指明了方向。
04牛顿力学
在这些工作的基础上,牛顿建立了一套完整的理论来描述物体运动。这是著名的牛顿力学,也是高中物理
牛顿力学有三条运动定律。如果你理解伽利略的发现,你会觉得这些定律很自然。然后你会发现,通过这些定律,我们真的可以描述物体的各种运动。
所谓定律,是科学家通过做各种实验从实验现象中总结出来的规律,其正确性由实验保证
。定律不能通过数学公式推导或证明出来,那些证明出来的叫定理。
数学家将预设一些最基本的公理(如欧洲几何的五个几何公理),然后通过逻辑解释证明各种定理
,建造坚固的数学建筑。
}因为数学并不用对现实世界负责,所以公理{n}的选择具有很大的任意性。你可以选这几条作为公理,推出一套数学体系;也可以选那几条作为公理,推出另一套数学体系。
{n}
只要体系内部不自相矛盾,两
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