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奥斯特实验应用

奥斯特实验应用(初中物理公式大全,及变形公式)

jnlyseo998998 jnlyseo998998 发表于2023-02-06 10:31:17 浏览189 评论0

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初中物理公式大全,及变形公式

给你一部分初三的吧,希望能解燃眉之急。
初中物理电学部分知识点及公式总结

1、电流、电压、电阻、电功、电功率在串联、并联电路的中的规律:(☆☆☆☆☆)
电流:◆串联电路中电流处处相等。I=I1=I2
◆并联电路中总电流等于各支路电流之和。I=I1+I2
并联电路分流,该支路电流的分配与各支路电阻成反比。 即: I1R1=I2R2
电压:◆串联电路中总电压(电源电压)等于各部分电路两端电压之和。U=U1+U2
串联电路分压,各用电器分得的电压与自身电阻成正比。 即:
◆并联电路中各支路电压和电源电压相等。U=U1=U2

电阻:◆串联电路中总电阻等于各串联电阻之和。总电阻要比任何一个串联分电阻阻值都要大。
(总电阻越串越大)R=R1+R2
◆并联电路中总电阻的倒数等于各并联分电阻的倒数和。总电阻要比任何一个并联分电阻阻值都要小。(总电阻越并越小)R=R1R2/R1+R2(上乘下加)或:总电阻的倒数等于各支路的电阻倒数之和。 即: 
◆因此几个电阻连接起来使用,要使总电阻变小就并联;要使总电阻变大就串联。
◆如果n 个阻值都为 R0的电阻串联则总电阻R=nR0
◆如果n个阻值都为 R0的电阻并联则总电阻 R=R0/n

电功:◆串联电路:总电功等于各个用电器的电功之和。即:W总=W1+W2+…Wn
电流通过各个用电器所做的电功跟各用电器的电阻成正比,即:
◆并联电路:总电功等于各个用电器的电功之和。即:W总=W1+W2+…Wn
电流通过各支路在相同时间内所做的电功跟该支路的电阻成反比。即:
电功率:◆串联电路:总电功率等于各个用电器实际电功率之和。即:P总=P1+P2+…Pn
各个用电器的实际电功率与各用电器的电阻成正比,即:

◆并联电路:总电功率等于各个用电器的电功率之和。即:P总=P1+P2+…Pn
各支路用电器的实际电功率与各个支路的电阻成反比。即:

2、公式:(☆☆☆☆☆)
◆电流(A): I=U/R(电流随着电压,电阻变)
◆电压(V): U=IR(电压不随电流变。电压是产生电流的原因)
◆电阻(Ω):R=U/I(对于此公式不能说电阻与电压成正比,与电流成反比。电阻与电流、电压没有关系。只与本身材料,横截面积,长度,温度有关)
◆电能(J):W=UIt, W=Pt(此二式是普适公式)
W=I2Rt, W=U2t/R (适用于纯电阻电路中)
KW.h也是电能的单位俗称度。1KW.h=3.6×106 J
◆电热(J):Q=I2Rt(普适公式)在纯电阻电路中(消耗电能全部用来产生热量的电路),Q=W。所以在纯电阻电路中算电热可通过算电能来实现。注意:接有电动机的电路不是纯电阻电路,在这样的电路中计算只能用普适公式。
◆电功率(W):P=UI,P=W/t(此二式是普适公式)
P=I2R, P=U2/R(适用于纯电阻电路中)
3、根据灯泡额定电压(U额)和额定功率(P额)能进行的计算:(☆☆☆☆)
正常工作时的电流:I额=P额/U额
灯的电阻:R=U额2/P额
如果已知灯两端的实际电压是U实,则灯的实际功率是:
P实=U实2/R , 如果U实/U额=a/b 那么P实=(a/b)2P额
串联电路的电阻有分压的作用且分压的大小与电阻的阻值成正比。U1/U2=R1/R2
电能,电功率,电热在串联电路中的分配也是一样的。
并联电路的电阻有分流的作用且分流的大小与电阻的阻值成反比。I1/I2=R2/R1
电能,电功率,电热在并联电路中的分配也是一样的。

4、生活中的用电:(☆☆☆)
家庭电路的连接:入户线首先要接的是电能表,然后是总开关再是保险,这三者顺序不能错。控制电灯的开关应和电灯串联,且开关要接在火线上,接螺旋套灯座时,应将螺旋套接在零线上。三孔插座要按“左零右火上接地”的接法去接。家庭电路中的用电器间,插座间,用电器和插座间都是并联的。
保险丝要接在火线上。不可用过粗的保险丝,也不可用铁丝铜丝代替保险丝。保险丝的特点是:电阻大,熔点低。家庭有金属外壳的用电器,其金属外壳一定要接地,这样当三脚插头插在三孔插座里时,把用电部分接入电路的同时,也把金属外壳与大地相连,防触电。
区别零火线要用试电笔。使用时,手要接触笔尾金属体,但切不可接触笔前端金属体。火线可使试电笔的氖管发光,这时有电流流过人体,但电流太小对人体无害。
5、安全用电知识:(☆☆☆)
人体的安全电压是不高于36V。照明电路的电压是220V,动力电压是380V。
只有人体直接或间接接触了火线且有电流流过人体,人才会触电。安全用电的原则是:不接触低压带电体,不靠近高压带电体。
触电急救:首先切断电源或用一根绝缘棒将电线挑开,使触电者尽快脱离电源。发生电火灾时,务必在切断电源后,才能泼水抢救。
如果家庭电路出现了烧保险的现象,就表明了家庭电路的总电流过大了。其原因有二:一是短路;二是家庭电路的总功率过大了。
6、电能知识要点:(☆☆☆)
消耗电能的多少可以用电能表来测量。它是以KW.h为单位的。表盘上:“220V”表示该电能表应该在220V的电路中使用。“10(20)A”表示这个电能表的标定电流是10A,额定最大电流是20A。“50Hz”是说这个电能表应该在50赫的交流电路中使用。3000r/KW.h是指接在电能表上的用电器,每消耗1KW.h的电能,电能表的转盘就转3000r。读电能表的示数时,我们要注意最后一个数字,它是小数点后的数字。一段时间消耗的电能等于这段时间结束时读数-这段时间开始时读数。
根据“3000r/KW.h”字样能进行的计算:
如果告诉我们转数为n那我们可以计算消耗的电能:W=1 KW.h/3000r(1转消耗的电能)乘以n
如果再告诉我们时间为t我们可以计算这段时间的电功率:P=W/t(要注意单位是否配套:此时W取KW.h为单位;t取h为单位计算较方便)
7、电功率知识要点:(☆☆☆☆)
电功率是描述电流做功快慢的物理量。(根据W=Pt我们可以知道不能说电功率大,消耗的电能就多,还与时间有关系)
额定电压:用电器正常工作时的电压
额定功率:用电器额定电压下的电功率
用电器的电功率与用电器两端的电压是有关系的。不同的实际电压对应着不同的实际功率。但用电器的额定电压,额定功率是唯一的,不变的。
如果告诉你此时用电器正在正常工作,那我们可以知道:此时用电器的实际电压就等于其额定电压,其实际功率就等于其额定功率。
灯泡的亮度取决于灯泡的实际电功率。实际电功率越大,灯泡就越亮。
生活中的用电器,电功率达到1000W的有:电炉,电热水器,微波炉,空调。
在做测小灯泡电功率的实验时,在测额定功率时,一定要让电压表测小灯的电压且示数为小灯泡的额定电压,让电流表测小灯泡的电流且示数为其额定电流,这样用公式P=UI计算出的才是小灯泡的额定电功率。
实验时,如果出现灯不亮,电流表没示数,电压表有示数且较大的现象,则电路故障一定是和电压表并联的小灯断路了。
测小灯泡电功率的实验,可以得到的结论是:灯泡的实际功率与灯泡两端的实际电压有关。不同的实际电压对应着不同的实际电功率。因此在此实验中,电功率不能求平均值。
在测小灯泡电阻的实验中,由于电阻与电压,电流无关,是个定值,所以灯的电阻最后可通过求平均值来确定。在此实验中每次算的电阻值可能会不一样,导致电阻改变的是灯丝的温度,不是电流,电压。而此实验可得到的结论也就是:电阻与温度有关。
8、电压表,电流表,滑动变阻器使用注意事项:(☆☆☆☆)
电压表:测谁的电压就和谁并联
电流要正接线进,负接线出
选对量程
电流表:测谁的电流就和谁串联
电流要正接线进,负接线出
选对量程
电流表,电压表的读数:
1、看所选的量程 2、依所选量程确定分度值 3、数小格。
滑动变阻器:要一上一下接线
调谁的电流就和谁串联
闭合开关前要把滑片滑至阻值最大处
滑动变阻器的作用:调流、调压; 保护电路。注意:它不能改变定值电阻的阻值。
滑动变阻器的原理:移动滑片,通过改变接入电路电阻丝的长度,来改变接入电路的电阻大小,进而改变电路中电流的大小。
9、电与磁的复习要点:(☆☆☆)
一、磁现象:磁体磁性最强的部分叫磁极。磁体的两端磁性最强,中间磁性最弱。因此每一个磁体都有两个磁极。悬吊的小磁针自由静止时,指南的一端叫南极;指北的一端叫北极。因此说磁体有指南北的性质。(南极指南,北极指北)磁体还有吸铁的性质:吸引铁、钴、镍等物质。
磁极间的相互作用规律是:同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引。磁悬浮列车就是利用同名磁极相互排斥的原理实现悬浮的。
二、磁场:磁体的周围存在着磁场,磁极间的相互作用就是通过磁场实现的。磁场的基本性质就是对放在它里面的磁体产生力的作用。
磁场的方向:磁场中,小磁针静止时北极所指的方向规定为该点的磁场方向。
磁感线:1、磁场是真实存在的,但磁感线是假想的,因此磁感线要用虚线画2、磁体外部,磁感线总是从N极出来回到S极3、磁感线上任何一点的箭头方向都和该点小磁针静止时N极指向一致与该点磁场方向也一致4、磁感线可以是直的也可以是曲的,但都是闭合的,既不会相交也不会中断,是立体分布的5、磁感线的疏密表示了磁场的强弱。
地磁场:地磁两极与地理两极相反但不重合,地磁南极在地理北极附近,地磁北极在地理南极附近。注意:地球的外部磁感线是从地磁北极出来回到地磁南极的。
三、电生磁:奥斯特实验证明了通电导线(电流)的周围存在着磁场,磁场的方向跟电流的方向有关,这种现象叫做电流的磁效应。
电流磁效应的应用(奥斯特实验的应用):电磁铁以及以电磁铁为主要结构的元件或器械。如:电磁继电器、扬声器、听筒(相当于扬声器)、电磁起重机等。
通电螺线管的磁场与条形磁体的磁场一样。但通电螺线管的磁极与电流的方向有关,当螺线管中的电流方向改变时,螺线管的N、S极对调。
螺线管的磁极可以通过小磁针静止时的N、S极指向来确定,也可以通过安培定则来确定。(用右手 四指弯向和电流方向一样)
四、电磁铁:插有铁芯的螺线管。
电磁铁的工作原理:利用电流的磁效应和通电螺线管中插有铁芯后磁性增强的原理工作。
电磁铁的优点:1、通电有磁性,断电无磁性2、磁性强弱可以控制3、N、S可通过改变电流方向来控制。
电磁铁磁性强弱与那些因素有关:跟电流大小,有无铁芯,和线圈匝数有关。电流越大磁性越强;线圈匝数越多,磁性越强。有铁芯比没铁芯磁性强。
五、电磁继电器 扬声器:
继电器:利用低电压、弱电流电路的通断,来间接的控制高电压、强电流电路的装置。
电磁继电器:利用电磁铁来控制工作电路的一种开关。其主要结构有:电磁铁、衔铁、簧片、触点。其工作电路由低压控制电路和高压工作电路两部分组成。
电磁继电器工作原理:当低压控制电路接通时,电磁铁具有磁性,吸引衔铁,使动触点和静触点接触,高压工作电路接通。当低压控制电路断开时,电磁铁失去磁性,簧片将衔铁拉回,切断高压工作电路。
(在叙述电磁继电器工作过程时首先要说低压电路的工作与否,然后一定要说清电磁铁有无磁性,对衔铁的作用,引起高压电路的工作与否。)
扬声器:扬声器通交流电时才会发声。磁极间的相互作用使纸盆振动发声。
六、电动机:
磁场对通电导线的作用:此实验的显著器材是电源(要给导线通电)。实验证明:通电导线在磁场中会受到力的作用,且力的方向与电流方向、磁感线方向有关。电流方向与磁感线方向二者变其一则力的方向变,二者皆变则力的方向不变。
电动机:依据通电导线在磁场中受力的作用原理制成。工作时把电能转化为机械能。
电动机换向器的作用:在线圈转过平衡位置时自动改变线圈中的电流方向,使线圈继续转动下去。(否则线圈将会转回平衡位置)
七、磁生电:
法拉第在1831年发现了电磁感应现象。
电磁感应实验最显著的器材是:电流表(用来检测是否有电流产生)。电磁感应现象:闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时,导体中就会产生电流,这种现象叫电磁感应现象。产生的电流叫感应电流。
产生感应电流的条件:1、导体是闭合电路的一部分2、做切割磁感线运动(斜切也行)
感应电流的方向:跟导体运动方向和磁感线方向有关。变其一感应电流方向变,二者皆变感应电流方向不变。
发电机:1、原理:电磁感应现象2、能量转化:机械能转化为电能。
交流电:大小、方向随时间发生周期性变化的电流。我国交流电的频率是50Hz。
10、信息的传递复习要点(☆☆☆)
一、电话:由听筒(听筒中有电磁铁)和话筒组成。自己的话筒与对方的听筒是串联的。电话是靠电流传递信息的。需要电话交换机转接。
二、电磁波的海洋
电磁波的产生:导线中电流的迅速变化就会在空间激起电磁波。关闭冰箱或电视时,收音机会“咔咔”响,就是电路通断时发出的电磁波被收音机接受而形成的。
电磁波的传播不需要介质,在真空中的传播速度为c=3.0x108m/s是宇宙中最快的速度。
电磁波的波长,波速与频率的关系是:波速=波长x频率。注意单位:波长:m 波速:m/s 频率:Hz
不同的电磁波在真空中的速度是一样的即波速是个定值,因此电磁波频率越大,波长越短。
用于广播,电视,移动电话的电磁波叫无线电波。
各种光也是电磁波。
微波炉是靠微波(电磁波)工作的。炉门有金属网是因为金属能反射微波,可防止过量的微波泄漏。(过量电磁波辐射对人体有害)
电磁波的应用领域有:微波炉、医学上的X射线透视、紫外线消毒、无线电通信、雷达飞机的电磁波导航等。频率相同的电磁波会相互干扰,因此有些地方禁用手机。
三、广播,电视,移动通信
移动电话是靠电磁波来实现信息传递的。要靠基地台转接。
四、越来越宽的信息之路
通信的四种方式:微波通信、卫星通信、光纤通信、网络通信。
卫星通信:实现全球通信,只需在地球的周围均匀分布3颗同步卫星。
光纤通信:利用激光在一条特殊的管道里经多次反射进行传播的通信方式。
光纤通信特点:容量大,不受电磁波干扰,通信质量好,保密性好。

初中物理用到转换法的实验有哪些

转换法:
测不规则小石块的体积我们转换成测排开水的体积我们测曲线的长短时转换成细棉线的长度在测量滑动摩擦力时转换成测拉力的大小大气压强的测量(无法直接测出大气压的值,转换成求被大气压压起的水银柱的压强)测硬币的直径时转换成测刻度尺的长度测液体压强(我们将液体的压强转换成我们能看到的液柱高度差的变化)通过电流的效应来判断电流的存在(我们无法直接看到电流),通过磁场的效应来证明磁场的存在(我们无法直接看到磁场),研究物体内能与温度的关系(我们无法直接感知内能的变化,只能转换成测出温度的改变来说明内能的变化);在研究电热与电流、电阻的因素时,我们将电热的多少转换成液柱上升的高度。在我们研究电功与什么因素有关的时候,我们将电功的多少转换成砝码上升的高度。

初二物理电磁感应与电流磁效应的原理及区别

电磁感应是磁生电,是导体在磁场中做切割磁感线运动,在电路图中就是没有电源的那一个,应用是发电机,动圈式话筒。机械能转化为电能(法拉第实验)
电流的磁效应是通电导线在磁场中受力转动,(又名奥斯特实验)应用是电动机,扬声器,电能转化为机械能

安培定则 左右手定则 楞次定律

1、安培定则:安培定则,也叫右手螺旋定则,是表示电流和电流激发磁场的磁感线方向间关系的定则。通电直导线中的安培定则(安培定则一):用右手握住通电直导线,让大拇指指向电流的方向,那么四指指向就是磁感线的环绕方向;通电螺线管中的安培定则(安培定则二):用右手握住通电螺线管,让四指指向电流的方向,那么大拇指所指的那一端是通电螺线管的N极。

2、左右手定则:电磁中的左手定则(电动机定则)与右手定则(发电机定则),右手螺旋定则(安培定则)的统称。用来判断电动机运转方向和电磁铁极性。

3、楞次定律:楞次定律(Lenz’s law)是一条电磁学的定律,可以用来判断由电磁感应而产生的电动势的方向。它是由俄国物理学家海因里希·楞次(Heinrich Friedrich Lenz)在1834年发现的。

安培定则公式(由于特殊符号不能显示,所以只能用图示来表达):

发现过程:在奥斯特通过著名的“奥斯特实验”发现电流的磁效应后,法国物理学家安培又进一步做了大量实验,研究了磁场方向与电流方向之间的关系,并总结出安培定则,也叫做右手螺旋定则。

扩展资料

安培定则(右手螺旋定则)的应用:

右手螺旋定则可以用来找到两个矢量的叉积的方向。由于这用途,在物理学里,每当叉积出现时,就可以使用右手螺旋定则。以下列出一些物理量,它们的方向可以用右手螺旋定则找出:

一个正在进行转动运动的物体,其角速度和此物体内部任何一点的转动速度。

施加作用力于某位置所造成的力矩。

载流导线在四周所产生的磁场。

随着时间的演进而变化的电通量也会生成磁场。

移动于磁场的带电粒子所感受到的洛伦兹力。

移动于磁场的导体,因为动生电动势而产生的感应电流。

流体在任意位置的涡度。

奥斯特实验对物理发展的影响,对现代发展的影响

众所周知,20世纪以来物理学取得了突飞猛进的发展和极其辉煌的成就,物理学一直是整个科学技术领域中的带头学科并成为整个自然科学的基础,成为推动整个科学技术发展的最主要的动力和源泉,并对人类社会文明进步产生了极其深刻的影响。正如杨振宁教授所说:“在20世纪,物理学产生了奥妙的观念革命,从而改变了人类对空间、时间、运动和力这几种基本概念的认识;深入探索了物质内部结构的奥秘,通过技术进步为人类生产力带来了空前增长。”
在21世纪,物理学将进一步获得迅速发展,物理学仍将是整个自然科学的基础,物理学的进展仍是推动整个自然科学发展的一个最重要的动力,物理学将继续是整个科学技术领域中的带头学科,这应是毋庸置疑的。
1 、物理学的发展将进一步推动整个自然科学的发展
当今物理学已经发展成为研究宇宙间物质的基本组元及其基本相互作用和基本运动规律的学科。物理学的学科性质决定了它是整个自然科学的基础。物理学的基本概念、基本理论、基本实验手段和研究、测试方法,已经成为并将继续成为自然科学的各个学科(诸如宇宙学、天文学、地学、化学、生物学、医学等)的重要概念、理论的基础和实验、研究方法,从而推动各个学科深入而迅速地发展。物理学向自然科学各个学科的广泛渗透和移植,促使一系列交叉学科、边缘学科不断涌现。而正是这些交叉学科、边缘学科,有可能成为未来学科中最有希望、取得成果最多的领域。
宇宙学就是在物理学一系列研究成果的基础上而获得了迅速发展。作为宇宙学理论基础的热大爆炸理论,就是依赖于广义相对论以及粒子物理学的飞速发展和射电望远镜等天文观察手段的提高而诞生的。热大爆炸宇宙论被称为20世纪后半叶自然科学的四大成就之一。然而,该理论还存在着很多不完备性和局限性,尤其关于宇宙的起源问题仍然没有得到最终的回答。对此朱洪元教授曾指出:“高能物理的研究成果将对甚早期宇宙的演化的理解起推进作用”。可以相信,随着物理学尤其是高能物理研究的不断深入发展,宇宙的起源和演化过程将逐步被认识、理解,宇宙学将被推进到一个崭新的阶段。
物理学对地球科学的影响是深远的。地球物理学就是地学受物理学的影响而产生的一门交叉学科,正是由于对电磁波传播机制的研究而发现了大气电离层,对宇宙线的研究而发现了地球内辐射带并从而导致太阳风的发现;而对洋底岩石磁性的研究,则是确定板块构造学说——这一地球科学的革命性进展——的关键因素。地球科学所需要的实验测量技术也在很大程度上依赖于现代物理学。近年来,电子自旋共振、质子激发荧光分析技术和氡测量技术等核分析技术的研究对地质学正在产生越来越重要的影响。高压物理研究则对解决深部地质问题具有重要意义。随着地质学研究范围的扩大和核探测技术的不断提高,地质学的发展与核物理学的关系将日益密切。地质科学的前沿与尖端技术融为一体,它们所开辟的科研领域和所达到的知识深度已超过了以往任何时代。现代地质学将沿纵向和横向交叉的方向发展,核物理与地质学的衔接日益紧密,它们的交叉点将可能成为学科或新方向的生长点。
物理学与化学之间的关系也愈来愈密切。物理学发展中出现的理论工具和实验方法,使化学科学得以如虎添翼般的飞速发展。传统的物理化学就是着重应用物理理论和实验方法去处理化学问题而形成的一门化学分支学科,并已成为化学科学的理论核心之一。化学物理是由物理学与化学之间的密切结合而产生的一门正在蓬勃发展中的交叉学科,它以化学和物理学的新成就及近代实验方法来研究原子、分子及其聚集态的结构、性质和变化规律。物理分析方法(如光谱、色谱和快速流动等)的发展,使得对化学反应过程的跟踪成为可能,从而使化学动力学发展到基元反应研究的重要阶段。基元反应研究的进一步深入,产生了非平衡化学反应过程的新领域,并进而使化学动力学深入到态—态反应的程度。而态—态反应的研究,无论在理论上和实验方法上,都使化学动力学与物理学中的碰撞动力学融为一体。表面科学包含在一些最重要和令人迷惑的化学过程之中,多相催化包含着表面和发生在其上的化学反应之间的深奥的相互作用。为此人们调动了几乎所有的现代物理学的理论方案和实验手段来进行研究,诸如表面电子能谱、扫描电镜、原子力电镜、X射线衍射、同步辐射、傅里叶变换光谱和分子束——表面散射等最现代化的实验装置、仪器和技术。1985至1994年的10项诺贝尔化学奖,其中就有4项与物理学密切交叉。可以相信,与物理学的进一步密切结合,将会更加促进化学的迅速发展。
物理学对生物学、生命科学发展的影响更是重大而深远的。20世纪50年代以来,随着物理学的发展及取得的辉煌成就,使生物学的研究从现象的描述进入了现代生命科学的新阶段,物理学参与和渗入生命科学的研究已成大势所趋。物理学对生命科学的巨大贡献,首先是为生命科学提供了现代化的实验手段。例如,正是利用X射线衍射技术而促成了人们对DNA双螺旋结构主体模型的认识,开创了分子生物学的新时代。其次,物理学为生命科学提供了概念、理论和方法。物理学和信息科学处理宏观体系的理论(如热力学、统计力学、耗散结构理论、信息论、控制论等),使人们可以从系统的宏观角度研究生物体系的物质、能量和信息转换的关系;物理学的微观理论(如分子和原子物理、量子力学、粒子物理等)及有关结构分析技术,使人们可以从微观角度研究生物大分子和分子聚集体(膜、细胞、组织等)的结构、运动与功能。非线性理论、混沌理论则为脑科学的研究提供了理论指导,并预示了新的更伟大的科学革命——智能革命的到来。而生物物理学的创立,则是人类用物理学知识去揭示生命之谜的一个极其重要的里程碑,它为生命科学,为生物工程展现出一个无限美好的前景。一些有远见的科学家预言,21世纪将是生命科学的世纪。物理学家将与生物学家等携手并进、一起共同开创和迎接新的生命科学的世纪。
2 、物理学是现代高技术发展的先导和基础
科技发展史表明,物理学与技术的关系变得愈来愈密切。如果说发生于18世纪60年代的以蒸汽机的应用为主要标志的第一次技术革命,开始了物理学(主要是力学、热学)与技术的互相影响的话,那么,开始于19世纪70年代的以电力技术的广泛应用为重要标志的第二次技术革命,则是以物理学的发展(主要是电磁理论)为重要基础的。而发生于20世纪50年代的第三次技术革命(或称第三次浪潮),则是以20世纪初的物理学革命为先导,物理学开始全方位渗透到技术领域,成为推动技术进步的主导力量、主要源泉。物理学的研究成果直接导致了一系列新技术的产生,物理学的研究方法和手段也越来越普遍地转变为技术的方法和手段,而且转变的时间间隔愈来愈短。物理学革命导致现代科学的分化和综合的同时,也引起了技术领域的分化和综合,从而形成了目前正蓬勃发展的新高技术群:材料技术、信息技术、能源技术、生物技术、空间技术和海洋技术等。新高技术群是科学理论与技术的高度密集和综合应用,在其今后的发展中,物理学的先导和基础作用将更加显著和重要。未来技术的进步,将更极大地依赖于物理学以及与物理学有关的边缘学科和交叉学科的进展。
材料、能源和信息技术是人类社会现代文明的三大支柱。科技发展史表明,每一项重大的技术新发明、新发现,往往都有赖于新材料的发展。因此,新材料被称为“发明之母”和“产品粮食”。而被称为近代材料科学技术的三大支柱的电子显微学、电子理论和晶体缺陷理论,对了解材料的微观结构及变化规律发挥了重要作用,为一系列新材料的研制提供了启示和指导。而电子显微学的发展正是建立在物理学的理论基础之上的。电子理论和晶体缺陷理论,实际就是凝聚态物理学的一部分。凝聚态物理的主要任务就是研究凝聚态物质的宏观性质和微观结构以及宏、微观间的联系,从而为按指定性能创制新材料的“分子设计”或“分子工程”提供科学途径和理论指导。例如,对无损耗输电、大型强磁体、高速计算机和高灵敏度、高精度测电压、磁场的高Tc超导材料的研究,以及对被誉为“21世纪最有前途的材料”—纳米固体材料的研究和对可能带来一场电子工业革命的微结构器件的研究等,都是当前凝聚态物理学中最活跃的前沿课题。因此材料科学技术将随着物理学的发展而获得迅速发展,从而为未来21世纪的科学技术的发展乃至整个人类社会文明进步奠定基础。
能源是人类社会活动的物质基础。当前,在人们正在开发的各种能源中,最理想、最有前途的新能源当属裂变核能和聚变核能。尤其是聚变能,是一种取之不尽,用之不竭(燃料从海水中提取)的最干净、最完整、最经济的理想能源,它没有如裂变堆那样产生大量放射性废物,故其发展远景很好,预计在21世纪中叶可得到广泛应用。而原子核物理和高能物理、等离子体物理,为核能的开发、利用提供了最直接、最基本的理论基础和方法。
21世纪被称为信息时代,人类社会已开始进入信息社会。信息资源已成为现代社会最主要的战略资源。第三次技术革命就是以信息技术为核心内容的。现代信息技术是以微电子学、光电子学为基础,以计算机、通信、控制技术为核心的综合化技术。微电子学、光电子学都是当代物理学中最活跃的前沿分支学科。兴起于本世纪90年代的纳米电子学和纳米科学技术,是光电子学的重要组成部分。纳米电子学将立足于最新的物理理论和最先进的工艺手段,按照全新的概念来构造电子系统;将超越传统的极限,实现信息采集和处理能力的革命性突破;将进一步开发物质内潜在的信息和结构潜力,使单位体积物质储存和处理信息的能力提高百万倍以上。作为纳米科技重要组成部分的分子组装技术,单原子、分子测控科学与技术,就是面向21世纪高科技发展的技术基础之一,将是21世纪信息科学发展的关键技术。
空间技术是探索、开发和利用太空以及地球以外天体的高度综合性的现代科学技术。它以基础科学和技术科学为基础,集中应用了力学、热学、材料学、医学、电子技术、自动控制、喷气推进、计算机、真空技术、制造工艺等多项现代科学技术新成就。而力学、热学、电子技术等就是物理学的分支学科,自动控制、计算机、喷气推进,真空技术等也都与物理学直接密切相关。
海洋开发技术是以大海及其资源为开发、利用对象的综合性现代科学技术群。在对海洋资源的开发、利用中所形成的诸如海水淡化技术、海水提取稀有化学元素技术、海洋能发电技术、深海底锰结核开采技术等,也都与物理学的知识如力学、热学、电学、声学、电子技术等密切相关。例如,海洋中的底质、地层、地貌、测探、定位、目标探测、识别、通信、导航、遥控、内波、寻找油气、开发矿产、海洋内部及海底的遥感等一系列问题,都广泛地应用到声学技术。
另外,战争对人类社会的影响极大。海湾战争的事实表明,现代战场已经成为高科技武器的竞技场。展望未来,将会有更多的高科技武器投入战场。除核武器外,目前世界各国正在研制、试验并进展较快、有希望投入实用的高科技未来武器有激光武器、微波波束武器、粒子束武器、电磁炮和次声武器等,还有军用隐形技术、夜视技术等等。这些都是以基本的物理学理论为依托的。所以物理学对未来战争将产生极其重要的影响。
总之,物理学是当今高新技术的水之源、木之本。物理学在未来高新技术发展中将继续发挥基础、主导作用,并对整个人类社会产生重要影响。
3 、 物理学是各种高科技人才科学素质的基本要素
由物理学的基础性、带动性以及它和人类文化的深刻联系决定了它应是各类高科技人才的科学素质中的极其重要的基本要素。
(1)物理学是形成高科技人才的优化知识结构的重要基础
物理学是一门重要的基础科学,是整个自然科学的基础,是推动整个自然科学发展的最重要的动力,是当代及未来技术发展的最主要的源泉。因此,物理学的知识对于一切高科技人才都是不可缺少的,是形成他们的知识结构的重要基础。缺乏物理学的知识,就无法形成高科技人才的优化的知识结构,培养跨世纪的高科技人才就只能是一句空话。
(2)学习物理学,有助于研究正确的物质观、时空观、宇宙观
物理学是研究宇宙物质的基本组元及其基本相互作用、基本运动规律的学科,具有深沉博大的哲学气度,它的发展,对人类物质观、时空观、宇宙观的形成产生了极其深刻的影响。从一定意义上说,当今人类的物质观、时空观、宇宙观,就是在物理学的基础上,随着物理学的发展而逐步形成的。因此,物理学对人们树立正确的物质观、时空观、宇宙观具有极其重要的作用。而正确的哲学观点,对一切科学研究都具有重要的指导作用。正如爱因斯坦所说:“如果把哲学理解为在最普遍和最广泛的形式中对知识的追求,那么,显然,哲学就可被认为是全部科学研究之母”。〔(9)〕
(3)物理学可为科学研究提供思维方式和研究方法
物理学作为一门发展最早、基础性最强、影响最大的学科,在发展过程中形成了一系列思维方式及研究方法,诸如求同性、简单性的思维方式,观察实验方法、理想化方法、类比方法、假说方法、数学方法等等。它们对其他学科的发展起到了重要作用,并逐步成为自然科学研究中普遍应用的方法。例如,物理学家的求同性、简单性思维方式和理想化方法引入生物学,打破了生物学家固有的思维定势,使他们能够从纷繁无比的生命世界中,敏锐地挑出噬菌体——类似于物理学中的质点——作为研究对象,从而开辟了分子生物学这一崭新的研究领域。同时,物理学研究中的精密定量的实验方法和数学方法,对从根本上改变生物学研究中的流于空洞思辨的哲学味,克服在构造和测试概念模型时的模糊性,使生物学的研究从模糊的经验论转变为精确的科学,产生了重要影响。
另外,物理学本身所反映出来的崇尚理性、崇尚实践和不畏艰险、追求真理的精神,对任何一位科研人员都是必须的,是其科学素养的重要组成部分。
总之,物理学对各类高科技人才的优化知识结构的形成及良好科学素质的培养都具有重要作用。
综上所述,物理学在21世纪将仍是整个科学技术领域中的一个带头学科,物理学的进展仍将是推动整个自然科学发展的一个最重要的动力。确立这一观点,对我国的科技和教育事业的发展,对“科教兴国”战略的实施,都将具有重要的意义。