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理论课堂的实验问题

已有 4421 次阅读 2009-10-5 18:31 |个人分类:科研教学絮语|系统分类:教学心得| 实验, 麦尔斯韦速率分布率, 理论教学

    给学生讲解麦克斯韦速率分布律,这部分内容一直是一个重点加难点。重要之处是由于它直观的说明了平衡态下热力学系统的速率分布的基本情况。而困难在于,我们实际是依赖于对于实验结果的讲解把这个结论强加给了学生,几乎没有道理可讲。当然,我们可以说这个道理就是统计规律性,并且,这就证明了统计规律性的正确。但这是个来回的相互解释。说实在的,我没有其他的办法可以进行更深入的解析,以使学生们更加深刻得理解它。

    然而,这还不是最麻烦的。放假前一天,我是下午的课,上完课后,有很多学生问我问题,正在讲台上忙碌。看见一个姑娘拿着书,正好翻至61页的分子射线束实验处,偶心里想,这下坏了!果然,她问我:“老师,这个实验中会不会有漏掉的不能到达接收屏的分子?”俺赶紧积极回答:“我也认为会有溜掉的分子。我们只是解决了理论问题,在理论上接受全部的分子是可行的,但是实际仪器都是物质的,实验中肯定有误差。”她说:“如果这样,那总的分子数就少了许多吧(是与分子源里的分子数相比)。”我只好老实回答:“应该是这样的,这样的实验肯定有误差处理和分析,如果要搞清楚,就要去查原始实验的情况。另外,这个实验的结果都是定性的而不是定量的,说明它得到的只是重复性比较好的趋势。”当然,我还很高兴得表扬了她,说她问题提得好。

    但是,我这些天一直被这个问题折磨着!说真的,除了从课本上看到这个实验及其介绍之外,我没有见到过其他的关于麦克斯韦速率分布实验的材料,我自己也不是很明白这个实验的细节乃至仪器。这就导致我除了能说这个实验证明了或者反映了麦克斯韦速率分布律的正确性之外,无法说清实验的确切过程,以及实验的精度,怎么处理真空度,怎么处理分子遗漏,怎么按照转盘狭缝的宽度确定速率间隔......等等的问题。当然,我是如此晕乎,对学生的讲解就不会更加彻底。

    还不止这些,对于纯理论的讲解乃至理解,任何科目都牵扯到这个问题。假期去听兰大举行的华人物理大会的报告,他们讲解说用一份激光打出四个激子,六个激子......我就怎么也搞不定人家是怎么把激光分成“一份”的,怎么数出“四个”微观激子的估计我上大学时那种出名的笨劲又回来了,反正我就是不明白。当然,这非常严重地阻碍了俺的理论研究进程

    搞实验的也许看见纯理论就头大了,搞理论的又无法想像那些实验仪器的原理和应用。无论谁站在讲台上,都将有只侧重一面的偏颇,如之奈何?将何奈之?就算是查到了全部的实验资料,那和懂行还差十万八千里呢,这个问题也还存在啊......



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