高中物理,很难吗?
请别说难,高中物理已经很简单了,ok?
需要降难度?
高中物理已经这么简单了,还有再降的余地吗?
如果你不信,那么下面的内容会让你明白:高中物理究竟有多简单?
先看一些目录
我们以《朗道理论物理学教程》(俗称“朗道十卷”)为例,先看一看目录。
这套教程总共有10本书,为了节省时间,我们在此只看其中最薄的1本书《朗道理论物理学教程.力学》,它的目录如下:
- 第一章 运动方程
- 1 广义坐标
- 2 最小作用量原理
- 3 伽利略相对性原理
- 4 自由质点的拉格朗日函数
- 5 质点系的拉格朗日函数
- 第二章 守恒定律
- 6 能量
- 7 动量
- 8 质心
- 9 角动量
- 10 力学相似性
- 第三章 运动方程的积分
- 11 一维运动
- 12 根据振动周期确定势能
- 13 约化质量
- 14 有心力场内的运动
- 15 开普勒问题
- 第四章 质点碰撞
- 16 质点分裂
- 17 质点弹性碰撞
- 18 质点散射
- 19 卢瑟福公式
- 20 小角度散射
- 第五章 微振动
- 21 一维自由振动
- 22 受迫振动
- 23 多自由度系统振动
- 24 分子振动
- 25 阻尼振动
- 26 有摩擦的受迫振动
- 27 参变共振
- 28非简谐振动
- 29 非线性振动中的共振
- 30 快速振动场中的运动
- 第六章 刚体的运动
- 31 角速度
- 32 惯量张量
- 33 刚体的角动量
- 34 刚体运动方程
- 35 欧拉角
- 36 欧拉方程
- 37 非对称陀螺
- 38 刚体的接触
- 39 非惯性参考系中的运动
- 第七章 正则方程
- 40 哈密顿方程
- 41 罗斯函数
- 42 泊松括号
- 43 作为坐标函数的作用量
- 44 莫培督原理
- 45 正则变换
- 46 刘维尔定理
- 47 哈密顿-雅可比方程
- 48 分离变量
- 49 浸渐不变量
- 50 正则变量
- 51 浸渐不变量守恒的准确度
- 52 条件周期运动
以上就是那本书正文部分的目录。
我知道,网上有很多人说“朗道十卷”非常难,不是一般人能看懂的。
但是,平心而论,至少在《朗道理论物理学教程.力学》这本书中,介绍的都是非常基础的力学知识。
如果有人认为我在开玩笑,不妨看一看《通向实在之路》,那里面用纤维丛理论解释力学原理,看完以后,你就会知道《朗道理论物理学教程.力学》究竟有多基础。
正是因为那本书的内容对于现代物理来说很基础,而且高中物理的主要内容就是力学知识,我才会选择那本书,并列出它的目录。
列出目录,是为了让大家能够直观对比高中物理知识点(我也会在下文中带大家对比)。
高中物理的占比
在《朗道理论物理学教程.力学》的目录中,高中物理仅仅提到了:
- 3 伽利略相对性原理
- 6 能量
- 7 动量
- 8 质心
- 11 一维运动
- 15 开普勒问题
- 16 质点分裂
- 17 质点弹性碰撞
- 21 一维自由振动
- 22 受迫振动
- 25 阻尼振动
- 31 角速度
仅从数量上看,高中物理知识大概占整个目录的23%
有人可能会认为:
23%也不是特别少嘛,这说明高中物理还是很有水平的。
如果你也这么想,那就大错特错。
比如动量这个概念,在《朗道理论物理学教程.力学》中,是这样讲述的:
至于高中物理介绍的动量是什么,我就不具体展示了,大家可以自行翻阅高中物理教材。
其他概念也一样,高中物理仅仅只是“提到了”,没做进一步探讨,导致学生对那些概念的理解完全不到位。
当然,可能有人会说:
什么叫理解不到位?
什么叫理解到位?
你不会想把每个学生都按物理学家的标准培养吧?
其实,我说的“理解不到位”仅仅只是说:没见过基础知识。
很多人可能看不下去了,我老是说基础、基础、基础、……,那到底什么才算得上是基础?
我个人认为,基础必须涵盖:
- 微分方程
- 级数展开
没错,这是数学知识,而且是目前到大学才开始教的知识。
但对于物理学的学习来说,这也确实是基础得不能再基础的预备知识。如果不会这些基础知识,那物理就没法学了,还不如随便看看网上的科普视频。
至于它们为什么是学习物理必备的基础知识?
如果你不了解,可以接着往下看。
微分方程,它的重要之处,我可以简单说一说:几乎一切物理原理都是用微分方程表达的。
- 描述力与运动的牛顿第二定律。
- 描述电磁现象的麦克斯韦方程组。
- 描述引力与时空弯曲的爱因斯坦场方程。
- 描述低速量子世界的薛定谔方程。
- ……
它们统统都是微分方程,甚至可以说,理论物理学,几乎就是:列微分方程,解微分方程。
如果不学微分方程就去学物理,那就相当于:大字不识一个,就去看书,顶多看看书上的插图。
级数展开,它的重要之处,我也可以简单说一说:级数展开就是让人学会做“近似”,用简单的运算模拟复杂的功能。
高中物理最大的特点是:理想化。
比如:光滑的斜面、不计空气阻力、质量可以忽略的弹簧、……
但现实不会理想化,这导致很多实际的物理问题都非常复杂,很少有精确解,只能找近似解。不懂得近似,就无法理解不同物理理论之间的差异。
级数展开,就是一种找近似解的方法,并且还能判断近似解的近似程度有多高。
说完了数学基础,我顺便再说一下物理基础。
什么是最基础的物理原理?
很多人都给出过自己的答案,但如果只能选一条原理,那恐怕所有正经学过物理的人都会选:最小作用量原理。
但在高中物理中,竟然对它没有一丝一毫,哪怕是纯文字科普的介绍!
它们宁可扯一堆让人眼花缭乱的强核力的性质,也不肯提一句最小作用量原理,尽管这个原理的思想并不难理解。
至于那条原理究竟有多重要?
我可以这么说:一切物理理论,注意,是一切,一切物理理论,都可以看作是最小作用量原理的具体应用。只要学会这条原理,你对物理学就一通百通了。
负担,究竟是什么?
很多人可能会说:
你写了这么多,有啥用?
高中生学现在的高中物理就够头疼了,你有没有调查过高中生的学习情况?
还嫌高中物理不够难?你就是站着说话不腰疼!
我承认,现在的高中物理确实让很多学生头疼。
但是,真正的问题是,高中物理让学生头疼的原因究竟是什么?
我认为关键是这两点:
- 简单的知识复杂考
- 限时考试
真要是说起物理知识,高中物理还真没啥干货。
什么叫:简单的知识复杂考?
上文提到过微分方程,其实真正的物理问题就是:列微分方程,解微分方程。就这么直接,没那么多弯弯绕绕。
而高中物理却反其道而行之,专门不学微分方程,专门在考试题里设置各种弯弯绕绕。
什么叫:限时考试?
测一下答完整份试卷所需平均时间,如果是100分钟,那就把考试时间限制在70分钟以内,甚至60分钟以内,保证大部分人做不完题。
当然,上面这两种方法还是有很大效果的,充分发挥了考试的筛选功能,仅仅只是和正经物理知识不太沾边而已。