時間：2023-03-17 18:00:18
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論文關鍵詞：利用歌訣復習物理實驗
物理學是一門實驗科學。物理實驗為理性認識提供了發(fā)現物理規(guī)律所需的感性材料、檢驗物理理論和假說的正確依據、開拓了物理學應用的新領域。在新課標高考中實驗考查占有的比例逐年增加，與傳統(tǒng)考查相比有下列趨勢：①從機械記憶實驗轉向分析理解實驗、理解物理實驗原理轉變。②從既定的學生分組實驗轉向變化的創(chuàng)新實驗。既定的學生分組實驗已經從高考試題中逐漸退出，取而代之的是學生尚未接觸過的實驗，而與學生做過的實驗有著聯系的實用性、創(chuàng)新性實驗。從考查內容上看呈現如下特點：①實驗的基本原理和思想方法是考查的核心內容。②實驗數據處理是實驗的重要環(huán)節(jié)，也是高考的重要方面。③基本儀器的使用是高考的熱點。④實驗的實際操作是考查的重點。⑤設計性實驗是考查的難點。面對這些方面，學生感到慌亂，沒有行之有效的復習方法cssci期刊目錄。結合實際我采取了利用歌訣復習物理實驗，收到了較好的效果。
在復習《驗證牛頓第二定律》時，利用了這樣的歌訣：控制變量法，驗證牛二律；實驗第一步，平衡摩擦力；合力等于盤碼重，必須滿足關系式（m?M）; 驗證aM成反比，注意選好坐標系。這一歌訣的第一句“控制變量法”，說明了本實驗的實驗思想方法，即“控制變量法”；第二句“驗證牛二律”，說明了本實驗的實驗目的，即“驗證牛頓第二定律”；第三四兩句“實驗第一步，平衡摩擦力”，強調了本實驗的注意事項之一，即消除摩擦力對實驗結果的影響；第五六兩句“合力等于盤碼重，必須滿足關系式（m?M）”，說明本實驗中小盤及砝碼的總重力視為小車受到的拉力，必須滿足關系式（m?M）；第七八兩句“驗證aM成反比，注意選好坐標系”，說明本實驗中在處理數據時，aM圖像是曲線，尋找關系不夠明顯，為了解決這一問題，縱軸選a，橫軸選，這樣就可化曲為直，很直觀地發(fā)現a和M的反比關系。利用了這一歌訣，不僅本實驗的實驗目的思想方法、注意事項、數據處理技巧等都進行了復習，而且提高了學生學習興趣，從而使學生在輕松的情況下掌握了本實驗的知識，提高了學習效率。
在復習《測定金屬的電阻率》時，利用了這樣的歌訣：兩個定律把ρ測，測U測I測直徑；測D（直徑）要用測微器，讀數規(guī)則要注意；L測量莫松動初中物理論文，為減誤差A外接；通過電流要適宜，變阻器使用記心中。第一句“兩個定律把ρ測”，兩個定律說明了本實驗的實驗原理，即電阻定律和歐姆定律，把“ρ測”說明了本實驗的目的，即測定金屬的電阻率；第二句“測U測I測直徑”，說明了本實驗需要測量的物理量，即導體兩端的電壓、通過導體的電流以及導體的直徑；第三四兩句“測D（直徑）要用測微器，讀數規(guī)則莫忘記”，強調了本實驗應用的一個重要儀器―螺旋測微器以及螺旋測微器的讀數規(guī)則；第五句“L測量莫松動” 強調測量長度時一要注意是接入電路中的有效長度，二要注意測量時導體不能松動；第六句“為減誤差A外接”，伏安法測電阻，測量電路中電流表有外接法和內接法，本實驗中為了減小誤差測量電路中的電流表要用外接法；第七句“通過電流要適宜”，在用伏安法測量電阻時，通過待測導線的電流不宜過大，通電時間不宜過長，以免金屬導線的溫度明顯升高，造成其電阻率在實驗過程中明顯增大；第八句“變阻器使用記心中”，變阻器接入電路中有分壓式和限流式，在本實驗中，由于待測導線的電阻不大，變阻器接入電路時用限流式。利用了這一歌訣，使學生快速掌握實驗原理、思想、注意事項，提高了學習效率。
除了上述實驗外，其它一些實驗也可以采取這一方法復習。如《驗證力的平行四邊形定則》歌訣：白紙釘在木板處，兩秤同拉有角度，讀數畫線選標度，再用一秤拉同處，作出力的矢量圖。如《研究勻變速直線運動》歌訣：測a要用計時器（打點計時器），速度等于位移時間比，使用刻度尺量位移，打點周期0.02秒，交流電壓4—6伏，利用推論（?s=aT2）求加速度。
利用歌訣復習物理實驗，可以提高學生學習實驗的興趣，提高學生學習效率，但是教師要對學生做好引導，要掌握的是實驗思想、實驗原理、實驗方法及實驗數據處理技巧，結合實驗操作，必能獲得好的效果。
【論文摘要】文章根據農科類大學物理教學的現狀和教學改革的發(fā)展，從教學的幾個環(huán)節(jié)，提出了大學物理教學內容及教學方法改革的幾點想法，提出建議，以促進農科類大學物理在教學內容、教學目的、教學效果等方面得到更好的發(fā)展，實現農科類院校大學物理教學改革的目的。
大學物理是研究物質的基本結構、相互作用和物質最基本最普遍的運動形式及其相互轉化規(guī)律的學科。物理學的研究對象是非常廣泛的，它的基本理論滲透到自然科學的很多領域，應用于生產技術的各個部門，它是自然科學和工程技術的基礎。它包含經典物理、近代物理和物理學在科學技術方面的應用等基本內容，這些內容都是各專業(yè)進一步學習的基礎和今后從事各種工作所需要的必備知識。因此，它是各個專業(yè)學生必修的一門重要基礎課[1]。
在農科類各專業(yè)開設大學物理課的作用，一方面在于為學生較系統(tǒng)地打好必要的物理基礎，另一方面是使學生學會初步的科學的思維和研究問題的方法。這對開闊學生的思路、激發(fā)探索和創(chuàng)新精神、增強適應能力、提高人才的素質都將起到非常重要的作用。同時，也為學生今后在工作中進一步學習新的知識、新的理論、新的技術等產生深遠的影響。
一、大學物理教學現狀分析
21世紀是科學技術飛速發(fā)展的時代，對人才的要求將更高、更全面，這對我們的大學物理教學也提出了更高的要求，必須跟上時代的步伐。但是，目前以農科類大學物理教學為例存在以下問題：
（1）大學物理教材的內容中，以經典物理為主，分為力學、熱學、光學、電磁學和近代物理，內容各自獨立，彼此之間缺乏聯系，沒有形成統(tǒng)一的物理系統(tǒng)。教學內容大部分標題與中學類似，學生看到目錄后學習熱情和興趣銳減。
（2）經典物理和近代物理的比例極不平衡，經典物理部分占物理教學內容的80％以上，而且基本上都是20世紀以前的成果，沒有站在近代物理學發(fā)展的高度，用現代的觀點審視、選擇和組織傳統(tǒng)的教學內容。同時近代物理的內容非常少，特別是沒有反映20世紀后半個世紀以來物理學飛速發(fā)展的現代物理思想，使學生對近代物理知識知之甚少，與現代物理嚴重脫節(jié)，因此大學物理教學改革勢在必行。
（3）教學手段落后，雖說現在有些老師已經用上了多媒體教學，但是總體對現代化教學手段的充分利用還遠遠不夠，未能充分體現現代化教學手段的優(yōu)越性，對教學手段的改進也期待著進一步探索。
二、對大學物理教學內容改革的幾點想法
（1）從大學物理非物理專業(yè)的人才培養(yǎng)的總體要求出發(fā)，對農科類各專業(yè)采取不同側重點的教學，現在所用的教材，或是適合我們的短學時，又無配套的教學參考書，或是對農科類相關教學內容不足，我們可以根據不同專業(yè)制定不同的教學大綱，注重各部分知識的聯系，以近代物理學的發(fā)展為主導，完整而系統(tǒng)的講述物理學的基本內容。同時，教研室可以準備組織力量編寫一本少學時且適合農科類各專業(yè)學習用的大學物理教學參考書，主要用于幫助學生理解基本概念、基本定理，幫助學生學會分析問題和解決問題，幫助學生提高把物理學的知識應用到實際中的能力。
（2）添加近代物理內容，介紹當今物理學前沿的發(fā)展，如量子理論、相對論的時空觀等，啟發(fā)學生興趣，擴大學生的科學視野，開闊學生的思路。把近代科學技術成就和前沿課題的內容融入教材中，補充一些物理學與相關專業(yè)的交叉或補充的前沿的新發(fā)展內容，使學生在學習基本理論的同時了解現代科技發(fā)展的新信息、新動向。
（3）對經典物理部分進行處理，精選與現代科技、現代物理知識緊密聯系的內容，刪去陳舊部分，避免和中學物理的內容重復，將經典物理延伸至近代物理，增添新意。
（4）將相關學科的基礎知識納入教材。如今科學技術越來越向交叉學科發(fā)展。因此，針對農科類各專業(yè)，在教材內容的選擇上，增加農業(yè)應用方面的內容，緊密聯系學生專業(yè)進行因材施教。
三、關于大學物理教學方法和教學手段改革的想法
（1）注重應用，弱化計算。傳統(tǒng)的物理教學方法是以物理理論和計算公式為主，要求學生會解題，而對物理概念的理解和應用則一掠而過。其實，學生對用數學方法解決物理問題不適應，導致對解題產生畏懼心理。因此在教學中不應以做題為目的，使學生陷入題海之中，而是要著重應用方面的教學，適當進行習題練習，重點培養(yǎng)學生應用物理知識分析問題的能力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。
（2）靈活運用多媒體教學。多媒體教學已經成為現代教育中的重要組成部分，適當的多媒體教學可以提高學生的學習效率，有利于發(fā)揮學生的主觀能動性，發(fā)展學生的個性，實現“以學生為本”的教育理念。在多媒體電子課件中，加入動畫、演示實驗、圖示說明和物理學的一些基本模型等，以彌補傳統(tǒng)教學的不足，增加課堂教學的形象性，對學生動態(tài)認識和掌握物理概念有著重要的作用[2]。
（3）在考試方面，可改變現在的考試模式，采用多種考試方法結合。一方面閉卷筆試，采用試題庫考試，另一方面，采取書寫小論文、新想法等方式，加強學生學習的自覺性，減輕學生的壓力，同時也提高了學生的發(fā)現問題和探究問題的能力。
（4）重視學生動手能力的培養(yǎng)。物理學是建立在實驗基礎上的，所以大學物理包括理論和實驗兩部分，學生通過大學物理實驗，增強了動手能力、分析問題解決問題的能力，培養(yǎng)了良好的實驗素質。根據物理實驗室開放實驗的實踐經驗，實驗室向學生開放，給學生提供觀察和實際操作的機會，學生可以根據自己的實際情況選擇觀看和操作實驗，從中體會物理學知識的奧秘。
醫(yī)學涉及生物物理學知識非常廣泛。為便于學習、掌握可把臨床醫(yī)學常涉及的生物物理學知識歸納為三類。其一，解釋各種生物物理現象的知識，包括闡明現象的實質、變化過程、規(guī)律和成因或機理等。其二，分析各種物理(嚴格講應是生物物理)檢測結果的知識，包括所檢測的生物物理信息的產生、產生機理、變化規(guī)律和采集方法，檢測手段及圖象形成的生物物理原理，檢測圖象的分析、歸納而獲取結論。其三，闡明各種物理因素的生物效應的知識，包括物理因素的性質、所激發(fā)的生物效應及其變化規(guī)律，生物效應產生的機理，對疾病的治療作用，對機體的危害緣由和防護等。
2要求知其所以然必須開物理課
科學知識可分為理論知識和經驗知識兩大類。生物物理學也不例外。常說對事物不僅要知其然，還要知其所以然。其實前者就是只要求掌握其經驗知識，而后者則要求掌握其理論知識，從理論上把握事物。亦即不僅能認識其表象，還能闡明產生表象的內在實質，揭示表象運動、變化規(guī)律的機理。要求醫(yī)生能從理論上把握臨床醫(yī)學中常涉及的生物物理問題，就必須開設物理課，否則是不可能的。要求醫(yī)生從理論上解決醫(yī)學中涉及物理的問題越多越深，所需具備的物理相關知識越廣越深，自然物理課學時應越多。一直以來只講授純物理知識，不結合講授在醫(yī)學中的應用，即不結合闡明醫(yī)學中的生物物理問題，要學生自學解決是很困難的。應該既講授物理理論也講授必要的生物物理知識，才能做到學以致用。學生掌握臨床醫(yī)學常涉及的生物物理知識能適應如下四個方面的需要。其一，行醫(yī)需要。有了相關生物物理知識才能從理論上全面、準確、深刻分析、理解、掌握行醫(yī)過程中涉及物理問題的醫(yī)學理論、技能和方法，才能高屋建瓴，在理論指導下，以清晰的思路，全面思考，準確診斷、有效治療。其二，科研需要。臨床各學科多有涉及生物物理的課題。沒有相應的生物物理知識只能望而興嘆。反之則如虎添翼，可以在更寬的知識領域開展科研，為醫(yī)學科學發(fā)展作更多貢獻，提升人生價值。例如秦任甲教授就發(fā)現長期以來人們只從血流動力學角度分析和利用超聲多普勒血流頻譜圖，這里存在個缺陷。可能是有關人員不具備血液流變學知識所致。他率先提出，應該加上血液流變學才能全面、準確分析和充分利用頻譜圖的豐富內涵，可以把頻譜圖作為有效手段來研究在體血管紅細胞向軸集中的規(guī)律，并指導同行開展合作研究取得成果。其三，提高需要。工作中必然會遇到許多尚未掌握的涉及物理的醫(yī)學問題。這就得靠自學更寬更深的物理、生物物理知識才能解決這些問題，提高自己的理論水平和技能。在校所學將成為自學習提高的基礎。其四，思維需要。人的思維不外乎邏輯(抽象)思維和形象思維，都是人在各成長階段學習積累起來的。大學是人的思維知識和能力形成的十分重要的階段。在學習、運用物理學、生物物理學過程中，在知識拓展的同時使物理的形象思維和數理邏輯思維得到尤其強的培養(yǎng)提高。數理邏輯思維是邏輯思維的十分重要的組成部分。物理的這些思維能力的增強，使之在學醫(yī)、行醫(yī)和醫(yī)學研究中終身受益。一流名校能安排物理課近百學時，甚至還結合講授生物物理知識就是認同上述觀點的佐證。其決策者和努力學習物理的學生都是有遠見的。這正是一流名校要求學生從理論上掌握物理、生物物理，培養(yǎng)高水平醫(yī)學人才的體現。
3只求知其然則可開可不開物理課
3.1可憑生物物理經驗知識行醫(yī)
大量事實表明，一般醫(yī)生都是憑借物理、生物物理經驗知識而非理論知識來理解、闡明、處置醫(yī)學中涉及物理的問題。其在三類生物物理知識上的表現為：其一，對醫(yī)學中涉及物理的現象即生物物理現象不理解，無從解釋或者粗略地，含糊地理解或解釋。也有以打比方的方式來認識或闡明。例如用粥的濃稀來說明血液黏度大小，流阻大小，而導致血壓高低，極少見有醫(yī)生能用泊肅葉定律等相關知識做出理論解釋。其二，當用生物物理檢測進行診斷時：對他人的檢測，一般只憑檢測醫(yī)生的文字結論做出診斷，有時查看檢測圖象也只機械地與自己記憶中的正常圖象對比而作診斷，并不理解圖象是怎樣形成的，甚至不理解結論是怎樣依據圖象分析而獲得的；對自己的檢測，一般都憑借自己對檢測到的生物物理信息與記憶中的正常信息對比而作診斷，至于為什么能產生這樣的信息未必明了。其三，利用物理因素進行治療時，一般只知道某種因素或方法有療效或只會治療操作，對其療效產生的物理機理或不知或不全知。這些表明：一般臨床醫(yī)生的物理知識還只是經驗性的，并未上升到理論。但一直以來臨床醫(yī)生就依賴這樣的經驗知識不也診治好許許多多疾病？其中許許多多不也成為專家、主任和教授等高級醫(yī)生？這只能說要求不高時，醫(yī)生不一定非要多么寬深扎實的物理和生物物理理論功底才能行醫(yī)。事實上臨床教師，甚至生理學教師課堂講授和相關醫(yī)學書籍對許多涉及物理的問題也只講現象，并未從物理、生物物理理論上把產生現象的緣由闡明清楚，仍然只停留在經驗知識層面上。學生也只能承認如此，達不到理論認識的高度。這樣行醫(yī)必然缺乏物理、生物物理理論指導，對診治涉及物理問題的疾病往往思維明晰不起來，只能憑經驗了。按以上所述，醫(yī)生所需物理、生物物理知識的寬深程度伸縮性很大，高則要求具有較寬深扎實的功底，能適應前面提及的四個需要，成為物理理論型醫(yī)生；低則只要求具備中學物理基礎，對行醫(yī)過程中遇到涉及物理的問題能有所了解，成為物理經驗型醫(yī)生。
3.2對學生的物理要求依培養(yǎng)目標而定
就原則而言，對物理課的要求和學時安排都是由決策者根據各自專業(yè)培養(yǎng)目標的需要而確定的。但實際決定時必然受到決策者對物理、生物物理在專業(yè)中的作用和地位；醫(yī)生所需物理、生物物理寬窄深淺的認識程度的影響。鑒于各院校決策者的這種認識難免差異，醫(yī)生應具備的物理、生物物理的寬深程度伸縮性又很大，不同檔次院校培養(yǎng)目標顯然不同，導致其物理課學時明顯不同。一流名校為八九十學時以上。二流省(市區(qū))屬醫(yī)科大學為六七十學時。三四十學時以下的出自三流學院，除去10來學時的實驗課，還能比高中物理加深拓寬多少內容呢？據悉，還有學院把這門課改為任意選修課，選修者不到5％，等同于取消。不排除有些院校對物理、生物物理在專業(yè)中到底能發(fā)揮怎樣的作用，需要安排多少學時為宜，并未作深入的調查研究，其學時數是隨意或參照同檔次院校而確定的，帶有一定盲目性。巧的是各院校安排學時多少與其在人們心目中的地位高低是相吻合的。總之，鑒于醫(yī)生所需物理、生物物理的寬深程度伸縮性很大，對各院校的學時安排不必厚非。
4改革臨床醫(yī)學專業(yè)物理教學內容
4.1改革目標
無論培養(yǎng)物理理論型還是物理經驗型醫(yī)生，只要開設物理課就應該改革純物理的教學內容。一直以來絕大多數院校都只開物理課，講授純物理知識，絲毫不結合講授醫(yī)學所涉及的物理問題———醫(yī)學物理學問題。其結果必然導致：無的放矢，所學純物理知識不會應用，學而用不上等于不學；不僅使學生得不到把物理知識應用于闡明醫(yī)學物理學問題的訓練，還會造成醫(yī)學物理學知識斷層，很難適應前面提及的四個需要；使學生看不到所學知識的應用情境，使歷屆學生產生“物理無用論”，求知欲望低，學習不使勁，所學知識似懂非懂，很難用于理解學醫(yī)和行醫(yī)過程中遇到的物理問題。改革目的：必須破除思想上長期形成的只講授純物理知識，絲毫不與醫(yī)學中的應用相結合，改革也只增刪純物理知識，絲毫不納入最為實用的醫(yī)學物理內容的定勢思維，克服過去教學內容脫離醫(yī)學實際的現象。安排適當的學時數，以臨床常涉及的醫(yī)學物理學內容為主，輔以必要的物理學基礎，形成新的教學內容體系，以適應臨床醫(yī)學較高要求的需要，較好發(fā)揮物理、醫(yī)學物理在臨床醫(yī)學中應有的作用。
4.2改革途徑之一
沒有醫(yī)學物理學解決不了醫(yī)學中涉及物理的問題。不開這門課就如同過河斷了橋或知識斷了層，物理學很難跨越斷橋或斷層直接闡明醫(yī)學中涉及物理 的問題。開物理課主要為學習、運用醫(yī)學物理學打基礎。只開前者而不開后者就是無的放矢。物理學與化學，醫(yī)學物理學與生物化學在醫(yī)學中的作用與地位十分相似。設想只講授化學知識而不講授生物化學知識，學生能掌握醫(yī)學中涉及化學的知識嗎？有條件的應該開設物理和醫(yī)學物理兩門課，實現基礎知識與應用知識較完美的結合。這應該是物理教學內容改革的首選途徑。
4.3改革途徑之二
對于不便把物理課和醫(yī)學物理課分開開設的院校可以把兩者合拼開出。以臨床常涉及的醫(yī)學物理知識為主，輔以相關物理基礎。這門教材也可稱為醫(yī)學物理學[2]。學時多少都可以開。這樣就把基礎理論與醫(yī)學應用有機結合起來，做到有的放矢，學以致用，使學生學習積極性增強，學習效果提高，知識結構改善，增進其解決實際問題的能力。
5改革困難所在
5.1缺乏闡明醫(yī)學物理問題的知識
要把臨床醫(yī)學常涉及的物理問題納入教材并非易事。這些問題許多尚未能從理論上獲得闡明或者透徹闡明，還有待研究解決，構建起這些問題的較完整的理論知識，否則無多少臨床常涉及的物理問題可講授。不信，可從三個方面考察：其一,查閱生理學、心血管內科學等醫(yī)學基礎和臨床書籍；其二,聽聽醫(yī)學基礎和臨床教師講課。書中所寫，教師所講，涉及物理的許多問題都只陳述現象，或借實驗數據、圖表闡明，或籠統(tǒng)、粗略交代，或打比喻解釋，甚至含糊講授。這些充其量說也不過是醫(yī)學物理學的經驗層面上的知識，未能從本質上,機理上,亦即理論層面上闡明問題，回答不了為什么?其三,查閱期刊論文，可發(fā)現生物物理學的研究火熱得很，很多，但屬于臨床醫(yī)學常涉及的物理問題卻很少。總不能教材所寫,課堂所授結合醫(yī)學的內容盡是經驗知識吧？這就必須對寓于人體各臟器的臨床醫(yī)學常涉及的物理問題逐個加以研究，構建起闡明逐個問題的一系列理論，形成豐富的臨床醫(yī)學常涉及的醫(yī)學物理學知識體系，可供選擇講授。要達到如此，要經歷很長時間，付出許多艱辛勞作。秦任甲自上世紀80年代就開始這方面的研究，取得一系列論著成果。這還不夠，得依靠同行廣泛參與才能構建起這個知識體系。
5.2醫(yī)學物理問題如何通俗化
科研構建起的醫(yī)學物理的一系列論文形式的理論知識，還只是具備了課堂講授的素材。必須按照教材而非一般參考書的要求，使復雜、繁瑣、深奧、數學表達太深、醫(yī)學基礎要求太多等等而造成教師難以講授，學生難以理解的內容盡可能通俗、簡明、淺顯、形象、直觀，做到教師好教，學生好學。這些講起來容易，面對一個個具體問題要加以處理好時一定會遇到不少具體困難的。只要充分發(fā)揮群體的智慧，不斷深入探索，總有一天人們會造就一本內容豐富，基礎和應用知識恰當結合，適用的開創(chuàng)性教材。
5.3教師缺少醫(yī)學物理知識
1.1重理論知識理解與驗證，輕實驗實踐能力培養(yǎng)
在大學物理實驗課教學過程中，往往只重視物理理論知識的理解，將重心放在大學生物理知識的獲取與驗證，忽視大學生實驗實踐能力的培養(yǎng)，偏離了大學物理實驗課的培養(yǎng)方向和培養(yǎng)目標．
1.2實驗教材偏理論性，實驗思想和方法不足
大學物理實驗教材是大學物理實驗教學的基礎工具，直接影響著大學物理實驗教學質量．但是，目前我國大學物理實驗教材大多理論性偏強，物理實驗思想和物理實驗方法不能很好的體現．大學物理實驗更應注重物理實驗思想和物理實驗方法的教育．
1.3多以驗證性實驗為主，綜合性設計性實驗為輔
目前我國各高校開設的大學物理實驗多以驗證性實驗為主，驗證性實驗相對于新技術和新方法運用類型的實驗更容易使學生感到枯燥無味，課堂氛圍會比較呆板沉悶，不能夠很好地激發(fā)學生的求知欲望，很大一部分學生只滿足于測出所需的實驗數據，完成格式化的實驗報告．
1.4實驗教學方法單一，學生實驗較為被動
目前我國大學物理實驗課程的教學形式相對固定，教學方法比較單一，忽視各學科之間的兼容性和互補性．由于教學形式的固定，教學方法的單一使大學生做大學物理實驗時比較被動消極．
1.5強調按規(guī)定的實驗步驟操作，忽視靈活性與創(chuàng)新能力培養(yǎng)
大學物理實驗教學應適應時代和科學發(fā)展的要求，應不斷求思、求變和求新，要給大學生營造和創(chuàng)設自由發(fā)揮的空間和時間．但是，目前我國大學物理實驗課程教學比較強調按規(guī)定的實驗步驟操作，嚴重忽視大學生靈活性與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)．
2大學物理實驗教學的五維一體改革
基于創(chuàng)新人才培養(yǎng)大學物理實驗教學五維一體綜合改革由大學物理實驗教學理念改革維度、大學物理實驗教學內容改革維度、大學物理實驗教學方法改革維度、大學物理實驗報告改革維度和大學物理實驗成績評定改革維度這五個維度構建形成一個綜合改革體．
2.1大學物理實驗教學理念改革
大學物理實驗教學要以大學生為主體，以創(chuàng)新人才培養(yǎng)為導向，從傳統(tǒng)的學生接受性學習轉移到學生自主學習、探究學習及合作學習相結合的學習方式，充分激發(fā)大學生在大學物理實驗教學中的主動性和積極性．貫徹以大學生為主體，以創(chuàng)新人才培養(yǎng)為導向的大學物理實驗教學改革理念，使大學生能夠將大學物理實驗中學習到的理論、思想、方法和技能等運用于其專業(yè)領域，并逐步培養(yǎng)大學生的探索精神、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力．針對大學物理實驗教學中存在的學生實踐能力培養(yǎng)不足，學生學習主動性和積極性低，探究性實驗、綜合性實驗和設計性實驗少，忽視創(chuàng)新能力培養(yǎng)等問題，通過學習、反思與討論，提出行之有效的改革方案（其中包括教學模式、教學內容、教學方法、實驗報告撰寫及實驗成績評定方式改革等內容）．加強對學生的引導、啟發(fā)和幫助，減少實驗中對學生思維能力及動手能力的束縛，以提高大學生做大學物理實驗的主動性和積極性，提高團隊合作意識，開發(fā)大學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力為主要目標．
2.2大學物理實驗教學內容改革
改變目前我國大學物理實驗仍以驗證性實驗為主，以探究性實驗和設計性實驗為輔的局面，過多的驗證性實驗會束縛大學生的探究能力和創(chuàng)新能力．大力開發(fā)探究性實驗、綜合性實驗和設計性實驗，增加探究性實驗、綜合性實驗和設計性實驗的開設比例，提高綜合性實驗和設計性實驗的開設質量，使學生能夠根據自己的專業(yè)需求及其興趣特長選擇實驗，切實有效地培養(yǎng)大學生的探索精神、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力．針對大學物理實驗教學內容開展調研，通過座談會、問卷調查方式向實驗教師和實驗學生進行大學物理實驗教學內容改革調研，以更好的設計并確定適合本校的大學物理實驗教學內容改革方案．開設了尊重學生求知欲和興趣的“基礎實驗，綜合應用實驗，設計研究實驗”課程體系．開設的壓力傳感器實驗、半導體溫度傳感器實驗、電表的設計和改裝等綜合性及設計性實驗改變了學生實驗熱情不高的狀況，激發(fā)了學生的興趣和動力．很多學生還將大學物理實驗與自己的專業(yè)背景結合，深入研究探索，在學術期刊上發(fā)表與設計性實驗相關的研究論文．大學物理實驗教學內容改革效果顯著．
2.3大學物理實驗教學方法改革
目前我國大學物理實驗教學更多的采用教師講解→教師演示示范→學生自己操作→教師總結點評→學生完成實驗報告→教師批改實驗報告的教學流程，教學方法固定單一，教學效果不佳，特別不利于學生的探索精神、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)．要更多的采用實驗探究法、提問解問法、小組研討法、課題引領法、課內課外融合法、師生團隊法和設計創(chuàng)新法等教學方法，更加靈活多變，具有創(chuàng)新因子，有效地提高大學物理實驗教學質量，進一步培養(yǎng)大學生的探索精神、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力．針對教學方法也開展了一系列改革．首先，建立了信息平臺，實現了學生根據自己的意向自主選擇實驗時間、實驗教師及實驗內容；其次，教師實現了網上評定成績、網上教學質量分析；另外，針對創(chuàng)新意識及能力較強，且對科研具有較高熱情的學生選擇性地開設與目前科學研究的前沿課題相關的研究性演示實驗，向學生展示更多的學科前沿實驗內容，展示物理實驗的思想和方法，進一步培養(yǎng)學生的科研興趣和科研能力，并為學生將來走上其專業(yè)相關的研究領域及研發(fā)崗位培養(yǎng)濃厚的興趣，奠定良好的科研基礎．通過大學物理實驗教學改革，切實高效地培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力，以達到培養(yǎng)創(chuàng)新人才的目標．
2.4大學物理實驗報告改革
在大學物理實驗教學中，實驗報告的撰寫是一個重要環(huán)節(jié)，教師能夠通過大學生撰寫的實驗報告了解學生的實驗完成情況，實驗報告也是對學生進行實驗成績評定的重要依據．目前，在大學物理實驗教學中所采用的傳統(tǒng)實驗報告書寫格式相對固定，都是格式化的模板，大學生依次填入實驗名稱、實驗目的、實驗原理、實驗儀器、實驗步驟、實驗數據及處理、誤差分析與討論以及對實驗的體會就完成了實驗報告的撰寫．有特色、有創(chuàng)新的實驗報告很難見到，很難體現出學生的探究與創(chuàng)新，面對雷同的實驗報告，實驗教師也很難給出科學恰當的評定成績．要結合本校的條件和特色，對具體形式不做過多固定要求，不采用格式化的實驗報告模板，采用形式多樣化的開放式實驗報告形式，增加實驗探究、實驗發(fā)現、實驗提問、實驗擴展、實驗改進、實驗設計、實驗綜合和實驗創(chuàng)新等板塊，還可設置一定比例的按照科技小論文寫作格式與寫作方法來完成實驗報告．目前對于少部分設計性實驗鼓勵有能力的學生采用開放式實驗報告．以硅光電池特性研究實驗及核磁共振實驗為例，學生可以在教師的指導和引導下，根據自己的興趣提出問題，設計實驗，并最終以小論文形式完成實驗報告．這和傳統(tǒng)的實驗報告撰寫方式相比，能夠更多地開發(fā)學生的創(chuàng)造能力．目前，這種實驗報告完成方式有必要進一步推廣擴大，但這必須建立在實驗教師隊伍的素質提高和數量的擴充上．
2.5大學物理實驗成績評定改革
目前我國多數高校的大學物理實驗成績評定一般分為平時成績和實驗成績兩部分，平時成績考核參考出勤、預習報告等情況給出成績；實驗成績的評定則根據實驗操作、實驗原始數據記錄和實驗報告撰寫等給出．這往往使大部分學生忽視探究問題能力的提高．大學物理實驗成績的評定要增加以下內容：（1）要求學生在預習報告中寫出自己對于本實驗的理解，并提出自己思考的問題；（2）實驗中可以4名學生組成一個實驗小組（每位學生都有一套完整的實驗儀器和設備，每位學生都要完成整個實驗），針對不同實驗，學生輪流進行實驗講解，并進行小組討論，培養(yǎng)學生的科學思維能力、科學語言的表達能力以及團隊協作意識．實驗教師根據學生參與實驗討論的情況判斷學生對于實驗的預習程度及學習積極性，據此給出相應成績；（3）實驗完成后，激勵學生把實驗改進、實驗與自己專業(yè)的聯系、實際應用鏈接、實驗設計及實驗創(chuàng)新等寫入實驗報告，以增強學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力．目前，已進行與實驗教學體系改革相適應的成績評定方式，針對不同層次的實驗采取不同的方式評定成績．基礎實驗仍根據預習、操作和報告三個模塊評定成績；綜合性及設計性實驗則通過實驗選題、實驗方案設計、實驗操作、實驗報告或小論文和簡短答辯方式綜合評定實驗成績．這樣既能訓練學生的基本功，打好基礎，又能夠進一步滿足不同專業(yè)、不同興趣愛好學生的需求，有的放矢地進行大學物理實驗教學．小論文和答辯方式成績評定的進一步大范圍推廣也有賴于實驗教師素質的提高和數量的擴充．從實驗教學模式、實驗教學內容、實驗教學方法、實驗報告撰寫和實驗成績評定方式方面全面進行大學物理實驗教學改革實踐，并通過反饋信息進一步進行改革——實踐——再改革的循環(huán)，將大學物理實驗教學改革經驗進行推廣，對其他專業(yè)課實驗課教學改革起到輻射和推動作用．
3結論
本文就信息技術與物理課程教學的整合，結合自己物理教學的實踐談談以下幾點看法。
一、“課件”向“積件”思路發(fā)展，探討物理學科整合新方法
在計算機輔助物理教學這個領域里面，市場上已有相當數量的物理教學軟件可供購買，但能夠真正適用于教學的軟件卻不多，教師自制課件的水平又不高，容易造成“低水平重復”的現象。在此階段上，尋求計算機輔助教學軟件開發(fā)和應用的新路子──積件思路應運而生。其指導思想是：“課件”向“積件”發(fā)展，工具型、資料型、開放型的教學平臺已成為計算機輔助教學軟件的發(fā)展方向，它包括帶有學科特色的平臺和多媒體資料庫。教師稍加培訓就能夠自如的運用它們來按自己的意愿制作課件，緊密配合自己的教學過程、為課堂教學所用,在真正意義上，實現計算機輔助教學。。
例如在物理學科平臺方面：《CSC電子備課系統(tǒng)》初中物理版、天翼全景多媒體教學軟件高中物理版都是面向教師設計的新一代大型集成化多媒體輔助教學軟件,集眾多教育專家和優(yōu)秀教師的科研成果及教學經驗于一體，為教師提高教學質量、探索新的教學模式和方法提供了豐富的資料和必要的教學手段；又如《青鳥師友多媒體課件開發(fā)平臺》，是一個基于Windows操作系統(tǒng)，集聲音、圖形、圖像、文字于一體的多媒體課件開發(fā)工具;再如幾何教學平臺的“幾何畫板”不僅適用于幾何教學，而且也適用于物理教學中的力學課程，它界面簡單、容易學習、直觀好用，因此這樣的軟件很受老師的歡迎。以上四個多媒體計算機輔助教學軟件開發(fā)平臺，就很好的體現了“積件”思想。
在多媒體資源處理方面，物理作為一門信息技術鄰近學科，物理教師應該成為信息技術與學科整合的先行者。如今許多物理教師都在Internet上建立了自己專門的網站，并把以網頁瀏覽的形式制作的CAI課件、教案、論文等放在該網站中，同時還可以把其它網站已有的課件通過Internet的超級鏈接功能揉合到自己的CAI課件里，以“搭積木”的形式，把在教學實踐過程中制作的每一個課件鏈接起來，通過長時間教學的積累，逐步建立一個完整的教學課件體系。反之，其它教師也可通過網絡共享自己的CAI課件，克服了傳統(tǒng)的“軟件包”形式的課件不能共享的缺點，提高了課件資源的利用率，充實了網上物理學科資料庫，形成網上物理學科聯盟，實行資源共享。此外，教師和學生可以在任何時間、任何有網絡終端的地點，通過Internet網絡來訪問這些網站，進行物理教學的探討和鞏固性學習。
因此，運用“積件”思想，走素材資源庫和制作平臺相結合的新思路，是軟件開發(fā)和應用走出目前困境的有效途徑。學科教師應根據教學實際，運用“積件”思想，充分利用現有條件下的網絡信息資源素材庫和教學軟件，以及相關的CD、VCD資源，從中選取適合教學需要的內容來制作自己的課件，從而適應不同教學情境的需要，徹底改變教學軟件在設計、開發(fā)和使用上的相互割裂的局面，使CAI在課堂上的運用走出低谷，朝著信息技術與物理學科整合這一更為廣闊的方向發(fā)展。
二、電腦模擬，發(fā)揮物理演示實驗、虛擬實驗室的功能
1、信息技術與物理實驗教學整合，發(fā)揮演示實驗作用
物理是一門以實驗為基礎的學科，實驗教學和演示實驗是中學物理教學的重要一環(huán)。豐富多彩、生動有趣的實驗是物理實驗教學的特點，利用實驗課不僅可以讓學生記住某些相關結論、實驗步驟，而更為重要的是能夠使學生透徹理解并且完全掌握產生實驗結論的過程。在普通物理課堂的演示實驗中，由于受到常規(guī)實驗儀器本身的限制，實驗效果常不如人意。而通過多媒體技術模擬實驗的輔助,模擬一些重要的，但在現實實驗環(huán)境下難以完成的一些物理實驗，則可彌補常規(guī)實驗儀器的不足，提高物理實驗的演示效果。
如本人在做凸透鏡成像規(guī)律實驗時，先用常規(guī)儀器按傳統(tǒng)實驗方法進行演示，由于常規(guī)實驗儀器的限制蠟燭在光屏上所形成的像隨著物距的變化而變化的這一現象不是很明顯，致使學生對凸透鏡成像的特點不甚理解，并產生迷惑。此時我改為采用多媒體技術進行凸透鏡成像規(guī)律模擬實驗，演示物距從無窮遠至小于焦距的整個實驗過程中物距、像距和像的變化的情況，整個模擬實驗過程流暢、直觀、明了，從而使學生對該實驗有了一個清晰完整的認識。由此可知通過信息技術與物理實驗整合，可以突破常規(guī)實驗儀器的局限性，所以我們應當充分發(fā)揮信息技術的特長，對那些難以觀察到的、復雜、困難的實驗進行模擬和提供幫助，成為常規(guī)實驗的補充，并把兩者結合起來，使實驗教學上升到一個新的層次，從而有助于學生發(fā)現規(guī)律、獲得知識，提高學生的科學文化素質和實驗技能水平。
2、在網絡技術環(huán)境支持下，發(fā)揮學生自主探討性實驗作用
在傳統(tǒng)物理實驗室，一方面由于怕發(fā)生意外和造成實驗儀器的損失，有許多實驗室規(guī)章制度，對學生諸多限制；另一方面由于實驗環(huán)境和實驗條件的限制，實驗結果往往和物理理論不一致，甚至出現相反的數據，這一切無不暴露出了傳統(tǒng)實驗室的弊端。
讓學生在網絡環(huán)境下進行虛擬實驗室操作，以自主模擬實驗為基礎進行多媒體教學，則可以解決這一難題。如筆者在上傳統(tǒng)電學實驗課時，通常會告訴學生,電流表的接線柱不能接錯、電壓表不能超過量程，電池組不能短路。很多實驗不允許學生自己操作，這些規(guī)定無形中扼殺了學生的創(chuàng)造性思維，而有些學生自主意識很強，常常會進行一些“地下操作”，最終損壞了儀器。然而，須知這些“破壞性”強的學生實際上也是動手能力、創(chuàng)造能力強的學生。在網絡環(huán)境下，倡導學生自主探討性實驗，既可保護儀器又能培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，并能把很多傳統(tǒng)實驗做不到的效果一一再現。如本人曾在網絡環(huán)境下采用“仿真物理實驗室”虛擬電學實驗室軟件（在線版網絡軟件），實現網絡與物理學科教學的整合。學生在網絡技術環(huán)境進行多媒體實驗操作，通過網上人機對話，學生可以一邊操作一邊在網上暢游，獲取新知識，或與其他同學交流。如果學生在網絡虛擬實驗室遇到問題，就可以通過網絡從其他同學那里獲取相關信息，進行討論，讓學生自主學習，并自主觀察模擬實驗，從而掌握學習成果和學習方法。
這種虛擬實驗室為學生提供了全方位的開放性的操作環(huán)境，使學生在課堂上實現了在虛擬世界的真實體驗。信息技術與物理實驗教學整合，能夠培養(yǎng)學生自主模擬實驗、觀察實驗，并歸納、總結，抽象成所需知識的能力，從而學會學習，使學生主動地獲取物理知識，發(fā)展能力，并促使他們建立科學的世界觀。
三、充分利用網絡資源，增進教學效果
進入網絡時代后，網絡環(huán)境為學生提供了豐富的知識庫、資源庫，網上的資源開發(fā)和利用已成為一個現代教育工作者必備的信息素質。網上資源具有信息量大、更新快等特點，例如：中國中小學教育教學網（）教育資源庫物理學科、廣東教育資源網（）資源中心物理學科、中國物理教育網（）等可謂是一間完整的中小學數字資源庫，它為我們提供了同步教學、優(yōu)秀課件等多種資源，且處于動態(tài)的更新之中。通過下載這些優(yōu)秀課件、優(yōu)秀習題再作進一步的組織、加工就能設計出適合自己風格的課件來。
本人在進行初二第十二章第一節(jié)浮力教學時，須向學生解釋浮力產生的原因。我先設想一個立方體浸沒在水中，它的6個表面都受到水的壓力，它的左右兩側面、前后兩側面，受到的壓力都是大小相等、方向相反，互相平衡，只有上下兩面由于深度不同，受到的壓強大小不同，壓力也因而不相等。浮力的產生是由下表面受到水的向上的壓力和上表面受到水的向下的壓力差，但如果使用語言和文字向學生講授向上和向下壓力差時，學生理解起來比較抽象，難懂，對整個過程反映比較茫然。所以我通過在中國中小學教育教學網（）物理學科課件庫網站下載相關課件解決這一難題。該課件以動畫的形式慢鏡頭表示前、后、左、右的壓強、壓力相等，小木塊保持不動，但加載上、下表面壓強、壓力時，小木塊慢慢向上移動，同時超級鏈接浮力大小的推導公式錄相。活潑的動畫效果、直觀的圖形，快速有效地激發(fā)了學生的學習興趣，收到了良好的教學效果，學生很輕易就攻破這一難點，同時為講授下一節(jié)阿基米德原理做好理論基礎，而這一切都是傳統(tǒng)教學很難做得到的。總之，讓學生在生動、形象的環(huán)境中進行學習，由此達到事半功倍的作用，也就能很好地提高課堂教學效果。
信息技術作為最先進的教學媒體與物理學科整合，不但深化了物理學科教學、加大了學科信息容量，而且提高了課堂四十五分鐘的教學效率。
四、擴大信息來源，提高教學水平
1、了解物理學科發(fā)展時事形勢、把握教學動態(tài)：
我們通過Internet在官方權威網站上查看有關物理發(fā)展動態(tài)，可以做到在時事政策上緊跟形勢，在物理學科教學時作出及時調整。物理作為一門理科學科，大量的習題是必要的，但訂購的習題集往往又存在著題型偏舊、信息過時的缺點，這對于學生習題更新、掌握中考的習題形勢是不利的。為了克服這一缺點，我們可以充分利用Internet這一信息資源，從網絡如中國中小學教育教學網（）上的物理試題中心、中國園丁網（）試題集錦欄目和其他一些重點中學網站試題庫上下載最新的試卷、搜集物理相關試題，用來給學生作為測試題和平時練習。實際情況證明：這些題目題型新穎、信息準確，對于啟發(fā)學生的思維，開闊學生的視野有著很大的幫助。
2、增進學習交流、提高教學水平
網絡的交互性給物理教師互相學習交流提供了機會。教師可以一方面利用電子郵件與有關專家進行交流，學習前沿的理論知識，獲取名教師的經典教案；另一方面還可以參與網上的教師繼續(xù)教育和參與一系列教育門戶網站的教育論壇，如在中國名師教育網（）我們可以與重點學校的名師專家探討物理教育應培養(yǎng)怎樣的人才，在中國園丁網（）、中國物理教育網（）的教育論壇我們可以與各地的同行探討物理教學中遇到的問題以及對物理教學改革的看法，通過網上學習交流，實現資源共享，達到提高教學水平的目的。
我們通過信息技術與物理課程教學的整合，激發(fā)了學生對物理學科的學習興趣，課堂上參與意識很強，對知識的理解掌握程度較理想，尤其是實驗教學，學生的實驗理解能力、動手能力均取得了長足的進步。實踐證明，信息技術與物理課程教學的整合能鞭策我們教師去進一步完善課堂教學，使教學過程更具有科學性，幫助教師在課堂上更合理地掌握和利用時間，吸引學生的注意力，使學生在課堂上接受和掌握更多的知識，提高物理課堂教學的效率。
隨著信息技術和物理學科教學整合的發(fā)展，將信息技術引進教育領域將給學生、教師、學校帶來一個新的教學模式和新的契機，但同時也應看到，信息技術和物理教學整合是一個新興事物，還有許多問題需要我們去研究、探索。但我們確信信息技術在和學科教學中整合中將大有作為。
參考文獻：
當人們用望遠鏡觀測銀河系以外的星系時，可以發(fā)現絕大多數星系光譜都存在紅移或藍移現象，并且越遠的星系其光譜紅移值越大。根據多普勒效應：星系光譜存在紅移說明星系正離我們遠去，星系光譜存在藍移說明星系正向著我們運動。需要指出的是越遠的星系紅移值也越大，看起來所有的星系都好象以銀河系為中心向外爆炸形成的一樣，越遠的星系離開我們的速度也越大。鑒于此有人提出宇宙大爆炸假說：認為宇宙是由150億年前發(fā)生的一次大爆炸形成的，人類居住的銀河系則是宇宙的中心。可是人們在觀測銀河系和河外星系時，卻并沒有發(fā)現銀河系有什么特別之處。有人據此懷疑宇宙大爆炸假說；也有人從星系的演化推算出宇宙的年齡大于150億年；還有人認為若宇宙大爆炸假說是正確的，那么宇宙輻射在各個方向上就會表現出各向異性；更有人擔心宇宙的膨脹沒有盡頭，遂認為宇宙的膨脹和收縮是交替進行的……。但不管怎樣，大部分人還是相信“眼見為實”，由星系光譜的紅移現象承認了宇宙大爆炸假說。更有人把紅移現象與宇宙背景輻射和宇宙元素豐度并作宇宙大爆炸假說的三大支柱。那么宇宙是否發(fā)生過爆炸并仍在向外擴張，年齡是否只有150億年呢？非也！
1．星系光譜紅移原因
20世紀初，當人們用望遠鏡觀測銀河系以外的星系時，發(fā)現絕大多數星系光譜都有紅移現象，并且越遠的星系其光譜紅移值越大。有人認為星系光譜紅移是因為星系正在離我們遠去，從而得出這樣的結論：所有的星系都是以我們銀河系為中心向外爆炸后形成的，越遠的星系離開我們的速度也越大；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：銀河系是宇宙中獨一無二的星系—因為它是宇宙的中心。更讓我們驚奇的是，銀河系自身也在不斷運動著，然而無論它運動到哪里，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，因為銀河系也和其它星系一樣，并沒有什么特別之處。有人以為，銀河系處于宇宙的中心是一個巧合，雖然銀河系從上個世紀至今一直在不斷運動，但它走過的距離和整個宇宙空間的尺寸比起來是微不足道的，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。因為人們在觀測近處的星系時，發(fā)現近處的星系并沒有相互分離的趨勢，并且也沒有證據表明近處的星系正在以某一個中心為起點向外膨脹。因此“銀河中心說”頗值得懷疑。還有的人雖然承認宇宙大爆炸假說，但不承認“銀河中心說”，他們不認為銀河系是宇宙的中心。這種觀點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是正確的，那么宇宙中所有的星系必定在以某一個中心為起點向外膨脹，星系之間彼此互相分離。目前我們觀測到近處的星系并沒有相互分離的趨勢，并且也沒有證據表明近處的星系在以某一個中心為起點向外膨脹。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處，因為在我們周圍的星系都沒有相互分離的趨勢，也沒有以某一個中心為起點向外膨脹，這樣一來，倘若宇宙中任一點處的星系都沒有相互分離的趨勢，那么整個宇宙也不可能在膨脹，即宇宙大爆炸假說是錯誤的。
前事不忘，后事之師。人類文明發(fā)展到今天，“地心說”和“日心說”都被證明是為科學，難道我們還要重蹈覆轍提出“銀河中心說”嗎？愚以為，我們應當承認這樣一個假設，那就是：銀河系按目前的速度運動下去，100萬年，100億年以后，我們仍然會發(fā)現自己處在宇宙的“中心”，無論我們處在宇宙的任何地方，中心也好，邊緣也好，我們都會發(fā)現宇宙中越遠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。事實上，這個“中心”是光子在宇宙空間中的傳播特性引起我們視覺上的錯誤，“眼見”未必“為實”，我們不能過分相信“眼見”的東西。
紅移現象是否由觀測者自身的運動引起的呢？不是的！如果紅移現象是由觀測者自身的運動引起的，那么我們將觀測到與我們相向運動的星系光譜將發(fā)生藍移而與我們相背運動的星系光譜將發(fā)生紅移，然而事實并非如此。再者，雖然我們“坐地日行八萬里”，但這個速度和光速比起來實在算不了什么，不至于影響觀測結果。換句話說，我們在觀測星系紅移值時，觀測者自身運動速度的影響可以忽略不計。紅移現象說明光子與觀察者之間的相對速度變小了。產生這種情況有兩種可能：第一是星系正離我們遠去，第二是光子在穿越宇宙空間時速度變小了。這兩種情況都可能導致星系光譜紅移。我們認為導致星系光譜紅移的原因是后者。光子在穿越宇宙空間時會與各種粒子(比如引力子)相互作用從而使其速度逐漸減小。當然單個粒子與光子作用時間極短，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目也逐漸增多，光子速度的減小量也越明顯。可以推測：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我們的能量也為零，這樣的光子當然不會被我們觀測到。可見用光學法觀測宇宙空間尺度時有一個極限：150億光年(也有人認為是200億光年)。在這個尺度以外的星系發(fā)出的光子由于在沒有到達地球時速度已經降低到零，所以這樣的星系不可能被我們觀測到，至少目前還沒有辦法觀測到。也有人認為，紅移現象是由光子頻率減小引起的，即認同第一種可能：認為星系正離我們遠去。這種觀點聽起來很有道理，卻經不起分析。我們知道，星系離我們遠去時會引起光子頻率減小，但各種不同頻率光子的頻率減小量應該相同，反應在星系光譜上，各種不同頻率光子的紅移量應該相同。因此，不論星系離我們多遠，星系光譜雖然發(fā)生紅移但不應該變寬，但事實上遠處星系光譜卻被拉寬了（星系光譜不會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，說明紅移現象不是由光子頻率減小引起的。即第一種可能站不住腳。假設宇宙中所有的星系都是靜止的，宇宙空間中的物質是均勻分布的，那么光子穿越宇宙空間時的速度衰減量僅與其通過的空間距離有關。光子穿越的宇宙空間越長，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，離我們越遠的星系紅移值也越大，就好象越遠的星系正在以越快的速度離開我們一樣。這也正是哈勃定律所揭示的：星系遠離銀河系的速度ν與距離成正比，ν=H*D，其中H為哈勃常數。實際上宇宙中各星系都在不斷運動著，宇宙空間中的物質也并非均勻分布的，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？可以設想，宇宙空間中存在許多比光子質量小得多的粒子(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，二者質量越接近光子損失的能量越大。由于光子的質量遠遠大于引力子的質量，所以在不同頻率(質量)的光子中，頻率(質量)較小的光子損失的能量較大。于是經過同一段宇宙空間以后，在不同頻率(質量)的光子中，頻率(質量)較大的光子損失的能量較少，頻率(質量)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(質量)的光子在宇宙空間運動時都損失了能量，這樣整個星系的光譜將向紅端移動，但由于紅光損失的能量多向紅端移動的距離大，而紫光損失的能量少向紅端移動的距離小，于是整個光譜被“拉寬”了。如果不同頻率(質量)光子的能量損失率相同，雖然它們都產生紅移，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被“拉寬”，星系光譜存在紅移而且被“拉寬”說明兩點：第一光子在穿越宇宙空間時速度會衰減，第二不同頻率(質量)的光子速度衰減率不同。顯然，由于不同頻率(質量)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，離我們越遠的星系其光譜被拉寬的程度也越大。另外，星系光譜被拉寬時還有一個特點，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，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。考慮到星系引力場的影響，實際情況還要復雜一些。
上面我們談到光子在宇宙空間運動時速度會逐漸減小，這和人們熟悉的“真空中光速不變”的看法相矛盾。實際上宇宙空間并非真空，即使宇宙空間是絕對真空它還存在引力場。換句話說，光子在真空中速度變不變的問題，實際上是光子受不受引力作用的問題。如果光子不受引力作用，那么真空中光速不變，但這樣一來不論星體的引力再強，對光子都沒有影響，從而宇宙中也不可能產生“黑洞”了，而現在的黑洞理論基礎將不復存在；假如光子受引力作用，則就不應該有“真空中光速不變”的結論。有人對此這樣解釋：宇宙空間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。我們知道在太陽系內，引力的方向是指向太陽的；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。我們認為光子作為一種物質實體，它的速度并非一成不變的。無論在真空中還是在介質中，它的運動速度都會越來越小。所以，光速不變只是一個神話，光年也不能作為距離單位，因為光子在前一年中走過的路程總比后一年中走過的路程長。
3.光子在引力場中的運動
星光在通過太陽附近時會受到太陽引力的作用而發(fā)生彎曲，說明光子也會受到引力的作用。其實光子也有質量，當然會受到引力作用了。通常我們認為：引力場中物質的加速度僅與引力場的強弱有關，而與物質的質量無關。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。但引力場中光子的加速度與其質量有關：質量越小的光子加速度越大，質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，光子在離開引力場時必然會被減速，在進入引力場時必然會被加速，在垂直于引力方向(或其它方向)運動時受引力影響其運動軌跡也會發(fā)生變化。既然光子在離開引力場時會被減速，而且質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，其發(fā)出的光速度也越小；當星體引力足夠強時甚至可能使一部分光子擺脫不了星體引力的束縛，產生黑洞現象。對同一星體而言，在它發(fā)出的光中，質量大的光子速度大，到達地球的時間也越早；質量小的光子速度小，到達地球的時間也越晚。我們通常認為不同頻率的光同時到達地球，這其實是錯誤的。關于這一點我們可以用實驗來證實。當星體發(fā)生爆發(fā)或其它異常時，總是能量較大的X射線或γ射線先被我們觀測到，其次才是可見光，然后才是紅外線。雖然理論上如此，但在實際觀測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。如果條件允許的話，我們可以用一個實驗來證實我們的觀點。在離我們很遠的宇宙飛船上以兩種不同能量的光子同時發(fā)出一種信號，這兩種光子的能量差異越大它們到達地球的時間差異也越大。實際上考慮到不同能量的光子在同一介質中的傳播速度不同，我們應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速度逐漸減小，并且質量小的光子速度衰減得快，可以想象，在經過一段相當長的距離以后，質量小的光子速度已經衰減到零而質量大的光子速度不為零，這樣我們就只能觀測到質量大的光子。若星體離我們更遠一些，則我們只能觀測到質量更大的光子……，隨著空間距離的增大，最終我們將看不到遠處星體發(fā)出的光，這個距離就是我們現在認為的宇宙極限--150億光年。人們在觀測宇宙時總有一個錯誤想法：由于真空中光速不變，所以不管離我們多遠的星系，只要足夠亮就可以被我們發(fā)現。事實上宇宙空間并非真空，光子在其中穿行時速度會逐漸減小，所以任何星系發(fā)出的光只能傳播一定的距離，也正因為如此，不管我們在宇宙中任何地方，始終只能看到有限的宇宙空間。換句話說，目前我們能夠觀測到的宇宙空間的尺度實際上是光子在宇宙空間中傳播的最遠距離。
4.光子在宇宙空間中的運動
實際上光子在宇宙空間運動時并不總是做減速運動。在光子離開星體時它要掙脫引力的束縛而作減速運動，當它脫離星體的引力場在空間自由運動時，也作減速運動；如果它進入另一個星體的引力場向著該星體運動時，就會在該星體的引力作用下作加速運動。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，但進入銀河系時光子的速度增加量有可能很大，當光子的速度增加量大于其速度衰減量，或者說大于剛離開星體表面時的速度，在我們看來該星體光譜就發(fā)生了藍移。忽略距離因素，由于星體自身在不斷運動，這樣它相對銀河系引力場的強弱也可能發(fā)生變化，所以其光譜也可能有規(guī)律的發(fā)生紅移或藍移。通常情況下，宇宙空間對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。
光子在引力場中速度變化的問題許多人恐怕不相信也不能理解。一些人認為光子沒有靜質量，況且光子是一種波，在引力場中的運動規(guī)律和宏觀物質不同。其實持這種觀點的人把光子神話了，弄的不可捉摸了。現在大多數人都接受了“黑洞”的概念，認為當一個星體的引力足夠強時甚至連光子也逃脫不了，因而是漆黑的一團。這里實際上指出了光子也會受到引力作用。既然光子也受引力作用，那么它在引力場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象的重要因素之一。
5.類星體
一個很明顯的事實是：宇宙中離我們越遠的星體能量越大，通常類星體離我們的距離都在10億光年以上，并且遠處星體發(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，認為：若宇宙中物質是均勻分布的話，則在我們銀河系或其周圍就應該有象類星體這樣的高能星體存在。為什么我們在近處發(fā)現不了類星體呢？一些人看見遠處的星體發(fā)出的光中含有大量的X射線或γ射線成分，就推測此類星體存在著目前尚不為我們知道的能量源。這種觀點未免有些片面。實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，恒星的能量呈中間多、兩頭少的分布態(tài)勢。從遠處的恒星發(fā)出的光，在經過漫長的宇宙空間以后，能量小的光子由于速度衰減率大而停了下來，不被我們觀測到；只有X射線和γ射線才能到達地球。所以我們觀測到該星體的光子中，X射線和γ射線占有很大的成分，以致于我們誤認為這類星體只向外發(fā)出X射線和γ射線。實際上這類星體也向外發(fā)射可見光和紅外線，但是可見光和紅外線由于速度衰減到零故我們觀測不到。這就導致我們觀測到極遠處的星體，其顏色通常是藍色或紫色，事實上可能和該星體的真實顏色相差極大。這說明我們看到的星體的顏色未必就是星體的真實顏色，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色和紫色成分增加。另外，我們認為類星體離我們非常遠，是因為類星體的紅移值很大。也就是說我們沒有直接證據表明類星體真的離我們很遠。考慮到光子在引力場中的運動，我們知道：當星體的引力足夠大時，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，引力因素也可以使星系光譜產生紅移。倘若星體引力足夠大又離我們很近，由于星體紅移值較大，往往導致我們認為該星體離我們很遠。舉例來說，假設有一個引力較大的星體處于銀河系的中心，由于該星體引力很強，導致它發(fā)出的光子速度衰減量極大，我們在觀測其光譜時就會觀測到很大的紅移值，根據該星體很大的紅移值我們就會認為它離我們非常遙遠，絕不會想到它就在銀河系中心。
如何解釋類星體離我們那么遠而其發(fā)射的X射線和γ射線又是如此強烈呢？只有兩種可能。第一，類星體的能量非常大，向外發(fā)出的X射線和γ射線非常強；第二，類星體離我們并沒有原先認為的那么遠，類星體光譜的紅移是由類星體的引力造成而并非由距離因素造成的。我們認為兩種因素都有。因為如果類星體離我們非常遠，那么我們觀測到其向外發(fā)出的X射線或γ射線就不可能很強；倘若類星體的能量不是很大，它的引力場也不可能很強，不足以使其光譜產生較大的紅移。這說明：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。那么，如何區(qū)別星體的引力紅移和距離紅移呢？對觀測者而言，由距離因素造成紅移的星體發(fā)出的光不可能很強，而由引力因素造成紅移的星體發(fā)出的光往往很強，特別是X射線或γ射線的成分多。類星體的發(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過大氣后產生的，這說明類星體周圍也存在氣體。光子從高溫星體內部發(fā)出以后，總會有一部分光子沒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（質量）大的光子損失的能量大，頻率（質量）小的光子損失的能量小；光子離開類星體在宇宙空間中運動時，則是頻率（質量）大的光子損失的能量小而頻率（質量）小的光子損失的能量大，總的看來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。實際上類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，認為它的引力強到連光子也逃脫不了，因而是漆黑的一團，黑洞是宇宙中物質的墳墓。后來人們認為黑洞可以向外發(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，說明(黑洞的)引力對光子的作用是不一樣的。事實上我們知道當星體的引力逐漸增強時，總是質量較小的光子逃脫不了，質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。所以從這個意義上來說，狹義上的黑洞僅指引力強到可見光不能脫離的星體，即在可見光波段觀測不到的星體；廣義上的黑洞指引力強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，可以被我們肉眼看到，但在紅外線波段或能量更小的波段卻觀測不到。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？當然存在了。當星體離我們足夠遠，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到時，它就像一個“黑洞”；若星體離我們再遠一些，可見光不再為我們觀測到，只能觀測到X射線和γ射線，這時它就是漆黑的一團，成為名副其實的黑洞；而宇宙中150億光年以外的星體對我們來說是完全徹底的黑洞，因為我們完全觀測不到它們。除了因空間距離造成“黑洞”現象以外，星體的引力也可以造成黑洞現象。黑洞現象并不是我們原先想象的那樣：“當星體的引力足夠大時，所有的光子都被吸入星體中，整個星體變成黑暗的一團”。當星體的引力逐漸增大時，它對光子的束縛作用也逐漸增強。星體的引力足夠大時，紅外線光子將擺脫不了星體引力的束縛，而可見光、紫外線則可以擺脫星體引力的束縛；星體的引力再增大時，可見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。應該明確指出：黑洞現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象，則它一定不是黑洞；若某一星體的光譜存在紅移現象，則它可能是黑洞也可能是距離因素造成的。
總的來說，我們對黑洞的認識經歷了三個階段：第一階段認為黑洞的引力足夠強，所有的光子都不能擺脫黑洞的引力，因而整個星體是黑暗的一團；第二階段認為黑洞可以向外發(fā)出強烈的X射線或γ射線，人們認識到黑洞的引力對不同能量光子的作用不同；第三階段也就是現在正在探索的階段。應該明確指出：與黑洞現象緊密聯系的因素有兩個，引力因素和距離因素。以往我們在考慮黑洞現象時往往只考慮引力因素而忽略了距離因素，這就導致我們認為整個宇宙空間僅有150億光年，對150億光年以外的宇宙空間，認為看不見的就是不存在的。
7.恒態(tài)宇宙
也許有人會問，既然光子的速度能夠降低到零，那么宇宙中會不會堆積越來越多的光子呢？不會的！光子作為物質的一種存在方式，它不是永恒的，在一定條件下光子可以轉化為別的物質，也就是說光子是有一定壽命的。任何一個光子不可能永遠存在下去，它必將轉化為別的物質形式。宇宙中的物質無時無刻不在運動，所以宇宙中不會堆積越來越多的光子。雖然我們目前并不知道光子是如何轉化為別的物質的，但我們依然相信整個宇宙是穩(wěn)定的、恒態(tài)的，而局部宇宙則可能是不穩(wěn)定的，處于演化過程中的。同樣的道理，整個宇宙也不會被光子均勻照亮。由于光子在宇宙空間中運動時速度逐漸減小，所以任何星體發(fā)出的光只能傳播到有限遠處。也正因為如此，我們所觀測到的宇宙始終是有限的。如果想觀測更遠的宇宙空間，一個方法是派出宇宙飛船，另一個辦法是在宇宙空間中建立許多中轉站，在光信號速度未衰減到零以前接受、放大、轉播它。理論上講，只要中轉站的數量足夠多，我們就可以看見任意遠處的宇宙空間。
8.浩瀚宇宙
假設我們能夠乘座一艘高速飛行的宇宙飛船遨游太空，在剛離開地球時，我們可以觀測到150億光年的宇宙，離我們越遠的星體其紅移值也越大，遠處的星體放出強烈的X射線或γ射線。隨著我們飛行距離的增大，我們會發(fā)現銀河系的紅移值越來越大，并且其顏色逐漸偏藍，而原先我們觀測到呈藍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。當我們飛到離銀河系150億光年的地方，我們發(fā)現展現在我們面前的宇宙范圍仍然有150億光年；而原先我們認為正在以很大速度分離的星體或膨脹的宇宙空間并沒有膨脹。無論我們飛到哪里，始終只能看見150億光年的宇宙空間，也始終能夠看見150億光年的宇宙空間，宇宙是無限的；并且我們始終是宇宙的“中心”，因為所有的星體看起來所有的星體都好象以我們?yōu)橹行南蛲獗ㄐ纬傻囊粯樱竭h的星系(紅移值越大)離開我們的速度也越大。我們認為，宇宙是無始無終的，物質的存在是永恒的，對某一特定的物質形態(tài)有其產生和消亡的過程，但整個宇宙不存在產生和消亡的過程，它是自始至終存在并且不會消亡的。同時也應該看到，宇宙是無限的，不會僅僅只有150億光年的空間。
從上個世紀以來，人們已經探索到了上百億光年的宇宙空間，然而這只不過是蒼海一粟。也許還要幾十年甚至上百年人類才能認識到宇宙的無限性，但只要天下有志之士攜手合作，這一天定會早日到來。
二、淺談光的衍射
通常情況下光總是直線傳播。但當光線經過足夠窄的窄縫時將形成明暗相間的衍射條紋。由于光子不帶電，在電磁場中不偏轉，所以光子的衍射不是電磁力作用的結果，而是引力子與光子作用產生的。光子與引力子作用不是一個簡單的碰撞過程，而是一個極為復雜的過程。在光子與引力子相遇的一瞬間它們形成一個混合體，這就打破了結合前光子內部各部分的平衡，混合體內部存在著排斥力和凝聚力兩種作用。若排斥力占主導作用，則混合體將在極短的時間內“裂變”放出引力子；若凝聚力占主導作用，則混合體將形成一個新的光子。那么滿足什么條件的混合體(光子)才是穩(wěn)定的呢？經典電磁理論指出：所有光子的能量均為某個最小能量的整數倍。也即所有光子的質量均為某個最小質量的正整數倍，只有這樣的光子才能穩(wěn)定存在。當然這并不表明能量為某個最小能量的非整數倍的光子就不存在，只不過由于它們極不穩(wěn)定，在形成后瞬間就“裂變”生成能夠穩(wěn)定存在的光子，目前我們還沒有觀測到或注意到這類光子罷了。從這里我們可以看出，與原子核一樣，所有光子的質量均為某個最小質量的正整數倍，說明光子也有一定的內部結構，某些質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)定存在的光子質量的不連續(xù)。言歸正傳，由于引力子質量遠遠小于光子的質量，所以光子不可能吸收一個引力子形成新的光子(因為這樣的光子是不穩(wěn)定的)。但是若在同一時刻，光子與許多引力子相互作用，而這些引力子質量之和又大于最小光子的質量，光子就有可能吸收質量和等于最小光子質量的引力子數目而形成新的光子。舉例來說，若最小光子的質量是引力子質量的10萬倍，那么當同一瞬間有15萬個引力子作用于光子時，光子只可能吸收10萬個引力子，另外5萬個引力子不被光子吸收，僅對光子產生微小的沖量。倘若在同一瞬間有9萬個引力子作用于光子,那么這9萬個引力子都不會被光子吸收，它們僅對光子產生微小的沖量。光子可能吸收的引力子數目只可能是10萬的正整數倍。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。
現有一個寬度為α的窄縫，絕大多數光子經過窄縫時雖然與許多引力子作用，但大多不會形成新的光子，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。由于衍射條紋是對稱分布的，所以我們只討論一半。拿中央亮紋以上的條紋來說，這些條紋是由縫中心到縫頂部經過的光子偏轉形成的。從縫中心到縫頂部經過的光子，若吸收10萬個引力子則形成穩(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過的光子，若吸收20萬個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目也可能逐漸增多。假設在離開縫中心向上的極小位移處，在該處最多只可能有10萬個引力子與光子發(fā)生作用，那么經過該處的光子最多只可能偏移到第一條亮紋處。換句話說它最多只可能對第一條亮紋的形成做貢獻，對第2條、第3條、第4條……第n條亮紋都沒有貢獻。由此在向上某處經過的光子最多只可能吸收20萬個引力子，但也可能吸收10萬個引力子，故經過該處的光子對第1條、第2條亮紋的形成做出貢獻而對第3條至第n條亮紋都沒有貢獻……；從縫頂部經過的光子可能吸收10萬*1、10萬*2、10萬*3……10萬*n個引力子，所以從該處經過的光子對第1條、第2條、第3條至第n條亮紋的形成都有貢獻。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，則在離開縫中心向上的極小位移處，光子最多可能有20萬個引力子，經過該處的光子對第1條、第2條亮紋的形成都有貢獻，這樣就減小了第1條、第2條亮紋亮度的差異。也就是說，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。當縫很寬時，條紋亮度幾乎全部集中在中央區(qū)域，兩邊的光子數幾乎為零。這就是我們看到的光的直線傳播現象。由于光子并不是一種波，其偏離直線傳播(衍射)現象是由引力子引起的，所以光的衍射現象與縫的寬度無關。物體在陽光下的陰影邊緣常常較模糊，這說明光子在經過物體表面時受到引力作用而偏離了直線傳播。理論上來說只要光子的運動方向和引力方向不在一條直線上，光子就會偏離原來的運動軌跡，并且引力場越強光子彎曲的程度也越大。星光在經過恒星以后通常會發(fā)生彎曲，有時我們甚至能夠看到星體后面的其它星體發(fā)出的光。
三、論電子結構與原子光譜現象
1.電子發(fā)光
原子是如何發(fā)光的？要弄清這個問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。在化學反應中伴隨著電子的得失，常常有能量(光子)放出，光電效應、激光現象及其它一些實驗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，或者說電子有一定的內部結構，光子是其組成部分之一；由于光子不帶電，說明電子內部電荷的分布是不均勻的，因為如果電子內部電荷是均勻分布的，則光子就應該帶電。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，因為電子內部電荷分布不均勻，所以在原子核強大的靜電力作用下電子內部電荷將重新分布，甚至可能發(fā)生裂變，這就為電子放出光子創(chuàng)造了條件。當電子裂變放出光子后，它的各個組成部分結合的更加緊密，在適當的時候可能吸收一個光子，這就為電子吸收光子儲存能量創(chuàng)造了條件。而電子正是通過不停地吸收、放出光子來和外界交換能量的。稍后我們將看到，原子正是通過電子不斷吸收、放出光子來和外界完成能量交換的。一般來說，電子質量越大其內部各部分結合的越松散，在靜電力作用下越容易發(fā)生裂變；電子質量越小其內部各部分結合的越緊密，在靜電力作用下越不容易發(fā)生裂變。與原子核“幻數”相似，總有特定質量的電子的結合力相當大，比其它質量電子的結合力大許多，這些特定質量的電子往往對應于某些穩(wěn)定的軌道。
有人認為物質發(fā)光是由于物質中的原子或分子受到擾動的結果，認為光子是由原子或分子發(fā)出的。其實這是一種錯誤的看法。我們知道，原子是由原子核和核外電子組成的，光子是一種物質實體，或者是由原子核發(fā)出的，或者是由電子發(fā)出的，除此以外再沒有別的選擇。說光子是由原子發(fā)出的，這是一種不確切的說法。
2.原子核和電子之間的磁力作用
兩個相距一定距離的異種點電荷在靜電力作用下必然會吸引在一起，因為靜電力作用在兩點電荷連線上。而原子核和電子不會吸引在一起。這就啟示我們在原子核和電子中必然存在一種其它作用力。這個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線間會產生磁力作用，在磁力作用下它們將彼此吸引，原子核和電子的相向運動正相當于通以相同方向電流的兩條平行導線，在它們之間也將產生磁力作用。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速度越大，它們之間的磁力也越大。當原子核和電子之間彼此相對靜止在一定遠處時，在靜電力和磁力的共同作用下，它們并不會吸引在一起。因為靜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。開始時螺旋線的半徑為無窮大，電子作直線運動；一旦電子相對原子核的速度不為零，磁力開始起作用，電子的運動軌跡開始發(fā)生彎曲；當電子與原子核靠近到一定的距離時，電子和原子核之間的靜電力恰好等于電子作圓周運動所需的向心力，此時電子處于平衡狀態(tài)，螺旋線變成了圓。同樣在電子離開原子核時也是沿著螺旋線運動的。在靜電力作用下，電子總要盡量靠近原子核，在磁力作用下，電子有遠離原子核的離心趨勢，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，它的軌跡是圓。因為當電子的軌跡不是圓時，它總要受到磁力的作用，這個力使電子的切向速度增加、運動軌跡向圓靠近。而電子受磁力作用時它的運動軌跡就要發(fā)生變化，就不是穩(wěn)定的，只有當電子的軌跡是圓時才不受磁力的作用，所以說電子在原子核中的穩(wěn)定軌跡是圓。太陽系中的行星在太陽引力作用下，其運動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？為什么不會被原子核吸收？人們通常認為：做加速運動的電荷會向外輻射能量.如果電子在原子核中做圓周運動，則它就有加速度，必然會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，這樣整個原子就是不穩(wěn)定的，然而事實并非如此。于是人們推測電子在原子核中不可能做圓周運動。我們認為以上推斷是錯誤的，電子的確在原子核中做圓周運動，其理由如下：第一，電子輻射電磁波并不是一個只出不進的過程。電子時刻不停地向外輻射能量，也在時刻不停地吸收光子，這是一個動態(tài)平衡過程。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，倘若沒有外界能量輸入，原子總會由于向外輻射能量而降低溫度，只要物體的溫度在絕對零度以上就會向外輻射電磁波。第二，電子在原子中的質量并非一成不變的。一般而言，電子離核越近質量越小，離核越遠質量越大(這一點我們稍后證明)。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。正因為磁力作用的存在使電子在靠近原子核時切線速度不斷增大，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。設電子穩(wěn)定時質量為M，速度為V，與原子核相距R，原子核電量為Q，此時靜電力F正好等于電子作圓周運動的向心力，
離心力大于靜電力，所以此時電子作離心運動，將回到距核R的軌道上。同樣當電子受到遠離原子核的擾動后，靜電力F大于電子作圓周運動的向心力，電子將向原子核運動，最終要回到距核R的軌道上，這里不再證明。
另外我們認為，做加速運動的電荷會向外輻射電磁波這個提法不夠確切，應該說做加速運動的自由電荷會向外輻射電磁波，而電子在原子核中做圓周運動時不會向外輻射電磁波。兩者有什么區(qū)別呢？我們知道，在原子核和電子結合成原子的過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。自由電子的質量大于原子中的電子的質量，自由電子各部分結合得較為松散，受到外界擾動(有加速度)時會向外輻射電磁波；而原子中的電子質量小，各部分結合得較為緊密，受到外界擾動(有加速度)時未必會向外輻射電磁波，只有當外界擾動(加速度)足夠大時才會裂變輻射電磁波，所以電子可以在原子中做圓周運動而并不向外輻射電磁波。
4.穩(wěn)定軌道的形成
對于處于基態(tài)的電子來說，每秒會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。電子在吸收一個或幾個光子以后質量增加，形成新的電子。我們先考慮指向核外的擾動。設電子在吸收一個或幾個光子以后質量增加為M+Δm，與原子核相距R+Δr，我們知道，一定質量的電子總有與一條特定軌道與之對應，比如電子的質量為M時其軌道半徑為R，那么當電子質量為M+Δm時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條件，那就是質量為M+Δm的電子的結合能。我們知道電子在每秒內會受到許多光子的擾動，假設質量為M+Δm的電子運行在半徑為R+Δr的軌道上，若它受到一個指向原子核的擾動，離核距離變?yōu)镽+Δr-r，此時原子核靜電力對它的作用增強，若它的結合能小的話則電子立即裂變放出光子重新回到其原來的軌道R上；如果質量為M+Δm的電子內部的結合能非常小，以至于受到微小的擾動時立即裂變放出光子，那么它在半徑為R+Δr的軌道上停留的時間也趨近于零，換句話說半徑為R+Δr的軌道根本不存在；如果質量為M+Δm的電子內部的結合能非常大，以致于受到很大的擾動時它才裂變放出光子，那么電子就能夠在半徑為R+Δr的軌道上停留一段時間，這段時間就是原子的平均壽命。假設有一群電子處于同一激發(fā)態(tài)，由于每個電子受到的擾動情況不一樣，有的電子受到的擾動大有的電子受到的擾動小，而只有電子受到足夠大的擾動并運動到離核足夠近的地方才會裂變放出光子，所以電子裂變回到基態(tài)的時間也不一樣。處于同一激發(fā)態(tài)的原子的平均壽命和兩個因素有關：一是電子的結合能，二是電子受到的擾動。電子內部的結合能與原子核“幻數”相似，只有特定質量的電子的結合能才是很大的，所以電子的軌道也是特定的、不連續(xù)的，其它質量的電子由于結合能很小，裂變時間極短，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有軌道。我們再來考慮指向原子核的擾動。設電子在吸收一個或幾個光子以后質量增加為M+Δm，與原子核相距R-Δr，此時原子核對電子的靜電力增強，電子立即裂變放出質量為Δm的光子，由前面的證明我們知道，此時電子的速度增大，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。也許有人會懷疑，這樣看來電子可能存在的穩(wěn)定軌道豈不是唯一的了？實際上由于電子在原子核外有幾個不同的穩(wěn)定質量，所以它也有幾條穩(wěn)定軌道，一定的質量總是與某一條特定軌道相對應。從這里我們可以看出，電子在原子核中的穩(wěn)定軌道往往對應于電子結合能極大的質量，結合能小的質量由于在原子中不穩(wěn)定因而不會形成穩(wěn)定軌道。
5.電子結構與不同躍遷軌道
對于處于同一激發(fā)態(tài)的一群電子而言，設電子的質量為M+Δm，它們可能會有不同的躍遷軌道，放出的光子的能量(質量)也不同，但總是躍遷到離核近的電子放出的光子的能量(質量)大。電子從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)的過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)。當電子回到離核R-Δr處時，在靜電力作用下電子裂變放出質量為Δm的光子，此時離心力大于靜電力，電子將回到半徑為R的穩(wěn)定軌道上。那么電子為什么會有多條躍遷軌道呢？這說明處于同一激發(fā)態(tài)的電子內部結構(結合力)不同，有的結合力大，有的結合力小，結合力小的光子在離核較遠的地方裂變，放出的光子能量也較小；結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部結構決定的。同一質量的電子可能有多種裂變方式，再次向我們說明電子具有內部結構，在考慮原子光譜時一定要考慮電子的內部結構。處于激發(fā)態(tài)的電子在向基態(tài)躍遷時會發(fā)出光子；把原子的內層電子打掉以后外層電子會放出光子并向離核更近的軌道躍遷。這些現象啟示我們：電子離核越近質量越小，電子離核越遠質量越大。從這里也可以看出，電子質量越小其內部結合力越大。因為離核越近電子受到的靜電力越大，而電子能夠穩(wěn)定存在說明其內部結合力越大。在同一個原子中，內層電子的質量小于外層電子的質量；同一個電子離核越近質量越小。
人們發(fā)射的人造衛(wèi)星可以設定軌道，其軌道變化可以是連續(xù)的，但對原子核中的電子來說，其軌道變化則是不連續(xù)的。怎樣理解這一點呢？讓我們做一個假想實驗。把兩個帶異種電荷的點電荷放置在一定遠處，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。無論怎樣改變這兩個電荷的質量、電量，結果都是相同的。這說明：用宏觀電荷不可能模擬原子核和電子之間的作用力。說到這里，好事者馬上就會解釋，因為宏觀電荷物質波的波長極短而電子物質波的波長較大，所以用宏觀電荷不可能模擬原子核和電子之間的作用力。換一個角度來說，宏觀物質和微觀物質是有區(qū)別的，用宏觀物質不能模擬微觀物質。但區(qū)別究竟在哪里？一個是宏觀物質而另一個是微觀物質，這個解釋近乎無聊了。還是讓我們來仔細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，電子和原子核開始時相向運動，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動的切向加速度，并使整個原子處于穩(wěn)定狀態(tài)。那么，兩個宏觀點電荷之間的運動軌跡為什么是一條直線呢？這是因為宏觀電荷的荷質比遠遠小于原子核和電子的荷質比，在靜電力作用下宏觀點電荷獲得的最終速度也小得可憐，因此宏觀點電荷之間因相對運動而產生的磁力也微乎其微，近似于零。所以宏觀點電荷在靜電力作用下表現為相向運動，其運動軌跡接近直線。從這里我們可以得出這樣一個結論：雖然靜電力作用在兩個電荷的連心線上，但是僅在靜電力作用下，電荷的運動軌跡不一定就是直線，兩個電荷的荷質比越小，其運動軌跡越接近直線，反之則越接近曲線。那么，如果宏觀點電荷的荷質比足夠大甚至可以與原子核或電子相比時，是否可以用宏觀點電荷模擬原子核和電子相之間的作用呢？也不能！如果宏觀點電荷的荷質比足夠大，甚至可以與原子核或電子相比，那么這樣的兩個異種電荷在靜電力作用下會沿著螺旋線相互接近，最終會處于穩(wěn)定狀態(tài)，但由于宏觀點電荷的質量不會發(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？有人認為離核越近的電子能量越低，越不容易失去；離核越遠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)別在于它們的質量不同。離核越近的電子質量越小，離核越遠的電子質量越大，同一個原子中沒有兩個質量相同的電子存在。在氫原子中也是電子離核越近質量越小，離核越遠質量越大。
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零度以上，就會向外發(fā)射電磁波，物質的發(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，因為原子核不可能發(fā)出光子。當我們用電子束轟擊汞原子蒸汽時，可以發(fā)現當電子的能量為某些特定值時，汞原子強烈地吸收其能量；對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際是汞原子中的電子吸收電子束的能量。可見，原子中的電子可以吸收各種能量(質量)，但對特定的能量(質量)吸收能力十分強。在原子的吸收光譜中，電子可以吸收各種能量的光子，只不過大部分光子被電子吸收后與電子的結合能并不大，受到微小的擾動后立即放出光子，由于該過程極短，所以當連續(xù)光通過原子蒸汽時，大部分光子被吸收后又很快放出，看起來似乎沒有與原子作用，只有極少數具有特定能量的光子與電子的結合力極大，這類光子被吸收后要保持一段時間才可能放出，故吸收光譜會出現幾條暗線。至于原子的明線光譜，與其說是明線光譜還不如說原子的發(fā)射光譜中有幾條線特別亮。這是因為處于激發(fā)態(tài)的電子比別的能量狀態(tài)的電子穩(wěn)定，停留的時間較長，所以在一群原子中處于激發(fā)態(tài)的電子數目總比別的狀態(tài)的電子數目多，因而它們發(fā)出的光也更亮一些。事實上原子的發(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合力都不大，所以電子也在時刻不停地放出各種能量的光子，因此物質的發(fā)射光譜往往是連續(xù)光譜。
許多人都認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，因為他們看到原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。其實這種看法是錯誤的。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物體具有明顯的熱效應，并且每種物質的敏感光子不同。實際上并非如此。我們知道，紅外線具有顯著的熱效應，對任何物質都是如此。此外，物質的發(fā)射光譜是連續(xù)光譜，這也說明原子或分子的吸收（或發(fā)射）出的光子是廣譜性的。為了充分理解這個問題，需要作進一步的說明。現代物理學指出：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），也就是13.6、3.4、1.5……電子伏，并且認為對于10電子伏、3電子伏這樣的其它能量的光子不會被電子吸收。我們認為：電子吸收的光子能量是連續(xù)的，對于10電子伏、3電子伏這樣的其它能量的光子同樣會被電子吸收，只不過電子吸收這些光子后，電子和光子的結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，由于作用時間極短，以致于我們誤認為電子沒有吸收光子。換一個角度來考慮，當大量的原子吸收了能量連續(xù)的光子時，由于大部分電子與光子的結合力都不大，所以這些電子在極短的時間內（設為t）就會裂變放出光子，而能量為13.6、3.4、1.5……電子伏的光子與電子的結合力很大，所以電子裂變放出光子的時間也很長，如果這個時間是100t，則電子放出相應的光子也比其它光子亮100倍；如果這個時間是1000t，則電子放出相應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。由此我們得出一個結論：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，譜線的亮度越大；原子的平均壽命越短，線的亮度越小。當然這有個前提，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.熱現象的本質
由于電子時刻不停地受到光子的擾動，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)，它的運動軌跡也不是正圓。一般來說，溫度越高，電子受到的擾動越大，其運動軌跡偏離圓形的趨勢越明顯；溫度越低，電子受到的擾動越小，電子的運動軌跡越接近圓(只有在絕對零度時，電子的運動軌跡才可能是正圓)。從這個意義上來說，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。所以溫度升高時物體發(fā)出的電磁輻射向短波方向移動。對于溫度一定的物體來說，它內部包含了大量的原子，這些原子中的電子由于受到的擾動大小不同，它們裂變放出光子的質量也不同，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。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：電子離核越遠電勢能越大，離核越近電勢能越小。與宏觀電荷一樣，電子的電勢能是其與原子核距離的函數，電子和原子核間的作用力服從庫侖定律。溫度越高，電子離核越遠，電勢能也越大，因而也越容易失去；溫度越低，電子離核越近，電勢能也越小，也越不容易失去。
什么是熱現象呢？這似乎是不是問題的問題。人們通常認為：熱現象是大量分子無規(guī)則運動的反映，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，太陽時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章的運動，這些粒子的速度通常都接近光速或亞光速。這樣看來宇宙空間的溫度應該很高(至少比恒星內部高)，宇宙空間應該是很明亮的。但事實上，宇宙空間是漆黑的一團，溫度只超過絕對零度一點。這說明粒子運動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)的平均運動速度決定的。溫度升高，原子(分子)的平均速度增大。但反過來，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零度以上就會向外輻射電磁波，而物質向外輻射電磁波的原因是電子受到擾動后在靜電力作用下放出光子，并且光子受到的擾動越大放出的光子能量也越大，相應的物體的溫度也越高。從這個意義上來說，原子是儲存熱量的最小單位，單個原子也有溫度，因為它可以儲存熱能。但單個的帶電粒子如質子、電子在不受外界任何擾動時，即便速度再大也不會向外界釋放能量，因此它們都不能儲存熱能，因而也沒有溫度。應該看到，原子(分子)的高速運動所具有的能量僅僅是動能而不是熱能，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關，原子(分子)也是如此。一個原子(分子)的速度比其它原子(分子)的速度大，只能說明它的動能大，儲存的熱能未必就多。熱能僅儲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都不能儲存熱能。在日常生活中我們用紅外線(微波)加熱而不用紫外線，紫外線的熱效應遠遠小于紅外線(微波)。這是因為紅外線(微波)光子的質量小，和原子中電子的結合力大(包括內層電子)，而紫外線和原子中電子的結合力小(它幾乎不與內層電子作用)，所以紅外線往往容易被物體吸收，其熱效應當然比紫外線強。
再進一步考慮，什么是熱現象呢？熱現象和溫度之間有什么關系呢？我們認為：對一個物體而言，倘若它儲存了熱能它就有溫度，并且它儲存的熱能越多它的溫度就越高，反之則溫度越低；倘若物體沒有儲存熱能則它就沒有溫度或者說它的溫度是絕對零度；倘若物體不能儲存熱能，則用溫度來衡量該物體是沒有意義的。我們知道，原子是儲存熱能的最基本單位，原子的熱能實際上是儲存在電子中的。單獨的原子核、單獨的電子都不能儲存熱能，所以單獨的原子核、單獨的電子都沒有溫度。同樣的道理，光子也不能儲存熱能，它僅僅是熱能的載體，因為單獨的原子可以儲存熱能，所以單獨的原子有溫度，但由于單獨的光子不能儲存熱能，所以單獨的光子沒有溫度，不同能量的光子之間只有能量的差異而沒有溫度的差異，用溫度來衡量光子是毫無意義的。倘若光子也有溫度，則在太陽系中離太陽越近的空間溫度就應該越高，離太陽越遠的空間溫度就應該越低，事實上完全不是這么回事。
8.電子的質量-結合能曲線表
關鍵詞行為財務有效市場假說評價
隨著當今世界經濟一體化進程與計算機網絡技術等先進科技成果的大量應用，社會組織和經濟結構日益復雜，將實驗方法引入財務研究成為一種必然的趨勢。
1行為財務理論產生的背景
現代財務理論要解決兩個問題：一是通過最優(yōu)決策模型解釋什么是最優(yōu)決策；二是通過描述性決策模型探討投資者的實際決策過程。傳統(tǒng)財務理論很好地解決了第一個問題，但在第二個問題上，它一直視投資者的實際決策過程為一“黑箱”。為更好地解釋和預測投資者的實際決策過程以及金融市場的實際運行狀況，理論界發(fā)展了行為財務這一新的研究范式。
行為財務是在對“有效市場假說”（EMH）的質疑中提出來的。EMH宣稱，金融資產的價格能夠全面反映市場上可獲得的相關信息，投資者無法利用相關信息獲取超額回報。但進入20世紀80年代以來，出現了大量與EMH相矛盾的市場異象，比較典型的有：①規(guī)模效應。Banz發(fā)現，未來股票價格的變化與股票所代表的公司規(guī)模有密切關系。小公司的股票較大公司的股票更易獲得較高的收益率。公司規(guī)模是市場上眾人皆知的信息，按照EMH，借此信息應無法獲取超額回報。因此，這一發(fā)現極大地沖擊著EMH；②期間效應。French、Gibbons和Hess的研究顯示，股票在星期一的收益率通常為負值，而在星期五的收益率則明顯高于一周內的其他交易日，于是可以得出在某些特定時間進行股票交易即可獲取超額回報。這顯然與EMH不符；③反向投資策略。經濟學家發(fā)現，一只股票受關注的程度（用股票市值與其賬面價值的比率來衡量，比率越高，表示越受關注）也影響到股票價格的變化。受關注的股票往往只有較低的收益率，而較不受關注的股票往往能獲取較高的投資回報，因此投資者可以采取一種“反向投資”的策略來獲取超額回報。一只股票受關注的程度是市場上的公共信息，顯然EMH難以解釋這一策略。
對EMH最大的挑戰(zhàn)來自于對其理論基礎的沖擊。EMH以投資者理性為基礎，但大量心理學和行為學研究顯示，投資者并非都是理性的，他們在決策時呈現出如下心理特征：①損失回避。相同大小的利得和損失，后者造成的影響大概是前者的2.5倍，所以投資者更注重損失帶來的不利影響；②過度自信。投資者對自己的知識和能力都表現出過分自信；③傾向于確認偏差。投資者往往只是重視條件概率，而忽視先驗概率。由于存在這些心理特點，投資者的實際決策往往會系統(tǒng)性地偏離傳統(tǒng)財務理論所設定的最優(yōu)決策模式，這種偏離通過影響投資者對金融資產的選擇最終反映到金融資產定價上。
2行為財務的主要內容
（1）決策特征。在提出行為財務學以前，關于財務方面的研究幾乎從未涉及到個人的決策行為。行為財務認為行為財務主體的決策程序隨問題本質及產生問題的環(huán)境而變化。行為財務的決策特征：①決策者的偏好是多元化的，尋求令人滿意而非最優(yōu)的決策。決策者的偏好是易變的，并且僅在決策過程中形成；②決策者傾向于根據經驗或主觀直覺而非客觀標準及嗜好性信息來做出決策，他們的決策程序是個性化的、具體的，并帶有情緒；③人們一般不是通過概率，而是通過啟發(fā)法的經驗決策法則來處理問題。
經驗表明，上述決策特征有助于解釋財務市場上投資者的行為特點及其行為所引起的資本市場的變化，如股票市場交易量的變動、帶有噪聲的股票價格、投資者追隨領導者和從眾的行為等。
（2）預期理論。現代經濟學在風險決策問題上著名的理論模型即“期望效用模型”。由VonNeumann等人進行嚴格的公理化闡述而形成。其基本內涵是，決策者謀求的是加權估價后形成的預期效用的最大化。然而，該理論卻在實驗經濟學的一系列賭博選擇實驗中受到了挑戰(zhàn)。最早的賭博選擇實驗由諾貝爾經濟學獎獲得者Allais設計。該賭博選擇實驗產生了著名的“阿萊悖論”（亦稱“同結果效應”），它對期望效用理論形成了挑戰(zhàn)。與同結果效應類似的實驗發(fā)現是“同比率效應”，即如果對一組賭博中收益概率進行相同比率的變換，也會產生不一致的選擇。與同結果效應一樣，同比率效應也是對期望效用理論的挑戰(zhàn)。研究表明，人們在不確定條件下的許多決策與預期效應理論的預測發(fā)生了分歧。為給出解釋，通過實驗觀察和模型設計，Kahneman和Tversly提出了預期理論。預期理論類似于期望效用理論，只不過個體在最大化效用的加權和中，權重不等于概率，效用由所謂的“價值函數”而不是效用函數得到。權重由真實概率函數得出，在真實概率中極小概率下的權重是0，在極大概率下的權重是1。即人們將極不可能的事件視為不能，而極可能的事件視為確定。在很小和很大概率之間，權重函數（真實概率函數的權重）的斜率小于1。
（3）股票價格的異常變動。行為財務學認為，現代財務模型對資本市場的異常現象不能予以明確的解釋，比如反應不足或者過度反應。因此，行為財務學者們通過建立模型來解釋市場中的無效率行為，比如有Barberis、Shleifer和Vishny的BSV模型解釋了金融資產的價格如何偏離EMH，當投資者認為收益變化是一種暫時現象時，他就未能及時調整自身對未來收益的預期，即反應不足；當投資者認為近期股票價格的同方向變化反映公司收益的變化是趨勢性的，并對這一趨勢外推，就會導致過度反應。Daniel、Hirshleifer和Subrahmanyam的DHS模型解釋了股票回報的短期連續(xù)性和長期回調，模型認為市場中的投資者分無信息和有信息兩類，前者不存在判斷偏差，后者表現出過度自信和自我偏愛兩種判斷偏差，過度自信導致投資者夸大在股票價值判斷中私人信息的準確性，自我偏愛導致對私人信息的反應過度和對公共信息的反應不足；Hong和Stein的HS模型，解釋了反應不足和過度反應，HS模型把市場中的投資者分為消息觀察者和動量交易者兩類，在對股票價格預測時，消息觀察者完全不考慮當前或過去的價格，而是根據其獲得的關于股票未來價值的信息進行交易，動量交易者則把他們的預測建立在一個對過去歷史價格的簡單函數上。
3行為財務的意義與運用
行為財務理論的科學性在于它突破了標準財務理論只注重最優(yōu)決策模型，認為理性投資決策模型就是決定金融資產價格變化的實際投資決策模型的假設，從而把人的行為模式建立在更加現實的基礎上；同時，它也合理解釋市場異常現象。如對“反向投資”策略，行為財務理論認為，這種現象是由于人們預測時的心理偏差造成的。
盡管如此，行為財務理論還存在著諸多不足。行為財務模型雖然能解釋市場中的某些異常現象，但行為財務尚缺乏一種能夠普遍解釋各類市場異常現象的理論或模型；同時，面對研究方法和模型設計的改變，異常現象出現的幅度和強度都發(fā)生了很大變化。迄今行為財務尚未能形成一個完整的理論體系，其研究還停留在對市場異常現象的解釋以及實證檢驗上，眾多的模型很大程度上還只是對特殊現象的解釋，往往需要增加很多額外的假設進行推導。而且，心理因素的不確定性和不易量化也增加了行為財務研究的難度，正如人的心理特征難以用某種簡單標準進行劃分一樣，沒有什么模型能同時解釋投資者的信念、偏好和套利限制。
溫興琦博士認為，行為財務仍是一個嶄新的研究領域，不僅具有重要的理論意義，還有著極其廣闊的應用范圍。比如，針對普遍流行的上市公司“圈錢饑渴癥”，可以從行為財務的角度解釋，公司經理的行為是非理性的，即上市公司經理并不是以公司真實價值最大化為目標，而往往是傾向于公司經理自身利益的最大化，這決定了公司經理的融資和投資行為決策不可能是完全理性的，這是導致偏好股權融資的主要原因。因此，解決這種問題，一方面，要加強上市公司的法人治理結構的完善，使其發(fā)揮對公司經理的監(jiān)督作用，使公司經理真正做到以公司價值的最大化為行為準則。另一方面，要在微觀機制上進行設計，發(fā)展和完善對公司經理的激勵機制，盡快推行經理股票期權等激勵制度，使得公司經理的利益與公司價值的最大化捆綁在一起。
隨著資本市場上投資者行為的不斷演化，行為學和財務學研究層面上的發(fā)展與深化將不斷完善行為財務學的理論體系。通過行為財務可以獲得更符合市場真實情況，更具有確切內涵的財務理論。行為財務學最近才引入中國，一些中國學者基于行為財務學的觀點對中國市場進行了實證研究，但總體成果不顯著，但可以預計行為財務學在中國會有非常良好的應用前景。因此，借鑒國外的理論研究成果，結合我國的實際情況，特別是圍繞資本市場進行有中國特色的行為財務研究具有重大的理論意義和實踐意義。
4對行為財務理論的評價
（1）行為財務的產生為財務理論的研究拓展了一個新的視角，開辟了一個新的領域。利用行為財務的理論框架，可以加深對傳統(tǒng)財務理論的認識，并進一步發(fā)展相關內容。
（2）行為財務關注企業(yè)所面臨的資本市場和產品市場條件等對企業(yè)財務行為的影響，即企業(yè)與資本市場和產品市場的博弈，使對企業(yè)財務行為的研究更加真實。如我國上市公司中普遍存在的股權融資偏好問題，傳統(tǒng)理論歸因于股權融資實際成本低于債權成本，而依照行為財務理論，至少部分公司是因為資本市場融資條件的限制而選擇股權融資。
（3）根據行為財務理論，正確的投資策略必須考慮到投資者非完全理性，必須考慮到資本市場上經常存在反應不足和反應過度等異常現象。
參考文獻
1盧向南，俞佳.行為財務理論的發(fā)展和應用研究[J].經濟論壇，2006（8）
物理學理論的研究是源于對實驗現象的觀察、總結和解釋，這也成為一種非常通用而有效的科學研究方法。物理教育教學要實現新課程目標就必須要讓學生在學習中體會這一科學研究方法，能夠用準確簡要、邏輯清晰的物理語言來描述物理現象、闡述物理概念、陳述物理規(guī)律等。然而，在高考閱卷中發(fā)現，很多學生的物理信息處理能力和物理表達能力不高;在教學中也發(fā)現不少學生很難讀懂科技文章或者對此類文章和新聞毫無興趣，無法有效提取新聞報紙閱讀材料中包含的物理學信息，也不能夠將科技文章和平時所學的物理知識聯系起來。
物理中的科技寫作是指對某一物理現象或物理問題，學生通過閱讀文獻、觀察實驗等方式獲取信息，對信息進行分析篩選和邏輯推理，對所研究的物理現象或問題進行解釋，最后用簡明扼要的語言寫成報告或小論文[2]。通過這樣的方式，不僅可以提高學生的閱讀理解以及寫作能力，有助于培養(yǎng)學生的科研創(chuàng)新精神;同時對一部分有志于物理學研究的學生來說，還可以從中找到自己的興趣點，開始撰寫一些有創(chuàng)新性和學術性的科技論文。此處從以下三個方面來探討科技論文寫作的重要性。
第一，重視科技寫作可以加強學生對教材內容的理解，應該成為教材學習中的一部分。在這里先以美國流行的《物理：原理與問題》教材為例，該教材分為30章，在每一章節(jié)的課后測評都設有“科技寫作”欄目，至少一道題，多則三道題，從題目的分類情況來看，主要是以下這么幾個方面[3]：
1、物理學史：
1)實驗發(fā)展類：例如研究并描述人類測量太陽和地球之間距離的發(fā)展史。
2)物理學家的生平和影響：如研究并闡述伽利略對物理學的貢獻
這類型的科技寫作需要學生對物理學史的參考資料做調查研究并進行分析總結，在此過程中，學生不僅可以充分了解物理理論建立的過程，從中體會物理學家們積極探索、勇于創(chuàng)新的科研精神，學習科學的思維方式和研究方法，同時也可以在研究中發(fā)現物理知識的突破和社會生產力以及經濟發(fā)展的聯系。
2、生活中的物理學：這類型的題目很多，例如要求用物理學原理解釋過山車豎直的環(huán)形滑道大多數并不具有圓環(huán)形狀的這種設計思想，還有研究體重計的工作原理、安全氣囊的作用等等。
學生通過對這些題目的研究，能夠真實體會到物理知識在實際生活中的應用，對物理規(guī)律的理解也會更會深刻，增加對物理學習的興趣。
3、物理學與其他學科：
1)物理學與生物學：研究一個人能夠無眩暈地忍受的最大加速度。
2)物理學與藝術：研究某些樂器，如小提琴或者小號的構造。
3)物理學與天文學：研究多普勒效應在天文學上的應用。
4)物理學與醫(yī)學：研究和解釋衍射在醫(yī)學和天文學中的作用。對每一種領域，至少描述兩種應用。
這類型的題目可以讓學生進一步意識到物理學科不是一門孤立的學科，而是跟很多學科都有著千絲萬縷的聯系。從某種意義上說，物理是萬物之理并不是一句大話，特別是現在誕生了很多的交叉學科，如物理化學、生物物理學、天體物理等等。學生越能夠了解物理和其他學課的關系，就越能體會自然科學和諧統(tǒng)一的美感，同時也能發(fā)現物理作為自然科學的基礎學科對其他學科的重大影響，從而對物理學科的學習也會更為重視。
4、物理學前沿：例如研究迄今所見的最大質量的粒子的干涉效應，描述實驗過程，并說明干涉是怎樣產生的。
了解物理學發(fā)展前沿，對學生的物理學學習十分重要，通過對前沿的了解，學生不僅可以知道物理學在高新科技上已經取得的成就，還能加深對這些成就中用到的物理學理論的了解。有時候，前沿科學中涉及到的物理學并不復雜，以中學的物理知識完全可以理解。而當學生了解這一點以后不但能建立起學習物理的信心，減少對物理學科的畏難情緒，同時也會對當前物理學的應用產生興趣，增加學習物理的積極性。
第二，目前的高考試題越來越重視物理理解能力和表達能力。
現在高考題目的改革使得題目都會有一定的生活或科技發(fā)展背景。以近年各地高考試題為例，就能發(fā)現大量以實際生活為背景或者與科技前沿相聯系的題目。
如2015年北京卷的18題，以“蹦極”運動為背景，考查牛頓運動定律、動量定理以及功能關系。20題又以常用的一卡通(IC 卡)為研究對象考察電感和電容以及電磁波的相關知識。
又如2015年全國課標卷II 中的第18題，是以指南針為載體考察磁學基礎知識;而在第25體總，以常見的地質災害滑坡和泥石流為背景，考察摩擦力、壓力等受力分析以及物體的運動等知識，可以說綜合應用性很強。
尤其是2012年浙江卷的25題，是設計一種提高自行車夜間行駛安全性的“閃爍”裝置，在第四問中還要求對設計方案進行優(yōu)化和評價，這就直接考查了學生的學術表達能力和科技寫作能力。
其余各省的考題中這樣的題目屢見不鮮，如2015年四川省的物理部分第9題聯系到了目前人們關心的嚴重霧霾天氣，并從“鐵腕治污”出發(fā)討論地鐵的運動，并且計算燃油公交的氣體污染物，這就極大增加了物理學習的實際應用價值。可以看出，在平時的教學中如果能夠引導學生主動發(fā)現日常生活中蘊含的物理應用，就能讓學生在高考考場上遇到這樣的題目心里有底，從容應對。特別是在回答非選擇題時，能夠對題目給出的材料細致分析，從而給出清晰的回答和明確的解釋。
第三，科技論文寫作有利于加強多學科聯系，對培養(yǎng)學生的綜合性能力有益。
關注物理學科和其他學科之間的聯系，并在物理學科中培養(yǎng)學生的人文素養(yǎng)和道德情操是符合新課標的要求的。而且，在物理教學中加強學科聯系，不僅可以實現情感和價值觀的教學目標，同時也可以促進學生對各門學科的學習效果。
科技論文的寫作可以培養(yǎng)學生簡潔明朗的寫作風格，提高學生的寫作水平和論證觀點的嚴密性。而在完成論文寫作中，學生不可避免的需要查詢資料并分析整理，這樣也會積累很多有用的科技素材，這不僅可以訓練學生的邏輯思維能力，提高了閱讀能力和信息處理能力，同時也可以擴大學生的視野，對在語文課上的議論文寫作是很有幫助的。
學生在論述物理學史上的一些物理發(fā)現的地位、物理人物的成就時，會聯系當時的歷史背景和社會形勢進行分析，并對科學家所處年代的政治經濟情況有所了解，特別是物理學的發(fā)展常常會受到哲學宗教以及國家政局的影響，因此訓練學生的科技論文寫作過程也潛移默化地影響了學生對政治歷史的理解。
如果讓學生分析獵豹適合奔跑、魚鷹能夠捕魚的物理原理，不僅能促進學生對物理理論的理解，學生還能對生物的生活習性和體態(tài)特征有更深的感受，對生物學的學習也會更感興趣。
物理和化學之間的聯系就更為緊密了，為何收集氫氣試管開口朝下、為何收集氯氣試管開口朝上，為何我們可以通過火焰的顏色或者液體的色彩來初步判斷化學實驗的產物，這里面都蘊含了大量的物理道理。
物理和體育就更有關系了，在投鉛球時為什么老師強調出手速度要快、角度要成45度左右，為何跑步時手臂要前后擺而不是左右擺，這些都是可以用物理知識來解釋的。所以學好了物理，對提高體育成績也有好處。
教師在物理教學中應該有意識地布置一些與物理知識有關的科技論文寫作任務，鼓勵學生多關注最近的物理進展、科技發(fā)明，引導學生自動發(fā)掘生活中的物理學應用，從而真正提高學生對物理學習的興趣和思考能力。 高中物理新課程標準要求學生能通過物理課程學習終身發(fā)展必備的物理基礎知識和技能，了解這些知識與技能在生活、生產中的應用，關注科學技術的現狀及發(fā)展趨勢。而科技論文寫作可以在教學中實現這一課程目標。
5、總結
通過如上三點論述，可知在物理教學中重視物理科技論文寫作，不僅可以提高物理教學效果，增加學生學習物理知識的興趣和積極性，幫助學生提高物理知識理解能力，還能夠提高學生的寫作水平，并讓學生能夠發(fā)現學科間的聯系和影響，從而促進學生的全面發(fā)展。
編輯點評：科技論文寫作是改變這種現狀、實現這些新課程目標的一個有效途徑。這些目標的達成并非易事，需要從物理學本身的學科特點出發(fā)，深入研究中學物理教學方法才有望實現。撰寫者可參考以上相關內容進行寫作。
