光学光电子概念(6篇)
时间：2024-07-01
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尼尔斯・玻尔：如果谁在第一次学习量子概念时，不觉得糊涂，那么，他就一点也没有懂。
1“紫外灾难”引爆“量子革命”
灼热的物体会发热、发光。发热也好、发光也好，都是在发射电磁辐射，热辐射中包含很多红外辐射，即比红色光波长更长的辐射。红外取暖器就是利用这样的辐射。可见光，红橙黄绿青蓝紫；红色波长最长、频率最低；紫光波长最短、频率最高；比紫光波长再短的光，就是紫外光，再短就到X光、γ光。
灼热物体发热、发光所发出的辐射中包含有多种波长。那么，辐射的能量大小与辐射的波长有什么关系呢？例如，发出的红外、红光、紫外，其波长各不相同，哪一种波长的辐射所含有的能量更高一点呢？这是上一世纪即将结束时，科学家最关心的问题之一。当时有两位科学家，按经典理论导出的公式很好地解释了长波辐射与能量的关系，到了短波部分却出现了“紫外灾难”，即波长越短、频率越高、能量越大。那么，紫外线波长最短，所含能量就最多，即辐射能量都被紫外光分走了，显然与实验事实不符。经典物理出现了灾难性的后果，令人赞美不绝的、甚至被某些人认为已完美无缺的经典物理大厦的上空出现了令人不安的乌云。
1900年10月19日，普朗克凭借他丰富的经验凑出的一个公式，与最好的实验结果相比，符合得几乎天衣无缝！普朗克在喜出望外之时，下决心寻找此公式的理论根据。经过两个月的日夜奋斗，终于在12月14日从理论上导出了这一公式，先决条件是假定灼热物体吸收或发射辐射的能量必须是不连续的，即能量E=nhν，其中n必须是整数，即1,2,3；ν是辐射的频率，h是常数，后被称为普朗克常数,它是能量最小化的量度，即分立性的量度。能量大小只能是一个hν、两个hν…，而不能是半个或一个半hν…。量子的概念由此诞生，但是它与经典物理连续、平滑的概念相冲突，很难为人们所接受，连普朗克自己都不相信。他只好说，去商店内买黄油，只能一块一块买，但回来后可由你任意切割。量子概念的深刻含义及其给20世纪科技带来的革命风暴，那时尚无人能够预料与理解。
过了五年，爱因斯坦登场。在1905年，爱因斯坦不仅发表了相对论，而且用量子论解释了1887年赫兹就已观察到的、经典物理无法理解的光电效应。在观念上，爱因斯坦比普朗克进了一步：不仅认为物体吸收、发射辐射时，能量是一份一份的，而且，辐射本身是量子化的。黄油不仅是一块一块包装，而且，从本质上是切不开的。爱因斯坦依据光的量子说解释了光电效应，其理论的一系列预告被1912年里查德的实验完全证实，即使如此，爱因斯坦对光量子的深邃眼光不被物理学界所接受。例如，在1913年，当普朗克、能斯特（W.H.Nernst）、鲁本斯（HeinrichRubens）、瓦尔堡(O.H.Warburg)联合提名爱因斯坦为普鲁斯科学院院士时，在推荐书上说：
“我们可以说，几乎没有一个现代物理学的重要问题是爱因斯坦没有做过巨大贡献的。当然他有时在创新思维中会迷失方向，例如，他对光量子的假设。”
但是爱因斯坦不理这些嘲笑，继续向前迈进。在1916年，他确定了光量子的动量。同年，密立根的实验证实了爱因斯坦的光量子公式，并计算出普朗克常数。1921年爱因斯坦因解释光电效应获诺贝尔物理学奖（领奖是在1922年）。然而，对光量子概念的广泛接受，是在1924年爱因斯坦对康普顿效应的划时代的认识。
在1922年与爱因斯坦同时领诺贝尔奖的还有获当年物理奖的丹麦物理学家尼尔斯・玻尔。他在1913年一连发表三篇文章，把量子观念引入原子。正像英国喜剧作家吉尔伯特(W.S.Gilbert,1836-1911)的喜剧《爱奥兰茜》中的大法官，在“仙女嫁凡人者死”中加了一个“不”：“仙女不嫁凡人者死”，摆脱了仙女与凡人相恋而引起的困难。尼尔斯・玻尔在经典物理支柱之一麦克斯韦经典电磁理论(“绕一个原子核旋转的各个电子会辐射其能量并沿螺旋线缩进原子核”，因此，原子无法稳定存在)中加了一个“不”字。玻尔大胆提出“…电子不会辐射…”！从而解脱了他的导师卢瑟福的模型(原子中电子绕中心核运动)的困难，使原子能稳定存在。玻尔把当时人们持极大怀疑的普朗克、爱因斯坦的量子化和当时无人承认的卢瑟福的模型，与表面上毫不相干的、当时属于化学范畴的光谱实验巧妙地结合了起来，解释了近30年之谜――巴尔末氢光谱公式，即氢光谱不是连续谱，而是分立谱，正好与量子化相对应。玻尔理论不仅得到了光谱实验室的支持，而且还为与光谱完全独立的夫兰克赫芝实验所证明，即实验中电子与原子相碰撞，电子的能量只能一份一份地被吸收，半份能量被原子所拒收，从而使量子概念有了可靠的实验依据。玻尔获得了1922年诺贝尔物理学奖。
为庆祝玻尔的成就，在玻尔获奖一年后，世界物理中心之一的德国哥庭根举行了玻尔节，请玻尔发表演讲。在听众中有一位年仅20岁的大二学生，维尔纳・海森堡，他随导师索末菲来到演讲厅，一方面，他体验到了大师的演讲“每个字句都经过推敲，而且背后隐藏着深邃的思索”，另一方面，他真是初生牛犊不怕虎，面对物理大师，居然敢于提问，而且是极具挑战性的问题。玻尔立刻感到问题击中要害，而且还包含一种不寻常的概念。会后他邀请海森堡外出散步，作了颇为深入的讨论。后来，海森堡不止一次地说，这是他一生中最为重要的散步，决定他命运的散步――“我的科学生涯从这次散步开始”。不久，玻尔邀请海森堡去哥本哈根工作一段时间，并让他住在哥本哈根大学理论物理研究所(1965年改名为玻尔研究所)的阁楼上，而玻尔一家当时也住在旁边的一座小楼内。玻尔不仅在研究所内经常与海森堡等一批年轻人讨论，而且还与海森堡在他可爱的祖国――丹麦，作了三天徒步旅行。海森堡学到了物理学，他理解了玻尔的爱国主义精神，玻尔的精神气质。由此，诞生了海森堡的名言：科学扎根于讨论。在海森堡与玻尔相遇后10年，他因“创建量子力学”而一人获1932年诺贝尔物理学奖。普朗克、爱因斯坦、玻尔的量子论，经过海森堡、泡利、薛定谔、狄拉克、玻恩等一批科学家的努力，终于发展成一门比较成熟的学科：量子力学。
尽管人们对量子力学的涵义还有争论，但是量子学说的革命性概念处处取得成功，量子力学在实际中得到了巨大应用，战无不胜。半导体、激光、超导无一不与量子论有关，现在甚至有人在谈论“量子计算机时代”就快要到来。1988年的诺贝尔物理学奖得主李特曼估计，当今世界国民经济总值中25%来自与量子现象有关的技术。
2敢于向世界说“不”
百年前发生的量子革命是激动人心的，那一段时期发生的故事可以说是百听不厌，它们给我们的启示则是既深刻又不断发人深省。
普朗克之所以能解决“紫外灾难”，是靠深厚而又广博的基础，他通晓物理学每个领域的基本知识。但他在当时毕竟已属老年辈了(42岁)，新的量子概念与他熟知的经典物理是如此格格不入，致使他难以接受。普朗克在以后的十几年内总是想把量子概念纳入经典轨道，甚至对爱因斯坦的光量子说，他也批评为“迷失了方向”。
爱因斯坦(1905年时26岁)、玻尔(1913年时28岁)，正处于风华正茂的年代，他们举起了创新旗帜，带领海森堡等一批年青人向旧世界宣战。他们都是敢于向旧世界说“不”的人！
不管普朗克愿意不愿意，他被实验事实逼上梁山，“孤注一掷”地提出，能量是不连续的；爱因斯坦深化了这个不字，而且在相对论里又说了一个不：光速是不变的；玻尔则说，在微观世界里，绕核运动的电子是不辐射的；海森堡更提出了量子力学中最关键的一个关系式“不确定关系式”，以一个“不”字与基于完全确定论的经典物理彻底决裂。
不过，所有这些“不”都不是无中生有，而是有坚强的实验事实为依据。“科学靠两条腿走路，一是理论，一是实验，有时一条腿走在前面，有时另一条腿走在前面。但只有使用两条腿，才能前进。在实验过程中寻找新的关系，上升为理论，然后再在实践中加以检验”(密立根，1923年获得诺贝尔物理学奖时的演说)。
正是靠了黑体辐射实验、光电效应实验、原子光谱实验、夫兰克赫兹实验……，一连串的“不”字才能响彻云霄。
“不”字是一个否定词。但是百年前开始的物理革命风暴并非否定一切。牛顿力学、麦克斯韦电磁理论，作为19世纪的伟大科学成果，仍然是当今科技世界的理论支柱，卫星上天、宇宙飞行、电气世界，都以它们为基础。只是当人们的探索范围深入到微观世界时，主宰分子、原子、粒子运动规律的是量子力量，描述高速(接近于光速)运动物体规律的是相对论。李政道、杨振宁提出“宇称不守恒”，只是指发生在弱相互作用范围的宇称不再守恒。创新是在已有基础上的创新，有旧，才有新。
要创新，必须有适合新事物成长的肥沃土壤。玻尔的贡献不仅在物理学，还在于他创造了一个和谐的、有利于创新的环境。在他成名以后，英、美、德的邀请源源而来，但是他立志在不到500万人口的祖国大地上创建世界物理中心。丹麦原先连物理学教授的位置都没有，在1916年才为玻尔专设了一个物理学教授的位置。在1921年，在玻尔的努力下，哥本哈根大学理论物理研究所成立，它很快就成为了世界三大理论物理学的中心之一。在研究所里，既有22岁当讲师、27岁当教授、31岁获得诺贝尔奖的海森堡和作为“上帝的鞭子”、不断指出他人论文中缺陷的泡利(1945年获诺贝尔奖)，又有开玩笑不讲分寸的朗道(1962年获诺贝尔奖)，以及“几乎把画漫画、写打油诗作为主要职业，而把物理学变成副业”的伽莫夫(放射性衰变理论创造者之一)。
研究所很快成了“物理学界的朝拜圣地”，这个圣地的中心人物当然是玻尔。他事业心极强，日以继夜地工作，但又幽默好客，不摆架子；他爱才如命，到处物色有希望的青年人来所工作；他积极提倡国际合作，以致被人誉为“科学国际化之父”。
哥本哈根的气氛使人感到繁忙、激动、活泼、欢乐、无拘无束、和蔼可亲。哥本哈根精神随着量子力学的诞生而诞生，并成了物理学界最宝贵的精神财富。
3天空中又出现了乌云
21世纪的钟声已经敲响，当我们回首时，经典物理大厦已经屹立了整整一百多年了，现在依然宏伟壮观。随着经典大厦顶上的乌云的消失，更为金碧辉煌的、至今仍相当神秘的量子大厦已经建成。那么，有没有第三座大厦？它又会是怎么样的大厦？为对此有所回答，让我们先看看已在量子大厦上空出现的乌云。
人们对物质结构的认识，从分子、原子深入到原子核，再到中子、质子，进一步又深入到夸克，即分子由原子所组成，原子由原子核与电子所组成，原子核由中子与质子所组成，中子、质子由夸克所组成。随着1995年找到了最后一个夸克――顶夸克存在的依据，2000年找到了最后一个轻子(与τ子相联的中微子)，构成了物质的基本框架，六个夸克(上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克)和六个轻子(电子、μ子、τ子以及与它们相联的三个中微子)，总算在21世纪来临前夕团圆相聚。可是谁也没有直接看到孤立的夸克，它们总是成对、成堆地存在，永不分离！这是为什么？
物理学中的对称原理，正受到一个又一个挑战，理论越来越对称，而实验越来越多地发现不对称。不对称倒成了普遍规律！这又是为什么？
抬头望明月、看星星，越来越好看。从伽利略发明的望远镜，到今天各类天文望远镜、射电望远镜，从地上望远镜到天上望远镜，从可见光看到X射线、γ射线。但看来看去只看到了茫茫宇宙的4%，而96%都是看不见的暗物质、暗能量。2007年5月15日美国宇航局报告说，一个天文学家小组利用哈勃望远镜，探测到了位于遥远星系团中呈环形分布的的暗物质。这是迄今为止能证明暗物质存在的最有力的证据。它们是什么？它们也是我们熟知的分子、原子、夸克、粒子吗？看来都不像。
20世纪初人们不理解光芒万丈照大地的太阳何以会光耀夺目？其能量从何而来？感谢相对论、感谢量子论，使我们对太阳能的来源了解得一清二楚。但是，今天我们已经知道，在那遥远的地方还有比太阳的能量大千万亿倍的星球(所谓类星体)，它一直在发光，这样巨大的能量又从哪里来？是哪种能量在发威？看来，用现有的知识无法回答这些世纪难题。量子大厦的高空已升起了朵朵乌云。
【关键词】物理教学；科学方法教育；学生；自主学习；效率
培养学生的科学素质，是进行物理教学改革，促进物理教学质量提高的一项重要课题。物理教学中，加强科学方法的教育不仅可以使学生正确理解物理概念、掌握物理规律，而且能使学生通过运用物理概念和规律的掌握，逐步树立科学的世界观，掌握科学的物理方法解决实际问题，从而在提高智能水平的基础上提升科学素质。在目前的物理教学中，由于仍然存在着“重知识传授，轻方法教育”的倾向，结果导致知识掩盖了方法，科学方法的能力价值大大丢失。教学只注重学生对知识的接受、理解和应用，教学原则和教学环节的设置主要是为了保证学生能通过最短的过程，以最快的速度获得知识。因此，知识获得的过程被教师高度浓缩，学生不必进行积极的思维活动就可以获得有关知识，更不必独立地运用科学方法进行探索。久而久之，形成学生只关心知识，而不关心自己的思维方法的不良习惯。如何实现这种改变，就需要我们教师在物理教学中注重科学方法的教育培养。
一、结合概念、规律的学习，让学生认识科学方法
一个物理概念的建立，一定有与之对应的科学方法的产生，甚至某些概念本身就是科学方法，我们要抓住概念建立所使用的科学方法教育。例如：质点、刚体、理想气体、等压过程、卢瑟福原子模型、波尔氢原子模型等概念的建立，都使用了模型化的方法。在进行这些概念的教学时，既要使学生明白模型的概念，又要让学生知道建立模型的原因以及建立模型的过程。在力学教学中结合质点、刚体概念的教学，介绍实物模型的条件性；在热学教学中结合绝热过程、等压过程等介绍过程模型；在原子物理教学学中结合原子的“葡萄干蛋糕模型”、“有核行星模型”、“波尔氢原子模型”介绍内心的流动性等等。这样就能使学生对模型化方法有较为全面、深刻的认识。一个物理规律的形成，也必将有与之对应的科学方法的产生和应用，要结合规律讲解、使用和说明科学方法。例如类比法是一种很富有创造性的逻辑思维方法，会更新根据声音的反射和折射等现象，推断光具有波动性；可以认识到万有引力与静电力的相似性，应用类比的方法进行研究与探索，得出了电荷间相互作用力的平方反比律；德布罗意把光子同物质粒子进行类比，提出了物质微粒具有波动性质的预言。在物理教学中用物理学家使用过的类比方法来讲解这些规律，不仅使内容易被学生理解，而且能使学生体会到物理学家的思维方法。
二、通过变换式的习题解答，训练学生掌握科学方法
解题是教学的重要环节。通过解题训练，能够对学生进行多种科学方法的训练，如“一题多解”、“一题多变”、“多提归一”等，是训练学生掌握科学思维方法的有效方式。例如，有一个凸透镜的焦距为15cm，位于主光轴的一个光源距透镜20cm，求像点位置。这是一道简单常见的光学题，把它进行如下变换改造：变换1：若使点光源在竖直平面内沿垂直主光轴方向做振幅为2cm的简谐振动，则像点的振幅为多少？变换2：若使透镜在竖直平面内沿垂注光轴方向做简谐振动，已知像点的振幅为12cm，那么透镜的振幅为多少？变换3：若用黑纸将透镜遮去一半，点光源所称的像有什么变化？变换4：若将透镜从光心处垂直侧面切成两半，其成像情况怎么样？在这道题的解析过程中，变换1要求学生从定向思维过渡到发散思维；变换2要求学生从正向思维过渡到逆向思维；变换3和变换4则要求学生借助形象思维过渡到到抽象思维。教学实践证明，习题变换和思维训练，不仅可以使学生加深对物理概念、规律的理解，而且也是训练学生掌握科学的运用方法，提高思维的灵活性和思维的深刻性的一条有效途径。
三、通过设计物理实验，引导学生运用科学方法
实验室物理学的基础，是认识物理运动的基本途径，物理实验的设计、操作和结果的分析处理无不渗透着科学方法，在各类实验中，设计性实验是训练科学方法的最高层次。所谓设计性实验就是教师给出实验课题，提出实验要求，实验室提供实验器材，由学生自己查阅有关资料，确定实验方案，选择仪器，自拟实验步骤，完成测量任务，最后写出实验报告。设计性实验的核心是设计、选择实验方案。中学物理中的设计性实验，一般是根据学校提供（或限定使用）的器材、实验要求，选择实验方法和测量方法，选择合适的测量条件。例如：测电源电动势和内电阻的实验，实验室提供电源、电压表、电流表、电流计、电阻、导线、开关等器材，学生根据已学知识——全电路欧姆定律——确定实验方案，选择器材，连接电路，完成测量并填写实验报告。由于电压表与电流表在接入电路中的接法的不同，将影响实验结果，学生必须判断结果影响的最小的电路，即根据电压表、电流表的内阻大小选择合理的接法。设计这样的实验，要用到好几种科学方法：如转化法、类比法、等效法和近似法等。学生通过直接应用，不仅能加深对科学方法的认识和理解，而且能提高思维创新能力，更重要的是培养了创新精神。
一、深抓概念教学,打好坚实基础
物理概念教学是教学活动中的重要环节,忽视概念教学,只讲不练，或练的不够，是导致概念题错误的主要原因。
例1:交流电的有效值:
A.是根据电流的热效应规定的;
B.是最大值的一半;
C.可以表示任意时刻交流电的大小;
D.是最大值的倍。
此题考查对交流电有效值的理解,并涉及数值的记忆。本题应选A，但考试时选B、C、D的不少。存在的明显问题是对有效值的物理意义没有理解,对"有效"在这里指什么而言没有掌握,错选C项。其次对有效值与最大值的关糸记混,而错选B、D项。特别是对题中"最大"字意没有弄准,认为有效值比最大值还大,可见审题也不够严谨。对于这些问题,在教学中教师应在讲清有效值和最大值的物理含义后,配以相应的习题,以助理解,而不能死记数量关系。
二、加强实验教学,切忌"纸上谈兵"
物理学是以实验为基础的科学。搞好实验教学,将有助于学生认识和理解物理概念。应付实验或"纸上谈兵",缺乏条理训练,特别是缺少基本技能训练,都是不可取的。
例2:用伏安法测量电阻,待测电阻的阻值大约为15Ω,所用的电流表的内阻是20Ω,电压表的内阻是3000Ω。如图所示的两个测量电路,应该选:
A.甲电路,但测量值偏大;
B.甲电路,但测量值偏小;
C.乙电路,但测量值偏小;
D.乙电路,但测量值偏大。
本题考查实验原理的上一个具体应用和误差分析。须根据欧姆定律I=U/R,分析图甲中电压表的分流和图乙中电流表的分压对测量值的影响,从中得出测量值与真实值大小关糸,还须根据待测电阻与电流表内阻的差异、待测电阻与电压表内阻的差异,分析由于图甲中电压表分流和图乙中电流表分压所产生的误差,从而确定本题答案为B。但会考时,许多学生并没有选择B,分析原因,一是忽略了电压表、电流表分流作用和分压作用,二是不会运用欧姆定律分析误差,三是用测量值代换基本公式中有关量时,推导过程不仔细,这些都反映出学生分析和解决具体实验问题的能力还较差。提高它的关键是在教师做好实验技能示范的基础上,切实让学生做好每个实验,认真分析每个实验现象和所得的结论,不马虎了事,不走过场。
三、加强形象思维训练,既动手又动脑
作图题在会考中经常出现,对这类题,许多学生往往不知所错,暴露出在平时教学中,缺少足够的形象思维训练,图形与物理规律不能很好的结合起来。
例3:a、b为点光源S经平面镜反射的两条光线。试完成光路图,确定光源S和它的像S′的位置。这是一道根据光传播的有关规律完成光路的作图题。根据调查,得分率很低。是什么原因造成的呢?最突出的问题是:所画光路图中光线箭头及有关角度标识不全,没有显示出光源S和它的像S′的对称性,无法体现反射定律。这些问题不能简单的认为是学生作图不规范和马虎的问题,这是直观图形没有与物理原理挂钩、形与理脱节的问题,也是理论联糸实际的能力问题。教师在这方面应有足够的认识。
四、提高对物理学史的认识,注重方法论教育
物理学史是人类自然科学史的重要组成部分。加强对物理史实的认识,是对学生进行科学方法教育、唯物主义思想教育的重要步骤。在教学中,教师应启发学生循序渐进,逐步认识。
例4:卢瑟福在原子科学研究中的贡献是:
A.发现了电子,并证明原子具有复杂的结构;
B.根据α粒子的散射实验,建立了原子核式结构学说;
C.用α粒子轰击氮核,发现了质子;
D.用α粒子轰击铍核,发现了中子。
答：所有的光都具有波粒二相性。在2012年11月出版的《科学》杂志中，英国布里斯托大学的物理学家阿尔贝托·佩鲁佐利用光子分离器使一个光子纠缠另一个光子，通过对第二
个光子的检测，证实了光子同时表现出波和粒子的特性。
第二个问题：从经典角度讲，任何粒子，只要它有一定的动能，都有一定的穿透力射出的子弹在一定射程内能击穿木板，相反，“强弩之末，势不能穿鲁缟”。这些现象用高中的“压强”概念就可以解释。光也是一种粒子，非静止的光子的确具有动能和光压。
但是，光和物质的作用，一般是从光子（或电磁波）与电子、原子、分子作用的角度来考虑的，比如可见光能穿透厚厚的玻璃，但不能透过一块薄薄的黑布。这种差别显然无法从“子弹穿木板”的角度来解释。这里要考虑的是光子被吸收的多少，即光子“消逝”的多少。能穿透玻璃，是因为被吸收的光子很少。光子是粒子的，但是玻璃的微观结构是很稀疏的、间距很大的格点阵列，对光子的吸收很有限。
要进一步理解这个问题，需要理解光子是一种能量量子化的概念，它的行为要用量子力学来描述，而不能用经典图像来看待。比如，它是什么形状？体积有多大？等等。
量子力学中，用波函数来描述光子这样的微观粒子比较好，波函数模的平方就是光子出现概率高的地方。在真空中，波函数模的平方在一条直线上出现极大值，所以真空中光沿直线传播。在介质（如玻璃）中，光子的能量被介质原子（离子、分子等）吸收，同时，介质原子（离子、分子等）跃迁到高能级上，它有一定概率再释放光子，整个过程是个动态平衡的过程，总的效果是波函数模的平方在穿透玻璃的地方出现极大值。光子跑到了玻璃的另一面，也就是说，光子穿透玻璃。同时，如果了解量子电动力学的方程后，会发现波函数模的平方极大值出现的地方与几何光学（折射定律、反射定律等）相一致。
【关键词】高中物理核心概念学习方法研究
【中图分类号】G632【文献标识码】A【文章编号】1674-4810（2013）35-0127-01
一高中物理核心概念学习的重要性
1.能完善高中生的知识结构
高中物理的核心概念是高中物理知识的高度概括与抽象总结。在初中的物理知识中，往往是对实验现象的认识和对知识的表象认识。在进入高中物理的学习阶段后，学生需要更多地摆脱表象认识，试着从原理的角度来认识和解决问题。对高中物理核心概念的学习，能丰富和完善高中生的知识结构，提高自己认知和解决问题的能力。
2.能加强各个知识点的联系，强化学习效果
我们知道，高中物理有力学、电学等核心知识点。在传统的学习中，不注重对核心概念的学习，往往造成学生各个知识点的学习是割裂的，没有一定的内在逻辑。通过对核心概念的学习，学生能把一个知识点的学习体验来迁移到另一个知识点上，往往能起到事半功倍的效果，能使学生在已有的理解的基础上支持后来的学习。
二高中物理核心概念学习方法探讨
1.核心概念的简介与梳理
“运动”是力学的重要概念。在这一节中，有两个重要的知识点，首先是位移这一概念和初中时学的不是同一个概念，这是第一个要注意的点。第二个重要的点是加速度概念的引入。“机械能守恒”主要在于介绍动能、势能及其之间的转化。通过机械能守恒，我们可以引入到“动量守恒”。这也就是文中提到过的，让学生通过对核心概念的学习，可以把各个知识点联系起来，因为这些知识点本身就不是割裂的，而是有着自身的内在逻辑关系。
在电学的一系列概念中，有四个是比较核心的概念，分别是静电场、恒定电流、电磁波、磁场，因为这四个概念是贯穿在其他概念中的，如果能深入理解这四个核心概念，才能为其他概念的学习打下坚实的基础。在“分子动理论”这一章节中，我们可以发现，不管是“热力学定律”还是物体的三大形态之间的转化，都与“分子动理论”有着内在联系，因而我们把“分子动理论”作为这一章节的核心概念来学习，通过这一概念的深入理解，可以更好地理解为什么物体的形态在一定条件下可以转化等神奇的自然现象。在光学的学习中，我们把“几何光学初步”和“物理光学初步”作为两个核心概念来学习。因为不管是光的折射，还是光的偏振和光的色散都和这两个概念有关。
其他的核心概念还有原子的结构、原子的变化、波粒二象性和相对论这几个概念。这些核心在它们所属的章节中，都是核心概念，此处不再赘述。
2.核心概述的学习方法探讨
在总结的11个核心概念中，在五大领域的分布如下：力学2个、电学2个、热学2个、光学2个、近代物理3个。接下来，我们主要谈谈这些核心概念的学习问题。
第一，以“能量守恒”的学习为例。在“能量守恒”这一概念的学习中，学生要注意知识的前后衔接。我们知道，在小学和初中，我们对“能量”这一概念有所认识。小学生对能量的理解是肤浅的，如电能发光、热能传递，这种表象化的理解是我们在小学阶段对“能量”的主要理解。在初中阶段，我们对“能量”的理解有所深化，但是在初中阶段并没有引入“分子动能”这一概念的理解，所以也不能真正理解能量。
进入高中阶段后，对能量的理解，要更多的和能量的定量、守恒这些性质联系起来，自觉地对能量守恒这一概念进行前后衔接的深入理解。此外，教师可以介绍原子能与其他能量的转化、核能产生的具体机制及其转化，电势能与其他能量的转化、定量掌握各种机械能之间的转化和机械能守恒等能量守恒的形式，帮助学生对“能量守恒”这一概念深入理解。
第二，教师对学生概念性的引导。通过上文我们以“能量守恒”这一核心概念的学习为例，我们发现，在核心概念的学习中，教师起着很大的作用，这种作用体现在概念性的引导方面，体现在知识扩展的引入方面。老师们不用担心过多概念的引入会加重学生的学习负担。因为知识有着系统性的特点，单一概念的学习反而会引起学习效果不佳，而旁及概念的引入，多概念会更好地帮助学生学习、理解高中物理中的核心概念。
第三，学生自觉地衔接前后对概念的理解。通过我们对“能量守恒”这一核心概念具体学习方法的介绍，我们发现，学生自觉地衔接小学和初中对某一概念的理解，能不断地丰富自己的知识体系，强化对现阶段的物理知识的理解。
三结束语
通过对高中物理核心概念的界定，可以发现，这些核心概念贯彻了整个高中物理的学习过程。在对这些核心概念的学习方面，一方面老师要做到概念性的引导和拓展，同时，学生更要在对核心概念的学习中发挥自己的主体作用。常言道：教学相长，通过核心概念的教学，教师本身也在不断地丰富自己对高中物理核心概念的理解。
参考文献
[1]范增.我国高中物理核心概念及其学习进阶研究[D].西南大学，2013
关键词：有效教学;新课导入;教学方法;激发兴趣
良好的开端是成功的一半。新课的导入对学生的学习起着定向的作用：能使学生明确学习的目标，激发起学生的学习动机，还为学习新的知识做好必要的知识准备和心理准备。因此教师应在深入研究新课标、新教材及了解学生的基础上，根据不同的物理课题和有关的条件，本着导入环节的目的性、针对性、直观性、启发性和趣味性的要求，在新颖别致、妙趣横生的气氛中导入新课。这对提高课堂教学的实效性有着十分重要的作用。
一、问题引入法
亚里士多德说：“思维自疑问和惊奇开始”。教师对新内容有关的知识，精心设计出问题，激发学生求知的欲望，自然地引入新课是常用的方法。
例如：在平抛运动教学前，可提出问题：一架水平飞行的运输机，怎样把救援物资投向指定地点？是在指定地点的正上方法投下，还是在离指定地点有一段水平距离时投下？在斜抛运动教学前，可提出问题：在比赛场上，运动员怎样投掷才能取得最佳成绩？是不是投掷的力越大，速度越大，投掷的距离就越大？在讲电磁感应时，可由导体周围存在磁场引出问题：那么磁能否生电？磁怎样才能生电？精练的几句话，把学生引入新知识的天地，学生容易接受，同时，也为区别“电生磁”的知识埋下伏笔;
问题导入法容易操作，但应注意所提问题应与生产、生活实际紧密联系;而问题的呈现方式也应根据课堂和学生的实际来适当调整。而不能纯粹是“为问而问”。例如：上述例子中，问学生如何投救援物资可制作好课件，让学生来操作练习投放救援物资。利用学生爱玩的天性以及好胜的心理，激发学生学习的兴趣。
二、实验法
大多数物理概念的教学方法是通过实验演示，让学生透过现象，剖析揭示其本质而引入新概念的，学生易于进入教学情境，形成鲜明的印象，从而强化了学生对概念的理解和记忆。
例如，在引入弹力的概念时，先演示小车受拉伸或压缩弹簧的作用而运动，说明弹簧在恢复形变时要对使之形变的物体产生力的作用;再演示弯曲的弹性钢片能将粉笔头推出去，总结得出物体恢复形变时要对使之形变的物体产生力的作用，进而得出弹力概念。又如，在讲述超重与失重时，让学生在弹簧秤下挂上钩码，静止时在指针下卡一块小纸片并记下示数，当提着弹簧秤加速上升时指针会把小纸片推到下方，此时发现弹簧秤示数增大了，从而给出超重的概念;同样，在观察弹簧秤加速下降时其读数减小的现象后，建立失重概念。通过实验演示的直观教学，有助于学生在头脑中形成新概念的情境，而留下深刻的印象。
三、类比法
类比是从事科学研究最普遍的方法之一，对科学的发展具有重要的作用。在物理学中，有不少的概念是用类比推理方法得出的。因此，针对这类物理概念的教学，其最佳方法就是用类比法进行引入教学。只有这样，可以使学生借类比事物为“桥”，从形象思维顺利过渡到抽象思维，从而深刻理解和牢固掌握新概念。
例如，与重力势能类比，引入电势能的概念;与电场强度概念的建立方法类比，引入建立磁感应强度的概念;将电流类比于水流，建立电流概念;将电压类比于水压，建立电压概念;把交流电相与相差的概念同简谐振动做适当的类比，建立交流电的相与相差的概念;把电磁振荡类比于弹簧振子或单摆，把电谐振类比于机械振动中的共振现象，建立电磁振荡概念等等。
四、设疑法
设疑如同悬念能引起学生积极的思维活动，经过学生积极思维之后得到的概念能经久不忘。在概念教学中设置疑难能更好地为概念引入创设思维情境，这是引入物理概念的一种好方法。
例如，引入全反射概念时，将一束光线从光密媒质（水或玻璃）中斜射到光疏媒质（空气），然后慢慢地增大入射角，当入射角增大到一定程度时，为什么折射光线不存在了呢？反射光的强度为什么加强了呢？学生都希望自己能找到一句准确的语言来表达这一现象。在学生分析疑问的基础上，引号学生抓住本质给出全反射的定义，能使学生牢固地掌握了全反射的概念。
五、激趣法
心理学家认为：一旦学生对学习产生了浓厚的兴趣，那便会自觉地集中注意力，全神贯注地去探索新知识。物理学是一门以实验为基础的科学，其研究对象是丰富多彩的自然界中物体运动与变化现象。因此，在物理教学中引入概念时应注意结合有趣的物理现象进行讲述去吸引学生，有助于学生对概念的了解，并激发出浓厚的学习兴趣，这是值得注意采纳的方法。
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