物理理論論文范文第1篇

有人可能認(rèn)為培養(yǎng)優(yōu)秀學(xué)生主要靠課外小組和個(gè)別輔導(dǎo)，與課堂教學(xué)關(guān)系不大，這種看法是片面的，實(shí)際上課堂教學(xué)也是至關(guān)重要的．本文著重從高中物理課堂教學(xué)這一側(cè)面來(lái)總結(jié)取得這些成果的經(jīng)驗(yàn)．

我們十多年來(lái)的課堂教學(xué)經(jīng)驗(yàn)可以總結(jié)成三句話：追根尋源真一點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)研究多一點(diǎn)，能力要求高一點(diǎn)，簡(jiǎn)稱(chēng)“三點(diǎn)”教學(xué)法，因此我們稱(chēng)自己的教材為“三點(diǎn)”法教材．

我們的“三點(diǎn)”法教學(xué)完全是根據(jù)國(guó)家教委頒布的高中物理教學(xué)大綱編寫(xiě)的．因?yàn)槲覀兠鎸?duì)的是全班學(xué)生，不可能而且也不應(yīng)該把課堂教學(xué)變成物理競(jìng)賽輔導(dǎo)，我們確確實(shí)實(shí)通過(guò)課堂教學(xué)明顯提高了學(xué)生的素質(zhì)和能力，為學(xué)生在高考和物理競(jìng)賽中取得優(yōu)異成績(jī)打下了扎實(shí)的基礎(chǔ)．

一、追根尋源真一點(diǎn)

一個(gè)學(xué)生學(xué)習(xí)物理，首先接觸到的就是物理定律．因此，怎樣搞好物理定律教學(xué)，必然是每個(gè)物理教師首先要考慮的問(wèn)題．

在進(jìn)行某一物理定律教學(xué)時(shí)，我們有意識(shí)補(bǔ)充了大量的與這一定律的建立過(guò)程有關(guān)的內(nèi)容，這就是所謂的“溯源”教學(xué)．任何一個(gè)重要物理定律的建立，都有一個(gè)艱辛而漫長(zhǎng)的過(guò)程．探索定律的工作只所以能成功，這個(gè)定律最后只所以能夠確立起來(lái)，其中一定有很多科學(xué)的研究方法和正確的推理思維方式，這些內(nèi)容毫無(wú)疑問(wèn)是屬于物理學(xué)科中最重要的東西，是人類(lèi)一筆寶貴的知識(shí)財(cái)富，也是我們物理教學(xué)的寶貴財(cái)富．

在講授牛頓萬(wàn)有引力定律時(shí)，我們從第谷對(duì)行星進(jìn)行幾十年的觀測(cè)積累的大量第一手資料講起，然后是開(kāi)普勒在擁有這些數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)大量計(jì)算總結(jié)出描寫(xiě)天體運(yùn)動(dòng)的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律（開(kāi)普勒三定律），最后才是牛頓用定量的動(dòng)力學(xué)原理對(duì)這些規(guī)律予以解釋?zhuān)�終于發(fā)現(xiàn)了對(duì)天上、地上的物體具有普遍意義的萬(wàn)有引力定律．在學(xué)習(xí)牛頓萬(wàn)有引力定律的過(guò)程中，我們還著重向?qū)W生介紹了“歸納法”、“理想化”和“間接驗(yàn)證”三種科學(xué)研究的重要方法．

在學(xué)習(xí)庫(kù)侖定律的過(guò)程中，我們糾正了學(xué)生由于大多數(shù)教科書(shū)敘述籠統(tǒng)而形成的錯(cuò)誤觀念，使他們明白：1．庫(kù)侖當(dāng)年只用扭秤做了兩個(gè)同種電荷互相排斥的實(shí)驗(yàn)，而未做兩個(gè)異種電荷互相吸引的實(shí)驗(yàn)，因?yàn)樵诤笠粚?shí)驗(yàn)中的平衡有可能是不穩(wěn)定的．庫(kù)侖是用電擺來(lái)完成后一實(shí)驗(yàn)的；2．無(wú)論是扭秤還是電擺，精確度都是很有限的，根本無(wú)法確定兩電荷之間的作用力與距離的平方成反比，更不是和距離的1．98次方或2．02次方成反比．當(dāng)年的庫(kù)侖（實(shí)際上還有更早的卡文迪許），以及后來(lái)的麥克斯韋、普林普頓等人都是用另一種實(shí)驗(yàn)方法將指數(shù)的精度逐漸提高，直至今天的2±3×10－16，終于使庫(kù)侖定律成為當(dāng)今物理學(xué)中最精確的定律之一．結(jié)合庫(kù)侖定律的建立過(guò)程，我們還向?qū)W生介紹了“類(lèi)比”和“演繹驗(yàn)證”的方法．

在學(xué)習(xí)歐姆定律的過(guò)程中，學(xué)生一開(kāi)始都以為研究通過(guò)導(dǎo)體的電流和導(dǎo)體兩端的電壓之間的關(guān)系是不困難的，只要用電流表、電壓表再加電源和可變電阻器等組成電路即可．可是我告訴他們，在歐姆那個(gè)年代，非但沒(méi)有電流表、電壓表等儀器，連電壓、電流和電阻的定義和單位都沒(méi)有，歐姆所面臨的困難之大是可想而知的．他到底是怎樣得到這個(gè)電學(xué)中最重要的定律的呢？學(xué)生頓時(shí)產(chǎn)生了濃厚的興趣．在學(xué)習(xí)歐姆定律誕生過(guò)程的同時(shí)，我們還結(jié)合歐姆的實(shí)踐，介紹了用圖線探究新規(guī)律的方法．

此外，我們還結(jié)合牛頓運(yùn)動(dòng)定律介紹了“理想實(shí)驗(yàn)”、“推理”、“實(shí)驗(yàn)研究”等方法，結(jié)合氣體定律介紹了“分析法”，結(jié)合能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律介紹了“綜合法”．使學(xué)生比較系統(tǒng)地掌握了一些重要的科學(xué)研究方法．有的同學(xué)深有體會(huì)地說(shuō)：物理定律是寶貴的，但研究物理定律的科學(xué)方法更寶貴．誰(shuí)掌握了這些方法，誰(shuí)就能不斷地去探索大自然層出不窮的奧秘．

在物理定律的教學(xué)中，我們?cè)谡n堂上經(jīng)常采用設(shè)問(wèn)的方法，不是直接告訴學(xué)生某個(gè)定律是怎樣建立起來(lái)的，而是不斷地提出問(wèn)題讓學(xué)生去思考，擺出困難讓學(xué)生去克服，提出任務(wù)讓學(xué)生去完成，制定目標(biāo)讓學(xué)生去實(shí)現(xiàn)．這樣可以有效地發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)造性思維和解決問(wèn)題的能力．

我們要求學(xué)生在課外進(jìn)行大量自學(xué)．早在公元前4世紀(jì)，古希臘蘇格拉底明確強(qiáng)調(diào)過(guò)：“好的、正確的教學(xué)不是傳遞，而是對(duì)學(xué)生的自學(xué)輔導(dǎo)”．我一貫強(qiáng)調(diào)學(xué)生要學(xué)會(huì)自學(xué)、討論、研究．我教的優(yōu)秀學(xué)生，學(xué)得的物理知識(shí)，最多只有一半是在課堂上聽(tīng)我講的，其它一概由他們自學(xué)．到一定階段，我開(kāi)始指定幾個(gè)學(xué)得比較好的學(xué)生輪流給其他學(xué)生上課．每次課分兩部分，前半部分由主講同學(xué)講，后半部分由全體同學(xué)提問(wèn)、討論．像王泰然和任宇翔在高二階段就給其他同學(xué)作過(guò)二十幾次講座，楊亮、謝小林、陳匯鋼等同學(xué)也不例外．

我們這種自學(xué)討論式教學(xué)還延續(xù)到學(xué)生畢業(yè)以后．獲金牌或?qū)W有所成的學(xué)生進(jìn)了大學(xué)甚至出國(guó)留學(xué)后，有機(jī)會(huì)還回來(lái)給小同學(xué)談自己的體會(huì)．例如1994年暑假任宇翔從美國(guó)回國(guó)探親一個(gè)月，來(lái)學(xué)校給95、96屆學(xué)生講了10次課．他向小學(xué)友介紹物理學(xué)中一些新進(jìn)展、中美物理教學(xué)中的差異以及他們當(dāng)年學(xué)習(xí)過(guò)程中曾激烈爭(zhēng)論過(guò)的問(wèn)題，使聽(tīng)課的學(xué)生大受裨益．1996年暑假，謝小林和陳匯鋼兩位金牌獲得者又為97、98屆同學(xué)講了十多天課．他們既講物理知識(shí)，又講國(guó)家集訓(xùn)隊(duì)隊(duì)員奮發(fā)學(xué)習(xí)的感人事跡，使小同學(xué)們大開(kāi)眼界．

這樣的訓(xùn)練方法也得到了權(quán)威人士的肯定．1992年10月，在上海召開(kāi)的全國(guó)物理特級(jí)教師會(huì)議上，原中國(guó)物理學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)、現(xiàn)全國(guó)中學(xué)物理競(jìng)賽委員會(huì)主任、北京大學(xué)沈克琦教授在他的題為“國(guó)際物理奧林匹克競(jìng)賽與中學(xué)物理教學(xué)”的報(bào)告中說(shuō)：“我聽(tīng)到兩名得金牌的上海學(xué)生講他們的老師如何培養(yǎng)他們的情況，我認(rèn)為這個(gè)經(jīng)驗(yàn)倒很值得推廣．他們說(shuō)他們的老師不是采取灌輸?shù)霓k法，而是啟發(fā)引導(dǎo)，要求他們給同學(xué)講課，這對(duì)他們搞清概念原理和科學(xué)地進(jìn)行表達(dá)都非常有幫助．我想這可能是提高優(yōu)秀學(xué)生能力的有效方法之一．”

那么自學(xué)為什么會(huì)對(duì)提高學(xué)生的能力起這么大的作用呢？從心理學(xué)角度來(lái)看，自學(xué)與聽(tīng)課可能有以下兩點(diǎn)不同：

（1）人類(lèi)的思維活動(dòng)表現(xiàn)為分析、綜合、比較、抽象、概括等過(guò)程．一個(gè)學(xué)生在自學(xué)某一個(gè)新的物理內(nèi)容時(shí)，少不了理解、思考、建立正確的物理模型等工作，這里面充滿了分析、綜合、比較等過(guò)程．因此相對(duì)聽(tīng)課而言，自學(xué)對(duì)學(xué)生的思維活動(dòng)提出了更高的要求，從而使他們得到更大的鍛煉．

（2）人們的注意可分為無(wú)意注意、有意注意和有意后注意三種．事先沒(méi)有預(yù)定的目標(biāo)，也不需要作意志努力的注意叫做無(wú)意注意；有預(yù)定的目標(biāo)，在必要時(shí)還需作一定的意志努力的注意叫做有意注意．一個(gè)學(xué)生在自學(xué)的時(shí)候，他的目的一定是十分明確的，而且需要一定的意志努力（否則難以堅(jiān)持），因此學(xué)生在自學(xué)時(shí)，可保證在絕大多時(shí)間內(nèi)都處于有意注意的狀態(tài)，這一點(diǎn)對(duì)提高學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)能力都是很有好處的．有的學(xué)生在自學(xué)中往往會(huì)十分投入，進(jìn)入一種旁若無(wú)人的境地，而相對(duì)來(lái)說(shuō)，這種情況在聽(tīng)課時(shí)就比較少．一個(gè)學(xué)生堅(jiān)持自學(xué)一段時(shí)間之后，便能漸漸地從有意注意轉(zhuǎn)化到有意后注意，即不需要意志努力也能夠?qū)⒆约旱淖⒁饬﹂L(zhǎng)期保持在這項(xiàng)工作上．有意后注意是一種高級(jí)類(lèi)型的注意，它既有明確的目的，又不需要用意志努力來(lái)維持，是人類(lèi)從事創(chuàng)造性活動(dòng)的必需條件．學(xué)生一旦進(jìn)入這種狀態(tài)，他們的物理學(xué)習(xí)效率就會(huì)大大提高，學(xué)習(xí)成績(jī)就會(huì)有明顯進(jìn)步．

二、實(shí)驗(yàn)研究多一點(diǎn)

物理學(xué)是一門(mén)實(shí)驗(yàn)科學(xué)，物理學(xué)中的每一個(gè)概念、規(guī)律的發(fā)現(xiàn)和確立主要依賴(lài)于實(shí)驗(yàn)．因此，在高中物理教學(xué)中加強(qiáng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)方面的訓(xùn)練，無(wú)疑是提高物理教學(xué)質(zhì)量的一條必由之路．

目前中學(xué)物理教學(xué)大綱中安排了相對(duì)數(shù)量的學(xué)生實(shí)驗(yàn)和演示實(shí)驗(yàn)，不難發(fā)現(xiàn)，這些實(shí)驗(yàn)存在著某些不足，主要表現(xiàn)在下面幾個(gè)方面：

第一，教材中幾乎所有實(shí)驗(yàn)是為配合所學(xué)內(nèi)容而安排的，目的是幫助學(xué)生加深對(duì)所學(xué)內(nèi)容的理解，因此學(xué)生不易通過(guò)這些實(shí)驗(yàn)掌握一些重要的實(shí)驗(yàn)方法．

第二，課本中每個(gè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理及操作步驟都講得十分清楚，學(xué)生只需按部就班地完成實(shí)驗(yàn)操作即可．這樣的實(shí)驗(yàn)只能增加學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手操作能力，而對(duì)學(xué)生創(chuàng)造性思維的訓(xùn)練是不夠的，也無(wú)法培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力．

第三，目前課本中的實(shí)驗(yàn)大多是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生只要學(xué)懂了書(shū)上的定律，一般都能輕而易舉地完成實(shí)驗(yàn)．這種安排違反了教育應(yīng)該走在學(xué)生智力發(fā)展前面的原則，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的能力是不利的．

針對(duì)以上不足，我們對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法進(jìn)行了改革，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)為發(fā)展內(nèi)容的改革方面，我們主要采取了以下三條措施：

（1）增加實(shí)驗(yàn)數(shù)量．

不論是在課堂演示實(shí)驗(yàn)，還是在學(xué)生實(shí)驗(yàn)或小實(shí)驗(yàn)方面，平均增加了60％的實(shí)驗(yàn)．其中有一部分新實(shí)驗(yàn)，學(xué)校沒(méi)有現(xiàn)成的儀器，安排學(xué)生自己制作，對(duì)學(xué)生有較高的要求．

（2）重視實(shí)驗(yàn)誤差討論．

物理實(shí)驗(yàn)離不開(kāi)測(cè)量，測(cè)量是實(shí)驗(yàn)科學(xué)最本質(zhì)的東西．從某種意義上講，結(jié)果準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)就是成功的實(shí)驗(yàn)，反之就是不成功的實(shí)驗(yàn)．因此在培養(yǎng)優(yōu)秀學(xué)生的過(guò)程中，應(yīng)該讓他們掌握一些必要的實(shí)驗(yàn)誤差的基本知識(shí)．在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案時(shí)，要求學(xué)生們盡量消除實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)誤差；在選擇實(shí)驗(yàn)器材時(shí)要考慮它的精確程度；在處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，要采用盡量科學(xué)的方法．

（3）加強(qiáng)重要實(shí)驗(yàn)方法教學(xué)．

在實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域中有一些重要的方法，比如減小實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差的方法、減小實(shí)驗(yàn)偶然誤差的方法、實(shí)驗(yàn)探究規(guī)律的方法、迂回測(cè)量的方法等，這些方法不是在個(gè)別實(shí)驗(yàn)中，而是在許多實(shí)驗(yàn)中都有應(yīng)用，因此具有一定的普遍意義，這些方法一定要讓學(xué)生很好地掌握．在必要時(shí)，我們甚至根據(jù)實(shí)驗(yàn)方法來(lái)安排實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，集中安排幾個(gè)某種方法體現(xiàn)比較典型的實(shí)驗(yàn)，這樣便于學(xué)生深刻領(lǐng)會(huì)和熟練掌握某一種實(shí)驗(yàn)方法．

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法改革方面，我們做了以下嘗試：

（1）在課堂上創(chuàng)設(shè)一些實(shí)驗(yàn)問(wèn)題讓學(xué)生研究．

在高中階段，每周至少有4節(jié)物理課，充分利用物理課中碰到的各種各樣問(wèn)題，可設(shè)計(jì)一些供學(xué)生討論的實(shí)驗(yàn)題目，并引導(dǎo)他們一步一步地探索、解決．

我在講功率一節(jié)時(shí)，設(shè)計(jì)了這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)題目：要求測(cè)定一個(gè)人騎自行車(chē)的功率．在自行車(chē)由靜止啟動(dòng)的過(guò)程中，人做的功除了增加人和車(chē)的動(dòng)能之外，還要克服空氣阻力和地面的摩擦力，其中哪些因素是主要的，哪些因素是次要的？學(xué)生根據(jù)自己騎自行車(chē)的經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為空氣阻力是很明顯的，不能忽略，而地面和車(chē)輪之間的滾動(dòng)摩擦一般比較小，可以忽略．接下來(lái)的問(wèn)題是怎樣測(cè)量人克服空氣阻力做的功？學(xué)生都有這樣的體會(huì)：頂風(fēng)騎車(chē)時(shí)，騎得越快風(fēng)的阻力越大，因此可以設(shè)風(fēng)的阻力和車(chē)的速度成正比．車(chē)的速度怎樣測(cè)？風(fēng)的阻力和車(chē)速成正比的比例因數(shù)是多少？問(wèn)題一個(gè)接著一個(gè)地出現(xiàn)，被大家一個(gè)又一個(gè)地解決，終于找到了一個(gè)大家都比較滿意的實(shí)驗(yàn)方案．接著全班同學(xué)興高采烈地到操場(chǎng)上去做實(shí)驗(yàn)，最后再回到教室里，師生一起處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，作出圖象，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果．在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，除了實(shí)驗(yàn)題目是由老師提出的外，實(shí)驗(yàn)方案和解決問(wèn)題的途徑都是由學(xué)生討論研究出來(lái)的，因此他們都覺(jué)得很有意思，收獲很大．

（2）對(duì)課本中一些重要實(shí)驗(yàn)進(jìn)行深入研究．

物理課本中有大量現(xiàn)成的實(shí)驗(yàn)，有時(shí)可以對(duì)這些實(shí)驗(yàn)進(jìn)行一些討論和改進(jìn)．

在做直流電路的實(shí)驗(yàn)時(shí)，我們讓學(xué)生對(duì)伏安法測(cè)量導(dǎo)體的電阻這個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了深入的研究．用簡(jiǎn)單的伏安法電路，不論是采用電流表內(nèi)接還是電流表外接，都有系統(tǒng)誤差．結(jié)合這個(gè)問(wèn)題，我給學(xué)生介紹了補(bǔ)償?shù)乃枷�，然后由學(xué)生自己設(shè)計(jì)了電流補(bǔ)償和電壓補(bǔ)償兩種線路．補(bǔ)償法解決了由于實(shí)驗(yàn)電路不完善帶來(lái)的系統(tǒng)誤差，但這個(gè)矛盾解決了，電流表和電壓表不夠準(zhǔn)確的問(wèn)題上升為主要矛盾．怎么辦？經(jīng)過(guò)進(jìn)一步研究改進(jìn)，大家認(rèn)為可以用準(zhǔn)確度高得多的電阻箱來(lái)取代電壓表和電流表，再輔以靈敏度很高的電流表，便可以明顯提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度，這就是常用的惠斯通電橋．接下來(lái)學(xué)生分別用簡(jiǎn)單伏安法、補(bǔ)償伏安法和惠斯通電橋測(cè)量了同一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻，比較測(cè)量結(jié)果，可以證實(shí)先前的想法．在歷史上，從伏安法到惠斯通電橋是有一個(gè)很長(zhǎng)的過(guò)程的，而在我們這堂實(shí)驗(yàn)課中，學(xué)生經(jīng)歷了這么一個(gè)碰到問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的完整過(guò)程．這樣的實(shí)驗(yàn)課對(duì)增強(qiáng)學(xué)生的能力是很有幫助的．（1）和（2）實(shí)際上都是不斷地給學(xué)生提出新的目標(biāo)，誘導(dǎo)他們提高實(shí)驗(yàn)水平，我們有時(shí)稱(chēng)之為“目的誘導(dǎo)法”．（3）給特優(yōu)學(xué)生安排一些特殊實(shí)驗(yàn)．

我校有一批進(jìn)口物理儀器，性能比較好，涉及的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容面也比較廣．這批儀器的說(shuō)明書(shū)是英文或日文的，我指定一名學(xué)生準(zhǔn)備某一個(gè)實(shí)驗(yàn)，要求他先翻譯好說(shuō)明書(shū)，準(zhǔn)備好器材，然后帶領(lǐng)其他同學(xué)做實(shí)驗(yàn)．這個(gè)主講的學(xué)生還要準(zhǔn)備好一些討論題，在實(shí)驗(yàn)后供同學(xué)們討論．學(xué)生對(duì)這樣的實(shí)驗(yàn)非常感興趣．此類(lèi)實(shí)驗(yàn)雖然有時(shí)和高考、競(jìng)賽沒(méi)有直接的關(guān)系，但是這種帶有研究性的實(shí)驗(yàn)對(duì)優(yōu)秀學(xué)生很有好處．

三、能力要求高一點(diǎn)

物理習(xí)題教學(xué)是物理教學(xué)的重要組成部分．不論是教師還是學(xué)生，都在解習(xí)題上花費(fèi)了大量的時(shí)間，因此，習(xí)題教學(xué)的改革是一個(gè)很重要的問(wèn)題．就本質(zhì)來(lái)說(shuō)，物理習(xí)題是人們編制的一些假想物理場(chǎng)景．毫無(wú)疑問(wèn)，物理學(xué)家是不會(huì)去做物理習(xí)題的，而他們是在研究那些真實(shí)的、尚未發(fā)現(xiàn)的物理規(guī)律．同樣，發(fā)明家也是不會(huì)去做物理習(xí)題的，他們是在力圖應(yīng)用已有的物理規(guī)律去解決一系列實(shí)際問(wèn)題，那么我們?yōu)槭裁匆�讓學(xué)生做那么多人為假想的物理習(xí)題？目的無(wú)非是要培養(yǎng)學(xué)生的理解、分析、推理等能力．所以物理習(xí)題教學(xué)應(yīng)該圍繞這個(gè)目標(biāo)來(lái)進(jìn)行．

我們常用以下兩種方法來(lái)進(jìn)行習(xí)題教學(xué)：

（1）按照解題方法組織習(xí)題教學(xué)

一般的習(xí)題都是按力、熱、電、光的順序來(lái)講授的，但我們比較傾向于按照解題方法來(lái)講解物理習(xí)題．例如理想化法、整體法和隔離法、等效替代法、小量分析法、疊加法、對(duì)稱(chēng)法、圖象法等，這樣比較有利于學(xué)生掌握一些重要的解題方法．到學(xué)習(xí)的某一階段，集中將一批用解決方法相同的習(xí)題安排給學(xué)生練習(xí)，使他們由不會(huì)用到會(huì)用這種方法．在以后的學(xué)習(xí)中，每隔一定階段讓這種方法再出現(xiàn)一次，以加深這種解題方法在大腦中的印象，達(dá)到牢固掌握，應(yīng)用自如的目的．

物理理論論文范文第2篇

當(dāng)人們用望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)銀河系以外的星系時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)星系光譜都存在紅移或藍(lán)移現(xiàn)象，并且越遠(yuǎn)的星系其光譜紅移值越大。根據(jù)多普勒效應(yīng)：星系光譜存在紅移說(shuō)明星系正離我們遠(yuǎn)去，星系光譜存在藍(lán)移說(shuō)明星系正向著我們運(yùn)動(dòng)。需要指出的是越遠(yuǎn)的星系紅移值也越大，看起來(lái)所有的星系都好象以銀河系為中心向外爆炸形成的一樣，越遠(yuǎn)的星系離開(kāi)我們的速度也越大。鑒于此有人提出宇宙大爆炸假說(shuō)：認(rèn)為宇宙是由150億年前發(fā)生的一次大爆炸形成的，人類(lèi)居住的銀河系則是宇宙的中心。可是人們?cè)谟^測(cè)銀河系和河外星系時(shí)，卻并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)銀河系有什么特別之處。有人據(jù)此懷疑宇宙大爆炸假說(shuō)；也有人從星系的演化推算出宇宙的年齡大于150億年；還有人認(rèn)為若宇宙大爆炸假說(shuō)是正確的，那么宇宙輻射在各個(gè)方向上就會(huì)表現(xiàn)出各向異性；更有人擔(dān)心宇宙的膨脹沒(méi)有盡頭，遂認(rèn)為宇宙的膨脹和收縮是交替進(jìn)行的……。但不管怎樣，大部分人還是相信“眼見(jiàn)為實(shí)”，由星系光譜的紅移現(xiàn)象承認(rèn)了宇宙大爆炸假說(shuō)。更有人把紅移現(xiàn)象與宇宙背景輻射和宇宙元素豐度并作宇宙大爆炸假說(shuō)的三大支柱。那么宇宙是否發(fā)生過(guò)爆炸并仍在向外擴(kuò)張，年齡是否只有150億年呢？非也！

1．星系光譜紅移原因

20世紀(jì)初，當(dāng)人們用望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)銀河系以外的星系時(shí)，發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)星系光譜都有紅移現(xiàn)象，并且越遠(yuǎn)的星系其光譜紅移值越大。有人認(rèn)為星系光譜紅移是因?yàn)樾窍嫡�在離我們遠(yuǎn)去，從而得出這樣的結(jié)論：所有的星系都是以我們銀河系為中心向外爆炸后形成的，越遠(yuǎn)的星系離開(kāi)我們的速度也越大；宇宙中所有的星系都在彼此分離，并且越遠(yuǎn)的星系相互分離的速度越大。值得一提的是，我們銀河系正處在爆炸中心，足以值得我們自豪的是：銀河系是宇宙中獨(dú)一無(wú)二的星系—因?yàn)樗�是宇宙的中心。更讓我們驚奇的是，銀河系自身也在不斷運(yùn)動(dòng)著，然而無(wú)論它運(yùn)動(dòng)到哪里，它始終是銀河系的中心。我們解釋不了銀河系為什么是宇宙的中心，因?yàn)殂y河系也和其它星系一樣，并沒(méi)有什么特別之處。有人以為，銀河系處于宇宙的中心是一個(gè)巧合，雖然銀河系從上個(gè)世紀(jì)至今一直在不斷運(yùn)動(dòng)，但它走過(guò)的距離和整個(gè)宇宙空間的尺寸比起來(lái)是微不足道的，所以銀河系目前仍然處在宇宙的中心，這種看法未免有些牽強(qiáng)。因?yàn)槿藗冊(cè)谟^測(cè)近處的星系時(shí)，發(fā)現(xiàn)近處的星系并沒(méi)有相互分離的趨勢(shì)，并且也沒(méi)有證據(jù)表明近處的星系正在以某一個(gè)中心為起點(diǎn)向外膨脹。因此“銀河中心說(shuō)”頗值得懷疑。還有的人雖然承認(rèn)宇宙大爆炸假說(shuō)，但不承認(rèn)“銀河中心說(shuō)”，他們不認(rèn)為銀河系是宇宙的中心。這種觀點(diǎn)同樣也是站不住腳的。我們可以這樣分析：如果宇宙大爆炸假說(shuō)是正確的，那么宇宙中所有的星系必定在以某一個(gè)中心為起點(diǎn)向外膨脹，星系之間彼此互相分離。目前我們觀測(cè)到近處的星系并沒(méi)有相互分離的趨勢(shì)，并且也沒(méi)有證據(jù)表明近處的星系在以某一個(gè)中心為起點(diǎn)向外膨脹。倘若我們不是在宇宙的中心而是處于偏離宇宙中心的任一點(diǎn)處，因?yàn)樵谖覀冎車(chē)�的星系都沒(méi)有相互分離的趨勢(shì)，也沒(méi)有以某一個(gè)中心為起點(diǎn)向外膨脹，這樣一來(lái)，倘若宇宙中任一點(diǎn)處的星系都沒(méi)有相互分離的趨勢(shì)，那么整個(gè)宇宙也不可能在膨脹，即宇宙大爆炸假說(shuō)是錯(cuò)誤的。

前事不忘，后事之師。人類(lèi)文明發(fā)展到今天，“地心說(shuō)”和“日心說(shuō)”都被證明是為科學(xué)，難道我們還要重蹈覆轍提出“銀河中心說(shuō)”嗎？愚以為，我們應(yīng)當(dāng)承認(rèn)這樣一個(gè)假設(shè)，那就是：銀河系按目前的速度運(yùn)動(dòng)下去，100萬(wàn)年，100億年以后，我們?nèi)匀粫?huì)發(fā)現(xiàn)自己處在宇宙的“中心”，無(wú)論我們處在宇宙的任何地方，中心也好，邊緣也好，我們都會(huì)發(fā)現(xiàn)宇宙中越遠(yuǎn)的星系光譜紅移值也越大，就好象我們處在宇宙的“中心”一樣。事實(shí)上，這個(gè)“中心”是光子在宇宙空間中的傳播特性引起我們視覺(jué)上的錯(cuò)誤，“眼見(jiàn)”未必“為實(shí)”，我們不能過(guò)分相信“眼見(jiàn)”的東西。

紅移現(xiàn)象是否由觀測(cè)者自身的運(yùn)動(dòng)引起的呢？不是的！如果紅移現(xiàn)象是由觀測(cè)者自身的運(yùn)動(dòng)引起的，那么我們將觀測(cè)到與我們相向運(yùn)動(dòng)的星系光譜將發(fā)生藍(lán)移而與我們相背運(yùn)動(dòng)的星系光譜將發(fā)生紅移，然而事實(shí)并非如此。再者，雖然我們“坐地日行八萬(wàn)里”，但這個(gè)速度和光速比起來(lái)實(shí)在算不了什么，不至于影響觀測(cè)結(jié)果。換句話說(shuō)，我們?cè)谟^測(cè)星系紅移值時(shí)，觀測(cè)者自身運(yùn)動(dòng)速度的影響可以忽略不計(jì)。紅移現(xiàn)象說(shuō)明光子與觀察者之間的相對(duì)速度變小了。產(chǎn)生這種情況有兩種可能：第一是星系正離我們遠(yuǎn)去，第二是光子在穿越宇宙空間時(shí)速度變小了。這兩種情況都可能導(dǎo)致星系光譜紅移。我們認(rèn)為導(dǎo)致星系光譜紅移的原因是后者。光子在穿越宇宙空間時(shí)會(huì)與各種粒子(比如引力子)相互作用從而使其速度逐漸減小。當(dāng)然單個(gè)粒子與光子作用時(shí)間極短，引起光子速度的改變量也是極其微小的，以致于我們觀測(cè)不到。隨著光子穿越宇宙空間距離的增大，與光子作用的粒子數(shù)目也逐漸增多，光子速度的減小量也越明顯�？梢酝茰y(cè)：光子在穿越一定的宇宙空間距離后速度將減小到零。由于光子速度為零故相對(duì)我們的能量也為零，這樣的光子當(dāng)然不會(huì)被我們觀測(cè)到�？梢�(jiàn)用光學(xué)法觀測(cè)宇宙空間尺度時(shí)有一個(gè)極限：150億光年(也有人認(rèn)為是200億光年)。在這個(gè)尺度以外的星系發(fā)出的光子由于在沒(méi)有到達(dá)地球時(shí)速度已經(jīng)降低到零，所以這樣的星系不可能被我們觀測(cè)到，至少目前還沒(méi)有辦法觀測(cè)到。也有人認(rèn)為，紅移現(xiàn)象是由光子頻率減小引起的，即認(rèn)同第一種可能：認(rèn)為星系正離我們遠(yuǎn)去。這種觀點(diǎn)聽(tīng)起來(lái)很有道理，卻經(jīng)不起分析。我們知道，星系離我們遠(yuǎn)去時(shí)會(huì)引起光子頻率減小，但各種不同頻率光子的頻率減小量應(yīng)該相同，反應(yīng)在星系光譜上，各種不同頻率光子的紅移量應(yīng)該相同。因此，不論星系離我們多遠(yuǎn)，星系光譜雖然發(fā)生紅移但不應(yīng)該變寬，但事實(shí)上遠(yuǎn)處星系光譜卻被拉寬了（星系光譜不會(huì)變寬是指星系光譜中任意兩條譜線的距離恒定，雖然它們都發(fā)生了紅移，但它們移動(dòng)的距離相等，因此各譜線之間的距離不變）。而且能量越小的光子紅移值越大，能量越大的光子紅移值越小。不同頻率光子的頻率減小量不同，說(shuō)明紅移現(xiàn)象不是由光子頻率減小引起的。即第一種可能站不住腳。假設(shè)宇宙中所有的星系都是靜止的，宇宙空間中的物質(zhì)是均勻分布的，那么光子穿越宇宙空間時(shí)的速度衰減量?jī)H與其通過(guò)的空間距離有關(guān)。光子穿越的宇宙空間越長(zhǎng)，其速度衰減量也越大。這樣星系光譜的紅移值僅與其離我們的距離有關(guān)，離我們?cè)竭h(yuǎn)的星系紅移值也越大，就好象越遠(yuǎn)的星系正在以越快的速度離開(kāi)我們一樣。這也正是哈勃定律所揭示的：星系遠(yuǎn)離銀河系的速度ν與距離成正比，ν=H*D，其中H為哈勃常數(shù)。實(shí)際上宇宙中各星系都在不斷運(yùn)動(dòng)著，宇宙空間中的物質(zhì)也并非均勻分布的，造成星系光譜紅移的原因也很多，所以光譜的實(shí)際紅移值要考慮許多情況。

2．譜線紅移與光子速度衰減

光子與宇宙空間中的粒子是如何作用的呢？可以設(shè)想，宇宙空間中存在許多比光子質(zhì)量小得多的粒子(比如引力子)。由于光子在與粒子作用后仍然是光子，可以認(rèn)為光子僅與粒子發(fā)生了彈性碰撞。既然是彈性碰撞，我們知道，二者質(zhì)量越接近光子損失的能量越大。由于光子的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于引力子的質(zhì)量，所以在不同頻率(質(zhì)量)的光子中，頻率(質(zhì)量)較小的光子損失的能量較大。于是經(jīng)過(guò)同一段宇宙空間以后，在不同頻率(質(zhì)量)的光子中，頻率(質(zhì)量)較大的光子損失的能量較少，頻率(質(zhì)量)較小的光子損失的能量較大，例如紅光損失的能量比紫光損失的能量多。由于不同頻率(質(zhì)量)的光子在宇宙空間運(yùn)動(dòng)時(shí)都損失了能量，這樣整個(gè)星系的光譜將向紅端移動(dòng)，但由于紅光損失的能量多向紅端移動(dòng)的距離大，而紫光損失的能量少向紅端移動(dòng)的距離小，于是整個(gè)光譜被“拉寬”了。如果不同頻率(質(zhì)量)光子的能量損失率相同，雖然它們都產(chǎn)生紅移，但是它們紅移的距離相等，這樣星系光譜雖存在紅移但不會(huì)被“拉寬”，星系光譜存在紅移而且被“拉寬”說(shuō)明兩點(diǎn)：第一光子在穿越宇宙空間時(shí)速度會(huì)衰減，第二不同頻率(質(zhì)量)的光子速度衰減率不同。顯然，由于不同頻率(質(zhì)量)光子的能量損失率不同，各種光子的速度衰減量差異將隨著空間距離的增加而增大，這樣星系光譜被“拉寬”的程度與其離我們的距離有關(guān)，離我們?cè)竭h(yuǎn)的星系其光譜被拉寬的程度也越大。另外，星系光譜被拉寬時(shí)還有一個(gè)特點(diǎn)，那就是能量大的光子被拉寬的程度小，能量小的光子被拉寬的程度大。也就是說(shuō)，越靠近紅端光譜被拉寬的程度越大，越靠近紫端光譜被拉寬的程度越小�？紤]到星系引力場(chǎng)的影響，實(shí)際情況還要復(fù)雜一些。

上面我們談到光子在宇宙空間運(yùn)動(dòng)時(shí)速度會(huì)逐漸減小，這和人們熟悉的“真空中光速不變”的看法相矛盾。實(shí)際上宇宙空間并非真空，即使宇宙空間是絕對(duì)真空它還存在引力場(chǎng)。換句話說(shuō)，光子在真空中速度變不變的問(wèn)題，實(shí)際上是光子受不受引力作用的問(wèn)題。如果光子不受引力作用，那么真空中光速不變，但這樣一來(lái)不論星體的引力再?gòu)?qiáng)，對(duì)光子都沒(méi)有影響，從而宇宙中也不可能產(chǎn)生“黑洞”了，而現(xiàn)在的黑洞理論基礎(chǔ)將不復(fù)存在；假如光子受引力作用，則就不應(yīng)該有“真空中光速不變”的結(jié)論。有人對(duì)此這樣解釋?zhuān)河钪婵臻g中各星體的引力分布在不同的方向上，它們的作用力相互抵消，因此光子在宇宙空間中的速度不變。這種解釋也是站不住腳的。我們知道在太陽(yáng)系內(nèi)，引力的方向是指向太陽(yáng)的；在銀河系里引力的方向是指向銀河系中心的，所以局部的宇宙空間引力總是有一定的方向的。我們認(rèn)為光子作為一種物質(zhì)實(shí)體，它的速度并非一成不變的。無(wú)論在真空中還是在介質(zhì)中，它的運(yùn)動(dòng)速度都會(huì)越來(lái)越小。所以，光速不變只是一個(gè)神話，光年也不能作為距離單位，因?yàn)楣庾釉谇耙荒曛凶哌^(guò)的路程總比后一年中走過(guò)的路程長(zhǎng)。

3.光子在引力場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)

星光在通過(guò)太陽(yáng)附近時(shí)會(huì)受到太陽(yáng)引力的作用而發(fā)生彎曲，說(shuō)明光子也會(huì)受到引力的作用。其實(shí)光子也有質(zhì)量，當(dāng)然會(huì)受到引力作用了。通常我們認(rèn)為：引力場(chǎng)中物質(zhì)的加速度僅與引力場(chǎng)的強(qiáng)弱有關(guān)，而與物質(zhì)的質(zhì)量無(wú)關(guān)。如在地球表面不管是1噸的物體還是1千克的物體，其每秒獲得的速度增量都是9.8米/秒。但引力場(chǎng)中光子的加速度與其質(zhì)量有關(guān)：質(zhì)量越小的光子加速度越大，質(zhì)量越大的光子加速度越小。既然光子也受引力作用，那么很自然，光子在離開(kāi)引力場(chǎng)時(shí)必然會(huì)被減速，在進(jìn)入引力場(chǎng)時(shí)必然會(huì)被加速，在垂直于引力方向(或其它方向)運(yùn)動(dòng)時(shí)受引力影響其運(yùn)動(dòng)軌跡也會(huì)發(fā)生變化。既然光子在離開(kāi)引力場(chǎng)時(shí)會(huì)被減速，而且質(zhì)量越小的光子速度衰減量也越大，那么星體發(fā)出的不同頻率的光子就有不同的速度。一般而言，星體引力越強(qiáng)，其發(fā)出的光速度也越��；當(dāng)星體引力足夠強(qiáng)時(shí)甚至可能使一部分光子擺脫不了星體引力的束縛，產(chǎn)生黑洞現(xiàn)象。對(duì)同一星體而言，在它發(fā)出的光中，質(zhì)量大的光子速度大，到達(dá)地球的時(shí)間也越早；質(zhì)量小的光子速度小，到達(dá)地球的時(shí)間也越晚。我們通常認(rèn)為不同頻率的光同時(shí)到達(dá)地球，這其實(shí)是錯(cuò)誤的。關(guān)于這一點(diǎn)我們可以用實(shí)驗(yàn)來(lái)證實(shí)。當(dāng)星體發(fā)生爆發(fā)或其它異常時(shí)，總是能量較大的X射線或γ射線先被我們觀測(cè)到，其次才是可見(jiàn)光，然后才是紅外線。雖然理論上如此，但在實(shí)際觀測(cè)中總有這樣或那樣的因素及別的解釋使大部分人不相信這一點(diǎn)。如果條件允許的話，我們可以用一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)證實(shí)我們的觀點(diǎn)。在離我們很遠(yuǎn)的宇宙飛船上以兩種不同能量的光子同時(shí)發(fā)出一種信號(hào)，這兩種光子的能量差異越大它們到達(dá)地球的時(shí)間差異也越大。實(shí)際上考慮到不同能量的光子在同一介質(zhì)中的傳播速度不同，我們應(yīng)該想到不同頻率的光子在真空中的傳播速度也不相同。由于光子在穿越宇宙空間時(shí)速度逐漸減小，并且質(zhì)量小的光子速度衰減得快，可以想象，在經(jīng)過(guò)一段相當(dāng)長(zhǎng)的距離以后，質(zhì)量小的光子速度已經(jīng)衰減到零而質(zhì)量大的光子速度不為零，這樣我們就只能觀測(cè)到質(zhì)量大的光子。若星體離我們更遠(yuǎn)一些，則我們只能觀測(cè)到質(zhì)量更大的光子……，隨著空間距離的增大，最終我們將看不到遠(yuǎn)處星體發(fā)出的光，這個(gè)距離就是我們現(xiàn)在認(rèn)為的宇宙極限--150億光年。人們?cè)谟^測(cè)宇宙時(shí)總有一個(gè)錯(cuò)誤想法：由于真空中光速不變，所以不管離我們多遠(yuǎn)的星系，只要足夠亮就可以被我們發(fā)現(xiàn)。事實(shí)上宇宙空間并非真空，光子在其中穿行時(shí)速度會(huì)逐漸減小，所以任何星系發(fā)出的光只能傳播一定的距離，也正因?yàn)槿绱�，不管我們�(cè)谟钪嬷腥魏蔚胤剑�始終只能看到有限的宇宙空間。換句話說(shuō)，目前我們能夠觀測(cè)到的宇宙空間的尺度實(shí)際上是光子在宇宙空間中傳播的最遠(yuǎn)距離。

4.光子在宇宙空間中的運(yùn)動(dòng)

實(shí)際上光子在宇宙空間運(yùn)動(dòng)時(shí)并不總是做減速運(yùn)動(dòng)。在光子離開(kāi)星體時(shí)它要掙脫引力的束縛而作減速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)它脫離星體的引力場(chǎng)在空間自由運(yùn)動(dòng)時(shí)，也作減速運(yùn)動(dòng)；如果它進(jìn)入另一個(gè)星體的引力場(chǎng)向著該星體運(yùn)動(dòng)時(shí)，就會(huì)在該星體的引力作用下作加速運(yùn)動(dòng)。光子就這樣減速--加速--減速--加速……不停地穿越宇宙空間，直到其速度為零。倘若星體離我們很近而引力又很小，從該星體發(fā)出的光速度衰減量不大，但進(jìn)入銀河系時(shí)光子的速度增加量有可能很大，當(dāng)光子的速度增加量大于其速度衰減量，或者說(shuō)大于剛離開(kāi)星體表面時(shí)的速度，在我們看來(lái)該星體光譜就發(fā)生了藍(lán)移。忽略距離因素，由于星體自身在不斷運(yùn)動(dòng)，這樣它相對(duì)銀河系引力場(chǎng)的強(qiáng)弱也可能發(fā)生變化，所以其光譜也可能有規(guī)律的發(fā)生紅移或藍(lán)移。通常情況下，宇宙空間對(duì)光子的減速作用總大于加速作用，所以星系的光譜以紅移的居多。

光子在引力場(chǎng)中速度變化的問(wèn)題許多人恐怕不相信也不能理解。一些人認(rèn)為光子沒(méi)有靜質(zhì)量，況且光子是一種波，在引力場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和宏觀物質(zhì)不同。其實(shí)持這種觀點(diǎn)的人把光子神話了，弄的不可捉摸了�，F(xiàn)在大多數(shù)人都接受了“黑洞”的概念，認(rèn)為當(dāng)一個(gè)星體的引力足夠強(qiáng)時(shí)甚至連光子也逃脫不了，因而是漆黑的一團(tuán)。這里實(shí)際上指出了光子也會(huì)受到引力作用。既然光子也受引力作用，那么它在引力場(chǎng)中的加速與減速自然就可以理解了。稍后我們將看到，引力作用是造成衍射現(xiàn)象的重要因素之一。

5.類(lèi)星體

一個(gè)很明顯的事實(shí)是：宇宙中離我們?cè)竭h(yuǎn)的星體能量越大，通常類(lèi)星體離我們的距離都在10億光年以上，并且遠(yuǎn)處星體發(fā)出的光中能量較大的光子占有很大的成分。有人把這作為支持宇宙大爆炸的依據(jù)，認(rèn)為：若宇宙中物質(zhì)是均勻分布的話，則在我們銀河系或其周?chē)�就�?yīng)該有象類(lèi)星體這樣的高能星體存在。為什么我們?cè)诮�處發(fā)現(xiàn)不了類(lèi)星體呢？一些人看見(jiàn)遠(yuǎn)處的星體發(fā)出的光中含有大量的X射線或γ射線成分，就推測(cè)此類(lèi)星體存在著目前尚不為我們知道的能量源。這種觀點(diǎn)未免有些片面。實(shí)際上宇宙中大部分恒星的能量都差不多，能量特別大的和能量特別小的只是極少數(shù)，恒星的能量呈中間多、兩頭少的分布態(tài)勢(shì)。從遠(yuǎn)處的恒星發(fā)出的光，在經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的宇宙空間以后，能量小的光子由于速度衰減率大而停了下來(lái)，不被我們觀測(cè)到；只有X射線和γ射線才能到達(dá)地球。所以我們觀測(cè)到該星體的光子中，X射線和γ射線占有很大的成分，以致于我們誤認(rèn)為這類(lèi)星體只向外發(fā)出X射線和γ射線。實(shí)際上這類(lèi)星體也向外發(fā)射可見(jiàn)光和紅外線，但是可見(jiàn)光和紅外線由于速度衰減到零故我們觀測(cè)不到。這就導(dǎo)致我們觀測(cè)到極遠(yuǎn)處的星體，其顏色通常是藍(lán)色或紫色，事實(shí)上可能和該星體的真實(shí)顏色相差極大。這說(shuō)明我們看到的星體的顏色未必就是星體的真實(shí)顏色，星體的顏色是由其自身能量狀況和離我們的距離決定的，星體離我們的距離越大往往使其顏色中的藍(lán)色和紫色成分增加。另外，我們認(rèn)為類(lèi)星體離我們非常遠(yuǎn)，是因?yàn)轭?lèi)星體的紅移值很大。也就是說(shuō)我們沒(méi)有直接證據(jù)表明類(lèi)星體真的離我們很遠(yuǎn)�？紤]到光子在引力場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，我們知道：當(dāng)星體的引力足夠大時(shí)，其發(fā)出的光子速度衰減量也較大，因而該星體的光譜也將發(fā)生較大的紅移。這就是說(shuō)，引力因素也可以使星系光譜產(chǎn)生紅移。倘若星體引力足夠大又離我們很近，由于星體紅移值較大，往往導(dǎo)致我們認(rèn)為該星體離我們很遠(yuǎn)。舉例來(lái)說(shuō)，假設(shè)有一個(gè)引力較大的星體處于銀河系的中心，由于該星體引力很強(qiáng)，導(dǎo)致它發(fā)出的光子速度衰減量極大，我們?cè)谟^測(cè)其光譜時(shí)就會(huì)觀測(cè)到很大的紅移值，根據(jù)該星體很大的紅移值我們就會(huì)認(rèn)為它離我們非常遙遠(yuǎn)，絕不會(huì)想到它就在銀河系中心。

如何解釋類(lèi)星體離我們那么遠(yuǎn)而其發(fā)射的X射線和γ射線又是如此強(qiáng)烈呢？只有兩種可能。第一，類(lèi)星體的能量非常大，向外發(fā)出的X射線和γ射線非常強(qiáng)；第二，類(lèi)星體離我們并沒(méi)有原先認(rèn)為的那么遠(yuǎn)，類(lèi)星體光譜的紅移是由類(lèi)星體的引力造成而并非由距離因素造成的。我們認(rèn)為兩種因素都有。因?yàn)槿绻��?lèi)星體離我們非常遠(yuǎn)，那么我們觀測(cè)到其向外發(fā)出的X射線或γ射線就不可能很強(qiáng)；倘若類(lèi)星體的能量不是很大，它的引力場(chǎng)也不可能很強(qiáng)，不足以使其光譜產(chǎn)生較大的紅移。這說(shuō)明：星系光譜發(fā)生紅移可能是距離因素造成的，也可能是引力因素造成的，紅移值大的星體未必就離我們遠(yuǎn)。那么，如何區(qū)別星體的引力紅移和距離紅移呢？對(duì)觀測(cè)者而言，由距離因素造成紅移的星體發(fā)出的光不可能很強(qiáng)，而由引力因素造成紅移的星體發(fā)出的光往往很強(qiáng)，特別是X射線或γ射線的成分多。類(lèi)星體的發(fā)射光譜和吸收光譜的寬度不同，通常吸收光譜的寬度比發(fā)射光譜窄，為什么呢？我們知道，吸收光譜是由于光子經(jīng)過(guò)大氣后產(chǎn)生的，這說(shuō)明類(lèi)星體周?chē)�也存在氣體。光子從高溫星體內(nèi)部發(fā)出以后，總會(huì)有一部分光子沒(méi)有被氣體吸收而直接射向宇宙空間，這些光子形成發(fā)射光譜；還有一部分光子在與氣體作用后，頻率（質(zhì)量）大的光子損失的能量大，頻率（質(zhì)量）小的光子損失的能量��；光子離開(kāi)類(lèi)星體在宇宙空間中運(yùn)動(dòng)時(shí)，則是頻率（質(zhì)量）大的光子損失的能量小而頻率（質(zhì)量）小的光子損失的能量大，總的看來(lái)各種不同頻率的光子速度差異減小，所以其光譜紅移值也較發(fā)射光譜小。實(shí)際上類(lèi)星體的吸收光譜還可能有幾種不同的寬度。

6.黑洞與星體引力

最初在人們考慮黑洞時(shí)，認(rèn)為它的引力強(qiáng)到連光子也逃脫不了，因而是漆黑的一團(tuán)，黑洞是宇宙中物質(zhì)的墳?zāi)�。后�?lái)人們認(rèn)為黑洞可以向外發(fā)出X射線和γ射線。同樣是光子，能量大的可以逃脫，能量小的逃脫不了，說(shuō)明(黑洞的)引力對(duì)光子的作用是不一樣的。事實(shí)上我們知道當(dāng)星體的引力逐漸增強(qiáng)時(shí)，總是質(zhì)量較小的光子逃脫不了，質(zhì)量較大的光子則可以擺脫星體的引力，并不是所有的光子全部被吸入星體中。所以從這個(gè)意義上來(lái)說(shuō)，狹義上的黑洞僅指引力強(qiáng)到可見(jiàn)光不能脫離的星體，即在可見(jiàn)光波段觀測(cè)不到的星體；廣義上的黑洞指引力強(qiáng)到使一部分光子不能脫離的星體，即在某一能量較小的波段觀測(cè)不到的星體，這里廣義上的黑洞甚至可能非常亮，可以被我們?nèi)庋劭吹�，但在紅外線波段或能量更小的波段卻觀測(cè)不到。從理論上講，“黑洞”并不黑，至少它可以向外發(fā)射X射線和γ射線或能量更高的光子，完全不向外拋射粒子的黑洞是不存在的。那么宇宙中黑洞存在嗎？當(dāng)然存在了。當(dāng)星體離我們足夠遠(yuǎn)，以致于該星體發(fā)出的紅外線速度衰減為零而不被我們觀測(cè)到時(shí)，它就像一個(gè)“黑洞”；若星體離我們?cè)龠h(yuǎn)一些，可見(jiàn)光不再為我們觀測(cè)到，只能觀測(cè)到X射線和γ射線，這時(shí)它就是漆黑的一團(tuán)，成為名副其實(shí)的黑洞；而宇宙中150億光年以外的星體對(duì)我們來(lái)說(shuō)是完全徹底的黑洞，因?yàn)槲覀兺耆�觀測(cè)不到它們。除了因空間距離造成“黑洞”現(xiàn)象以外，星體的引力也可以造成黑洞現(xiàn)象。黑洞現(xiàn)象并不是我們?cè)�先想象的那樣：“�?dāng)星體的引力足夠大時(shí)，所有的光子都被吸入星體中，整個(gè)星體變成黑暗的一團(tuán)”。當(dāng)星體的引力逐漸增大時(shí)，它對(duì)光子的束縛作用也逐漸增強(qiáng)。星體的引力足夠大時(shí)，紅外線光子將擺脫不了星體引力的束縛，而可見(jiàn)光、紫外線則可以擺脫星體引力的束縛；星體的引力再增大時(shí)，可見(jiàn)光將擺脫不了星體引力的束縛，而紫外線則可以擺脫星體引力的束縛；若星體的引力再增大，可能只有γ射線放出。應(yīng)該明確指出：黑洞現(xiàn)象是與星系光譜的紅移緊密相連的。若某一星體的光譜不存在紅移現(xiàn)象，則它一定不是黑洞；若某一星體的光譜存在紅移現(xiàn)象，則它可能是黑洞也可能是距離因素造成的。

總的來(lái)說(shuō)，我們對(duì)黑洞的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了三個(gè)階段：第一階段認(rèn)為黑洞的引力足夠強(qiáng)，所有的光子都不能擺脫黑洞的引力，因而整個(gè)星體是黑暗的一團(tuán)；第二階段認(rèn)為黑洞可以向外發(fā)出強(qiáng)烈的X射線或γ射線，人們認(rèn)識(shí)到黑洞的引力對(duì)不同能量光子的作用不同；第三階段也就是現(xiàn)在正在探索的階段。應(yīng)該明確指出：與黑洞現(xiàn)象緊密聯(lián)系的因素有兩個(gè)，引力因素和距離因素。以往我們?cè)诳紤]黑洞現(xiàn)象時(shí)往往只考慮引力因素而忽略了距離因素，這就導(dǎo)致我們認(rèn)為整個(gè)宇宙空間僅有150億光年，對(duì)150億光年以外的宇宙空間，認(rèn)為看不見(jiàn)的就是不存在的。

7.恒態(tài)宇宙

也許有人會(huì)問(wèn)，既然光子的速度能夠降低到零，那么宇宙中會(huì)不會(huì)堆積越來(lái)越多的光子呢？不會(huì)的！光子作為物質(zhì)的一種存在方式，它不是永恒的，在一定條件下光子可以轉(zhuǎn)化為別的物質(zhì)，也就是說(shuō)光子是有一定壽命的。任何一個(gè)光子不可能永遠(yuǎn)存在下去，它必將轉(zhuǎn)化為別的物質(zhì)形式。宇宙中的物質(zhì)無(wú)時(shí)無(wú)刻不在運(yùn)動(dòng)，所以宇宙中不會(huì)堆積越來(lái)越多的光子。雖然我們目前并不知道光子是如何轉(zhuǎn)化為別的物質(zhì)的，但我們依然相信整個(gè)宇宙是穩(wěn)定的、恒態(tài)的，而局部宇宙則可能是不穩(wěn)定的，處于演化過(guò)程中的。同樣的道理，整個(gè)宇宙也不會(huì)被光子均勻照亮。由于光子在宇宙空間中運(yùn)動(dòng)時(shí)速度逐漸減小，所以任何星體發(fā)出的光只能傳播到有限遠(yuǎn)處。也正因?yàn)槿绱�，我們所觀測(cè)到的宇宙始終是有限的。如果想觀測(cè)更遠(yuǎn)的宇宙空間，一個(gè)方法是派出宇宙飛船，另一個(gè)辦法是在宇宙空間中建立許多中轉(zhuǎn)站，在光信號(hào)速度未衰減到零以前接受、放大、轉(zhuǎn)播它。理論上講，只要中轉(zhuǎn)站的數(shù)量足夠多，我們就可以看見(jiàn)任意遠(yuǎn)處的宇宙空間。

8.浩瀚宇宙

假設(shè)我們能夠乘座一艘高速飛行的宇宙飛船遨游太空，在剛離開(kāi)地球時(shí)，我們可以觀測(cè)到150億光年的宇宙，離我們?cè)竭h(yuǎn)的星體其紅移值也越大，遠(yuǎn)處的星體放出強(qiáng)烈的X射線或γ射線。隨著我們飛行距離的增大，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)銀河系的紅移值越來(lái)越大，并且其顏色逐漸偏藍(lán)，而原先我們觀測(cè)到呈藍(lán)色或紫色的星體顏色逐漸偏紅，最終銀河系將消失在我們的視野之外。當(dāng)我們飛到離銀河系150億光年的地方，我們發(fā)現(xiàn)展現(xiàn)在我們面前的宇宙范圍仍然有150億光年；而原先我們認(rèn)為正在以很大速度分離的星體或膨脹的宇宙空間并沒(méi)有膨脹。無(wú)論我們飛到哪里，始終只能看見(jiàn)150億光年的宇宙空間，也始終能夠看見(jiàn)150億光年的宇宙空間，宇宙是無(wú)限的；并且我們始終是宇宙的“中心”，因?yàn)樗�有的星體看起來(lái)所有的星體都好象以我們?yōu)橹行南蛲獗�炸形成的一樣，越遠(yuǎn)的星系(紅移值越大)離開(kāi)我們的速度也越大。我們認(rèn)為，宇宙是無(wú)始無(wú)終的，物質(zhì)的存在是永恒的，對(duì)某一特定的物質(zhì)形態(tài)有其產(chǎn)生和消亡的過(guò)程，但整個(gè)宇宙不存在產(chǎn)生和消亡的過(guò)程，它是自始至終存在并且不會(huì)消亡的。同時(shí)也應(yīng)該看到，宇宙是無(wú)限的，不會(huì)僅僅只有150億光年的空間。

從上個(gè)世紀(jì)以來(lái)，人們已經(jīng)探索到了上百億光年的宇宙空間，然而這只不過(guò)是蒼海一粟。也許還要幾十年甚至上百年人類(lèi)才能認(rèn)識(shí)到宇宙的無(wú)限性，但只要天下有志之士攜手合作，這一天定會(huì)早日到來(lái)。

二、淺談光的衍射

通常情況下光總是直線傳播。但當(dāng)光線經(jīng)過(guò)足夠窄的窄縫時(shí)將形成明暗相間的衍射條紋。由于光子不帶電，在電磁場(chǎng)中不偏轉(zhuǎn)，所以光子的衍射不是電磁力作用的結(jié)果，而是引力子與光子作用產(chǎn)生的。光子與引力子作用不是一個(gè)簡(jiǎn)單的碰撞過(guò)程，而是一個(gè)極為復(fù)雜的過(guò)程。在光子與引力子相遇的一瞬間它們形成一個(gè)混合體，這就打破了結(jié)合前光子內(nèi)部各部分的平衡，混合體內(nèi)部存在著排斥力和凝聚力兩種作用。若排斥力占主導(dǎo)作用，則混合體將在極短的時(shí)間內(nèi)“裂變”放出引力子；若凝聚力占主導(dǎo)作用，則混合體將形成一個(gè)新的光子。那么滿足什么條件的混合體(光子)才是穩(wěn)定的呢？經(jīng)典電磁理論指出：所有光子的能量均為某個(gè)最小能量的整數(shù)倍。也即所有光子的質(zhì)量均為某個(gè)最小質(zhì)量的正整數(shù)倍，只有這樣的光子才能穩(wěn)定存在。當(dāng)然這并不表明能量為某個(gè)最小能量的非整數(shù)倍的光子就不存在，只不過(guò)由于它們極不穩(wěn)定，在形成后瞬間就“裂變”生成能夠穩(wěn)定存在的光子，目前我們還沒(méi)有觀測(cè)到或注意到這類(lèi)光子罷了。從這里我們可以看出，與原子核一樣，所有光子的質(zhì)量均為某個(gè)最小質(zhì)量的正整數(shù)倍，說(shuō)明光子也有一定的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，某些質(zhì)量的光子由于極不穩(wěn)定，在其形成后瞬間就“裂變”生成能夠穩(wěn)定存在的光子，這就造成穩(wěn)定存在的光子質(zhì)量的不連續(xù)。言歸正傳，由于引力子質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于光子的質(zhì)量，所以光子不可能吸收一個(gè)引力子形成新的光子(因?yàn)檫@樣的光子是不穩(wěn)定的)。但是若在同一時(shí)刻，光子與許多引力子相互作用，而這些引力子質(zhì)量之和又大于最小光子的質(zhì)量，光子就有可能吸收質(zhì)量和等于最小光子質(zhì)量的引力子數(shù)目而形成新的光子。舉例來(lái)說(shuō)，若最小光子的質(zhì)量是引力子質(zhì)量的10萬(wàn)倍，那么當(dāng)同一瞬間有15萬(wàn)個(gè)引力子作用于光子時(shí)，光子只可能吸收10萬(wàn)個(gè)引力子，另外5萬(wàn)個(gè)引力子不被光子吸收，僅對(duì)光子產(chǎn)生微小的沖量。倘若在同一瞬間有9萬(wàn)個(gè)引力子作用于光子,那么這9萬(wàn)個(gè)引力子都不會(huì)被光子吸收，它們僅對(duì)光子產(chǎn)生微小的沖量。光子可能吸收的引力子數(shù)目只可能是10萬(wàn)的正整數(shù)倍。只有光子吸收引力子形成新的光子才能全部吸收引力子的沖量，否則的話，光子僅受到極小的沖量。

現(xiàn)有一個(gè)寬度為α的窄縫，絕大多數(shù)光子經(jīng)過(guò)窄縫時(shí)雖然與許多引力子作用，但大多不會(huì)形成新的光子，這樣大部分光子僅以極其微小的發(fā)散角投射到屏幕上，形成寬度略大于α的中央亮紋。由于衍射條紋是對(duì)稱(chēng)分布的，所以我們只討論一半。拿中央亮紋以上的條紋來(lái)說(shuō)，這些條紋是由縫中心到縫頂部經(jīng)過(guò)的光子偏轉(zhuǎn)形成的。從縫中心到縫頂部經(jīng)過(guò)的光子，若吸收10萬(wàn)個(gè)引力子則形成穩(wěn)定的新光子，而新光子由于全部吸收了引力子的沖量因而向上發(fā)生較大的偏移，從而在屏幕上形成寬度為0.5α的第一條亮紋。從縫中心到縫頂部經(jīng)過(guò)的光子，若吸收20萬(wàn)個(gè)引力子則它向上的偏移量是第一條亮紋偏移量的兩倍，形成第二條亮紋。同樣形成第3條、第4條、第5條……第n條亮紋。中央亮紋以下的亮紋也是這樣形成的，并且中央亮紋的寬度約為其它亮紋寬度的兩倍。由于從縫中心到縫頂部引力逐漸增大，所以與光子作用的引力子數(shù)目也可能逐漸增多。假設(shè)在離開(kāi)縫中心向上的極小位移處，在該處最多只可能有10萬(wàn)個(gè)引力子與光子發(fā)生作用，那么經(jīng)過(guò)該處的光子最多只可能偏移到第一條亮紋處。換句話說(shuō)它最多只可能對(duì)第一條亮紋的形成做貢獻(xiàn)，對(duì)第2條、第3條、第4條……第n條亮紋都沒(méi)有貢獻(xiàn)。由此在向上某處經(jīng)過(guò)的光子最多只可能吸收20萬(wàn)個(gè)引力子，但也可能吸收10萬(wàn)個(gè)引力子，故經(jīng)過(guò)該處的光子對(duì)第1條、第2條亮紋的形成做出貢獻(xiàn)而對(duì)第3條至第n條亮紋都沒(méi)有貢獻(xiàn)……；從縫頂部經(jīng)過(guò)的光子可能吸收10萬(wàn)*1、10萬(wàn)*2、10萬(wàn)*3……10萬(wàn)*n個(gè)引力子，所以從該處經(jīng)過(guò)的光子對(duì)第1條、第2條、第3條至第n條亮紋的形成都有貢獻(xiàn)。這樣形成的亮紋亮度依次為第一條>第二條>第三條>……>第n條。若縫變窄，則在離開(kāi)縫中心向上的極小位移處，光子最多可能有20萬(wàn)個(gè)引力子，經(jīng)過(guò)該處的光子對(duì)第1條、第2條亮紋的形成都有貢獻(xiàn)，這樣就減小了第1條、第2條亮紋亮度的差異。也就是說(shuō)，縫越窄條紋亮度越向兩邊分散，縫越寬條紋亮度越向中央集中。當(dāng)縫很寬時(shí)，條紋亮度幾乎全部集中在中央?yún)^(qū)域，兩邊的光子數(shù)幾乎為零。這就是我們看到的光的直線傳播現(xiàn)象。由于光子并不是一種波，其偏離直線傳播(衍射)現(xiàn)象是由引力子引起的，所以光的衍射現(xiàn)象與縫的寬度無(wú)關(guān)。物體在陽(yáng)光下的陰影邊緣常常較模糊，這說(shuō)明光子在經(jīng)過(guò)物體表面時(shí)受到引力作用而偏離了直線傳播。理論上來(lái)說(shuō)只要光子的運(yùn)動(dòng)方向和引力方向不在一條直線上，光子就會(huì)偏離原來(lái)的運(yùn)動(dòng)軌跡，并且引力場(chǎng)越強(qiáng)光子彎曲的程度也越大。星光在經(jīng)過(guò)恒星以后通常會(huì)發(fā)生彎曲，有時(shí)我們甚至能夠看到星體后面的其它星體發(fā)出的光。

三、論電子結(jié)構(gòu)與原子光譜現(xiàn)象

1.電子發(fā)光

原子是如何發(fā)光的？要弄清這個(gè)問(wèn)題首先必須明白光子是由原子的哪一部分發(fā)出的。我們知道，原子是由原子核和核外的電子組成的，原子核的結(jié)合能很大，不可能發(fā)出光子，所以光子只可能是電子發(fā)出的。在化學(xué)反應(yīng)中伴隨著電子的得失，常常有能量(光子)放出，光電效應(yīng)、激光現(xiàn)象及其它一些實(shí)驗(yàn)也證明了光子是由電子發(fā)出的，所以可以肯定原子發(fā)光其實(shí)是電子發(fā)出光子。既然電子可以放出光子，那么光子必然是電子的組成部分，或者說(shuō)電子有一定的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，光子是其組成部分之一；由于光子不帶電，說(shuō)明電子內(nèi)部電荷的分布是不均勻的，因?yàn)槿绻�電子�?nèi)部電荷是均勻分布的，則光子就應(yīng)該帶電。原子中原子核和電子之間的距離很小，它們之間的靜電力很強(qiáng)，因?yàn)殡娮觾?nèi)部電荷分布不均勻，所以在原子核強(qiáng)大的靜電力作用下電子內(nèi)部電荷將重新分布，甚至可能發(fā)生裂變，這就為電子放出光子創(chuàng)造了條件。當(dāng)電子裂變放出光子后，它的各個(gè)組成部分結(jié)合的更加緊密，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候可能吸收一個(gè)光子，這就為電子吸收光子儲(chǔ)存能量創(chuàng)造了條件。而電子正是通過(guò)不停地吸收、放出光子來(lái)和外界交換能量的。稍后我們將看到，原子正是通過(guò)電子不斷吸收、放出光子來(lái)和外界完成能量交換的。一般來(lái)說(shuō)，電子質(zhì)量越大其內(nèi)部各部分結(jié)合的越松散，在靜電力作用下越容易發(fā)生裂變；電子質(zhì)量越小其內(nèi)部各部分結(jié)合的越緊密，在靜電力作用下越不容易發(fā)生裂變。與原子核“幻數(shù)”相似，總有特定質(zhì)量的電子的結(jié)合力相當(dāng)大，比其它質(zhì)量電子的結(jié)合力大許多，這些特定質(zhì)量的電子往往對(duì)應(yīng)于某些穩(wěn)定的軌道。

有人認(rèn)為物質(zhì)發(fā)光是由于物質(zhì)中的原子或分子受到擾動(dòng)的結(jié)果，認(rèn)為光子是由原子或分子發(fā)出的。其實(shí)這是一種錯(cuò)誤的看法。我們知道，原子是由原子核和核外電子組成的，光子是一種物質(zhì)實(shí)體，或者是由原子核發(fā)出的，或者是由電子發(fā)出的，除此以外再?zèng)]有別的選擇。說(shuō)光子是由原子發(fā)出的，這是一種不確切的說(shuō)法。

2.原子核和電子之間的磁力作用

兩個(gè)相距一定距離的異種點(diǎn)電荷在靜電力作用下必然會(huì)吸引在一起，因?yàn)殪o電力作用在兩點(diǎn)電荷連線上。而原子核和電子不會(huì)吸引在一起。這就啟示我們?cè)谠�子核和電子中必然存在一種其它作用力。這個(gè)力就是原子核和電子之間的磁力。我們知道，在通以相同方向電流的兩條平行導(dǎo)線間會(huì)產(chǎn)生磁力作用，在磁力作用下它們將彼此吸引，原子核和電子的相向運(yùn)動(dòng)正相當(dāng)于通以相同方向電流的兩條平行導(dǎo)線，在它們之間也將產(chǎn)生磁力作用。靜電力的作用總是使電子獲得指向原子核的向心速度，而原子核和電子之間的磁力則使電子獲得切向速度，并且原子核和電子之間的相對(duì)速度越大，它們之間的磁力也越大。當(dāng)原子核和電子之間彼此相對(duì)靜止在一定遠(yuǎn)處時(shí)，在靜電力和磁力的共同作用下，它們并不會(huì)吸引在一起。因?yàn)殪o電力使電子獲得向心速度，磁力使電子獲得切向速度，電子并不是沿著直線靠近原子核，而是沿著螺旋線靠近原子核。開(kāi)始時(shí)螺旋線的半徑為無(wú)窮大，電子作直線運(yùn)動(dòng)；一旦電子相對(duì)原子核的速度不為零，磁力開(kāi)始起作用，電子的運(yùn)動(dòng)軌跡開(kāi)始發(fā)生彎曲；當(dāng)電子與原子核靠近到一定的距離時(shí)，電子和原子核之間的靜電力恰好等于電子作圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力，此時(shí)電子處于平衡狀態(tài)，螺旋線變成了圓。同樣在電子離開(kāi)原子核時(shí)也是沿著螺旋線運(yùn)動(dòng)的。在靜電力作用下，電子總要盡量靠近原子核，在磁力作用下，電子有遠(yuǎn)離原子核的離心趨勢(shì)，正是在這兩種力作用下，電子處于穩(wěn)定的平衡狀態(tài)中。電子在原子核中處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，它的軌跡是圓。因?yàn)楫?dāng)電子的軌跡不是圓時(shí)，它總要受到磁力的作用，這個(gè)力使電子的切向速度增加、運(yùn)動(dòng)軌跡向圓靠近。而電子受磁力作用時(shí)它的運(yùn)動(dòng)軌跡就要發(fā)生變化，就不是穩(wěn)定的，只有當(dāng)電子的軌跡是圓時(shí)才不受磁力的作用，所以說(shuō)電子在原子核中的穩(wěn)定軌跡是圓。太陽(yáng)系中的行星在太陽(yáng)引力作用下，其運(yùn)動(dòng)軌跡可以是圓或橢圓，但在原子系統(tǒng)中，電子在原子核靜電力作用下，其穩(wěn)定軌跡只可能是圓而不可能是橢圓。

3.基態(tài)電子的穩(wěn)定性

處于基態(tài)的電子為什么是穩(wěn)定的？為什么不會(huì)被原子核吸收？人們通常認(rèn)為：做加速運(yùn)動(dòng)的電荷會(huì)向外輻射能量.如果電子在原子核中做圓周運(yùn)動(dòng)，則它就有加速度，必然會(huì)不斷地向外輻射電磁波，隨著電子能量的減小它將沿著螺旋線落入原子核中，這樣整個(gè)原子就是不穩(wěn)定的，然而事實(shí)并非如此。于是人們推測(cè)電子在原子核中不可能做圓周運(yùn)動(dòng)。我們認(rèn)為以上推斷是錯(cuò)誤的，電子的確在原子核中做圓周運(yùn)動(dòng)，其理由如下：第一，電子輻射電磁波并不是一個(gè)只出不進(jìn)的過(guò)程。電子時(shí)刻不停地向外輻射能量，也在時(shí)刻不停地吸收光子，這是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程。如果電子吸收的能量大于其輻射的能量則原子的溫度升高，如果電子吸收的能量小于其輻射的能量則原子的溫度降低，倘若沒(méi)有外界能量輸入，原子總會(huì)由于向外輻射能量而降低溫度，只要物體的溫度在絕對(duì)零度以上就會(huì)向外輻射電磁波。第二，電子在原子中的質(zhì)量并非一成不變的。一般而言，電子離核越近質(zhì)量越小，離核越遠(yuǎn)質(zhì)量越大(這一點(diǎn)我們稍后證明)。第三，電子和原子核之間并非只有靜電力作用，還存在磁力作用。正因?yàn)榇帕ψ饔玫拇嬖谑闺娮釉诳拷�原子核時(shí)切線速度不斷增大，從而使其離心力逐漸增大，以致于可以與靜電力抗衡維持電子在原子核中的穩(wěn)定。

這里需要我們證明隨著電子離核距離的減小，離心力的增加速度大于靜電力的增加速度。設(shè)電子穩(wěn)定時(shí)質(zhì)量為M，速度為V，與原子核相距R，原子核電量為Q，此時(shí)靜電力F正好等于電子作圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，

離心力大于靜電力，所以此時(shí)電子作離心運(yùn)動(dòng)，將回到距核R的軌道上。同樣當(dāng)電子受到遠(yuǎn)離原子核的擾動(dòng)后，靜電力F大于電子作圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，電子將向原子核運(yùn)動(dòng)，最終要回到距核R的軌道上，這里不再證明。

另外我們認(rèn)為，做加速運(yùn)動(dòng)的電荷會(huì)向外輻射電磁波這個(gè)提法不夠確切，應(yīng)該說(shuō)做加速運(yùn)動(dòng)的自由電荷會(huì)向外輻射電磁波，而電子在原子核中做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)不會(huì)向外輻射電磁波。兩者有什么區(qū)別呢？我們知道，在原子核和電子結(jié)合成原子的過(guò)程中要向外放出能量，即自由電子要在原子核靜電力作用下裂變放出光子才能夠成為原子中的電子，原子中的電子和自由電子是有區(qū)別的。自由電子的質(zhì)量大于原子中的電子的質(zhì)量，自由電子各部分結(jié)合得較為松散，受到外界擾動(dòng)(有加速度)時(shí)會(huì)向外輻射電磁波；而原子中的電子質(zhì)量小，各部分結(jié)合得較為緊密，受到外界擾動(dòng)(有加速度)時(shí)未必會(huì)向外輻射電磁波，只有當(dāng)外界擾動(dòng)(加速度)足夠大時(shí)才會(huì)裂變輻射電磁波，所以電子可以在原子中做圓周運(yùn)動(dòng)而并不向外輻射電磁波。

4.穩(wěn)定軌道的形成

對(duì)于處于基態(tài)的電子來(lái)說(shuō)，每秒會(huì)有許多光子與其作用。這些作用有指向原子核的，也有指向核外的。電子在吸收一個(gè)或幾個(gè)光子以后質(zhì)量增加，形成新的電子。我們先考慮指向核外的擾動(dòng)。設(shè)電子在吸收一個(gè)或幾個(gè)光子以后質(zhì)量增加為M+Δm，與原子核相距R+Δr，我們知道，一定質(zhì)量的電子總有與一條特定軌道與之對(duì)應(yīng)，比如電子的質(zhì)量為M時(shí)其軌道半徑為R，那么當(dāng)電子質(zhì)量為M+Δm時(shí)就可能停留在半徑為R+Δr的軌道。但這里我們少考慮了一個(gè)條件，那就是質(zhì)量為M+Δm的電子的結(jié)合能。我們知道電子在每秒內(nèi)會(huì)受到許多光子的擾動(dòng)，假設(shè)質(zhì)量為M+Δm的電子運(yùn)行在半徑為R+Δr的軌道上，若它受到一個(gè)指向原子核的擾動(dòng)，離核距離變?yōu)镽+Δr-r，此時(shí)原子核靜電力對(duì)它的作用增強(qiáng)，若它的結(jié)合能小的話則電子立即裂變放出光子重新回到其原來(lái)的軌道R上；如果質(zhì)量為M+Δm的電子內(nèi)部的結(jié)合能非常小，以至于受到微小的擾動(dòng)時(shí)立即裂變放出光子，那么它在半徑為R+Δr的軌道上停留的時(shí)間也趨近于零，換句話說(shuō)半徑為R+Δr的軌道根本不存在；如果質(zhì)量為M+Δm的電子內(nèi)部的結(jié)合能非常大，以致于受到很大的擾動(dòng)時(shí)它才裂變放出光子，那么電子就能夠在半徑為R+Δr的軌道上停留一段時(shí)間，這段時(shí)間就是原子的平均壽命。假設(shè)有一群電子處于同一激發(fā)態(tài)，由于每個(gè)電子受到的擾動(dòng)情況不一樣，有的電子受到的擾動(dòng)大有的電子受到的擾動(dòng)小，而只有電子受到足夠大的擾動(dòng)并運(yùn)動(dòng)到離核足夠近的地方才會(huì)裂變放出光子，所以電子裂變回到基態(tài)的時(shí)間也不一樣。處于同一激發(fā)態(tài)的原子的平均壽命和兩個(gè)因素有關(guān)：一是電子的結(jié)合能，二是電子受到的擾動(dòng)。電子內(nèi)部的結(jié)合能與原子核“幻數(shù)”相似，只有特定質(zhì)量的電子的結(jié)合能才是很大的，所以電子的軌道也是特定的、不連續(xù)的，其它質(zhì)量的電子由于結(jié)合能很小，裂變時(shí)間極短，所以它們不可能穩(wěn)定停留在原子中，也形成不了穩(wěn)定軌道甚至根本就沒(méi)有軌道。我們?cè)賮?lái)考慮指向原子核的擾動(dòng)。設(shè)電子在吸收一個(gè)或幾個(gè)光子以后質(zhì)量增加為M+Δm，與原子核相距R-Δr，此時(shí)原子核對(duì)電子的靜電力增強(qiáng)，電子立即裂變放出質(zhì)量為Δm的光子，由前面的證明我們知道，此時(shí)電子的速度增大，離心力大于靜電力，電子最終將停留在半徑為R的穩(wěn)定軌道上。也許有人會(huì)懷疑，這樣看來(lái)電子可能存在的穩(wěn)定軌道豈不是唯一的了？實(shí)際上由于電子在原子核外有幾個(gè)不同的穩(wěn)定質(zhì)量，所以它也有幾條穩(wěn)定軌道，一定的質(zhì)量總是與某一條特定軌道相對(duì)應(yīng)。從這里我們可以看出，電子在原子核中的穩(wěn)定軌道往往對(duì)應(yīng)于電子結(jié)合能極大的質(zhì)量，結(jié)合能小的質(zhì)量由于在原子中不穩(wěn)定因而不會(huì)形成穩(wěn)定軌道。

5.電子結(jié)構(gòu)與不同躍遷軌道

對(duì)于處于同一激發(fā)態(tài)的一群電子而言，設(shè)電子的質(zhì)量為M+Δm，它們可能會(huì)有不同的躍遷軌道，放出的光子的能量(質(zhì)量)也不同，但總是躍遷到離核近的電子放出的光子的能量(質(zhì)量)大。電子從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)的過(guò)程并不是先放出光子再回到基態(tài)，而是先回到比基態(tài)更近的地方放出光子然后才回到基態(tài)。當(dāng)電子回到離核R-Δr處時(shí)，在靜電力作用下電子裂變放出質(zhì)量為Δm的光子，此時(shí)離心力大于靜電力，電子將回到半徑為R的穩(wěn)定軌道上。那么電子為什么會(huì)有多條躍遷軌道呢？這說(shuō)明處于同一激發(fā)態(tài)的電子內(nèi)部結(jié)構(gòu)(結(jié)合力)不同，有的結(jié)合力大，有的結(jié)合力小，結(jié)合力小的光子在離核較遠(yuǎn)的地方裂變，放出的光子能量也較��；結(jié)合力大的光子在離核較近的地方裂變，放出的光子能量也較大，電子的躍遷方式是由其內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的。同一質(zhì)量的電子可能有多種裂變方式，再次向我們說(shuō)明電子具有內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在考慮原子光譜時(shí)一定要考慮電子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。處于激發(fā)態(tài)的電子在向基態(tài)躍遷時(shí)會(huì)發(fā)出光子；把原子的內(nèi)層電子打掉以后外層電子會(huì)放出光子并向離核更近的軌道躍遷。這些現(xiàn)象啟示我們：電子離核越近質(zhì)量越小，電子離核越遠(yuǎn)質(zhì)量越大。從這里也可以看出，電子質(zhì)量越小其內(nèi)部結(jié)合力越大。因?yàn)殡x核越近電子受到的靜電力越大，而電子能夠穩(wěn)定存在說(shuō)明其內(nèi)部結(jié)合力越大。在同一個(gè)原子中，內(nèi)層電子的質(zhì)量小于外層電子的質(zhì)量；同一個(gè)電子離核越近質(zhì)量越小。

人們發(fā)射的人造衛(wèi)星可以設(shè)定軌道，其軌道變化可以是連續(xù)的，但對(duì)原子核中的電子來(lái)說(shuō)，其軌道變化則是不連續(xù)的。怎樣理解這一點(diǎn)呢？讓我們做一個(gè)假想實(shí)驗(yàn)。把兩個(gè)帶異種電荷的點(diǎn)電荷放置在一定遠(yuǎn)處，并且假定它們之間除了靜電力以外不在受到其它力的作用，則最終它們將互相吸引在一起。無(wú)論怎樣改變這兩個(gè)電荷的質(zhì)量、電量，結(jié)果都是相同的。這說(shuō)明：用宏觀電荷不可能模擬原子核和電子之間的作用力。說(shuō)到這里，好事者馬上就會(huì)解釋?zhuān)�因�(yàn)楹暧^電荷物質(zhì)波的波長(zhǎng)極短而電子物質(zhì)波的波長(zhǎng)較大，所以用宏觀電荷不可能模擬原子核和電子之間的作用力。換一個(gè)角度來(lái)說(shuō)，宏觀物質(zhì)和微觀物質(zhì)是有區(qū)別的，用宏觀物質(zhì)不能模擬微觀物質(zhì)。但區(qū)別究竟在哪里？一個(gè)是宏觀物質(zhì)而另一個(gè)是微觀物質(zhì)，這個(gè)解釋近乎無(wú)聊了。還是讓我們來(lái)仔細(xì)分析為什么用宏觀電荷不可能模擬原子核和電子之間的作用力。我們知道，在靜電力作用下，電子和原子核開(kāi)始時(shí)相向運(yùn)動(dòng)，而后在磁力作用下沿著螺旋線相互靠近，正是由于原子核和電子之間的磁力使電子獲得了繞原子核運(yùn)動(dòng)的切向加速度，并使整個(gè)原子處于穩(wěn)定狀態(tài)。那么，兩個(gè)宏觀點(diǎn)電荷之間的運(yùn)動(dòng)軌跡為什么是一條直線呢？這是因?yàn)楹暧^電荷的荷質(zhì)比遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于原子核和電子的荷質(zhì)比，在靜電力作用下宏觀點(diǎn)電荷獲得的最終速度也小得可憐，因此宏觀點(diǎn)電荷之間因相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的磁力也微乎其微，近似于零。所以宏觀點(diǎn)電荷在靜電力作用下表現(xiàn)為相向運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)軌跡接近直線。從這里我們可以得出這樣一個(gè)結(jié)論：雖然靜電力作用在兩個(gè)電荷的連心線上，但是僅在靜電力作用下，電荷的運(yùn)動(dòng)軌跡不一定就是直線，兩個(gè)電荷的荷質(zhì)比越小，其運(yùn)動(dòng)軌跡越接近直線，反之則越接近曲線。那么，如果宏觀點(diǎn)電荷的荷質(zhì)比足夠大甚至可以與原子核或電子相比時(shí)，是否可以用宏觀點(diǎn)電荷模擬原子核和電子相之間的作用呢？也不能！如果宏觀點(diǎn)電荷的荷質(zhì)比足夠大，甚至可以與原子核或電子相比，那么這樣的兩個(gè)異種電荷在靜電力作用下會(huì)沿著螺旋線相互接近，最終會(huì)處于穩(wěn)定狀態(tài)，但由于宏觀點(diǎn)電荷的質(zhì)量不會(huì)發(fā)生變化，因此最多只能形成一條穩(wěn)定軌道，而不可能象電子那樣在原子核中有多條穩(wěn)定軌道。

在多電子原子中，各電子間有什么主要區(qū)別呢？有人認(rèn)為離核越近的電子能量越低，越不容易失去；離核越遠(yuǎn)電子能量越高越容易失去，但這還不是最主要的區(qū)別。多電子原子中各電子間最主要的區(qū)別在于它們的質(zhì)量不同。離核越近的電子質(zhì)量越小，離核越遠(yuǎn)的電子質(zhì)量越大，同一個(gè)原子中沒(méi)有兩個(gè)質(zhì)量相同的電子存在。在氫原子中也是電子離核越近質(zhì)量越小，離核越遠(yuǎn)質(zhì)量越大。

6.原子的吸收光譜和明線光譜

在原子的吸收光譜中，只有特定能量的光子才被電子吸收；在原子的明線光譜中，同樣也只能發(fā)出特定能量的光子。于是人們認(rèn)為電子只能吸收或發(fā)出特定能量的光子。我們知道，只要物體的溫度在絕對(duì)零度以上，就會(huì)向外發(fā)射電磁波，物質(zhì)的發(fā)射光譜是連續(xù)光譜。那么其它能量的光子是由哪一部分發(fā)出又是如何發(fā)出的呢？顯然還是由電子發(fā)出的，因?yàn)樵�子核不可能發(fā)出光子。當(dāng)我們用電子束轟擊汞原子蒸汽時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)電子的能量為某些特定值時(shí)，汞原子強(qiáng)烈地吸收其能量；對(duì)于其它能量的電子汞原子只吸收其一部分能量。汞原子只吸收電子束的能量實(shí)際是汞原子中的電子吸收電子束的能量�？梢�(jiàn)，原子中的電子可以吸收各種能量(質(zhì)量)，但對(duì)特定的能量(質(zhì)量)吸收能力十分強(qiáng)。在原子的吸收光譜中，電子可以吸收各種能量的光子，只不過(guò)大部分光子被電子吸收后與電子的結(jié)合能并不大，受到微小的擾動(dòng)后立即放出光子，由于該過(guò)程極短，所以當(dāng)連續(xù)光通過(guò)原子蒸汽時(shí)，大部分光子被吸收后又很快放出，看起來(lái)似乎沒(méi)有與原子作用，只有極少數(shù)具有特定能量的光子與電子的結(jié)合力極大，這類(lèi)光子被吸收后要保持一段時(shí)間才可能放出，故吸收光譜會(huì)出現(xiàn)幾條暗線。至于原子的明線光譜，與其說(shuō)是明線光譜還不如說(shuō)原子的發(fā)射光譜中有幾條線特別亮。這是因?yàn)樘幱诩ぐl(fā)態(tài)的電子比別的能量狀態(tài)的電子穩(wěn)定，停留的時(shí)間較長(zhǎng)，所以在一群原子中處于激發(fā)態(tài)的電子數(shù)目總比別的狀態(tài)的電子數(shù)目多，因而它們發(fā)出的光也更亮一些。事實(shí)上原子的發(fā)射光譜不僅僅是明線光譜，明線光譜只是原子發(fā)射光譜中極個(gè)別的具有代表性的光子，原子幾乎可以發(fā)出小于一定能量的任何光子。電子在原子中時(shí)刻不停地吸收各種能量的光子，由于電子與絕大部分光子的結(jié)合力都不大，所以電子也在時(shí)刻不停地放出各種能量的光子，因此物質(zhì)的發(fā)射光譜往往是連續(xù)光譜。

許多人都認(rèn)為原子只能吸收特定能量的光子，原子也只能放出幾種特定能量的光子，因?yàn)樗麄兛吹皆�子的吸收光譜中僅有幾條特定頻率的暗線，而子的發(fā)射光譜也僅僅是幾條特定頻率的明線而已。其實(shí)這種看法是錯(cuò)誤的。我們不妨這樣分析，若原子只能吸收特定能量的光子，則只有特定能量的幾種光子對(duì)物體具有明顯的熱效應(yīng)，并且每種物質(zhì)的敏感光子不同。實(shí)際上并非如此。我們知道，紅外線具有顯著的熱效應(yīng)，對(duì)任何物質(zhì)都是如此。此外，物質(zhì)的發(fā)射光譜是連續(xù)光譜，這也說(shuō)明原子或分子的吸收（或發(fā)射）出的光子是廣譜性的。為了充分理解這個(gè)問(wèn)題，需要作進(jìn)一步的說(shuō)明�，F(xiàn)代物理學(xué)指出：氫原子吸收的光子能量只能是13.6/n*n電子伏（這里n取自然數(shù)），也就是13.6、3.4、1.5……電子伏，并且認(rèn)為對(duì)于10電子伏、3電子伏這樣的其它能量的光子不會(huì)被電子吸收。我們認(rèn)為：電子吸收的光子能量是連續(xù)的，對(duì)于10電子伏、3電子伏這樣的其它能量的光子同樣會(huì)被電子吸收，只不過(guò)電子吸收這些光子后，電子和光子的結(jié)合能不夠大形不成穩(wěn)定的軌道，所以電子又很快放出該光子，由于作用時(shí)間極短，以致于我們誤認(rèn)為電子沒(méi)有吸收光子。換一個(gè)角度來(lái)考慮，當(dāng)大量的原子吸收了能量連續(xù)的光子時(shí)，由于大部分電子與光子的結(jié)合力都不大，所以這些電子在極短的時(shí)間內(nèi)（設(shè)為t）就會(huì)裂變放出光子，而能量為13.6、3.4、1.5……電子伏的光子與電子的結(jié)合力很大，所以電子裂變放出光子的時(shí)間也很長(zhǎng)，如果這個(gè)時(shí)間是100t，則電子放出相應(yīng)的光子也比其它光子亮100倍；如果這個(gè)時(shí)間是1000t，則電子放出相應(yīng)的光子也比其它光子亮1000倍……，這樣，在原子的明線光譜中自然就形成幾條特殊的亮線了。由此我們得出一個(gè)結(jié)論：在原子的發(fā)射光譜中，任意一條譜線的亮度與處于相應(yīng)激發(fā)態(tài)的原子的平均壽命成正比，原子的平均壽命越長(zhǎng)，譜線的亮度越大；原子的平均壽命越短，線的亮度越小。當(dāng)然這有個(gè)前提，那就是被原子吸收的連續(xù)光譜中各種能量的光子是平均分布的。

7.熱現(xiàn)象的本質(zhì)

由于電子時(shí)刻不停地受到光子的擾動(dòng)，不斷地吸收各種能量的光子，也不停地放出各種能量的光子，所以電子在原子核中并不是處于穩(wěn)定狀態(tài)，它的運(yùn)動(dòng)軌跡也不是正圓。一般來(lái)說(shuō)，溫度越高，電子受到的擾動(dòng)越大，其運(yùn)動(dòng)軌跡偏離圓形的趨勢(shì)越明顯；溫度越低，電子受到的擾動(dòng)越小，電子的運(yùn)動(dòng)軌跡越接近圓(只有在絕對(duì)零度時(shí)，電子的運(yùn)動(dòng)軌跡才可能是正圓)。從這個(gè)意義上來(lái)說(shuō)，原子模型可以看作是盧瑟福的行星模型和電子云模型的結(jié)合：溫度越高，原子模型越接近行星模型；溫度越低，原子模型越接近電子云模型(但在某一瞬間，電子在原子核中有確切的位置)。溫度的高低反映了電子偏離穩(wěn)定軌道程度的大小，單個(gè)原子(分子)也有溫度。電子偏離圓形軌道的程度越大，表明該原子的溫度越高，電子裂變后放出的能量也越大。所以溫度升高時(shí)物體發(fā)出的電磁輻射向短波方向移動(dòng)。對(duì)于溫度一定的物體來(lái)說(shuō)，它內(nèi)部包含了大量的原子，這些原子中的電子由于受到的擾動(dòng)大小不同，它們裂變放出光子的質(zhì)量也不同，但大致滿足正態(tài)分布，即發(fā)出的光子中能量特別大的和能量特別小的都是極少數(shù)。由前面的論述我們知道，電子在原子核中的能量大小并非定值：電子離核越遠(yuǎn)電勢(shì)能越大，離核越近電勢(shì)能越小。與宏觀電荷一樣，電子的電勢(shì)能是其與原子核距離的函數(shù)，電子和原子核間的作用力服從庫(kù)侖定律。溫度越高，電子離核越遠(yuǎn)，電勢(shì)能也越大，因而也越容易失去；溫度越低，電子離核越近，電勢(shì)能也越小，也越不容易失去。

什么是熱現(xiàn)象呢？這似乎是不是問(wèn)題的問(wèn)題。人們通常認(rèn)為：熱現(xiàn)象是大量分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的反映，溫度越高分子的平均速率越大，溫度越低分子的平均速率越小。果真如此嗎？我們知道，太陽(yáng)時(shí)刻不停地向外拋射高能粒子，這些粒子的速度接近光速，宇宙中其它恒星也在不停地向外拋射高能粒子，所以在宇宙空間任何地方，都有許多高能粒子正在做雜亂無(wú)章的運(yùn)動(dòng)，這些粒子的速度通常都接近光速或亞光速。這樣看來(lái)宇宙空間的溫度應(yīng)該很高(至少比恒星內(nèi)部高)，宇宙空間應(yīng)該是很明亮的。但事實(shí)上，宇宙空間是漆黑的一團(tuán)，溫度只超過(guò)絕對(duì)零度一點(diǎn)。這說(shuō)明粒子運(yùn)動(dòng)速度大未必溫度就很高，物體的溫度不是由組成它的原子(分子)的平均運(yùn)動(dòng)速度決定的。溫度升高，原子(分子)的平均速度增大。但反過(guò)來(lái)，原子(分子)的平均速度增大并不意味著溫度升高。我們知道，只要物體的溫度在絕對(duì)零度以上就會(huì)向外輻射電磁波，而物質(zhì)向外輻射電磁波的原因是電子受到擾動(dòng)后在靜電力作用下放出光子，并且光子受到的擾動(dòng)越大放出的光子能量也越大，相應(yīng)的物體的溫度也越高。從這個(gè)意義上來(lái)說(shuō)，原子是儲(chǔ)存熱量的最小單位，單個(gè)原子也有溫度，因?yàn)樗�可以�?chǔ)存熱能。但單個(gè)的帶電粒子如質(zhì)子、電子在不受外界任何擾動(dòng)時(shí)，即便速度再大也不會(huì)向外界釋放能量，因此它們都不能儲(chǔ)存熱能，因而也沒(méi)有溫度。應(yīng)該看到，原子(分子)的高速運(yùn)動(dòng)所具有的能量?jī)H僅是動(dòng)能而不是熱能，和宏觀物體一樣，速度大未必溫度高。宏觀物體的速度與其溫度無(wú)關(guān)，原子(分子)也是如此。一個(gè)原子(分子)的速度比其它原子(分子)的速度大，只能說(shuō)明它的動(dòng)能大，儲(chǔ)存的熱能未必就多。熱能僅儲(chǔ)存于原子核和電子形成的原子體系中，兩者中缺少任何一個(gè)都不能儲(chǔ)存熱能。在日常生活中我們用紅外線(微波)加熱而不用紫外線，紫外線的熱效應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于紅外線(微波)。這是因?yàn)榧t外線(微波)光子的質(zhì)量小，和原子中電子的結(jié)合力大(包括內(nèi)層電子)，而紫外線和原子中電子的結(jié)合力小(它幾乎不與內(nèi)層電子作用)，所以紅外線往往容易被物體吸收，其熱效應(yīng)當(dāng)然比紫外線強(qiáng)。

再進(jìn)一步考慮，什么是熱現(xiàn)象呢？熱現(xiàn)象和溫度之間有什么關(guān)系呢？我們認(rèn)為：對(duì)一個(gè)物體而言，倘若它儲(chǔ)存了熱能它就有溫度，并且它儲(chǔ)存的熱能越多它的溫度就越高，反之則溫度越低；倘若物體沒(méi)有儲(chǔ)存熱能則它就沒(méi)有溫度或者說(shuō)它的溫度是絕對(duì)零度；倘若物體不能儲(chǔ)存熱能，則用溫度來(lái)衡量該物體是沒(méi)有意義的。我們知道，原子是儲(chǔ)存熱能的最基本單位，原子的熱能實(shí)際上是儲(chǔ)存在電子中的。單獨(dú)的原子核、單獨(dú)的電子都不能儲(chǔ)存熱能，所以單獨(dú)的原子核、單獨(dú)的電子都沒(méi)有溫度。同樣的道理，光子也不能儲(chǔ)存熱能，它僅僅是熱能的載體，因?yàn)閱为?dú)的原子可以儲(chǔ)存熱能，所以單獨(dú)的原子有溫度，但由于單獨(dú)的光子不能儲(chǔ)存熱能，所以單獨(dú)的光子沒(méi)有溫度，不同能量的光子之間只有能量的差異而沒(méi)有溫度的差異，用溫度來(lái)衡量光子是毫無(wú)意義的。倘若光子也有溫度，則在太陽(yáng)系中離太陽(yáng)越近的空間溫度就應(yīng)該越高，離太陽(yáng)越遠(yuǎn)的空間溫度就應(yīng)該越低，事實(shí)上完全不是這么回事。

8.電子的質(zhì)量-結(jié)合能曲線表

物理理論論文范文第3篇

關(guān)鍵詞:法律行為;事實(shí)行為;無(wú)因性;善意取得;公示公信

一、物權(quán)行為理論及其原則

物權(quán)行為的概念公認(rèn)為德國(guó)歷史法學(xué)派代表人物薩維尼最早提出,他在柏林大學(xué)講學(xué)時(shí)提出,以履行買(mǎi)賣(mài)契約或其他轉(zhuǎn)移所有權(quán)為目的而踐行的交付,并不是一種單純的事實(shí)行為,而構(gòu)成了一個(gè)特別的以轉(zhuǎn)移所有權(quán)為目的的“物的契約”。薩維尼為了將交付從債權(quán)行為中抽離出來(lái),特別賦予其以獨(dú)立的意思表示(即以物權(quán)變動(dòng)為直接內(nèi)容的“物的合意”),這就成為物權(quán)行為概念和理論的演繹基礎(chǔ)。從法律技術(shù)上看,創(chuàng)制物權(quán)行為概念的實(shí)際目的在于使物權(quán)行為與債權(quán)行為相分離,尤其是在法律效力上相分離,因此便發(fā)展出物權(quán)行為的獨(dú)立性和無(wú)因性理論,這些理論與公示公信制度一道構(gòu)成了物權(quán)行為理論的三大原則:

1.分離原則。根據(jù)薩維尼的主張,債權(quán)行為的效力在于使當(dāng)事人承擔(dān)債法上的權(quán)利和義務(wù),并不能發(fā)生物權(quán)的變動(dòng),而要發(fā)生物權(quán)變動(dòng),必須另有一個(gè)以直接發(fā)生物權(quán)變動(dòng)為目的的法律行為,即物權(quán)行為。因此,債權(quán)行為與物權(quán)行為各有其獨(dú)立的意思表示和成立方式,它們是兩個(gè)分離的、不同的法律行為。

2.形式主義原則。因?yàn)槲餀?quán)具有排他性,若無(wú)可以使公眾知悉物權(quán)變動(dòng)的外部征象,易造成對(duì)第三人的損害,并損及交易安全,因此必須在立法上確定以登記作為不動(dòng)產(chǎn)物權(quán)變動(dòng)的公示方式,以交付作為動(dòng)產(chǎn)物權(quán)變動(dòng)的公示方式。由此又發(fā)展出公信原則:“凡信賴(lài)物權(quán)變動(dòng)的外部征象,認(rèn)為有其物權(quán)存在而有所作為者,即使該征象與真實(shí)權(quán)利存在不符,法律對(duì)于信賴(lài)該征象的人亦加以保護(hù)”。（李湘如編著:《物權(quán)法》,中國(guó)廣播電視出版社1993年版,第15頁(yè)）

3.無(wú)因性原則。物權(quán)行為的無(wú)因性是指?jìng)鶛?quán)行為(原因行為)的無(wú)效或撤銷(xiāo)不能導(dǎo)致物權(quán)行為(結(jié)果行為)的當(dāng)然無(wú)效,所有權(quán)的受讓人仍保留標(biāo)的物的所有權(quán),而出讓人則喪失所有權(quán)返還請(qǐng)求權(quán),只有不當(dāng)?shù)美�返還請(qǐng)求權(quán)。

二、法律行為與事實(shí)行為的界定

自物權(quán)行為理論被1896年德國(guó)民法典采納以來(lái),迄今已歷時(shí)百余年,但是該理論在各國(guó)法學(xué)界所引起的激烈批判和爭(zhēng)議至今仍然尚未止息。這些爭(zhēng)論大都局限于對(duì)其現(xiàn)實(shí)功效的評(píng)判,而缺乏深入的理論分析。無(wú)論支持者還是反對(duì)者都為自己設(shè)定了一個(gè)不證自明的前提:物權(quán)行為是一種法律行為。事實(shí)果真如此嗎?筆者認(rèn)為,對(duì)此不宜妄下結(jié)論,惟有深入探討法律行為的若干重要問(wèn)題之后,才能對(duì)此作出回答。

法律行為概念的創(chuàng)設(shè)曾被視為德國(guó)民法學(xué)最輝煌的成就,但同時(shí)它又是一個(gè)極端抽象、難以理解的概念。從法制史上看,嚴(yán)格意義上的法律行為概念便是在有約束力的意思表示無(wú)須靠即時(shí)交付來(lái)保障,并在時(shí)空上與后者相分離時(shí)才得以真正形成的。從德國(guó)民法學(xué)者對(duì)法律行為概念的描述中我們可以清楚地看到這一點(diǎn)。19世紀(jì)的多數(shù)德國(guó)學(xué)者認(rèn)為,法律行為就是意思表示行為。盡管后來(lái)的德國(guó)學(xué)者原則上承認(rèn),意思表示僅僅是法律行為中某種更為基本的要素,具體的法律行為還可能包括其他事實(shí)要素,但是在理論上學(xué)者們從不否認(rèn):法律行為之本質(zhì)乃意思表示。即使是現(xiàn)代德國(guó)民法學(xué)者,他們對(duì)于法律行為概念的表述也僅有用語(yǔ)上的改變而無(wú)實(shí)質(zhì)性的變化,其目的僅在于強(qiáng)調(diào)法律行為與意思表示間具有包容關(guān)系。德國(guó)學(xué)者拉倫茲(Larenz)就認(rèn)為,“法律行為是一項(xiàng)或幾項(xiàng)行為,它們中至少有一項(xiàng)是旨在引起一定的法律后果的意愿表示”。盡管法律行為與意思表示不再同義使用,但是法律行為的本質(zhì)是意思表示這一點(diǎn)卻是無(wú)可否認(rèn)的。也正是這一點(diǎn)決定了法律行為和事實(shí)行為的根本分野。行為是指有意識(shí)的活動(dòng),任何行為都具有主觀意思和客觀活動(dòng)兩個(gè)要素。法律行為的核心在于主觀原因,客觀行為的核心要素卻在于客觀活動(dòng),這一實(shí)質(zhì)性區(qū)別決定了兩者在特征上的一系列的差異:

第一,兩者發(fā)生法律效果的方式不同。法律行為依當(dāng)事人的意思表示而發(fā)生法律效果,這一法律效果源自法律行為對(duì)行為人意思自治的容認(rèn),即法律對(duì)法律行為產(chǎn)生的意思后果只能給予合法性評(píng)價(jià),而非在內(nèi)容上的事先假設(shè)和規(guī)定。與此相反,事實(shí)行為僅僅取決于法律規(guī)定,當(dāng)事人實(shí)施行為并不具有追求某種法律效果的意圖。或者說(shuō),這種意圖的有無(wú)并不影響法律效果的發(fā)生,而只要符合一定的規(guī)定便能產(chǎn)生法律效果。

第二,法律行為只能產(chǎn)生法律效果,事實(shí)行為卻能同時(shí)產(chǎn)生法律效果和事實(shí)效果。如,簽訂買(mǎi)賣(mài)合同是一種法律行為,它的法律后果是出賣(mài)人承擔(dān)交付標(biāo)的物義務(wù)而買(mǎi)受人承擔(dān)支付價(jià)款的義務(wù),但是事實(shí)效果——買(mǎi)受人成為標(biāo)的物的所有人,出賣(mài)人成為價(jià)款的所有人——卻并不隨之發(fā)生。而拾得遺失物作為一種事實(shí)行為,其法律效果和事實(shí)效果是同時(shí)發(fā)生的,拾得人依法律規(guī)定取得該物的所有權(quán)是法律效果,拾得人對(duì)拾得物的實(shí)際占有則是事實(shí)效果。由此可見(jiàn),法律行為的效力實(shí)際上來(lái)自法律的擬制,而事實(shí)行為的法律效果則以其事實(shí)效果為基礎(chǔ)。

第三,法律行為是從事實(shí)行為中分離出來(lái)的,它離開(kāi)事實(shí)行為則無(wú)獨(dú)立的意義。從前述的法律行為概念產(chǎn)生的歷程可以得知,法律行為產(chǎn)生的基礎(chǔ)是設(shè)定權(quán)利義務(wù)的意思表示行為與履行義務(wù)的行為相分離,但分離只是針對(duì)“分步進(jìn)行”而言,法律行為并不能離開(kāi)事實(shí)行為而單獨(dú)起作用,因?yàn)榉�律行為不發(fā)生事實(shí)效果,它所設(shè)定的權(quán)利義務(wù)只能通過(guò)事實(shí)行為才能得到切實(shí)的履行。因此不需要履行的行為不可能是法律行為。

第四,從事實(shí)構(gòu)成來(lái)看,事實(shí)行為必須具有法定的構(gòu)成要件,如此才能體現(xiàn)其客觀性和法定性的特征。各國(guó)民法對(duì)事實(shí)行為一般作出詳盡而直接的規(guī)定,內(nèi)容涉及行為的主客觀構(gòu)成要件、持續(xù)狀態(tài)及其產(chǎn)生的后果。事實(shí)行為的各構(gòu)成要件有機(jī)聯(lián)系,不相獨(dú)立,惟有符合全部法律規(guī)定的行為才構(gòu)成這一類(lèi)的事實(shí)行為。而法律行為實(shí)質(zhì)在于意思表示,從一定意義上說(shuō)不存在事實(shí)構(gòu)成問(wèn)題,因?yàn)榉�律不可能�?duì)其意思表示作出具體的規(guī)定,而只能抽象概括其意思表示的合法范圍。

第五,法律行為的主觀意思和客觀活動(dòng)在內(nèi)容上并不一致,再以買(mǎi)賣(mài)合同為例,合同當(dāng)事人的主觀意思是互易貨物和價(jià)款,在客觀活動(dòng)上卻表現(xiàn)為談判和簽訂文書(shū);事實(shí)行為的主觀意思與客觀活動(dòng)在內(nèi)容上則是概括一致的,一致才能構(gòu)成相應(yīng)的行為。在即時(shí)交易這種事實(shí)行為中,當(dāng)事人的主觀意思和客觀活動(dòng)都是指向交付貨物和價(jià)款,不存在“表里不一”的現(xiàn)象。

從這些比較可以看出,事實(shí)行為的核心在于客觀活動(dòng),其主觀意思并無(wú)決定意義,僅僅影響事實(shí)行為的法律意義;與此相反,法律行為以意思表示為其必備因素和核心要件,其客觀活動(dòng)的意義主要在于承載或傳達(dá)其主觀意思,并使法律行為成為一種獨(dú)立的行為,因?yàn)槿魏涡袨槎急仨毦邆渲饔^意思和客觀活動(dòng)兩個(gè)要件。相對(duì)于客觀存在的事實(shí)行為而言,單純以在當(dāng)事人之間設(shè)定權(quán)利義務(wù)為目的的法律行為更接近于一種思想行為。因此它在本質(zhì)上是法律虛擬的行為。

法律行為的產(chǎn)生具有重大意義,它是一種行為,同時(shí)又是一種作為行為的法律,它對(duì)當(dāng)事人而言就是活的法律。我們可以從以下幾個(gè)方面揭示法律行為的價(jià)值;第一,法律行為具有在當(dāng)事人之間創(chuàng)設(shè)權(quán)利義務(wù)的功能,因而是法律實(shí)施的重要手段。由于實(shí)體法不可能窮盡現(xiàn)實(shí)所有的情況,而且無(wú)法適應(yīng)社會(huì)的快速變化,法律為彌補(bǔ)這種缺陷,只好通過(guò)在法定的范圍內(nèi)賦予當(dāng)事人的意思表示以法律效力而成為當(dāng)事人之間權(quán)利義務(wù)的實(shí)質(zhì)調(diào)整手段。這樣法律行為就將抽象的、客觀的權(quán)利義務(wù)落實(shí)為具體的、主觀的、可實(shí)現(xiàn)的權(quán)利義務(wù),從而彌補(bǔ)了實(shí)體法體系不確定性的缺陷。第二,法律行為是法律形成的一個(gè)必經(jīng)階段�？疾旆�律規(guī)范產(chǎn)生的一般歷程可發(fā)現(xiàn),人們?cè)趶氖聜�(gè)別行為的過(guò)程中逐漸抽象出為眾人所認(rèn)可的通用規(guī)則,并賦予其一定的強(qiáng)制力——這便是法律。其中法律行為對(duì)于形成法律的作用不容忽視。在民商法領(lǐng)域,人們正是從簽訂合同等法律行為中抽象出廣泛適用的普遍性規(guī)范,而這些法律規(guī)范又構(gòu)成一系列民商法律的基礎(chǔ)。在行政法領(lǐng)域這一點(diǎn)也表現(xiàn)得非常明顯,通�？偸窍扔芯唧w的行政行為存在,再在客觀化普遍化之后上升為行政立法,最終形成法律。此外,盡管我國(guó)不承認(rèn)判例法,但誰(shuí)也不能否認(rèn),判決這種法律行為能為修改和制定法律積累經(jīng)驗(yàn)。因?yàn)榕袥Q能檢驗(yàn)法律在現(xiàn)實(shí)適用中的漏洞和不足,具有典型意義的判決更能直接為未來(lái)法律的修訂提供指導(dǎo)作用。簡(jiǎn)而言之,法律行為的價(jià)值在于能在當(dāng)事人之間創(chuàng)設(shè)新的權(quán)利義務(wù)關(guān)系,并在此過(guò)程中形成潛在的、新的法律。

以上論證有助于理解物權(quán)行為的性質(zhì)歸屬問(wèn)題。在筆者看來(lái),物權(quán)行為在概念、效力、特征和價(jià)值等諸方面均與法律行為不符,絕無(wú)理由將物權(quán)行為歸入法律行為的范疇。首先,物權(quán)行為不同于以意思表示為核心要件的法律行為。任何一種行為都必然具備主觀意思和客觀活動(dòng)兩個(gè)要素,因此本文并不否認(rèn)物權(quán)行為中存在意思表示。但如果把物權(quán)行為定義為轉(zhuǎn)移物權(quán)的合意,那么它只是某種行為的構(gòu)成要素,尚不能構(gòu)成獨(dú)立的行為;既非行為,也就談不上是什么“法律行為”了。如果將物權(quán)行為定義為物權(quán)合意和交付或登記相結(jié)合的行為,那么我們可以看到這更符合事實(shí)行為而非法律行為的特征。因?yàn)槲餀?quán)行為中的意思表示是法定的,當(dāng)事人不能以意思自治為由法律規(guī)定,該意思表示的作用在于限定交付或登記的意義,因而僅被當(dāng)作整個(gè)行為的構(gòu)成要件之一,同時(shí)物權(quán)行為中意思表示的內(nèi)容還受到債權(quán)行為中意思表示的嚴(yán)格限定,它不能自主設(shè)定超出債權(quán)合意范圍之外的權(quán)利義務(wù)關(guān)系,因此物權(quán)行為中的意思表示因素完全不具備法律行為中意思表示因素的地位和作用,將兩者混為一談將損害法律行為概念的準(zhǔn)確性。

其次,物權(quán)行為的法律效力源自法律規(guī)定,這與法律行為的本質(zhì)是根本相悖的。法律行為調(diào)整方式本來(lái)就是作為法定主義方式的對(duì)立面而存在的。眾所周知的物權(quán)法基本原則之一就是物權(quán)法定原則,即物權(quán)只能依照法律規(guī)定的權(quán)利義務(wù)類(lèi)型設(shè)定或轉(zhuǎn)移。對(duì)此即使是支持物權(quán)行為理論的學(xué)者也不得不承認(rèn),“依此原則,民事權(quán)利主體達(dá)成設(shè)立或轉(zhuǎn)移一項(xiàng)物權(quán)的協(xié)議時(shí),不可以依照法律行為自由的原則,——實(shí)質(zhì)上即締約自由原則,按自己的意思選定的形式和內(nèi)容設(shè)定或轉(zhuǎn)移權(quán)利,而只能按法定的形式設(shè)定或轉(zhuǎn)移權(quán)利”。1這充分說(shuō)明了,如果將物權(quán)行為歸入法律行為之一類(lèi),必將導(dǎo)致物權(quán)法定原則與法律行為之間不可調(diào)和的沖突,因?yàn)槲餀?quán)法定原則的本義就是要排除當(dāng)事人通過(guò)意思自治更改物權(quán)法律關(guān)系的效力,這是物權(quán)行為理論的支持者也無(wú)法否認(rèn)的。

最后,從價(jià)值上看,物權(quán)行為并不具備在當(dāng)事人之間設(shè)立權(quán)利義務(wù)關(guān)系的功能。因?yàn)楦鶕?jù)物權(quán)法定原則,法律對(duì)物權(quán)變動(dòng)的權(quán)利義務(wù)應(yīng)作出明確而直接的規(guī)定,絕不存在引進(jìn)當(dāng)事人的意思表示予以調(diào)整的余地。

由此可見(jiàn),物權(quán)變動(dòng)行為實(shí)為一種事實(shí)行為,若要將其定義為法律行為則必然要片面夸大、扭曲物權(quán)變動(dòng)中意思表示的效力,并引起物權(quán)法定原則與法律行為制度根本性的沖突。物權(quán)變動(dòng)行為也不具備在當(dāng)事人之間創(chuàng)設(shè)權(quán)利義務(wù)關(guān)系的效力,就其本質(zhì)而言不符合法律行為的核心精神。從理論上說(shuō),創(chuàng)設(shè)物權(quán)行為這么一個(gè)與“法律行為”有種屬關(guān)系的概念,只能導(dǎo)致法律行為概念本身的混亂,并在法律行為規(guī)則(如意思表示推定規(guī)則)的適用上引起一系列的矛盾。因此,物權(quán)行為概念雖然�；罅瞬簧俾斆魅说难劬�,但卻只不過(guò)是一個(gè)“美麗的錯(cuò)誤”。

三、物權(quán)行為無(wú)因性理論

僅僅證明物權(quán)行為概念在理論上的謬誤尚不足以全盤(pán)否定物權(quán)行為理論,因?yàn)橄喈?dāng)一部分學(xué)者推崇物權(quán)行為理論的原因不在于物權(quán)行為概念在法理上的價(jià)值,而在于物權(quán)行為無(wú)因性對(duì)交易安全的保護(hù)機(jī)能�？梢哉f(shuō),物權(quán)行為理論的實(shí)踐意義即在于其無(wú)因性原則,因此我們有必要對(duì)其進(jìn)行深入的剖析,以期在實(shí)踐的層面上了解物權(quán)行為是否有存在的價(jià)值。

就事實(shí)而言,任何有意義的法律行為都必然存在原因,而法律確認(rèn)其有因或無(wú)因則體現(xiàn)了立法政策對(duì)該行為效力獨(dú)立性的不同立場(chǎng)。因此“物權(quán)行為有因或無(wú)因,不僅是邏輯的關(guān)系,而且是一項(xiàng)由價(jià)值判斷及利益衡量來(lái)決定的立法政策問(wèn)題”。2德國(guó)民法典立法者正是為交易安全之目的,基于政策之考慮,而將原因從物權(quán)行為中抽離,使物權(quán)行為無(wú)因化。然而立法意圖與真正的法律適用畢竟存在著距離,無(wú)因性的應(yīng)有功能能否順利在法律實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)并不存在顯而易見(jiàn)的答案,而有待于更深層次的探討。

物權(quán)行為無(wú)因性理論最為人所稱(chēng)道的功能,即是“物權(quán)交易的安全保護(hù)機(jī)能”,而正是這項(xiàng)機(jī)能決定了該理論有根本的存在價(jià)值。依據(jù)物權(quán)變動(dòng)的無(wú)因構(gòu)成,物權(quán)行為的效力不受原因行為瑕疵的影響,交易得以進(jìn)行得安全、迅速、無(wú)后顧之憂。但在善意取得制度出現(xiàn)并獲得制定法之確立后,物權(quán)行為無(wú)因性的交易保護(hù)功能便絕大部分為此制度所吸收。只是因“重大過(guò)失”而發(fā)現(xiàn)第一受讓人取得原因有瑕疵而取得動(dòng)產(chǎn)的人(第二受讓人)可基于無(wú)因構(gòu)成而獲得保護(hù);同時(shí)從對(duì)第一受讓人的調(diào)查范圍減少、交易容易化上考慮,善意取得制度不可彌補(bǔ)無(wú)因性構(gòu)成的功能,因?yàn)樯埔馊〉弥�成�?以對(duì)前述取得原因之調(diào)查為必要。1贊成無(wú)因性的學(xué)者因此認(rèn)為,第二受讓人盡管有重大過(guò)失,但在無(wú)因性原則的保護(hù)下仍能取得動(dòng)產(chǎn)所有權(quán),且不負(fù)任何債法上的責(zé)任,這一點(diǎn)確實(shí)保護(hù)了交易完全。但是德國(guó)學(xué)者Heck對(duì)此一針見(jiàn)血地指出,交易之際應(yīng)避免這樣的重大過(guò)失,這正好是交易法原則的應(yīng)有之義和基本要求,違反這種原則的基本要求來(lái)談謀求動(dòng)產(chǎn)交易的安全已完全沒(méi)有必要。2而在公示公信原則獲得普遍承認(rèn)和確立的今天,物權(quán)交易的簡(jiǎn)單、快捷和安全的理想可籍此而輕易達(dá)到。即使確實(shí)存在非依無(wú)因性不能保護(hù)的領(lǐng)域,只要仔細(xì)考慮便可發(fā)現(xiàn),這是無(wú)因性保護(hù)的不當(dāng)擴(kuò)大。最典型的莫過(guò)于第二受讓人基于惡意(針對(duì)不動(dòng)產(chǎn)而言)或基于重大過(guò)失(針對(duì)動(dòng)產(chǎn))不能受公信原則保護(hù)的場(chǎng)合。首先考察不動(dòng)產(chǎn)場(chǎng)合,由于惡意第二受讓人的行為在多數(shù)場(chǎng)合均構(gòu)成侵權(quán)行為,因此其負(fù)有損害賠償義務(wù),根據(jù)德國(guó)民法典應(yīng)返還標(biāo)的物,這樣無(wú)因性的不當(dāng)擴(kuò)大因受到相關(guān)法律的限制而仍不能保護(hù)第二受讓人。3至于動(dòng)產(chǎn)場(chǎng)合,前文已論及此種情況的悖理之處,在此不再重復(fù)。物權(quán)行為無(wú)因性的最后一項(xiàng)功能是減輕舉證責(zé)任。

從物權(quán)行為無(wú)因性理論進(jìn)入德國(guó)民法典的歷史背景來(lái)考察,該理論是肩負(fù)摒棄不動(dòng)產(chǎn)之實(shí)質(zhì)審查主義的歷史使命才于法律制度上確立來(lái)的。因?yàn)闊o(wú)因性理論使物權(quán)行為和債權(quán)行為在效力上相分離,于是不動(dòng)產(chǎn)登記的審查范圍就可僅限于物權(quán)變動(dòng)本身,登記程序得以客觀化和簡(jiǎn)便化,登記官員對(duì)私法交易的過(guò)分介入也被排除了。由此可見(jiàn),在德國(guó)民法史上,物權(quán)行為無(wú)因性正是為了用來(lái)排除登記實(shí)質(zhì)審查主義所帶來(lái)的嚴(yán)重弊病才獲得制定法之確立。4實(shí)際上,物權(quán)變動(dòng)之客觀化、明確化及隨之而來(lái)的舉證責(zé)任之減輕,嚴(yán)格而言系來(lái)自物權(quán)變動(dòng)之公示方式——登記或交付所具有的功能,而不是來(lái)源于物權(quán)變動(dòng)的無(wú)因構(gòu)成。而物權(quán)行為無(wú)因性為登記實(shí)質(zhì)主義奠定理論基礎(chǔ)之后,已經(jīng)可以功成身退,公示公信制度完全可以獨(dú)立發(fā)揮減輕舉證責(zé)任的作用。

經(jīng)由以上考察可以發(fā)現(xiàn),物權(quán)行為無(wú)因性的諸多“應(yīng)有功能”與其“實(shí)有功能”之間產(chǎn)生了極大的分離,其“應(yīng)有功能”絕大部分已被善意取得制度和公示公信制度所抽空,而殘余部分也超出了交易安全保護(hù)的合理范圍,甚至有鼓勵(lì)不誠(chéng)實(shí)交易的傾向,因此有違民法的根本宗旨。鑒于物權(quán)行為無(wú)因性的嚴(yán)重缺點(diǎn),德國(guó)司法判例及學(xué)說(shuō)理論不得不限制其適用范圍,從而引發(fā)了“無(wú)因性的相對(duì)化”之趨勢(shì)。依筆者觀之,“無(wú)因性的相對(duì)化”實(shí)與取消無(wú)因性無(wú)異。例如“共同瑕疵說(shuō)”提出物權(quán)行為與債權(quán)行為得因共同的瑕疵而致無(wú)效或撤銷(xiāo);“條件關(guān)聯(lián)說(shuō)”則主張當(dāng)事人得以其意思表示物權(quán)行為之效力系于債權(quán)契約之存在,如果原因行為非合法有效,則物權(quán)行為不能成立。這兩種學(xué)說(shuō)形式不同但目的都是為了將物權(quán)行為的效力系于原因行為,在原因行為無(wú)效或被撤銷(xiāo)時(shí),物權(quán)行為也隨之無(wú)效或被撤銷(xiāo)。因此無(wú)因性的相對(duì)化實(shí)際上反映了取消無(wú)因性的趨勢(shì),這也是由無(wú)因性本身的致命缺陷所決定的。

物理理論論文范文第4篇

論文關(guān)鍵詞：?jiǎn)蜗郚a

1 引 言

單相多鐵性材料是指同時(shí)表現(xiàn)出鐵電性和鐵磁性的單相化合物，多鐵性材料不僅具有鐵電性和鐵磁性，而且鐵電性與鐵磁性之間存在磁電耦合效應(yīng)，從而可能實(shí)現(xiàn)鐵電性和鐵磁性的相互調(diào)控[1]。然而自然界中具有室溫鐵磁性和鐵電性的單相磁電材料很少，因?yàn)殍F電性和磁性對(duì)過(guò)渡金屬離子d 軌道的填充要求不同而導(dǎo)致這兩種有序性相互排斥[2]。BiFeO3是一種典型的單相多鐵材料，同時(shí)具有室溫的反鐵磁和鐵電性質(zhì)，其奈爾溫度為380 oC，鐵電居里溫度為810 oC[3]物理論文，并且其化學(xué)摻雜體系有很多都具有室溫的鐵磁性和鐵電性。此外，還有BiMnO3[4]，RMnO3[5]，RMn2O5[6](R: 稀土元素)，但是這些材料的多鐵性質(zhì)大多都在室溫以下。最近，人們發(fā)現(xiàn)通過(guò)在鐵電材料中摻入少量過(guò)渡金屬可以獲得室溫單相多鐵材料。Song等[7]用分子束外延法制備了Co摻雜LiNbO3薄膜，表現(xiàn)出室溫鐵磁性和鐵電性。隨后，Luo等[8,9]報(bào)道了Co摻雜BaTiO3和Co摻雜Ba0.5Sr0.5TiO3都表現(xiàn)出室溫多鐵性。

Na0.5Bi0.5TiO3 (BNT)是一種A 位復(fù)合取代的鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)的鐵電材料，具有較高的居里溫度點(diǎn)(320 oC)，相當(dāng)大的剩余極化Pr= 38 μC/cm2，介電常數(shù)小，燒結(jié)溫度低等優(yōu)點(diǎn)。使BNT基壓電陶瓷的研究成為無(wú)鉛壓電陶瓷領(lǐng)域最具吸引力和最活躍的研究方向之一[10]。目前很多學(xué)者都在關(guān)注利用部分A 位取代來(lái)提高BNT材料的鐵電性，而很少研究改性后BNT材料的磁性質(zhì)�；�于上述制備稀磁鐵電體的思路，本文采用溶膠凝膠法成功制備了單相Na0.5Bi0.5Ti1-xMnxO3陶瓷，并系統(tǒng)研究了樣品磁性和鐵電性。

2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

用溶膠凝膠法制備了Na0.5Bi0.5Ti1-xMnxO3(x = 0, 0.02, 0.04) 多晶樣品，所用原料為分析純硝酸鈉、硝酸錳、硝酸鉍和鈦酸四丁酯，以檸檬酸為螯合劑, 并保持金屬陽(yáng)離子和檸檬酸的摩爾比為1 : 1.5。按摩爾比稱(chēng)取鈦酸四丁酯溶入檸檬酸水溶液中形成無(wú)色透明的溶液，在攪拌下依次把硝酸鈉、硝酸錳、硝酸鉍加入到溶液中, 形成無(wú)色的澄清溶液中國(guó)學(xué)術(shù)期刊網(wǎng)。然后在持續(xù)攪拌下滴加氨水溶液, 調(diào)節(jié)pH值到7左右, 溶液變成淡黃色。把配置好的溶液放在水浴箱中100 oC水浴3h，蒸發(fā)濃縮該溶液得到粘稠的凝膠。將凝膠于150 oC下烘6h, 得到蓬松脆性的棕褐色焦?fàn)钗�。將脆性焦�(fàn)钗镅心シ稚? 然后在550 oC預(yù)燒3h, 得到淡黃色的超細(xì)陶瓷粉體。在粉體中加入適量的粘結(jié)劑, 以20 MPa的壓力干壓成形得到生坯片, 再在1050 oC下燒結(jié)2h, 得到陶瓷樣品。最后兩面均勻涂上高溫銀漿，便于電學(xué)測(cè)試。

用X射線衍射儀(X'Pert PRO物理論文，荷蘭)對(duì)陶瓷樣品進(jìn)行晶相分析；用綜合物性測(cè)量系統(tǒng)(PPMS，美國(guó))測(cè)量樣品的磁性質(zhì)；用多功能鐵電測(cè)試儀(Precision Premier II，RT，美國(guó))測(cè)量樣品的鐵電性能。

3 結(jié)果與討論

3.1結(jié)構(gòu)分析

圖1 Na0.5Bi0.5Ti1-xMnxO3(x = 0, 0.02, 0.04) 陶瓷的XRD圖譜

圖1為Na0.5Bi0.5Ti1-xMnxO3(x = 0, 0.02, 0.04) 陶瓷的X射線衍射(XRD)譜。可以看出：制備的陶瓷樣品均形成了單一的鈣鈦礦(ABO3)型結(jié)構(gòu)。當(dāng)Mn的摻雜量達(dá)到0.04時(shí)，仍然沒(méi)有第二相的出現(xiàn)，表明Mn離子可以完全進(jìn)入該體系陶瓷的晶格中。隨著Mn含量的增加，XRD峰向右偏移，即向高角度方向移動(dòng)，表明Mn離子以小離子半徑的形式進(jìn)入晶格，考慮到Mn3+ 和Mn4+ 離子半徑分別是0.65 ?和0.53 ?，Ti4+離子半徑為0.61 ?，因此可推斷Mn離子以+4價(jià)的形式存在。

3.2磁性分析

圖2 Na0.5Bi0.5Ti1-xMnxO3(x = 0.02, 0.04) 陶瓷的室溫磁滯回線

圖2為Na0.5Bi0.5Ti1-xMnxO3(x = 0.02, 0.04) 陶瓷的室溫磁滯回線，從圖中可以看出，摻雜量為0.02和0.04的樣品均表現(xiàn)出室溫鐵磁性，其矯頑力分別為115和105 Oe。并且隨著摻雜濃度的增大，樣品的磁化強(qiáng)度增加，但是鐵磁成分減少，順磁或反鐵磁成分增多。這表明，較大的Mn摻雜濃度不利于樣品長(zhǎng)程鐵磁有序的形成，這種行為與Mn摻雜ZnO塊材樣品[11]報(bào)道的結(jié)果相似。

圖3 Na0.5Bi0.5Ti0.98Mn0.02O3陶瓷(a) 磁化強(qiáng)度隨溫度變化曲線物理論文，插圖內(nèi)為磁化率倒數(shù)曲線；(b) 溫度為10 K下磁滯回線

圖3(a)為Na0.5Bi0.5Ti0.98Mn0.02O3樣品在外加磁場(chǎng)1000 Oe下測(cè)量的磁化強(qiáng)度隨溫度的變化曲線。從圖中可以看出，樣品的磁化強(qiáng)度隨著溫度的降低而單調(diào)增加，表現(xiàn)出很強(qiáng)的順磁性行為。圖3(b)為樣品在10 K時(shí)測(cè)量的磁滯回線，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有鐵磁性。這表明在樣品中僅有很少一部分Mn離子之間的耦合作用為鐵磁耦合，其它的Mn離子沒(méi)有形成鐵磁耦合。為進(jìn)一步澄清樣品中的磁相互作用，我們?cè)诓鍒D中給出了磁化率倒數(shù)曲線，并采用Curie–Weiss定律對(duì)磁化曲線進(jìn)行外推處理，得到居里－外斯溫度為Θ0 = ?220 K。居里外斯溫度Θ0為負(fù)值這就表明樣品中存在很強(qiáng)的反鐵磁作用。因此，樣品中的Mn離子存在三種相互作用：很少一部分Mn離子形成鐵磁耦合，一部分Mn離子形成反鐵磁耦合，其它的Mn離子表現(xiàn)為順磁性行為。

在將實(shí)驗(yàn)觀察到的室溫鐵磁性歸因于Na0.5Bi0.5Ti1-xMnxO3 稀磁鐵電體的本征行為之前，首先要排除第二相的存在對(duì)鐵磁性貢獻(xiàn)的可能。在錳的相關(guān)氧化物中，大部分氧化物為反鐵磁性物質(zhì)，如：MnO、Mn2O3和 MnO2它們的反鐵磁奈爾溫度對(duì)應(yīng)為116,76和84 K，它們對(duì)室溫下的鐵磁性毫無(wú)貢獻(xiàn)。只有Mn3O4和BiMnO3是鐵磁性的物質(zhì)，對(duì)應(yīng)的居里溫度為43 和100 K，然而我們?cè)赬RD中并沒(méi)有觀察到其對(duì)應(yīng)的第二相；從磁性角度看，在對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)變溫度附近并沒(méi)有觀察到相應(yīng)的磁轉(zhuǎn)變，它們的存在也不能對(duì)室溫鐵磁性給出合理的解釋。因此，我們將室溫鐵磁性歸因于本征稀磁結(jié)構(gòu)的屬性。

我們根據(jù)Coey等人[12]提出的淺雜質(zhì)缺陷誘導(dǎo)鐵磁性模型對(duì)我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果做出定性的解釋。在Na0.5Bi0.5Ti1-xMnxO3樣品中Mn離子之間的相互作用與氧空位的濃度以及它的分布存在密切的關(guān)系物理論文，最終導(dǎo)致Mn離子之間的磁相互作用有以下三種：（a）在樣品的顆粒表面，由于無(wú)序效應(yīng)，存在大量的氧空位，當(dāng)氧空位的濃度足夠高時(shí)，Mn離子可以與氧空位形成束縛磁極化子，束縛磁極化子之間發(fā)生交疊，可誘導(dǎo)鐵磁相互作用中國(guó)學(xué)術(shù)期刊網(wǎng)。（b）在顆粒內(nèi)部，氧空位的濃度遠(yuǎn)低于顆粒表面，此時(shí)氧空位的濃度低于滲流閾值，因此不能形成磁極化子，當(dāng)Mn離子之間的距離縮短，它們之間可以通過(guò)氧離子作為媒介形成反鐵磁耦合。（c）當(dāng)Mn離子之間的距離較大，氧空位的濃度較低時(shí)，Mn離子自旋表現(xiàn)為順磁性離子。以上三種相互作用的競(jìng)爭(zhēng)和疊加行為，最終決定了樣品在不同摻雜濃度的磁化行為。當(dāng)摻雜濃度較低時(shí)，Mn離子之間通過(guò)氧空位調(diào)制可以形成鐵磁耦合，當(dāng)摻雜濃度增加時(shí)，Mn離子之間距離減小，容易形成Mn團(tuán)簇，Mn團(tuán)簇的形成會(huì)導(dǎo)致近鄰間反鐵磁耦合作用物理論文，反鐵磁作用會(huì)抑制鐵磁性，從而導(dǎo)致鐵磁性消弱。

3.3鐵電性分析

圖4為Na0.5Bi0.5Ti1-xMnxO3(x = 0, 0.02, 0.04) 陶瓷的室溫電滯回線，測(cè)試頻率為10 Hz。明顯的回線形狀說(shuō)明樣品都具有室溫鐵電性。其中，在40 kV/cm的電場(chǎng)下，剩余極化(2Pr)分別為18.4,18.8 和19.2 μC/cm2；矯頑場(chǎng)(2Ec)分別為52,36 和42kV/cm�？梢钥闯觯�隨著Mn含量的增加，剩余極化單調(diào)增加，而矯頑場(chǎng)先降低后稍微增大。表明Mn的引入使鐵電性能得到增強(qiáng)。這可能是因?yàn)閾诫s樣品中Mn離子主要表現(xiàn)為反鐵磁或順磁相互作用，使得摻雜樣品的電阻增大，從而導(dǎo)致漏電流減小，鐵電性增強(qiáng)。

圖4 Na0.5Bi0.5Ti1-xMnxO3(x = 0, 0.02, 0.04) 陶瓷的室溫電滯回線

4 結(jié) 論

用溶膠凝膠法成功合成了具有室溫多鐵性的單相多晶Na0.5Bi0.5Ti1-xMnxO3(x = 0.02, 0.04) 陶瓷。這些樣品中存在復(fù)雜的磁相互作用，包括鐵磁，反鐵磁和順磁相互作用。我們認(rèn)為樣品的磁性是本征行為而非來(lái)源于第二相，并且可以用淺雜質(zhì)缺陷誘導(dǎo)鐵磁性模型對(duì)我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果做出定性的解釋。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)在純鐵電材料中摻入少量過(guò)渡金屬可以獲得室溫單相多鐵材料。

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物理理論論文范文第5篇

從可供選擇的寬廣領(lǐng)域中為中學(xué)物理課程選擇合適的內(nèi)容，對(duì)教師和學(xué)校來(lái)說(shuō)都不是一件容易的事。深度和廣度，學(xué)生的興趣和經(jīng)歷，師資力量等這些都需要加以考慮，對(duì)許多學(xué)生來(lái)說(shuō)，中學(xué)物理課程可能是他們接受物理學(xué)正規(guī)訓(xùn)練的唯一機(jī)會(huì)。對(duì)另外一些學(xué)生來(lái)說(shuō)，中學(xué)物理課程給他們打下一個(gè)基礎(chǔ)，以備今后進(jìn)一步深造。于是，課程所提供的準(zhǔn)備是否充分，便引起學(xué)生和家長(zhǎng)以及高等院校的密切關(guān)注。一些州關(guān)注課程的內(nèi)容并提供大綱，以便有助于對(duì)學(xué)校進(jìn)行指導(dǎo)。

但是，說(shuō)到底，這種選擇必須由任課教師來(lái)做，因?yàn)樗麄兞私庾约旱膶W(xué)生和社區(qū)，了解學(xué)校情況，尤其是了解不同的課題對(duì)學(xué)習(xí)的重要性。

二、概述

在“初級(jí)物理”這個(gè)題目下有很多知識(shí)。在一學(xué)年內(nèi)無(wú)法把它們學(xué)好。初任教的老師應(yīng)該特別注意不要試圖教太多的課題。教好少數(shù)課題比了解物理學(xué)的概況更為可取，那么教師應(yīng)當(dāng)怎樣選擇課程內(nèi)容呢？也就是哪些課題應(yīng)該教給學(xué)生呢？

首先我們將考慮作為一門(mén)科學(xué)和作為一種活動(dòng)的物理學(xué)的范圍。展現(xiàn)在師生面前可供考慮的課題范圍是極其廣泛的，但選擇時(shí)要注意以下問(wèn)題。

雖然過(guò)分狹窄和專(zhuān)業(yè)性不是中學(xué)物理應(yīng)該具有的特征，但是，在選擇適合于中學(xué)不同學(xué)生所需要的課題時(shí)，理解要比單純知道更重要。應(yīng)該讓學(xué)生學(xué)會(huì)一些必要的課題。還需要考慮教學(xué)目標(biāo)和希望學(xué)生獲得哪些能力。

三、可供選擇的廣泛領(lǐng)域

物理學(xué)的范圍十分廣闊，其中大量課題應(yīng)該包括在中學(xué)課程之中。

1．物理學(xué)作為自然科學(xué)的重要基礎(chǔ)，從時(shí)間上來(lái)說(shuō)，可以從當(dāng)前一直追溯到“大爆炸”的時(shí)刻。

2．物理學(xué)的研究范圍很廣，但它是由貫穿其中的一些基本觀念聯(lián)系起來(lái)的。

物理學(xué)的普遍原理使它和諧、有力而且具有物理美。

3．物理學(xué)是當(dāng)代人們所熱烈追求的一項(xiàng)事業(yè)，前沿正在擴(kuò)展，物理學(xué)正在發(fā)展之中。

4．物理學(xué)的研究方法在很大程度上能有效地發(fā)展其它自然科學(xué)。提出關(guān)于自然界的問(wèn)題，并用不同的方法得到解答。應(yīng)該讓人們知道，“物理學(xué)家的方法”在科學(xué)研究中具有代表性。

5．物理學(xué)不是工程學(xué)，物理學(xué)在工程中的應(yīng)用以及在醫(yī)學(xué)和其它許多領(lǐng)域中的應(yīng)用，將被那些理解物理學(xué)基本原理的人們所關(guān)注。

6．物理學(xué)的應(yīng)用之一是解釋自然現(xiàn)象，這真是很吸引人的一個(gè)方面。例如，日落時(shí)為什么是紅色？天空為什么是藍(lán)色？鳥(niǎo)如何知道飛行路線？為什么海浪總是拍岸？

7．還有一些物理學(xué)在技術(shù)上的應(yīng)用導(dǎo)致人們關(guān)注某些社會(huì)政策，如核電站、核廢料處理、空間計(jì)劃、能源、環(huán)境保護(hù)以及國(guó)防等。

這些課題應(yīng)該有足夠的數(shù)量，以便能體現(xiàn)物理學(xué)的廣泛程度。但也不能太多，致使對(duì)每一課題的講授都不充分。在整個(gè)課程中，應(yīng)該強(qiáng)調(diào)那些基本原理，以及把物理學(xué)各個(gè)分支聯(lián)系在一起的那些觀念。應(yīng)該使中學(xué)生感受到物理是一門(mén)發(fā)展中的科學(xué)，是最引人入勝的當(dāng)代科學(xué)前沿之一。其次，通過(guò)學(xué)習(xí)物理，學(xué)生應(yīng)該知道物理學(xué)家如何提出有關(guān)自然的問(wèn)題并給出解答，從而勾畫(huà)出宇宙的情景，學(xué)生應(yīng)該學(xué)習(xí)如何提出類(lèi)似的問(wèn)題。最后，關(guān)于物理學(xué)基本原理在技術(shù)和日常生活中的應(yīng)用，如果引用得當(dāng)，會(huì)增加多數(shù)學(xué)生和教師對(duì)物理課的興趣。

所有這些，說(shuō)起來(lái)容易，做起來(lái)并不容易。企圖講述過(guò)多的課題將會(huì)流于膚淺，這是在基礎(chǔ)科學(xué)的初級(jí)課程中容易犯的毛玻另一方面，過(guò)分集中少數(shù)課題會(huì)使本來(lái)應(yīng)有多方面才華的學(xué)生成為“少年專(zhuān)家”，同時(shí)把一些本來(lái)會(huì)對(duì)廣泛的課題有興趣的學(xué)生排斥在外。物理學(xué)在日常生活中。在技術(shù)中、在相關(guān)科學(xué)中的應(yīng)用，會(huì)使物理課生動(dòng)活潑。然而，過(guò)多地引用技術(shù)實(shí)例，在教學(xué)中可能忽略這一點(diǎn)：應(yīng)用是結(jié)在科學(xué)之樹(shù)上的果實(shí)，而不是樹(shù)本身。

四、課題少而精，則學(xué)習(xí)效果好

首先，要說(shuō)幾句關(guān)于物理課程的“覆蓋面”問(wèn)題。一些課本，由于其內(nèi)容包羅萬(wàn)象，有時(shí)會(huì)誤導(dǎo)新教師，為了滿足不同教師和不同學(xué)生的不同興趣，課本所包含的課題比作者打算在任何一個(gè)年級(jí)所討論的要多。物理教師與其膚淺地覆蓋許多課題，不如處理好較少的課題。這一點(diǎn)在幾十年前舉行的稱(chēng)之為“美國(guó)物理教師協(xié)會(huì)”（AAPT）的會(huì)議上已經(jīng)提到過(guò)。

由很多知識(shí)組成的物理學(xué)，目前它的范圍更加廣泛，在初級(jí)課程中不可能充分普遍地加以覆蓋。教師不應(yīng)該犧牲深度和理解程度，百科全書(shū)式地包容過(guò)多的課題。

1．動(dòng)量守恒；2．質(zhì)量和能量守恒；3．電荷守恒；4．波動(dòng)；5．場(chǎng)；6．物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)；7．原子結(jié)構(gòu)。

這7方面的原理和概念勾畫(huà)出最低限度的內(nèi)容。

應(yīng)當(dāng)指出：諸如牛頓運(yùn)動(dòng)定律這樣一些課題，通常應(yīng)該在講述初等水平的能量守恒和動(dòng)量守恒原理的發(fā)展過(guò)程時(shí)加以討論。

1956年以來(lái)，物理學(xué)已經(jīng)向前發(fā)展，因此關(guān)于現(xiàn)代物理（基礎(chǔ)物理在粒子物理、固體物理、相對(duì)論和宇宙學(xué)中的簡(jiǎn)單應(yīng)用）的介紹現(xiàn)在也適合于中學(xué)物理課程。

五、應(yīng)當(dāng)教授某些技能

中學(xué)物理課的一個(gè)極其重要的方面是使學(xué)生獲得一定的能力。下面舉例說(shuō)明應(yīng)該培養(yǎng)的某些技能。

1．識(shí)別所觀察到的現(xiàn)象中的變量。

2．整理觀察到的信息（例如，觀察和記錄電流改變時(shí)導(dǎo)體上的電壓）。

3．會(huì)處理信息，以便研究找出關(guān)系（例如，作出電壓與電流的關(guān)系圖線）。

4．會(huì)解釋用圖線表示的信息。

5．學(xué)習(xí)“問(wèn)題解決”。

6．會(huì)根據(jù)簡(jiǎn)化的假設(shè)粗略地進(jìn)行估算。

7．會(huì)把空間信息轉(zhuǎn)化成其它形式（例如，理解實(shí)際電路與電路圖的關(guān)系）。

學(xué)生獲得這些技能，需要多次反復(fù)和實(shí)踐，只有反復(fù)注意其應(yīng)用，才能獲得技能。應(yīng)該在學(xué)生學(xué)習(xí)力學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、波動(dòng)、近代物理等知識(shí)時(shí)，學(xué)習(xí)和利用這些技能。穩(wěn)步地發(fā)展這些技能是物理課程的一項(xiàng)根本任務(wù)。

六、課本的內(nèi)容

學(xué)生學(xué)習(xí)物理在課本上花費(fèi)的時(shí)間要比做實(shí)驗(yàn)多，也比同物理教師接觸的時(shí)間多。因而必須認(rèn)真選擇課本，以適應(yīng)師生的需要。

在選擇課本時(shí)，應(yīng)該考慮哪些標(biāo)準(zhǔn)呢？課本中應(yīng)該包含哪些內(nèi)容呢？在AAPT領(lǐng)導(dǎo)下的物理教師小組認(rèn)為，評(píng)價(jià)中學(xué)物理課本有下述7項(xiàng)主要標(biāo)準(zhǔn)：1．內(nèi)容（題材的正確性和合適程度）；2．程度（講述適合于中學(xué)學(xué)生）；3．可讀性（課本易于學(xué)習(xí)）；4．外觀（看起來(lái)吸引人）；5．科學(xué)（把物理學(xué)展示為發(fā)展中的知識(shí)）；6．社會(huì)問(wèn)題（認(rèn)識(shí)到物理學(xué)對(duì)社會(huì)的影響）；7．作業(yè)（給學(xué)生的附加作業(yè)，材料合適）。

基于這些標(biāo)準(zhǔn)，教師小組評(píng)價(jià)了14種使用比較普遍的中學(xué)物理課本。

同一小組分析了這些課本的內(nèi)容，認(rèn)為主要課題的分布如下：1．測(cè)量：導(dǎo)論，數(shù)學(xué)技能，誤差，實(shí)際測(cè)量，SI單位制。

2．力學(xué)：平衡狀態(tài)，動(dòng)力學(xué)，牛頓運(yùn)動(dòng)定律，萬(wàn)有引力，動(dòng)量，能和功。

3．分子物理：量熱學(xué)，分子動(dòng)力論，氣體定律，熱力學(xué)。

4．波動(dòng)：在彈簧和發(fā)波水槽中的機(jī)械波，聲學(xué)。

5．光學(xué)：光的波動(dòng)說(shuō)，光線，鏡和透鏡，衍射和干涉，偏振。

6．電磁學(xué)：靜電學(xué)，簡(jiǎn)單電路，靜磁學(xué)，電場(chǎng)和磁場(chǎng)，磁力，電磁感應(yīng)。

7．量子物理：光電效應(yīng)，氫原子能級(jí)，原子光譜，核結(jié)構(gòu)，放射性，核能。

此外，一些課本還涉及如下課題：電磁波，相對(duì)論，能源，物理學(xué)史和（或）天文學(xué)史，流體力學(xué)，電子技術(shù)，固體物理，天體物理，交流電路等。隨著物理學(xué)的發(fā)展，課本也必須改變。在美國(guó)促進(jìn)科學(xué)協(xié)會(huì)（AAS）領(lǐng)導(dǎo)下的教師小組審查課本的標(biāo)準(zhǔn)包括：內(nèi)容的通用性；內(nèi)容的正確性；內(nèi)容的范圍；科學(xué)的結(jié)構(gòu)和方法；編排和連貫性；易于理解。

七、考試的內(nèi)容

某些廣泛應(yīng)用的物理考試，從它的考試范圍透露出一種課程內(nèi)容的線索，因而許多物理教師認(rèn)為它很重要。它對(duì)選擇物理課程內(nèi)容多少具有指導(dǎo)作用。然而，當(dāng)作分析和選擇課程內(nèi)容的文件，它不具有絕對(duì)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)該慎重對(duì)待。

國(guó)家科學(xué)教師協(xié)會(huì)的初級(jí)物理考試，以其自身的權(quán)威而博得人們的關(guān)注。通過(guò)研究，發(fā)現(xiàn)考試的主要課題及其在試題總數(shù)中所占的百分比如下：力學(xué)30％熱學(xué)和分子動(dòng)力學(xué)10％電磁學(xué)25％波動(dòng)、光學(xué)和聲學(xué)20％現(xiàn)代物理學(xué)15％.

八、大綱

大綱以提綱的形式列舉出所要討論的課題，并指出課題間的關(guān)系以及與課程目標(biāo)的關(guān)系。有經(jīng)驗(yàn)的物理教師通常要正式地或非正式地編制自己“個(gè)人的”大綱。由州教育部門(mén)或地區(qū)性的學(xué)校系統(tǒng)制訂的大綱，在選擇內(nèi)容方面也為教師提供了指導(dǎo)。在一些州，課程委員會(huì)當(dāng)前正致力于編制或修訂具有不同目標(biāo)的物理大綱。

物理大綱既有有利的方面，也有不利的方面。有利的方面是：它為物理教育規(guī)定了目標(biāo)，它反映物理學(xué)家和教育學(xué)家雙方的思想，可以在學(xué)年之初這個(gè)關(guān)鍵時(shí)刻對(duì)物理新教師給予指導(dǎo)，不利的方面是：大綱趨向于“凍結(jié)”教學(xué)模式，并限制選擇教學(xué)內(nèi)容。教師常常感到，不得不刻板地執(zhí)行大綱中提出的建議，從而受到束縛，而且不能去試驗(yàn)新的教學(xué)方法，任何大綱都應(yīng)該留有適當(dāng)?shù)挠嗟�，以便有�?jīng)驗(yàn)的教師能發(fā)展他們自己的物理課程。

大綱是關(guān)于課題和課時(shí)的初步安排。隨著課程的進(jìn)行以及學(xué)生的能力和興趣逐漸顯露，教師應(yīng)當(dāng)保持主動(dòng)，以調(diào)整順序和進(jìn)度，調(diào)整能力要求和教學(xué)程度，在一年之內(nèi)，要覆蓋每個(gè)主要物理領(lǐng)域中的一些部分，這雖然是人們所希望的，但許多有經(jīng)驗(yàn)的教師發(fā)現(xiàn)這是做不到的。他們相信，發(fā)展學(xué)生的信心和能力更為重要。某些重要問(wèn)題應(yīng)該提出來(lái)并給予回答：1．貫穿每個(gè)學(xué)期的最重要的內(nèi)容和能力是什么？就如同多數(shù)課本所編寫(xiě)的那樣，教師可以確定牛頓定律、牛頓定律的歷史發(fā)展和應(yīng)用是第一學(xué)期的中心內(nèi)容。

或者還可以把守恒定律（能量守恒、線動(dòng)量守恒、角動(dòng)量守恒）作為重點(diǎn)。一旦能夠決定一學(xué)期所學(xué)的內(nèi)容，就可以相應(yīng)地做出每周和每天的進(jìn)度表。

2．可以刪去大綱中的哪些課題，教師應(yīng)當(dāng)認(rèn)真地閱讀課題目錄，并認(rèn)真選定刪減對(duì)象。此后，隨著學(xué)期的進(jìn)展，在課程進(jìn)行中要不斷地與計(jì)劃（大綱）相對(duì)比，而不要等到課程的最后幾周再這樣做。

3．大綱期望學(xué)生能記住什么？是否使學(xué)生確信他們能學(xué)習(xí)物理，并對(duì)物理增加了（或具有了）興趣？

九、新課程

物理學(xué)是一門(mén)生氣勃勃的學(xué)科，新近觀察到的現(xiàn)象不斷豐富著它的內(nèi)容，處理熟悉的和新的現(xiàn)象的模型不斷在改變，而且，應(yīng)用物理學(xué)不斷誦現(xiàn)。物理課程的內(nèi)容不能固定不變。

其實(shí)，當(dāng)代的中學(xué)物理教師已經(jīng)感覺(jué)到有必要不斷重新審視和思考課程的內(nèi)容，這是令人鼓舞的趨勢(shì)。相當(dāng)數(shù)量的教師正基于自己的觀點(diǎn)設(shè)計(jì)新課程，他們想的是如何把變化中的物理內(nèi)容組織起來(lái)，以適應(yīng)教學(xué)目標(biāo)，并提供更好的課程以適應(yīng)學(xué)生不同的需要。

下面簡(jiǎn)短介紹幾個(gè)學(xué)區(qū)的課程實(shí)例。

下默里安（賓夕法尼亞州）中學(xué)物理大綱。這個(gè)大綱提供了一個(gè)以學(xué)生活動(dòng)為中心的計(jì)劃。這種活動(dòng)可以使學(xué)生重視并提高自己學(xué)習(xí)物理和數(shù)學(xué)的能力，漸漸成為一名合格的科學(xué)實(shí)踐者，物理教師的基本信條是：學(xué)出興趣，而不是“學(xué)完大綱”。