人文物理

物理学既是一门科学,又是一种文化。它是一切自然科学的基础,也是人类“思想和方法”的宝库。《人文物理》以物理学基础知识为载体, 通过介绍其丰富的哲学思想和文化内涵,展现科学文化与人文文化的交融,…

国家精品物理
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武汉理工大学
中国大学MOOC
  • 完成时间大约为 10
  • 初级
  • 中文
注:因开课平台的各种因素变化,以上开课日期仅供参考

课程概况

物理学是一切自然科学的基本,是工业革命和高新技术的先导;物理学始终追求“真”、“善”、“美”,这是社会和人类文明程度的象征,也就是说,物理学既是一门科学、又是一门文化;物理学还是人类“思想和方法”的宝库,物理学对人类的影响已广泛渗透到社会科学的各个方面。

《人文物理》课程以物理基础知识为载体(不涉及物理公式的推导与应用), 突出物理学的文化内涵, 展现物理思想和人文精神的融合, 培养学生科学素养和终身学习的能力。通过对物理学发展史上的一些具有里程碑意义的重大发现过程和一些著名物理学家的重大贡献的介绍,向学生展示物理学发展过程中所体现的丰富的科学思想、科学方法和科学精神, 以及著名物理学家的创新思维、高尚道德和人格魅力。

课程内容通俗易懂,适合各层次、各专业的学生,也为广大民众提高科学文化素质提供了有益的参考。

课程团队由8位教师组成:

廖红:课程负责人,主讲第一讲、第二讲、第八讲,并负责所讲内容的学生答疑和主题讨论;

孙晓冬:主讲第五讲、第六讲,并负责所讲内容的学生答疑和主题讨论;

郭斌:主讲第四讲,并负责所讲内容的学生答疑和主题讨论;

高明向:主讲第七讲,并负责所讲内容的学生答疑和主题讨论;

浦实:主讲第三讲,并负责所讲内容的学生答疑和主题讨论;

朱懿:主讲第九讲,并负责所讲内容的学生答疑和主题讨论。

胡靖华:负责线下学生的学习辅导与答疑;

冷春江:主讲线下余区《人文物理》课程。

课程大纲

01
《人文物理》与两种文化
了解《人文物理》课程开设的目的与意义及物理学在自然科学中的重要地位;了解课程的主要内容及课程的学习方法;了解两种文化提出的历史背景;理解体会两种文化交融的重要性;了解“李约瑟难题”及中华文明对人类的贡献;了解物理学的人文内涵,理解物理学既是科学也是文化;理解体会文理兼通在个体发展与人才培养中的意义。
课时
1-1、《人文物理》课程介绍
1-2、两种文化的提出
1-3、“李约瑟难题”
1-4、物理学既是科学也是文化
1-5、时代的发展需要文理兼通的人
02
经典力学的建立与发展
了解经典力学的诞生是从天文学的突破开始的;了解日心说提出的历史背景及行星三定律;了解伽利略科学研究方法对物理学发展的影响;理解体会两种文化交融的重要性;了解最美丽的十大物理实验的内容和特点;了解牛顿对经典力学的贡献;理解体会科学思想与研究方法在物理学发展中的重要性。
课时
2-1、从托勒密到哥白尼
2-2、开普勒行星三定律
2-3、伽利略的科学研究方法
2-4、最美丽的十大物理实验
2-5、牛顿对经典力学的贡献
03
电磁波在历史背景下的建立与时代背景下的应用
通过追寻世界科学史的发展脉络,认识电磁波建立前的物理背景和数学背景,从中了解到西方和华夏学术传统的不同;通过麦克斯韦的贡献,认识麦克斯韦方程的建立过程,了解电磁波之预言及验证,进而熟悉天线这一事物;了解世界科学中心的转移历程,以及同时代下电磁场与微波技术学科的应用和发展;通过电容和赫兹偶极子(基本电振子)举例,理解和掌握安培—麦克斯韦定律(全电流定律)的基本内涵;通过电感线圈和漏泄同轴电缆(LCX)举例,理解和掌握法拉第定律(电磁感应定律)的基本内涵;掌握线天线的辐射机理。
课时
3-1、库仑定律发现以前
3-2、库仑定律发现以后
3-3、学术传统与麦克斯韦方程的建立
3-4、天线的一个多世纪
3-5、电磁场与微波技术学科的应用和发展
04
从探索与实践中认识光现象的本质
了解远古时期人们对光现象本质的认识;了解几何光学的逐步完善以及笛卡尔对折射现象的首次尝试历程;了解波动说与粒子说之争;理解波粒二象性及其重大意义;体会对光现象本质认识不断深入的启示。
课时
4-1、前几何光学时代
4-2、几何光学时代
4-3、真正的论战:波动说与粒子说
4-4、波动说的胜利
4-5、爱因斯坦光量子假设和波粒二象性的辩证统一
05
打开微观世界研究大门的三大发现
了解阴极射线本性的争论;了解X射线的发现过程及意义;了解X射线的产生和应用;了解放射性的发现过程及意义;了解电子的发现过程及意义;体会伦琴、居里夫人等科学家的高尚品德。
课时
5-1、三大发现的序幕
5-2、伦琴发现X射线
5-3、贝克勒尔发现放射性
5-4、居里夫人发现钋和镭
5-5、放射线的发现
5-6、汤姆孙发现电子
06
物理学与核能
了解能源的概况、利用和开发及核物理发展过程的重大发现;理解核裂变产生的可能性和可控性、了解原子能的巨大威力及可能带来的问题;了解原子能的和平利用,让学生认识到和平利用核能及开发新能源的重要性;体会科学家在探索过程中做出的艰辛努力和矛盾的心里;体会“科学技术是一把双刃剑”以及“可持续发展”的重要性,增强学生热爱和平及振兴中华的使命感与责任感;激发学生热爱科学、探求真理的激情,树立实事求是的科学态度,培养学生基本的科学素养,通过核能的利用,思考科学与社会的关系。
课时
6-1、能源与可持续发展
6-2、原子和原子核的结构
6-3、重核裂变的发现与链式反应
6-4、核能来源
6-5、原子能的应用
6-6、核聚变能
6-7、中国两弹一星功勋科学家
07
时空观的革命——相对论
了解狭义相对论建立的背景;理解狭义相对论的两个基本原理;理解狭义相对论的时空观,理解同时性的相对性、时钟变慢、长度收缩;了解质能关系及其重大意义;了解广义相对论的两个基本原理及其描绘的时间-空间图景;体会爱因斯坦建立相对论的思维过程、思维方式及人格魅力。
课时
7-1、狭义相对论的创立背景
7-2、狭义相对论的基本原理、时钟变慢
7-3、长度收缩、洛伦兹变换
7-4、质速关系、质能关系、太阳能和原子能
7-5、广义相对论的基本原理、弯曲的空间——时间
7-6、广义相对论的实验证明
08
量子论中的物理思想与人文精神
了解普朗克能量子假设的重要意义;了解卢瑟福的科学研究精神;了解玻尔对物理学的贡献;理解体会课本哈根精神;了解实物粒子的波粒二象性;了解近代三大科学研究中心及对人才培养的贡献;了解爱因斯坦-玻尔的科学争论。
课时
8-1、普朗克与能量子假设
8-2、伟大的导师卢瑟福
8-3、玻尔与哥本哈根精神
8-4、文科生德布罗意
8-5、20世纪传为佳话的科学争论
09
古代哲学思想与现代宇宙观
简单了解中西方古代哲学中关于创世的部分观点;理解宇宙大爆炸理论的发现和它的意义,为什么我们接受大爆炸理论;了解粒子物理标准模型中关于构成世界的基本粒子和基本相互作用的部分内容;了解现代宇宙学中引入暗物质和暗能量的原因,及它们占宇宙总物质的比例;了解宇宙早期暴涨过程,及其对于后期宇宙演化的影响;体会物理学作为一门规范科学和纯粹的哲学思考之间的相通之处,及它们的不同之处。
课时
9-1、关于世界起源的思考
9-2、宇宙大爆炸
9-3、世界的构成
9-4、四大基本相互作用
9-5、暗物质与暗能量
9-6、早期宇宙的故事
9-7、宇宙的终极宿命

预备知识

中学物理

参考资料

1、教材
《物理与文化——物理思想与人文精神的融合》  倪光迥、王炎森主编  高等教育出版社2015年9月 第3版
2、参考书
《改变世界的物理学》  倪光炯等主编  复旦大学出版社  2015年4月 第4版
《科学是美丽的》  沈致远主编  上海教育出版社  2002年1月出版
《物理发展与科技进步》  戴剑锋、李维学等主编  化学工业出版社  2005年3月出版
《美哉物理》  沈葹主编  上海科学技术出版社  2010年7月出版
《人文物理-推动人类文明的物理学》  潘传芳主编  科学出版社  2010年8月出版

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