如何學(xué)好大學(xué)物理理學(xué)院沈才康大學(xué)物理是理工科學(xué)生的一門(mén)必修重要根底課，其內(nèi)容主要有力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、振動(dòng)與波動(dòng)、光學(xué)、相對(duì)論、量子物理等。由于大學(xué)物理豐富的內(nèi)容涉及到科技領(lǐng)域的方方面面，特別是物理學(xué)中提出問(wèn)題、解決問(wèn)題的特殊物理思想方法，對(duì)同學(xué)們后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和將來(lái)的工作都是有極大幫助的。因此必須認(rèn)真學(xué)好這門(mén)課。而如何才能學(xué)好這門(mén)課呢？根據(jù)我們多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和近幾年所做的課程小結(jié)資料總匯，我想應(yīng)該主要做好下面三個(gè)方面的工作。端正學(xué)風(fēng)，培養(yǎng)良好的自主性學(xué)習(xí)習(xí)慣大學(xué)物理是一年級(jí)開(kāi)設(shè)課程，同學(xué)們從中學(xué)進(jìn)入大學(xué)，學(xué)習(xí)環(huán)境、學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)要求都發(fā)生了巨大變化，因此學(xué)習(xí)習(xí)慣和方式也要隨之變化，以適應(yīng)大學(xué)的學(xué)習(xí)環(huán)境。從學(xué)習(xí)環(huán)境上說(shuō)，中學(xué)有高考?jí)毫?，一般中學(xué)的管理非常嚴(yán)格，學(xué)習(xí)更多的是老師和家長(zhǎng)管著學(xué)。而大學(xué)給學(xué)生更多的自由，更需要自己的自覺(jué)學(xué)習(xí)行為，學(xué)習(xí)中也需要更多地思考，我們稱(chēng)為自主性學(xué)習(xí)。另外從內(nèi)容和要求上比擬，大學(xué)的學(xué)習(xí)課程內(nèi)容多，課程難度大，更需要同學(xué)們刻苦學(xué)習(xí)。就物理課程而言，中學(xué)物理通常是提一下物理概念，給出相關(guān)定律和公式，只要求同學(xué)們記住公式、定律，會(huì)套用公式求解一些相關(guān)題就可以了。而大學(xué)那么會(huì)對(duì)每個(gè)定律、定理和重點(diǎn)公式進(jìn)行詳細(xì)推導(dǎo)，并且要求同學(xué)們能具體掌握其物理思想和解決問(wèn)題的方法。要真正學(xué)好大學(xué)物理，其首要的任務(wù)是端正學(xué)風(fēng)，培養(yǎng)一個(gè)良好的自主性學(xué)習(xí)習(xí)慣。我校是全國(guó)性招生，各專(zhuān)業(yè)進(jìn)來(lái)的學(xué)生根底相差還是比擬大的，這對(duì)大學(xué)物理的學(xué)習(xí)帶來(lái)一定的難度。但是多年的調(diào)研說(shuō)明，影響學(xué)習(xí)物理課程最大的因素并不是中學(xué)物理的根底，而是學(xué)風(fēng)。關(guān)于這一點(diǎn)，我們可以用幾個(gè)數(shù)字來(lái)說(shuō)明。根據(jù)學(xué)校有關(guān)規(guī)定，作為公共根底課的大學(xué)物理一直采用教考別離并且全校統(tǒng)考的方法〔注：組卷用的是國(guó)家教委委托清華大學(xué)等校主編的國(guó)家級(jí)計(jì)算機(jī)組卷試題庫(kù)〕。每年我們?nèi)Ｓ兴那Ф鄬W(xué)生要參加大學(xué)物理考試〔注：含浦江學(xué)院學(xué)生，江浦和浦江學(xué)生試卷難度不同〕。近幾年，大學(xué)物理不及格率全?？傇u(píng)8%左右。通過(guò)對(duì)不及格學(xué)生的情況統(tǒng)計(jì)說(shuō)明，約占80%的不及格學(xué)生是平時(shí)有逃課、不做作業(yè)或經(jīng)常抄襲作業(yè)以及上課不認(rèn)真聽(tīng)講的那些被老師留有記錄的同學(xué)。學(xué)風(fēng)好的學(xué)院，如材料院學(xué)生的不及格率非常低，有的班沒(méi)有人不及格。而平時(shí)學(xué)風(fēng)差的班級(jí)，考試的不及格率超過(guò)了50%。什么是好的學(xué)習(xí)習(xí)慣呢？就大學(xué)物理課而言，我們要求學(xué)生：〔1〕上課要認(rèn)真聽(tīng)講并且適當(dāng)做些筆記；〔2〕不要無(wú)故缺課，按時(shí)獨(dú)立完成作業(yè)；〔3〕課前適當(dāng)預(yù)習(xí)、課后認(rèn)真復(fù)習(xí)并小結(jié)學(xué)習(xí)內(nèi)容，遇到疑問(wèn)及時(shí)參加答疑〔物理系每周安排了答疑〕；〔4〕學(xué)有余力的同學(xué)課外可以看看我們推薦的參考書(shū)?，F(xiàn)在大學(xué)物理課的絕大局部老師采用課件上課，同學(xué)們完整地記筆記有一定困難，但適當(dāng)?shù)赜涗浢看握n的重點(diǎn)、要點(diǎn)還是非常必要的。在國(guó)家教委大學(xué)物理指導(dǎo)委員會(huì)制定的非物理專(zhuān)業(yè)理工科大學(xué)物理教學(xué)根本要求中，大學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容分掌握、理解和了解三個(gè)層次要求。其中，對(duì)掌握和理解的內(nèi)容，同學(xué)們平時(shí)在課后應(yīng)該自己復(fù)習(xí)小結(jié)一下，或者認(rèn)真閱讀我們特意為學(xué)生編寫(xiě)的教學(xué)輔導(dǎo)書(shū)《大學(xué)物理解題指導(dǎo)與練習(xí)》一書(shū)。這本書(shū)對(duì)大學(xué)物理各章節(jié)內(nèi)容作了小結(jié)，并附了大量典型題。完成這本書(shū)上的課外自測(cè)題，對(duì)理解和掌握大學(xué)物理各章重點(diǎn)內(nèi)容有非常好的效果。二、掌握根本的高等數(shù)學(xué)知識(shí)和理解重要的物理概念在大學(xué)物理的學(xué)習(xí)過(guò)程中，同學(xué)們遇到的最普遍的困難有兩點(diǎn)，一是對(duì)重要物理概念的理解不透，因而在解決具體問(wèn)題時(shí)不知從何處下手，或者不知用哪個(gè)定律求解。二是高等數(shù)學(xué)的應(yīng)用能力較差，不會(huì)對(duì)物理問(wèn)題進(jìn)行數(shù)學(xué)建模并具體求解。事實(shí)上解決好這兩方面的問(wèn)題，大學(xué)物理的學(xué)習(xí)也就變得輕松了。為了說(shuō)明理解概念的重要性，我們來(lái)看一個(gè)典型實(shí)例。如下圖，圖〔a〕是天花板下一長(zhǎng)為l的輕質(zhì)細(xì)線掛一重物M，另一粘性物體m以水平速率v和其作完全非彈性碰撞，求它們碰后速率。圖〔b〕是天花板下懸掛的一個(gè)長(zhǎng)為l的可光滑自由轉(zhuǎn)動(dòng)的質(zhì)量M的剛性均質(zhì)細(xì)棒，同樣有一質(zhì)量m的粘性小球以水平速率v和其發(fā)生完全非彈性碰撞，求碰撞后系統(tǒng)角速度大小。這兩個(gè)外表看起來(lái)差不多的問(wèn)題，其本質(zhì)有很大區(qū)別。圖〔a〕系統(tǒng)在碰撞前后水平方向受合外力幾乎為零，即滿足，動(dòng)量守恒，故用動(dòng)量守恒定律就可求解此題，這是中學(xué)物理就可做的題；而圖〔b〕系統(tǒng)在碰撞中，棒在O點(diǎn)受到一個(gè)約束反力，這個(gè)力在水平方向的分力較大。對(duì)系統(tǒng)而言，水平方向就不成立，系統(tǒng)在水平方向動(dòng)量就不守恒。可是許多同學(xué)在做作業(yè)和考試時(shí)仍然用動(dòng)量守恒定律做，當(dāng)然就出現(xiàn)概念性錯(cuò)誤了。實(shí)際上這個(gè)題應(yīng)采用角動(dòng)量守恒定律求解，因?yàn)橄到y(tǒng)對(duì)垂直于O點(diǎn)轉(zhuǎn)軸的合外力矩近似為零。而這個(gè)內(nèi)容一般到大學(xué)物理才介紹。要深刻理解重要的物理概念，除了認(rèn)真上課，聽(tīng)老師講授外，自己課后認(rèn)真閱讀教材和教輔書(shū)并寫(xiě)出各章節(jié)小結(jié)是必要的，因?yàn)檫@樣做可以幫助自己弄清所學(xué)內(nèi)容的根本物理概念。關(guān)于物理學(xué)習(xí)中另一個(gè)問(wèn)題，即高數(shù)應(yīng)用能力問(wèn)題，是指要求學(xué)生要有比擬好的數(shù)學(xué)功底，因?yàn)榇髮W(xué)物理的大局部?jī)?nèi)容離不開(kāi)高數(shù)知識(shí)的應(yīng)用。而其中用的最多的是微積分和矢量知識(shí)。學(xué)好高數(shù)對(duì)學(xué)習(xí)大學(xué)物理是非常重要的，特別是應(yīng)用題的求解。當(dāng)然同學(xué)們也不要因?yàn)閿?shù)學(xué)根底稍差就感到緊張，實(shí)際上大學(xué)物理要用到的高數(shù)知識(shí)是最根本最簡(jiǎn)單的一些內(nèi)容。例如矢量知識(shí)，主要是矢量的加減運(yùn)算和標(biāo)積、矢積運(yùn)算以及矢量的微積分處理等。通常同學(xué)們只要2到4學(xué)時(shí)的認(rèn)真學(xué)習(xí)就完全可以掌握學(xué)習(xí)大學(xué)物理所需要的矢量知識(shí)了。而微積分在大學(xué)物理中的應(yīng)用也不是很難。例如電磁學(xué)中用得比擬多的積分就是和以及三角函數(shù)的積分，這些也是大家學(xué)習(xí)高數(shù)后最起碼應(yīng)該掌握的數(shù)學(xué)知識(shí)。而有一局部同學(xué)這樣的數(shù)學(xué)根底也沒(méi)有掌握好，大學(xué)物理學(xué)不好當(dāng)然就缺乏為怪了。為了更好地學(xué)習(xí)大學(xué)物理，希望同學(xué)們首先認(rèn)真學(xué)好高等數(shù)學(xué)。三、掌握物理學(xué)解決問(wèn)題的根本思路和各種方法物理學(xué)的根本概念和規(guī)律是在分析具體物理問(wèn)題的過(guò)程中逐步建立和掌握的。因此，在求解問(wèn)題之前必須對(duì)所研究的物理問(wèn)題建立一個(gè)清晰的圖像，從而明確解題的思路和方法。只有這樣，才能在解完題之后留下一些值得回味的東西，體會(huì)到物理問(wèn)題所蘊(yùn)含的微妙和涵義，真正掌握物理學(xué)的思想方法。因?yàn)榇髮W(xué)物理內(nèi)容豐富，對(duì)于不同的內(nèi)容可以有不同特色的學(xué)習(xí)方法。限于篇幅，下面就結(jié)合各局部?jī)?nèi)容簡(jiǎn)單介紹一些學(xué)習(xí)方法，供同學(xué)們學(xué)習(xí)中參考。力學(xué)從中學(xué)物理到大學(xué)物理，力學(xué)局部的內(nèi)容是比擬相近的，但解決問(wèn)題的深度不同，方法也就不一樣。例如：在質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)中，中學(xué)求解的主要是物體勻加速直線運(yùn)動(dòng)或勻速率圓周運(yùn)動(dòng)等問(wèn)題，而大學(xué)物理中質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律是不受限制的，通常解決問(wèn)題需要有高數(shù)的應(yīng)用。因此熟練掌握高數(shù)在力學(xué)局部的應(yīng)用是學(xué)好大學(xué)物理良好的開(kāi)端。此外，大學(xué)物理力學(xué)局部增加了剛體力學(xué)內(nèi)容，這樣同學(xué)們?cè)谇蠼饬W(xué)問(wèn)題時(shí)就首先要正確選擇物理模型和認(rèn)識(shí)運(yùn)動(dòng)過(guò)程，不要如前面我們提到的例題那樣把質(zhì)點(diǎn)和剛體二種不同模型問(wèn)題弄混，特別是遇到它們綜合在一起時(shí)要能恰當(dāng)?shù)卣页鼋鉀Q問(wèn)題的規(guī)律。類(lèi)比法上面提到質(zhì)點(diǎn)和剛體是不同的物理模型，它們運(yùn)動(dòng)規(guī)律當(dāng)然不同。但是剛體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是通過(guò)剛體上每個(gè)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律導(dǎo)出，這樣它們?cè)诿枋錾嫌钟性S多關(guān)聯(lián)之處。例如質(zhì)點(diǎn)直線運(yùn)動(dòng)和剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)就可以有以下對(duì)應(yīng)關(guān)系：這里的對(duì)應(yīng)關(guān)系十清楚顯。通過(guò)這種類(lèi)比方法，可以讓我們用已掌握的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)內(nèi)容幫助學(xué)習(xí)新的剛體力學(xué)內(nèi)容。這種類(lèi)比方法在學(xué)習(xí)電學(xué)和磁學(xué)時(shí)也存在?？梢?jiàn)只要我們?cè)谖锢韺W(xué)習(xí)中善于歸納類(lèi)比，就可以溝通不同領(lǐng)域內(nèi)相似問(wèn)題的研究思想和方法，并由此及彼，觸類(lèi)旁通。微積分在力學(xué)中的應(yīng)用微積分在力學(xué)局部的應(yīng)用是普遍的。例如對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題可以歸納為兩類(lèi)。第一類(lèi)：運(yùn)動(dòng)方程，求速度和加速度。只要掌握公式和就可以方便求出和。因此在解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)，對(duì)這類(lèi)問(wèn)題通常根據(jù)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)法給出表達(dá)式就可以了。第二類(lèi)：質(zhì)點(diǎn)某狀態(tài)〔例如初始態(tài)〕下的或，求運(yùn)動(dòng)方程。這時(shí)通常用到積分和就可以求解?？梢?jiàn)掌握微積分在大學(xué)物理中應(yīng)用是必要的。熱力學(xué)根底這局部?jī)?nèi)容比擬簡(jiǎn)單，主要重點(diǎn)可以歸納為：首先要掌握好熱力學(xué)第一定律和理想氣體狀態(tài)方程這二個(gè)公式，然后詳細(xì)應(yīng)用它們導(dǎo)出理想氣體在等體、等壓、等溫和絕熱四個(gè)過(guò)程中系統(tǒng)變化的規(guī)律，并自己做整理以幫助記憶公式。在整理時(shí)要養(yǎng)成畫(huà)這幾個(gè)過(guò)程的圖的習(xí)慣。如果掌握了這四個(gè)重要過(guò)程，在討論循環(huán)過(guò)程求效率等問(wèn)題時(shí)就十分輕松。電磁學(xué)電磁學(xué)是大學(xué)物理中學(xué)習(xí)內(nèi)容最多，也是同學(xué)們學(xué)習(xí)時(shí)困難最大的局部。主要原因是電磁學(xué)比擬抽象、高數(shù)應(yīng)用又較難。這局部?jī)?nèi)容學(xué)習(xí)中涉及到的求解問(wèn)題方法可以有很多。如：對(duì)稱(chēng)性分析法、補(bǔ)償法、類(lèi)比法以及微元法等。這就需要同學(xué)們經(jīng)過(guò)一定的練習(xí)去掌握這些方法。例如微元法在求解電場(chǎng)強(qiáng)度、電勢(shì)、磁感應(yīng)強(qiáng)度時(shí)是常用的方法。使用微元法的根底是電場(chǎng)和磁場(chǎng)的疊加原理。例：求均勻帶電圓環(huán)在軸線上一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度。可以取帶電線元為點(diǎn)電荷元，那么它在軸上一點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)，然后利用對(duì)稱(chēng)性分析法就可知道只要求沿軸線方向場(chǎng)強(qiáng)的分量就可以了，即做的積分。而在具體求解中，這里如何統(tǒng)一被積函數(shù)中變量又是一個(gè)困難點(diǎn)，它需要同學(xué)們有良好的數(shù)學(xué)根底和清楚的物理概念，這些當(dāng)然要在不斷的學(xué)習(xí)中逐漸掌握。同樣在求一段載流長(zhǎng)直導(dǎo)線周?chē)拇鸥袘?yīng)強(qiáng)度時(shí)也有相同的經(jīng)歷。希望同學(xué)們?cè)趯W(xué)習(xí)中學(xué)會(huì)總結(jié)。振動(dòng)、波動(dòng)和光學(xué)這局部?jī)?nèi)容許多物理書(shū)是把它們安排在一起的，其原因是在內(nèi)容上它們的關(guān)聯(lián)性很強(qiáng)，因此，在學(xué)習(xí)上要注意連續(xù)性。振動(dòng)是波動(dòng)的根底，只有把振動(dòng)局部的知識(shí)牢牢掌握，打好根底，才能學(xué)好波動(dòng)；同樣波動(dòng)中有關(guān)波的干預(yù)等學(xué)好了，對(duì)波動(dòng)光學(xué)的學(xué)習(xí)又是重要的根底。這里簡(jiǎn)單介紹一下學(xué)習(xí)這局部?jī)?nèi)容常用的局部研究方法。比擬法在振動(dòng)、波動(dòng)中求振動(dòng)方程和波動(dòng)方程通常有兩種題型：〔A〕由題給一些條件求簡(jiǎn)諧振動(dòng)或波動(dòng)方程；〔B〕由題給振動(dòng)曲線圖或波形圖求振動(dòng)方程和波動(dòng)方程。在這里我們可以用比擬法求解此類(lèi)問(wèn)題。所謂比擬法，通常先寫(xiě)出振動(dòng)和波動(dòng)的一般方程然后采用與條件比擬的方法來(lái)確定式中各相應(yīng)物理量。一般式中的初相可以由題給信息通過(guò)旋轉(zhuǎn)矢量法方便求得。對(duì)一般同學(xué)而言，象用這樣的比擬法的好處就是知道自己在做什么？目的是什么？如果能寫(xiě)出上述方程，并理解其中各物理量的意義，問(wèn)題也就解決一半了。相反，如果連自己要求的振動(dòng)方程和波動(dòng)方程的一般形式都寫(xiě)不出，當(dāng)然就不可能解決問(wèn)題?！?〕相位分析法相位是研究振動(dòng)、波動(dòng)問(wèn)題的有效工具，無(wú)論是建立振動(dòng)方程，比擬兩個(gè)振動(dòng)的差異、研究振動(dòng)的合成，或是表述波動(dòng)特征、導(dǎo)出波動(dòng)方程和研究波的干預(yù)及學(xué)習(xí)光學(xué)等都離不開(kāi)相位和相位差的概念和計(jì)算。例如討論波的干預(yù)或光的干預(yù)時(shí)采用相位分析法非常重要?！?〕光程差分析法在波動(dòng)光學(xué)中，光的干預(yù)、衍射是主要內(nèi)容，而討論干預(yù)、衍射出現(xiàn)的明、暗條紋情況又是十分重要的。在光的干預(yù)〔雙縫、薄膜、劈尖、牛頓環(huán)干預(yù)等〕和光柵衍射中只要能寫(xiě)出兩束相干光的光程差，問(wèn)題就解決了。由公式就可以討論干預(yù)和衍射結(jié)果。因此如何寫(xiě)出光程差就成了這局部?jī)?nèi)容的一個(gè)關(guān)鍵。例如在薄膜干預(yù)中，光程差或，這時(shí)要仔細(xì)考慮半波損失情況，決定是否有項(xiàng)，以便寫(xiě)出正確的光程差。4、近代物理近代物理主要分狹義相對(duì)論和量子物理，而在大學(xué)物理中，這些內(nèi)容的要求都是非常根本和簡(jiǎn)單的。主要是要求同學(xué)了解一些知識(shí)點(diǎn)，沒(méi)有復(fù)雜的公式，也沒(méi)有復(fù)雜的計(jì)算，關(guān)鍵是要求同學(xué)們的思想觀念要變化，要有接受新事物的創(chuàng)新精神，不能用傳統(tǒng)觀念去理解高速運(yùn)動(dòng)物體和微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。如果在學(xué)習(xí)中能夠抓住各局部