发现物理之美

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在座的优秀初三毕业生，你们好，祝贺你们受到唐中教育集团的表彰，我代表全体高一教师，欢迎即将来到高中校区的你们，我的发言内容是：发现物理之美。 杨振宁先生说,物理学之美，包括现象之美、理论之美、理论结构之美。现象之美从是实体中获得的美感，只需要观察就够了，如宇宙中天体的运动轨迹、彩虹的形成、极光现象等，它的简洁与和谐，让人产生一种愉悦的美。 理论之美在自然界中是不能直接看到的，只有掌握了一定科学理论的人才能感受到，是物理学更高层次的美，是科学研究的推动力。进入高中，大家会学习牛顿的引力定律，根据引力定律，英国天文学家哈雷预言了哈雷彗星回归的时间，法国天文学家勒维耶和英国天文学家亚当斯预言了海王星运行的轨道。理论结构之美是指理论有一个漂亮的形体框架。在20世纪以后，它通常是指理论本身的数学之美，如引力定律表达式、动量守恒定律表达式、库仑定律表达式、法拉第电磁感应定律表达式、光电效应方程，这是物理学最高境界的美。 物理学的发展，就是这三种美在不同研究领域的交替出现的过程，它是一种科学发展过程中的历史之美。早期物理学的发展，离不开两个重要的人物：伽利略和牛顿。尽管伽利略去世后一年，牛顿才出生，但是我们先谈牛顿。 1642年12月24日，在英格兰的一个农家，牛顿出生了，3磅重（2.7斤）的他可以放进1升的马克杯里，接生婆都认为他会从这世界“一哭而过”，谁也没有料到这个小东西最后会成为震惊世界的科学巨人，并且活到85岁的高龄。由于生计，妈妈想让牛顿成为一个农夫，可是牛顿对农活没有什么兴趣。有一次舅舅发现牛顿躲在草丛里，不是挖土豆而是在钻研数学题，他就说服姐姐让16岁的牛顿重返学校。不久，牛顿以极其优异的成绩被推荐进入了剑桥大学，从此开始了学霸的一生。1665年，英国伦敦发生“鼠疫”，超过8万人死于这次瘟疫。牛顿回到了故乡，用现在的话说，他远离伦敦朋友圈，退出剑桥微信群，卸载新闻APP，白天读书学习，夜晚就在自己的思想王国里自由驰骋。牛顿读书和思考时非常专心，由此闹出过许多笑话。一次，他一边读书一边煮鸡蛋，等他准备吃鸡蛋的时候，发现锅里煮的竟是自己的怀表。还有一次，牛顿请一位朋友吃饭，可是他突然想到一个问题就回到书房，很久也没有出来。朋友等不及了，便自己吃起来，还把牛顿的那一份鸡肉也吃光了，把骨头留在了盘子里，然后不辞而别。牛顿从书房出来，看到吃剩的鸡骨头，自言自语道：我还以为自己没吃饭，原来已经吃过了。在疫情前后的18个月里，在静谧的乡下，牛顿取得了他一生中最重要的科学成就，比如他提出了万有引力定律，这是人类认识宇宙的里程碑；发明了微积分，推动了数学的发展。 法国文学家、科学家伏尔泰曾这样描述：1666年夏末的一个温暖的傍晚，在一棵苹果树下，牛顿翻动着书页，突然头顶的树枝晃动，一只历史上最著名的苹果落下来，打在了24岁的牛顿的头上。牛顿开始思考，为什么苹果会落向地面，而不是其他方向。他推测这可能是因为地球对苹果有吸引力，这种力使苹果向地球中心方向移动。可是月亮为什么不会落到地球上，会不会是地球对月亮的引力，提供了月亮绕地球旋转所需的力？苹果和月亮会不会由同一种宇宙规律所支配？由苹果落地想到风马牛不相及的月亮，这是因为在牛顿的思想深处，有一种美的感受，在起潜在的作用。 微积分基本定理又称为牛顿-莱布尼茨公式。莱布尼茨是位德国人，与牛顿曾经是好朋友。1684年莱布尼茨发表微积分论文，牛顿认为是两人往来的信件让莱布尼茨抄袭了自己微积分成果，于是，友谊的小船翻了。后经核实，其实两人是各自独立地创立了微积分，牛顿在研究物体运动过程中，创立了微积分，而莱布尼茨则从几何出发，也独立发现了微积分，所以干脆就称为牛顿-莱布尼茨公式。45岁的时候，唯一的对手莱布尼茨已经去世，牛顿站在科学的神坛之上，自认为已经将宇宙万物的运动规则梳理得清清楚楚。牛顿开始苦心研究“炼金术”，但长生不老之药最终没有炼成。1727年牛顿去世，英国以隆重的国葬将他安葬在威斯敏斯特大教堂。威斯敏斯特大教堂是英国地位最高的教堂，除了王室成员，英国许多领域的伟大人物也埋葬在此。墓碑上是一首赞美牛顿的诗：自然和自然规律隐藏在黑暗之中，上帝说让牛顿出生吧，于是一切显现光明！牛顿的出现，使宇宙万物达到真正的统一。就算时代发展到2024年，我们仍然在他构建的体系里运行，这就是牛顿和牛顿理论带给世界的影响。 伽利略出生在欧洲由文艺复兴向近代科学过渡的时代，他光辉的一生，他在经典力学中的成就有：1.反驳并推翻了亚里士多德的的观点，提出了落体定律。2.为牛顿提出惯性定律奠定了基础。 我们先回顾一下伽利略对落体运动的研究过程。古希腊著名的科学家、哲学家亚里士多德认为：物体下落的快慢是由它们的重量决定的，越重的物体下落得越快。2000多年后，伽利略向权威发起了挑战。挑战是从以下几方面来进行的。一、逻辑的方法：归谬法伽利略叙述：假定一块大石头的下落速度为8，一块小石头的下落速度为4，当把两块石头捆在一起时，大石头会被小石头拖着而变慢，整个物体的下落速度应该小于8；但是，把两块石头捆在一起后，整体比大石头要重，因此整体下落的速度应该比8还要大。这种自相矛盾的结论，说明亚里士多德的观点是错误的，伽利略认为只有一种可能可能性：重的物体与轻的物体应该下落得同样快。伽利略巧妙地采用逻辑的方法否定了亚里士多德的观点。二、观察的方法：关于比萨斜塔实验有书记载，为了证明自己的观点，有一天，伽利略登上比萨斜塔的塔顶，将一个大铁球和一个小铁球同时抛下，两个铁球出人意料同时落地。这个实验到底做了没有呢？史学家经过考证，在伽利略受聘为比萨大学教授期间，任何文献都没有关于比萨斜塔实验的文字记载。因此所谓的比萨斜塔实验应该只是一个美丽的传说。尽管这样，比萨斜塔依然被看做是伽利略的纪念碑，吸引着世界各地的人们。 三、实验探究为了研究落体的运动，需要测量速度。当时的技术是没有办法测量速度的。伽利略利用数学推导，发现可以通过测量位移，间接得到想要的结果。但当时是滴水、脉搏计时的时代，而落体运动又很快，所以很难测定落体完成不同位移所用的时间。伽利略在木制斜槽上蒙上羊皮纸，让铜球从相对光滑的羊皮斜槽上滚下，铜球在斜面上运动的加速度比竖直落下的加速度小得多，这样通过相同的位移所用的时间就长得多，时间的测量就容易多了。4.实验验证、推广历经上百次实验，伽利略发现，铜球速度的变化对时间来说是均匀的，铜球做的初速度为0是匀加速直线运动。当这个斜面的倾角越接近90°时，铜球的运动就越接近自由落体运动了，且所有物体自由下落时的加速度都相同。所以轻重物体应该下落得同样快。伽利略死后不久，由于发明了真空泵，才使得其他人能够用实验证明伽利略的推测是正确的。 四、伽利略自由落体运动实验的影响伽利略在对落体运动的研究中，破与立相互结合，建立了描述运动的基本概念，如速度和加速度，他的这种“发现问题—提出假设—数学推理—实验验证—得出结论”的科学研究模式，直到现在物理学家还在沿用。伽利略把上面的实验做了改进：让一个小球从斜面的某一高度由静止开始运动，小球将“冲”向另一个斜面。如果没有摩擦，小球将达到原来的高度。如果第二个斜面倾角减小，小球仍将到达原来的高度，但是运动的距离更长。可以推断，当斜面最终变成水平面时，小球要到达原来的高度，它将永远运动下去。大家是不是提炼出了那句很熟悉的话“一切物体在没有受到外力作用的时候，总保持匀速直线运动状态或静止状态。”正是在伽利略等人研究的基础上，牛顿才得以提出了奠定力学发展的牛顿的第一定律！从伽利略到牛顿，他们研究物体运动的思想和方法，以及执着的精神，都是物理学发展史上最美的风景。当然，在这个风景最美的路上，有一棵苹果树，如果说牛顿站在苹果树下遐想时，被苹果砸中了脑袋，那么，这棵苹果树应该就是伽利略当年栽种的。 同学们，不但物理学很美，研究物理的人也很美，他们不仅有常人没有的逻辑的美、思维的美，也有非常在线的颜值，请大家看看那些教材上大咖的另一面！ 年轻时的牛顿，英气逼人！ 年轻时的爱因斯坦，目光深邃，双手插兜的样子，帅气无边！ 年轻时的法拉第还真有点像小罗伯特唐尼！ 这是普朗克大学时的样子，他聪明还多才，精通钢琴、大提琴和管风琴等，绝对的男神一枚！ 年轻时的麦克斯韦是一个英伦范十足的绅士，模糊的照片仍旧掩盖不住他的美男子风采！ 上帝太偏心，在风华正茂的年龄，海森堡是如此多骄！ 同学们，你们勤奋好学、努力奋斗，才有了今天的优秀！孩子们，希望八月我们在这里相聚，共续师生之情，在爱的氛围里度过你们高中三年每一个拼搏的日子。爱是什么？爱就是老师随时在你身边，为你排忧解难；爱就是你除了会得到自己班级老师的关心，你还会得到其他班级老师的帮助；爱就是你带的饭菜凉了，办公室的微波炉，你可以去了就用。爱，还可以是与初中的同窗继续共同进步、彼此成就，继续友谊地久天长！从无邪儿童到懵懂少年，你们又将踏入青春。青春是什么？清代诗人袁枚说：白日不到处，青春恰自来。苔花如米小，也学牡丹开。苔花虽如米粒般细小，但也会努力开放，青春时光就是要用坚强的活力，让生命焕发光采。愿同学们在2024的夏天慢慢走进青春，在爱的沐浴中拥有青春，与美同行！