外星人学物理1_匈牙利高中物理经典教材.doc

他山之石　可以攻玉　——匈牙利普通高中物理教材中译本序——　　　　中国物理学会教学委员会主任　　赵凯华　　　　这是一套匈牙利的物理教材，全套书共四册，用于普通高中（即非职业高中）９ 至 １２ 四个年级，内容依次为：物质结构和物性、力学、电学、近代物理（统计力学、原子物理学、原子核物理学、天体物理学，用统一的观点讨论）。本书主编是布达佩斯厄击（Ｅ ｔｖ ｓ）大学原子物理系主任 Ｇｅｏｒｇｅ　Ｍａｒｘ 教授和他的一些同事和学生。Ｍａｒｘ 教授是匈牙利著名的物理学家和物理教育家，曾任国际物理学界最高学术组织国际纯粹物理和应用物理联合会（ＩＵＰＡＰ）上届副主席，和 ＩＵＰＡＰ 所属国际物理教育委员会（ＩＣＰＥ）副主席、欧洲物理教育学会（ＧＩＲＥＰ）主席。他曾作为世界银行贷款聘请的专家来华指导过工作，是中国物理教育同行的好朋友。　这套教材把重点放在培养学生正确的科学方法上，教导学生如何通过观察和实验积累经验，在经验事实的基础上建立物理模型，用建立的物理模型解决实际问题、预言未知现象，用新的实验现象检验这个物理模型的适用范围、进一步修正物理模型。在这个框架内介绍有关的物理知识。用我们现在一句时兴的话来讲，就是这套书极重视“科学素质的培养”。　预期这套书的首批读者是我国的物理教师和教学管理人员，但愿我们有许多中学生也能读到这套书，爱上这套书。这套书与我国现行的中学物理教材风格迥异，无论在选材和写法上差别都比较大由于受到各种条件的制约，我们不敢期望，我国有多少中学老师能够用这套书作教材。也许有人看了本书后会怀疑：这种写法怎能作教材？但匈牙利确实是用这套书作中学物理教材的。　匈牙利有着悠久的重视素质培养的科学教育传统。它是全世界第一个举办中学生数理奥林匹克竞赛的国家（１８９５ 年）。这个国家地处欧洲中部，面积九万多平方公里，比我国的浙江省还小。人口一千多万，比北京市的人口还少。匈牙利的民族是马扎尔人，这支当年的游牧民族是于公元 ９ 世纪到那里定居的，时间上相当于我国的晚唐。按我们这个有五千年文明史泱泱大国的标准，无论从哪方面看匈牙利都是蕞尔之邦。然而，从匈牙利出生了 ８ 位诺贝尔奖金获得者（物理 ３，化学 ２，生理 ３），其中包括全息术的发明者 Ｄｅｎｎｉｓ　Ｇａｂｏｒ 和把对称性原理应用于原子核和粒子理论的 Ｅｕｇｅｎｅ　Ｐ．　Ｗｉｇｎｅｒ。此外，还有一二十位世界第一流的科学家，如突破音障、现代喷气式飞机和火箭的创始人 Ｔｈｅｏｄｏｒｅ　ｖｏｎ　Ｋáｒｍáｎ，按程序存储原理工作的现代电子计算机奠基者 Ｊｏｈｎ　ｖｏｎ　Ｎｅｕｍａｎｎ，氢弹之父　Ｅｄｗａｅｄ　Ｔｅｌｌｅｒ，原籍都是匈牙利，并在那里受教育。匈牙利人对此是很自豪的。物理学大师费米曾经问道：以宇宙之大，演化时间之长，具有高度技术文明的外星人早应造访过我们的地球，而且不止一次。可是他们在哪儿？幽默的匈裔核物理学家和生物物理学家 Ｌｅｏ　Ｓｚｉｌａｎｄ回答说：他们在我们中间，不过他们把自己叫做匈牙利人。　不管这套书是否适合我们作教材，别人的经验总是应该借鉴的。古语说得好，“他山之石，可以攻玉”。这便是我们组织翻译和出版这套书的初衷。　　　　聚集体　１．观察和实验　　　　正像一个警探调查一件罪案那样，为了揭露大自然的秘密，你也必须仔细观察周围的世界。探索大自然的第一步和最重要的一步是观察。　观察 １－１：方糖的溶解　　在一个玻璃杯中倒入冷水，另一个玻璃杯中倒入热水。每杯水中放一块方糖。观察糖块会发生什么事，并且试着把你的观察结果准确地记录下来。　糖在水中溶解的现象引起一个问题：为什么糖在热水中和冷水中溶解的方式不同？这种差异的基本原因是什么？只有糖才显示这样的差异吗？这都是些有趣的问题。善于提出问题在研究中是很重要的。现在我们用别的什么东西代替糖，但是让实验中其他一切都保持不变。　实验 １－２：预先作好计划　　在一个玻璃杯中倒入冷水，另一个玻璃杯中倒入热水。在每个玻璃杯中放一点高锰酸钾代替方糖。把你的观察结果同上次实验结果相比较。　在事先规划好的一个计划中有意引入一种现象并旦精确地观察这一现象叫做一个实验。通过实验你可以知道我们这个世界的更有趣的一些方面。　在上面两个实验中你看到在热水中溶解进行得快一些。还可以观察到一些别的差异。比如糖水是无色的而高锰酸钾溶液是紫色的。也可能发生这样的事：你把糖块是放在一个带黑点的瓷杯中而高锰酸钾则是放在一个透明的玻璃杯中。但是在试图找出为什么溶解速度不同的原因时，你会发现这些情况都不重要。在一个正确设计的实验中，事先应决定要把注意力集中在哪些因素上。　实验 １－３：试着弄明白溶解现象　　通过一个放大镜细看方糖块和高锰酸钾晶体的表面。把糖块弄碎，再用放大镜看迄今你做实验用的固体材料似乎有一种粗疏的结构。溶解很像是这些固体材料瓦解成一些小碎片悬浮在水中。你看