德国卡尔斯鲁厄物理课程简介

1德国卡尔斯鲁厄物理课程简介陈敏华（浙江省绍兴县柯桥中学，浙江 绍兴 312030）The Karlsruhe Physics CourseChen Min hu a1．引言1888年，著名物理学家赫兹在德国卡尔斯鲁厄大学发现了电磁波。卡尔斯鲁厄物理课程（Der Karlsruher Physikkurs，简称KPK）就是在这所大学的物理教学研究所产生的。最早主持这一课程开发规划的是福尔克(G.Falk)教授,而福尔克在这方面所做工作的理论基础是吉布斯的热力学理论。福尔克去世后，这一课程的开发工作由他的同事赫尔曼（F.Herrmann）教授主持。作为卡尔斯鲁厄物理课程的一部分，为初级中学学生用的物理课程在上世纪九十年代就已正式在德国出版。到目前为止，已有近万名德国学生使用了这一课程。除此之外，他们还开发了大学水平的物理课程，并正在开发为高级中学学生用的物理课程。本文所介绍的内容主要是为初级中学学生用的物理课程，它的中文版已由上海教育出版社出版。他们所开发的任何水平的物理课程，其课程结构是相同的。2.课程结构 2.1实物型物理量传统的物理教学把力学作为中心内容：对于一个物理问题，如果它能在力学方面得到解释，那么就认为我们对这个问题至少大体上理解了。从而，宇宙就被描述为组成它的粒子（质点）和这些粒子间的相互作用。这种图像通常叫做宇宙的原子图像。然而，过多地强调上述原子图像会妨碍我们对近代物理的理解。量子力学中的基本物理量是能量、动量、角动量、电量等。这些量不同于牛顿力学中描述质点运动规律的物理量（如速度、力等）。当然，在牛顿力学中也出现能量、动量、角动量，但它们仅仅在计算上起方便的作用，而并不是基本物理量。在牛顿力学中，基本的物理量是位移、速度、质量和力；而动量只不过是质量和速度的乘积的别名，能量只不过是质点运动的一个恒量。在量子力学中，对能量和动量的处理就大不相同了。这可以由以下事实加以说明：能量和动量可以量子化，而那些在牛顿力学中构成能量和动量的物理量（如速度和力）却不可以量子化。量子力学中的基本物理量跟热力学中的广延量（extensive quantity）具有类似的性质。这些量有一个共同的特点：它们都可以被看作是包含在一个物理系统中，并能从一个系统流到另一个系统。因此，它们都可以被描述为一种“实2物”。由此，我们把它们叫做实物型物理量（substance-like quantity）[1]。实物型物理量还包括熵，虽然这个量是半守恒的，而其他实物型物理量都是守恒的。因此，实物型量未必一定是守恒的。...