毕业论文（设计）-理论力学课程改革初探

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1、专业好文档《大学物理》（物理教育专刊）2004年第3期理论力学课程改革初探卢新平（闽江学院物理学与电子信息工程系，福建福州）摘要：对理论力学教学改革中的几个问题发表了自己的看法。关键词：课程改革；Hamilton力学；非线性；教材。中图分类号：O316文献标识码：A文章编号：AtentativereformoftheoreticalmechanicscurriculumLuXin－ping(PhysicsandElectronicsInformationEngineeringDepartmentofMinjiangUniversity,FuzhouFuji

2、an)Abstract:Thisarticleexpoundssomenimportantquestionsontheoreticalmechanicscoursereformationandsomesuggestionsareputforward.Keywords：coursereformation；Hamiltonmechanics；nonlinearities；teachingmaterial.1687年牛顿发表名著《自然哲学之数学原理》，创立了经典力学的第一种形式――牛顿力学体系。但是牛顿力学几乎都以力为基础，因此它的应用只局限于纯力学问题的范畴，

3、运算也比较繁琐。1788年拉格朗日发表名著《分析力学》，建立了经典力学的拉格朗日形式，它用力学系统的动能和势能取代了加速度和力，运算相应地简化了，并且由于能量在任何物理系统都有意义，因此力学的研究和应用范围开拓到整个物理学。十九世纪三十年代，哈密顿又推广了分析力学，将力学系统的变量从空间坐标扩大到包括其相应的动量在内，建立了Hamilton力学。这就使得力学理论完全适应整个物理学发展的要求，并为量子力学的建立准备了理论条件。力学是在不断发展的。钱学森说：“不可能设想，不要现代力学就能实现现代化。”周培源认为力学“有无止境的研究课题”，“有无限光辉前景”。力

4、学教材应当“与时俱进”，陈旧的应弃去，变得重要的新知识新内容应当加上去，以体现时代感，突出它的近代物理原理。师范类物理专业的《理论力学》是第一门“四大力学”课，课本沿用二三十年前周衍柏编的《理论力学教程》。当前，在这门课程的教学中，不论在题材和观点上都存在大量的模糊区，甚至由于课时的压缩连分析力学部分的内容也讲得不多了。据悉，不少人试图将理论力学与普通力学“打通”，甚至怀疑第四次循环（从初中，高中，普通力学到理论力学）的必要性。在大学里，当人们谈起理论力学时，常常默认其为“牛顿力学”，而分析力学只是牛顿力学等价的形式表述上的衍生物。这是多么发人深思！1．理

5、论力学教材现代化呼唤新的教学内容和新的教学手段笔者多年在师范类物理专业讲授《理论力学》课程，多年思考着这门课程的教学改革。我们不赞同理论力学与普通力学打通为一门的做法，两者毕竟有着不同的要求与内容。7专业好文档“打通为一门”的思想实际上是默认了经典力学就是“牛顿力学”，默认了力学本身无所作为的三百年！物理学虽然起源于牛顿力学，但是，现代物理学的框架体系和基本语言奠基于Hamilton力学。因此，理论力学应当以分析力学为主，而分析力学又应当以Hamilton力学为主。“四大力学”名称中的“力学”，正是这个意义下的力学。理论力学的后继课程中不使用原始Newto

6、n意义下的力的概念，不仅如此，使用这种“力”的思维反而会造成理解场与量子过程的障碍。笔者以为，不是要抛弃与忘记“力”的概念，而是应当把“力”作为继续前进的踏脚石和动力。理论力学不是“力”的尽头，而是“新概念力”的开头！这就是山穷水尽疑无路，柳暗花明又一村！当代物理人才的知识结构核心是量子力学。因此理论力学应当也可能表述为最自然引导到量子力学的形式。笔者尝试把量子力学中的Dirac算符应用于经典力学（运动学，动力学），并且初见成效，2003年在闽江学院学报发表了《Dirac符号在经典力学中的应用》，另外一篇《用Dirac符号表述的非自由质点系动力学方程》在“

7、力学与实践”杂志2004年待发表。Hamilton力学中状态变量和相空间概念的合理推广，就是现代控制理论中的状态变量和状态空间的概念。控制论与物理学之间有密切联系：一方面控制理论在不断借鉴物理学的概念和方法的过程中得到了发展，最优控制理论首先是借鉴了分析力学中的拉格朗日――哈密顿理论，然后才走上了自身发展的道路；另一方面，近代物理学的发展也从控制理论中吸取了养分。从自然哲学角度来看，《控制论》和《物理学》这两门学科既相互排斥又相互联系，它们的相消相长与相反相成正在交织出当代科学的交叉发展过程中的一幅辨证图景。我们认为，在理论力学中，可以试图在这样一种学科交

8、叉发展的背景下介绍现代控制理论。新世纪的大学生们带着17世纪的陈旧