谈谈对工程热力学的认识范文

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篇1

关键词 化工专业 培养目标 课程设置 就业

中图分类号：G642 文献标识码：A

Chemical Engineering of China Three Gorges University

Materials and Chemical Engineering College

ZHANG Zhengguang， LI Deying

（College of Chemistry and Life Sciences， China Three Gorges University， Yichang， Hubei 443002）

Abstract This paper discussed from three aspects of training target， material and Chemical Engineering College of China Three Gorges University chemical professional courses and introduction and the graduates employment， clear learning objective to play a certain role for Chemical Engineering Freshmen to adapt to the new school environment.

Key words chemical engineering; training objectives; curriculum; employment

三峡大学材料与化工学院2014级新生马上就要入学了，新生可能在思考诸多问题。我们谈三个方面的问题，供新生参考。（1）通过四年大学学习后同学们将成为什么样的人？（2）化工专业开设那些课程？（3）同学们毕业后就业前景怎样？

首先谈谈通过四年大学学习后同学们将成为什么样的人。

总而言之，对同学们的培养目标是成为厚基础、宽口径、高素质、具有创新精神和实践能力的高级化工工程师。工程师指具有从事工程系统操作、设计、管理，评估能力的人员。按职称（资格）高低，分为：研究员级高级工程师（正高级）、教授级高级工程师（正高级）、高级工程师（副高级）、工程师（中级），助理工程师（初级）。一般来讲，要把同学们培养成为具有创新意识，具备系统、扎实的化工专业基础理论知识和基本技能，宽广的专业面知识，具有一定的化工新产品、新工艺、新设备、新技术的研发能力和较强的工程设计能力，一定的市场认知和开拓能力，良好的外语及信息获取能力，能够胜任化工、石油、能源、环保、医药、食品及劳动安全等部门的工程、技术开发、生产管理和科学研究的应用型高级工程技术人才。

与培养目标相应，需要开设哪些化工专业课程呢？下面对它们作简略介绍。

“体育”课程的作用是促进同学们身心发展，增强体质，并对同学们进行道德品质的教育，使同学们能很好地完成学习任务。

“军事理论”课程以国防教育为主线，通过军事课教学，使大学生掌握基本军事理论与军事技能，增强国防观念和国家安全意识，强化爱国主义、集体主义观念，加强组织纪律性，促进大学生综合素质的提高。

“军事训练”是借助军事化训练，培养同学们克服困难的能力，培养坚强的毅力、良好的沟通和协作能力、百折不挠、打不烂拖不垮的铁血精神，对待生活持正确态度，全面提升个人综合素质。

“大学生心理健康教育”是提高大学生的心理素质，提高大学生的自我调节和自我成长能力，并有助于同学们社会能力、方法能力的形成。

“形势与政策”是促进同学们用基本观点、立场和方法，深入了解国情民情、准确把握社会发展动向，提高认识问题、分析问题、解决问题的能力。

“大学英语”和“专业英语”（内容涉及无机化学、有机化学、分析化学、物理化学、材料化学、环境化学、环境工程等。）是对中学英语的深化，有助于国际交流与合作。

“基本原理”是科学体系的基本理论、基本范畴，是其立场、观点和方法的理论表达，是科学的世界观和科学的方法论。对于同学们的学习和生活及将来的工作都具有指导意义。

“思想和中国特色社会主义理论体系概论”讲述中国化的历史进程和理论成果、中国化理论成果的精髓、理论、社会主义改造理论、社会主义的本质和根本任务、社会主义初级阶段理论等等。

“思想道德修养与法律基础”是使同学们了解大学生活的特点，树立新的学习理念;引导学生正确认识当代大学生的历史使命，树立正确的成才目标;使大学生理解社会主义荣辱观的科学内涵和实践社会主义荣辱观的重要意义;理解和践行“富强、民主、文明、和谐、自由、平等、公正、法治、爱国、敬业、诚信、友善”社会主义核心价值观;培养学生独立学习和生活的能力，努力塑造良好的自我形象。

“中国近现代史纲要”主要讲述近、现代时期中国人民反对外国侵略斗争，探索国家出路，改革浪潮中的大，中国革命的新道路，中华民族的努力奋斗，改革开放与现代化建设等内容。使同学们不忘国耻，坚持四项基本原则，坚持一个中心，两个基本点，构筑中华民族复兴梦。

“大学生就业指导”包括大学生就业的政策指导、技术指导、法律指导、创业指导、就业生涯规划指导、就业岗前指导等内容，为同学们将来就业指明方向。

“创业基础”为同学们指明创业之路，为解决在创业过程中遇到的问题提供思路和方法，为同学们将来自主创业奠定一定的理论基础。

“大学计算机基础”以微型计算机为基础，主要介绍计算机基础知识、Windows XP、Word 2003、Excel 2003、PowerPoint 2003、Office 2010、网络基础、Photoshop、Flash、FrontPage 2003和Access 2003等，同时还概要介绍了Windows 7和DOS等内容。主要训练同学们在计算机应用中非程序设计部分的操作能力，培养同学们的计算机文化素养。

“计算机语言C”广泛应用于基础软件、桌面系统、网络通信、音频视频、游戏娱乐等诸多领域，是世界上使用最广泛的编程语言之一。随着互联网技术的发展，C/C++技术在3G网络通信（移动网络、互联网、Zigbee等专用网络）、多媒体处理、智能识别等领域得到了进一步的推动和发展。

“高等数学”、“大学物理”、“无机化学”及“有机化学”都是同学们在中学已经涉及的课程，其研究对象不变，但是，内容却大大拓宽和加深了，研究手段也发生了质的变化。

“物理化学”是一门从物理学角度分析物质系统化学行为的原理、规律和方法的学科，可谓近代化学的原理根基。

“能源化工”是对一次能源和二次能源的加工和有效利用。一次能源指从自然界获得可直接应用的热能或动力，通常包括煤、石油、天然气等化石燃料及水能、热能等。二次能源指从一次能源经过各种化工过程制得的使用价值更高的燃料，例如，由石油炼制得到的汽油、柴油、重油等。本课程讲述通过改进化工生产工艺，可以减少能耗，降低生产成本，提高经济效益。

“高分子物理化学”是以高分子链为中心内容的研究领域。它包括天然的和合成的高聚物在聚合过程中所生成的高分子链的分子量分布，链结构的序列分布，支化、交联、降解和其他化学反应过程的链结构理论分析，分子链的构象统计，稀溶液性质，溶液理论等内容。

“现代化工概论”使同学们学习和了解现代化工概貌及其工程与技术基础知识，化工各领域的基础知识、典型生产过程及发展的方向等，同时结合新世纪化工面临的挑战阐述了传统化工向绿色化、精细化、高科技化的现代化工的发展趋势。

“化工分离工程”讲述化工生产过程中，原料或中间产物或粗产品等混合物的分离，利用被分离组分间的物理性质或化学性质的差异，采用机械分离工程方法或传质分离工程方法将混合物分离开来。

“化工传递过程”着重阐述动量、热量和质量的传递实质和规律，以及传递过程中强度量分布和传递速率。

“化工过程模拟”主要介绍化工过程模拟的基本原理和应用，重点讲述主要化工单元过程的计算。

“仪器分析”是以物质的物理和物理化学的性质为基础建立起来的一种分析方法。利用比较特殊的仪器，采用几十种分析方法，对物质进行定性分析、定量分析和形态分析。同学们将学习多种分析方法的原理、操作及应用于化工生产中的许多物理量的测量。

“化工过程设计及开发“是研究如何进行化工产品开发。化工产品开发是新的化工产品或新的化工工艺经过实验室研究、放大试验到工业化生产的全过程。课程涉及合成、工艺、工程、设备、控制、经济及环保等多种学科知识，是从学习化工专业知识到应用知识的桥梁。通过学习，同学们可以了解新的化工产品开发的过程和开发的方法。

“化工热力学”是热力学化学工程领域的一门学科，是以热力学第一定律及第二定律出发，研究化工过程中各种能量的相互转化和有效利用以及研究变化过程达到平衡的理论极限、条件或状态，是化工过程开发、设计和生产的理论依据和有力的工具。

“化工系统工程“是对化工生产过程中的某个系统，谋求该系统的整体优化，即合理确定和控制系统各个组成部分输入、输出状态，使得反映系统效益的某种定量函数达到最大值或最小值。这种体现系统整体目标的函数称为目标函数。例如进行某个化工装置的最优设计时，通常选用投资费用和操作费用作为目标函数，以寻求总费用最小的设计方案。

“化学反应工程”是以工业反应过程为主要研究对象，以反应技术的开发、反应过程的优化和反应器设计为主要目的的一门新兴工程学科。

篇2

摘要:

物理概念作为物理学知识体系的支柱，对其理解和掌握的程度直接影响到教学质量。对物理概念教学的实施原则和方式进行了探讨:实施要求在知识传授过程中不仅仅停留在概念本身，更需要从物理概念的需求背景、本质内涵和外延、适用范围、缺陷和改进等诸多方面进行讲解，使学生形成一个完整清晰的物理图像。实施方式要求创造好的学习环境来激发学生的兴趣以及调动学生的主观能动性和创造力。通过有效启发学生的思考，并使其受到科学精神的感染，达到有效理解和掌握物理概念的目的。

关键词:

物理学概念;科学素质;科学精神;教学方法;教学效果

物理学是研究宇宙中存在的各种基本物质结构及其运动和相互作用规律的学科，是人类认识自然和改造自然的工具。大学开设的物理基础课，可培养学生的科学素质和品质，也为后续专业课程学习奠定基础［1］。物理基本概念用于概括、归纳、表述事物变化的基本规律，是学科基础，对其深入学习可培养学生物理学的研究方法和思维［2］。

1物理概念教学的意义

大学物理通过向学生传授基础物理知识，培养学生基本的物理思维能力、科学品质以及物理学研究方法［3］。物理学概念(包括原理、定理、定律)是针对学科发展需要，在实验和理论基础上，通过反复的概括、抽象和归纳得到的，体现了学科的思维和发展方向，相应的学习和掌握至关重要［2］。

1．1培养解决和分析问题的能力

物理概念是物理学发展的支柱，任何一门物理学分支的发展都离不开特有物理概念的引入。如力学的发展，离不开力、力矩、动量、能量等基本物理概念的支撑。为了描述阻止物体的力，引入摩擦力，根据物体运动方式不同，又分为滚动和滑动摩擦力;为了研究物体的形变特性，引入了压力、剪切力等概念［4］。

1．2培养物理学的辩证和统一研究思维

有些物理概念是矛盾的结合体，如光的本质，即“波粒二象性”，对其认识一波三折。最早笛卡尔、牛顿的微粒学说，成功解释了光的直线传播现象。波动学说起源于胡克，认为光是类似水波振动，惠更斯提出光是纵波。“牛顿环”体现了光的波动性，却以微粒和以太进行解释。随着托马斯•杨干涉、菲涅耳衍射、麦克斯韦电磁场理论研究，以及赫兹(Hertz)对光的电磁波本质实验证明，人们逐步接受了光的波动性。直到19世纪末，在光电效应研究基础上，爱因斯坦提出了光的“波粒二象性”［5］，为新学说奠定了基础，如康普顿效应，德布罗意物质波、测不准原理、薛定谔波动方程等。

1．3培养融会贯通、触类旁通能力

很多物理概念会经历提出、实验或理论证实，逐步推广和深化，甚至扩展到其他领域的过程。这说明该概念的思维反映事物本质，精确描述了对象特征。如热学里“熵”概念，最先由克劳修斯(Clausius)基于描述热机循环状态的需要而提出，后来分子运动论将其解释为不可逆热力学过程是趋向于概论增加的态变化(波耳兹曼熵)。经过多年沉淀，又被控制论、数论、概率论、生命科学、天体物理等领域引入并应用，说明其思维方式被认同［6］。教学中可以把熵作为专题进行讲解，从不同学科集中阐述物理思维。

2物理概念教学的方法

大学物理学的教学目的如下:

1)通过掌握基础物理知识，为学习后续专业知识打好基础;

2)全面了解物理学研究方法、基本概念、物理图像以及历史渊源、发展等;

3)培养和提高大学生科学素质、思想、品质、精神等，通过了解科学发展的曲折和艰辛，科学研究的合作和乐趣等，培养学生科学思维方法、求真务实的科学品格，使其初步具备科学研究能力［1，7］。下面结合物理学特点以及教育理论和实践，对物理概念教学方法进行探讨。

2．1引入物理概念背景的教育需求

介绍物理学概念背景帮助学生充分理解概念引入的意义和作用。在此基础上，设计问题引导学生进行自我思考，如:若你们在此背景下引入新概念，应该采用什么概念来描述物质特性或规律，它与现有概念相比有哪些优缺点?通过学生的深入思考和讨论，使其充分认识和理解所引物理学概念的意义和重要性。这也是启发式教学的常用方式［8］。如讲解微粒比表面时，根据背景提问:对于一个物体而言，表面原子存在大量断键而很不稳定，表现为较强活性，是不是体积越大活性越强?通过讨论发现单纯的体积特征不合理，体积越大，内部包含原子数越多。进一步提问:如何描述微粒活性，并进行相应对比?这会激发学生的兴趣，出现类似单位质量的物质表面等答案。最后，指出微观粒子的尺寸效应最为重要，引出单位体积的表面积概念，即比表面积。

2．2讲清物理概念的本质内涵和外延物理概念的发展

体现在内涵不断丰富和外延在不同领域的扩展。温度概念的发展就体现了内涵的丰富，从表征“环境的冷热程度”到“分子平均平动动能的量度”，再到“物体内部分子的无规则热运动剧烈程度”，最后推广到“粒子集居数的反转现象”，也就是“系统处于总能量高于平均能量的状态”，并提出负温度的概念。折射率的概念则体现了其外延的扩展，最初表征不同材料之间的偏折，后表征传播速度。其实光传输的速度决定于材料原子之间电场的大小，也体现了原子结合力的高低，所以所承载的外延信息很多，包括光学、原子物理以及物质结构等不同学科。一些物理学概念是联系不同领域的纽带，如阿伏伽德罗常数是联系宏观与微观的桥梁，对其内涵的理解比单纯数值更有意义。

2．3循序渐进和系统性的教学

有些概念贯穿于整个物理学体系中，需要多学科的共同学习才能深入和系统地认识。以物理学中极其重要的“场”的概念为例，最先由法拉第(Faraday)基于电磁相互作用的超距观点提出并进行直观描述;随后麦克斯韦从数学上推导了电场和磁场强度的波动方程，深刻地阐述了电磁场能量的分布［9］;列别捷夫(Lebedev)通过对光压的观测证明了电磁场动量特性;爱因斯坦狭义相对论的创立，证明场是物质存在的一种形式，具有能量、动量和质量;量子力学体现了场的“波粒二象性”;电磁场量子理论证明光子是电磁场的基本微粒，可与正负电子对相互转化，具有实物转化性，丰富了场的物理本质和内涵［10］。“场”在电磁学、力学、相对论、量子力学等领域都有体现。教学中要从“场”的基本特性、规律和共性出发，逐步深入:最初通过力学中重力(万有引力)引入重力场强、重力势能(引力场强、引力势函数)，初步建立场的概念;电磁学或电动力学则通过电荷库仑力场引入库仑场强和库仑势，通过场矢量的通量分析和环流分析分别得到高斯定理和安培环路定理;相对论和量子力学通过波函数分析进一步加深对场的理解。

2．4引入必要的物理学史教育

物理学的发展过程是科学家为了解决自然界遇到的新问题而不断探索的过程，所提物理概念是对所描述对象的高度概括［11］。新概念的提出、完善和修正需要科学检验和论证，错误的被或修正，正确的被采用或推广，这体现了物理学思维方式。结合物理学史，对成功或失败的物理概念进行分析和对比，有助于培养学生理性思维。成功实例:原子物理中“紫外灾难”催生了普朗克(planck)的量子概念，后来爱因斯坦的光量子说，成功地解释了光电效应，开启了量子力学新篇章;描述基本粒子单元的夸克(quark)概念，被逐渐证实。失败实例:描述光传输的“以太”概念被实验否定。当前还有很多概念亟待进一步论证，波尔(Bohr)与爱因斯坦关于量子力学的著名论战就是一个很好的证明。这可以培养学生思辨的习惯、求实的精神和相互包容的优良品质。

2．5构建清晰物理图像

很多概念的提出都基于不同的研究思路和思维，需要建立完整清晰的物理图像再现其物理思维和描述意义［12］。以麦克斯韦方程组为例，它体现了电磁学基本研究思路:对电场和磁场进行曲面和曲线积分，得到相应的源。学科适用范围体现了不同思维，如电磁学规律是基于宏观的分析，量子力学是处理微观世界的规律，具有完全不同的研究思路和适用范围。以电磁波发射为例，电动力学基于LC振荡，量子力学电子跃迁。对比讲解对构建知识体系和正确应用很有益。形象化表述是构建物理图像的主要方法之一，如在光学中讲述菲尼尔圆孔衍射的光强空间分布规律时，可以采用半波带法、矢量图解法等进行分解，达到获得清晰物理图像的目的［13］。加强实验教学有助于构建物理图像，可分为重建性和探究性，通过实验再现物理知识或根据预设要求通过实验得到结果。

3教学措施和效果

为了有效开展物理概念教学，我们对教学方法进行了改革，主要涉及到:分组讨论式教学、改革考试方式、推行非标准化答案、重建基本概念、推荐内容丰富的教材和参考书、加强实验教学等。分组讨论式教学是创造机会使学生对物理概念的提出背景、必要性、可以解决的问题进行深入讨论，在争论中增强对概念本质的认识。典型问题有:物理概念需求背景、自我设想和构建、解决问题程度和预期目标、现有物理概念对比等。通过以上教学，学生在考试中对基本概念的描述正确率大大增加，平均得分率由72%提高到83%。非标准化答案旨在锻炼学生想象力和发散性思维，围绕物理概念进行问题设计，采用多种表述方式进行分析。采用撰写论文形式进行考试，要求学生通过文献查询、收集信息等方式来阐述物理概念的内涵和外延等，全面锻炼学生能力:信息查询、归纳总结以及写作表述能力等。考试成绩比重由原来的15%增加到30%，更能体现学生能力水平。随着学习不断深入，需要通过扩展物理概念的内涵或外延对新事物及其特性规律进行描述。如随着激光光强的增加，对材料的光电离会由单光子电离扩展到多光子电离，由线性光学扩展到非线性光学以及激光等离子体物理［14］。推荐内容丰富的教材和参考书也是一种很好的方式。如原子物理教学中可推荐杨福家的《原子物理学》［15］，该书图文并茂，有很多经典故事，同时设计了很多启发式问题，使用者反映良好。光学教学中可推荐冯国英、周寿桓编写的《波动光学》［16］，该书内容丰富，主要物理概念和定律后面附有Matlab应用实例，有利于学生学以致用和形象化理解物理概念。另外，美国学者ArtHobson编写的《物理学的概念与文化素养》等，都能为物理学概念的学习提供很好的参考。

4结语

物理学概念是物理学发展和前进的基石，体现了研究过程中遇到的新问题，反映了为了解决问题提出的新思维和方法，表征了物理学发展的趋势和方向。物理学概念学习主要体现在基础知识的掌握、科学品质和精神的培养、科学素质的锻炼等方面。从教学方法上需要从构建物理图像出发，结合物理学史的引入，激发学生主动性，达到全面掌握物理概念内涵和外延的目的。具体实施方式上，可以结合考试改革、非标准化答案、推荐优秀教材等来实现。

参考文献:

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［2］张玉峰，郭玉英．围绕学科核心概念建构物理概念的若干思考［J］．课程•教材•教法，2015，5(35):99－102．

［3］秦吉红，梁颖．在大学物理教学中应加强科学素养的案例剖析:纪念黄祖洽先生［J］．大学物理，2015，34(2):15－18．

［4］乔通．科学教育中重要概念教学的国际比较研究:以“力学”概念教学为例［J］．全球教育展望，2015，5(44):118－124.

［5］甘永超．波粒二象性研究中的历史学与方法论思考［J］．湖北大学学报(哲学社会科学版)，2002，29(3):90－95．

［6］孙会娟．熵原理及其在生命和社会发展中的应用［J］．北京联合大学学报(自然科学版)，2007，21(3):1－4．

［7］濮春英，周大伟．大学物理教学中学生创新素质的培养［J］．南阳师范学院学报，2014，13(3):47－48．

［8］吴波．物理概念教学的改革与发展研究［J］．上饶师范学院学报，2003，23(6):23－28．

［9］杨振宁，汪忠．麦克斯韦方程和规范理论的观念起源［J］．物理，2014，43(12):780－786．

［10］雷蒙德•塞尔维，克莱门特•摩西．近代物理学［M］．3版．北京:清华大学出版社，2008:65－106．

［11］申先甲，李艳平，刘树勇，等．谈谈物理学史在素质教育中的作用［J］．大学物理，2000，19(11):36－40．

［12］李明．对加强和改进大学物理教学中多媒体技术的探讨［J］．大学物理，2005，24(12):48－50．

［13］吴颖，徐恩生，罗宏超．振幅矢量法与半波带法分析光栅衍射的比较［J］．沈阳航空工业学院学报，2005，22(1):70－73．

［15］杨福家．原子物理学［M］．2版．北京:高等教育出版社，1985:218－219．

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关键词：X射线；半导体；原子能；激光；蓝光LED；科技创新；大学物理

1引言

物理学是一门研究物质世界最基本的结构、最普遍的相互作用以及最一般的运动规律的科学[1-3]，其内容广博、精深，研究方法多样、巧妙，被视为一切自然科学的基础.纵观物理学发展历史可以发现：其蕴含的科学思维和科学方法能够有效促进学生能力的培养和知识的形成，同时，其每一次新的发现都会带动人类社会的科技创新和科技发展.正因如此，大学物理成为了高等学校理、工科专业必修的一门基础课程.按照教育部颁发的相关文件要求[4-5]，大学物理课程最低学时数为126学时，其中理科、师范类非物理专业不少于144学时；大学物理实验最低学时数为54学时，其中工科、师范类非物理专业不少于64学时.然而调查显示，众多高校（尤其是新建本科院校）并没有严格按照教育部颁发的课程基本要求开设大学物理及其实验课程.他们往往打着“宽口径、应用型”的晃子，大幅压缩大学物理和大学物理实验课程的学时，如今，大学物理及其实验课程的总学时数实际仅为32-96学时，远远低于教育部要求的最低标准（180学时）.试问这么少的课时怎么讲丰富、深奥的大学物理？怎么能够真正发挥出大学物理的作用？于是有的院、系要求只讲力学，有的要求只讲热学，有的则要求只讲电磁学，…面对这种情况，大学物理的授课教师在无奈状态下讲授大学物理.从《大学物理课程报告论坛》上获悉，这不是个别学校的做法，在全国具有普遍性.殊不知，力、热、光、电磁、原子是一个完整的体系，相互联系，缺一不可.这种以消减教学内容为代价，解决课时不足的做法，就如同削足适履，是对教育规律不尊重，是管理者思想意识落后的一种体现.本文且不论述物理学是理工科必修的一门基础课，只论及物理学是科技创新的源泉这一命题，以期提高教育管理者对大学物理课程重要性的认识.

2物理学是科技创新的源泉

且不说力学和热力学的发展，以蒸汽机为标志引发了第一次工业革命，欧洲实现了机械化；且不说库伦、法拉第、楞次、安培、麦克斯韦等创立的电磁学的发展，以电动机为标志引发了第二次工业革命，欧美实现了电气化.这两次工业革命没有发生在中国，使中国近代落后了.本文着重论述近代物理学的发展对科学技术的巨大推动作用，从而得出结论：物理学是科技创新的源泉.1895年，威廉•伦琴（WilhelmR魻ntgen）发现X射线，这种射线在电场、磁场中不发生偏转，穿透能力很强，由于当时不知道它是什么，故取名X射线.直到1912年，劳厄（MaxvonLaue）用晶体中的点阵作为衍射光栅，确定它是一种光波，波长为10-10m的数量级[6].伦琴获1901年诺贝尔物理学奖，他发现的X射线开创了医学影像技术，利用X光机探测骨骼的病变，胸腔X光片诊断肺部病变，腹腔X光片检测肠道梗塞.CT成像也是利用X射线成像，CT成像既可以提供二维（2D）横切面又可以提供三维（3D）立体表现图像，它可以清楚地展示被检测部位的内部结构，可以准确确定病变位置.当今，各医院都设置放射科，X射线在医学上得到充分利用.X射线的发现不仅对医学诊断有重大影响，还直接影响20世纪许多重大科学发现.1913-1914年，威廉•享利•布拉格（willianHenrgBragg）和威廉•劳仑斯•布拉格（WillianLawrenceBragg）提供布拉格方程[6，P140]2dsinα=kλ（k=1,2,3…）式中d为晶格常数，α为入射光与晶面夹角，λ为X射线波长.布拉格父子提出使用X射线衍射研究晶体原子、分子结构，创立了X射线晶体结构分析这一学科，布拉格父子获1915年诺贝尔物理学奖.当今，X射线衍射仪不仅在物理学研究，而且在化学、生物、地质、矿产、材料等学科得到广泛应用，所有从事自然科学研究的科研院所和大多数高等学校都有X射线衍射仪，它是研究物质结构的必备仪器.1907年，威廉•汤姆孙（W•Thomson）发现电子，电子质量me=9.11×10-31kg，电子荷电e=-1.602×10-19C.电子的荷电性引发了20世纪产生革命.1947年，美国的巴丁、布莱顿和肖克利研究半导体材料时，发现Ge晶体具有放大作用，发明了晶体三极管，很快取代电子管，随后晶体管电路不断向微型化发展.1958年，美国的工程师基尔比制成第一批集成电路.1971年，英特尔公司的霍夫把计算机的中央处理器的全部功能集成在一块芯片上，制成世界上第一个微处理器.80年代末，芯片上集成的元件数已突破1000万大关.微电子技术改变了人类生活，微电子技术称雄20世纪，进入21世纪微电子产业仍继续称雄.到各个工业区看看，发现电子厂比比皆是，这真是小小电子转动了整个地球啊！电子不仅具有荷电性，还具有荷磁性.

1925年，乌伦贝克—哥德斯密脱（Uhlenbeck-Goudsmit）提出自旋假说，每个电子都具有自旋角动量S軋，它在空间任意方向上的投影只可能取两个数值，Sz=±h2；电子具有荷磁性，每个电子的磁矩为MSz=芎μB(μB为玻尔磁子）[7].电子的荷磁性沉睡了半个多世纪，直到1988年阿贝尔•费尔（AlberFert）和彼得•格林贝格尔（PeterGrünberg）发现在Fe/Cr多层膜中，材料的电阻率受材料磁化状态的变化呈显著改变，其机理是相临铁磁层间通过非磁性Cr产生反铁磁耦合，不加磁场时电阻率大，当外加磁场时，相邻铁磁层的磁矩方向排列一致，对电子的散射弱，电阻率小.利用磁性控制电子的输运，提出巨磁电阻效应（giantmagnetoresistance,GMR），磁电阻MR定义MR=ρ(0)+ρ(H)ρ(0)×100%式中ρ(0)为零场下的电阻率，ρ(H)为加场下的电阻率[8].GMR效应的发现引起科技界强烈关注，1994年IBM公司依据巨磁电阻效应原理，研制出“新型读出磁头”，此前的磁头是用锰铁磁体，磁电阻MR只有1%-2%，而新型读出磁头的MR约50%，将磁盘记录密度提高了17倍，有利于器件小型化，利用新型读出磁头的MR才出现笔记本电脑、MP3等，GMR效应在磁传感器、数控机库、非接触开关、旋转编码器等方面得到广泛应用.阿尔贝?费尔和彼得?格林贝格尔获2007年诺贝尔物理学奖.1993年，Helmolt等人[9]在La2/3Ba1/3MnO3薄膜中观察到MR高达105%，称为庞磁电阻（Colossalmagnetoresistance,CMR），钙钛矿氧化物中有如此高的磁电阻，在磁传感、磁存储、自旋晶体管、磁制冷等方面有着诱人的应用前景，引起凝聚态物理和材料科学科研人员的极大关注[10-12].然而，CMR效应还没有得到实际应用，原因是要实现大的MR需要特斯拉量级的外磁场，问题出在CMR产生的物理机制还没有真正弄清楚.1905年，爱因斯坦提出[13]：“就一个粒子来说，如果由于自身内部的过程使它的能量减小了，它的静质量也将相应地减小.”提出著名的质能关系式E=m莓C2式中m.表示经过反应后粒子的总静质量的减小，E表示核反应释放的能量.爱因斯坦又提出实现热核反应的途径：“用那些所含能量是高度可变的物体（比如用镭盐）来验证这个理论，不是不可能成功的.”按照爱因斯坦的这一重大物理学理论，1938年物理学家发现重原子核裂变.核裂变首先被用于战争，1945年8月6日和9日，美国对日本的广岛和长崎各投下一颗原子弹，迫使日本接受《波茨坦公告》，于8月15日宣布无条件投降.后来原子能很快得到和平利用，1954年莫斯科附近的奥布宁斯克原子能发电站投入运行.2009年，美国有104座核电站，核电站发电量占本国发电总量的20%，法国有59台机组，占80%；日本有55座核电站，占30%.截至2015年4月，我国运行的核电站有23座，在建核电站有26座，产能为21.4千兆瓦，核电站发电量占我国发电总量不足3%，所以我国提出大力发展核电，制定了到2020年核电装机总容量达到58千兆瓦的目标.核能的利用，一方面减少了化石能源的消耗，从而减少了产生温室效应的气体———二氧化碳的排放，另一方面有力地解决能源危机.利用海水中的氘和氚发生核聚变可以产生巨大能量，受控核聚变正在研究中，若受控核聚变研究成功将为人类提供取之不尽用之不竭的能量.那时，能源危机彻底解除.

20世纪最杰出的成果是计算机，物理学是计算机硬件的基础.从1946年计算机问世以来，经历了第一至第五代，计算机硬件中的电子元件随着物理学的进步，依次经历了电子管、晶体管、中小规模集成电路、大规模集成电路、超大规模集成电路；主存储器用的是磁性材料，随着物理学的进步，磁性材料的性能越来越高，计算机的硬盘越来越小.近日在第十六届全国磁学和磁性材料会议（2015年10月21—25日）上获悉，中科院强磁场中心、中科院物理所等，正在对斯格明子（skyrmions）进行攻关,斯格明子具有拓扑纳米磁结构，将来的笔记本电脑的硬盘只有花生大小，ipod平板电脑的硬盘缩小到米粒大小.量子力学催生出隧道二极管，量子力学指导着研究电子器件大小的极限，光学纤维的发明为计算机网络提供数据通道.

1916年，爱因斯坦提出光受激辐射原理，时隔44年，哥伦比亚大学的希奥多•梅曼（TheodoreMaiman）于1960制成第一台激光器[14].由于激光具有单色性好，相干性好，方向性好和亮度高等特点，在医疗、农业、通讯、金属微加工，军事等方面得到广泛应用.激光在其他方面的应用暂不展开论述，只谈谈激光加工技术在工业生产上的应用.激光加工技术对材料进行切割、焊接、表面处理、微加工等，激光加工技术具有突出特点：不接触加工工件，对工件无污染；光点小，能量集中；激光束容易聚焦、导向，便于自动化控制；安全可靠，不会对材料造成机械挤压或机械应力；切割面光滑、无毛刺；切割面细小，割缝一般在0.1-0.2mm；适合大件产品的加工等.在汽车、飞机、微电子、钢铁等行业得到广泛应用.2014年，仅我国激光加工产业总收入约270亿人民币，其中激光加工设备销售额达215亿人民币.

2014年，诺贝尔物理学奖授予赤崎勇、天野浩、中山修二等三位科学家，是因为他们发明了蓝色发光二极管（LED），帮助人们以更节能的方式获得白光光源.他们的突出贡献在于，在三基色红、绿、蓝中，红光LED和绿光LED早已发明，但制造蓝光LED长期以来是个难题，他们三人于20世纪90年明了蓝光LED，这样三基色LED全被找到了，制造出来的LED灯用于照明使消费者感到舒适.这种LED灯耗能很低，耗能不到普通灯泡的1/20，全世界发的电40%用于照明，若把普通灯泡都换成LED灯，全世界每个节省的电能数字惊人！物理学研究给人类带来不可估量的益处.2010年，英国曼彻斯特大学科学家安德烈•海姆(AndreGeim)和康斯坦丁•诺沃肖洛夫（Kon-stantinNovoselov），因发明石墨烯材料，获得诺贝尔物理学奖.目前，集成电路晶体管普遍采用硅材料制造，当硅材料尺寸小于10纳米时，用它制造出的晶体管稳定性变差.而石墨烯可以被刻成尺寸不到1个分子大小的单电子晶体管.此外，石墨烯高度稳定，即使被切成1纳米宽的元件，导电性也很好.因此，石墨烯被普遍认为会最终替代硅，从而引发电子工业革命[14].2012年，法国科学家沙吉•哈罗彻(SergeHaroche)与美国科学家大卫•温兰德(DavidJ.win-land)，在“突破性的试验方法使得测量和操纵单个量子系统成为可能”.他们的突破性的方法，使得这一领域的研究朝着基于量子物理学而建造一种新型超快计算机迈出了第一步[16].

2013年，由清华大学薛其坤院士领衔、清华大学物理系和中科院物理研究所组成的实验团队从实验上首次观测到量子反常霍尔效应.早在2010年，我国理论物理学家方忠、戴希等与张首晟教授合作，提出磁性掺杂的三维拓扑绝缘体有可能是实现量子化反常霍尔效应的最佳体系，薛其坤等在这一理论指导下开展实验研究，从实验上首次观测到量子反常霍尔效应.我们使用计算机的时候，会遇到计算机发热、能量损耗、速度变慢等问题.这是因为常态下芯片中的电子运动没有特定的轨道、相互碰撞从而发生能量损耗.而量子霍尔效应则可以对电子的运动制定一个规则，电子自旋向上的在一个跑道上，自旋向下的在另一个跑道上，犹如在高速公路上，它们在各自的跑道上“一往无前”地前进，不产生电子相互碰撞，不会产生热能损耗.通过密度集成，将来计算机的体积也将大大缩小，千亿次的超级计算机有望做成现在的iPad那么大.因此，这一科研成果的应用前景十分广阔[17].物理学的每一个重大发现、重大发明，都会开辟一块新天地，带来产业革命，推动社会进步，创造巨大物质财富.纵观科学与技术发展史，可以看出物理学是科技创新的源泉.

3结语

论述了X射线，电子、半导体、原子能、激光、蓝光LED等的发现或发明对人类进步的巨大推动作用，自然得出结论，物理学是科技创新的源泉.打开国门看一看，美国的著名大学非常注重大学物理，加州理工大学所有一、二年级的公共物理课程总学时为540，英、法、德也在400-500学时[18].国内高校只有中国科学技术大学的大学物理课程做到了与国际接轨，以他们的数学与应用数学为例，大一开设：力学与热学80学时，大学物理—基础实验54学时；大二开设：电磁学80学时，光学与原子物理80学时，大学物理—综合实验54学时；大三开设：理论力学60学时，大学物理及实验总计408学时.在大力倡导全民创业万众创新的今天，高等学校理所应当重视物理学教学.各高校的理工科要按照教育部高等学校非物理类专业物理基础课程教学指导委员会颁发的《非物理类理工学科大学物理课程/实验教学基本要求》给足大学物理课程及大学物理实验课时.

参考文献：

〔1〕祝之光.物理学[M].北京：高等教育出版社，2012.1-10.

〔2〕马文蔚，周雨青.物理学教程[M].北京：高等教育出版社，2006.I-V1.

〔3〕倪致祥，朱永忠，袁广宇，黄时中，大学物理学[M].合肥：中国科学技术大学出版社，2005.前言.

〔4〕教育部高等学校非物理类专业物理基础课程教学指导分委员会.非物理类理工学科大学物理课程教学基本要求[J].物理与工程，2006，16（5）

〔5〕教育部高等学校非物理类专业物理基础课程教学指导分委员会.非物理类理工学科大学物理实验课程教学基本要求[J].物理与工程，2006,16（4）：1-3.

〔6〕姚启钧，光学教程[M].北京；高等教育出版社，2002.138-139.

〔7〕张怪慈.量子力学简明教授[M].北京：人民教育出版社，1979.182-183.