【正文】 ” 第二，是科學(xué)理論能否取得成功的重要因素是其歷史條件是否成熟。人們把海森堡的統(tǒng)一場(chǎng)論稱為量子 統(tǒng) 一場(chǎng)論。 盡管大統(tǒng)一理論還沒(méi)有成功，但弱作用、電磁作用、強(qiáng)作用和引力作用四者 相 統(tǒng) 一 的所謂超大統(tǒng)一理論正在為科學(xué)家所探索 . 三、統(tǒng)一的道路是曲 折的 盡 管目 前大統(tǒng) — 理論與超大統(tǒng)一理論家沒(méi)有成功 ,但是 ,20世紀(jì) 70年代弱電統(tǒng)一的成功激發(fā)了科學(xué)家的統(tǒng) 一情結(jié) ,愛(ài)因斯坦的統(tǒng)一夢(mèng)想又清晰了許多 . 科學(xué)家們之所以追求各種 相互作用的統(tǒng)一，就在于科學(xué)家認(rèn)為科學(xué)理論 應(yīng) 當(dāng)是邏輯簡(jiǎn)單的。 格拉肖 (1961年 )、溫伯格 (1967年 )和薩拉姆 (1968年 )建立了電磁作用與弱作用相統(tǒng)一的理論，傳遞弱電統(tǒng)一相互作用的粒子是一種規(guī)范粒子，構(gòu)成三重態(tài)，即 W＋ ， Z0， W－ 。 首先，讓我們以兩個(gè)質(zhì)子之間的作用為例來(lái)比較引力與電磁力。 到上世紀(jì) 60年代，溫伯格和薩拉姆在楊振寧等人提出的理論基礎(chǔ)上，提出了一種把電磁力和弱力統(tǒng)一起來(lái)的理論 —— 電弱統(tǒng)一理論。 1．萬(wàn)有引力 萬(wàn)有引力是指存在于任何兩個(gè)物體之間的吸引力，它源于物體的質(zhì)量，質(zhì)量越大引力 越大。,合力最大為 6 N , 若θ為 180186。、 150186。 討論與交流 兩個(gè)小孩共同提起一桶水和一個(gè)大人單獨(dú)提起一桶水，效果相同嗎？ 參考答案：相同。 答案： 說(shuō)明：①選不同標(biāo)度 (單位 )，力的圖示線段的長(zhǎng)短可不同； ②標(biāo)度的選取要有利于作圖示。 教學(xué)用具：彈簧秤、刻度尺等。對(duì)于力的示意圖和力的圖示，學(xué)生并不一定引起重視，教師要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)用科學(xué)的方法表述一個(gè)力。 師 ：僅說(shuō)一個(gè)力多大 (是多少 N)能不能完整地表達(dá)了這個(gè)力？ 生：不能。 ) 今后我們將定量地研究力的作用效果?！痹诂F(xiàn)實(shí)生活中，有這樣的例子：兩位同學(xué)沿不同方向共同用力提住一袋土石，解放軍戰(zhàn)士一人也能提住同一袋土石。 同一次實(shí)驗(yàn)中，用兩只彈簧秤拉橡皮條和只用一個(gè)彈簧秤拉橡皮條時(shí)，沒(méi)有使橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到同一位置的，實(shí)驗(yàn)考察的分?jǐn)?shù)為 0分。、 45186。 2． 已知兩個(gè)分力 F F2的合力 F 的大小為 5N，其中 F1與 F 方向相同，均沿水平方向向右，F(xiàn)2與 F 方向相反，求這兩個(gè)分力 F1和 F2 的大小。 由于 分子或原子都是由帶電粒子組成的，它們之間的作用力主要就是電磁力。 從物理學(xué)的發(fā)展來(lái)看，物理學(xué)理論的統(tǒng)一經(jīng)過(guò)了以下階段： 1687年，牛頓力學(xué)理論統(tǒng)一了地上的運(yùn)動(dòng)規(guī)律與天上的運(yùn)動(dòng)規(guī)律； 1831年，安 培和法拉第 的工作統(tǒng)一了電學(xué)與磁學(xué) ； 1873年，麥克 斯 韋的電磁場(chǎng)理論統(tǒng)一了電磁學(xué)和光學(xué)； 1905 年，愛(ài)因斯坦的狹 義 相對(duì)論統(tǒng)一了空間與時(shí)間 概念，而在牛頓力學(xué)那里，時(shí)間與空間是分離的； ’ ， ’ 1916年，愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論統(tǒng)一了空間、時(shí)間與物質(zhì)。因此，引力與電磁力相差非常懸殊。只有能量高于 102GeV 也就是距離小于 10—16cm 時(shí)，弱作用的強(qiáng)度才變得與電磁作用差不多。為了實(shí)現(xiàn)這一 日標(biāo)，他在創(chuàng)立狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論之后，緊接著就開(kāi)展 了 統(tǒng)一場(chǎng)論研究。 雖然楊 — 米爾斯的理論提出之后，由于它在描述各種相互作用時(shí)，存在著 無(wú)法得出量子質(zhì)量的困難，因而被冷落了十幾年，但是，自從 1967年，溫伯格和薩拉姆利用希格斯提出的真空自發(fā)破缺概念，克服了楊 — 米爾斯理論的困難，成功地建立了弱、電統(tǒng)一理論之后，規(guī)范統(tǒng)一場(chǎng)論獲得了極大的成功。 第三，是一個(gè)科學(xué)理論取得成功的又一個(gè)重要因素是避免任何片面性。”愛(ài)因斯坦絲毫沒(méi)有動(dòng)搖自己的信念： 全部自然界，特別是全部物理學(xué)是一個(gè)統(tǒng)一的整體。但是，他沒(méi)有獲得所 期望的成功。一個(gè)質(zhì)子平均經(jīng)過(guò) 1031年才蛻變 (要知道，現(xiàn)在太陽(yáng)的年齡還只有約 109年 )!就是說(shuō)，即使我們“目不轉(zhuǎn)睛”地盯著 1031個(gè)質(zhì)子 (約 17 噸 )進(jìn)行觀察，一年內(nèi)也才只能看到其中一個(gè)質(zhì)子發(fā)生了蛻變。 弱作用與電磁作用也十分不同。各種具體的場(chǎng)之間有著相差懸殊的特征。 4．弱力 弱力也是作用在各種微觀粒子 (光子等除外 )之間的一種作用力．如一些不 穩(wěn)定的 原子核，從核內(nèi)會(huì)自發(fā)地射出電子流，就是弱力引起的。 （ 2） 若三力不在同一直線上，兩力的合力與這兩個(gè)力可構(gòu)成封閉的三角形。＜θ＜ 120176。 平行四邊形定則： 以表示兩個(gè)分力的線段為鄰邊作一個(gè)平行四邊形 ,則這個(gè)平行四邊形中表示兩分力的線段所夾的對(duì)角線表示合力的大小和方向 . [課本練習(xí) ] 1．有兩個(gè)大小均為 3N 的力，試用實(shí)驗(yàn)方法分別作出它們的夾角為 0186。 在實(shí)驗(yàn)中，把兩個(gè)空心銅制半球合在一起，抽去球中的空氣后，用兩支馬隊(duì)向相反方向拉這兩個(gè)半球。 步驟：選一標(biāo)度 (依題而定其大小 )：如用 1cm長(zhǎng)的線段表示 500N的力。同時(shí)教師還可以讓學(xué)生自己說(shuō)明結(jié)果，學(xué)生的結(jié)果不一樣說(shuō)明可以有不同的替代，為下一節(jié)力的分解作好鋪墊。 教學(xué)中教師要做好實(shí)驗(yàn)，如有可能 應(yīng)該讓學(xué)生自己動(dòng)手操作。 例 1 (教師做 )：卡車對(duì)拖車的牽引力 F的大小是 2021N，方向水平向右，作出力 F的圖示。 力的等效 教師介紹馬德堡半球?qū)嶒?yàn)： 1654 年，在德國(guó)的馬德堡市，有 人做了一個(gè)轟動(dòng)一時(shí)的實(shí)驗(yàn)。在下一節(jié)的學(xué)習(xí)中教師會(huì)直接給結(jié)論。在物理學(xué)中，通常從作用效果相同這一觀點(diǎn)出發(fā)，根據(jù)具體情況進(jìn)行力的替代，稱為力的合成與分解。時(shí)的合力后可發(fā)現(xiàn) ,當(dāng)這兩分力夾角θ取值為 0176。滿足這種要求有兩種情況： （ 1） 若三力在同一直線上，則二力大小之和等于第三力大??；二力之差等于第三力大小 ，故 D 正確。 兩個(gè)相鄰質(zhì)子之間的強(qiáng)力可以達(dá)到104N，但作用范圍較小，距離超過(guò)約 10— 15m 時(shí)，強(qiáng)力就可略去不計(jì)。 二、認(rèn)識(shí)四種相互作用 弱、電磁、強(qiáng)、引力場(chǎng)是我們現(xiàn)在已知的場(chǎng)的四種具體形態(tài)。在原子核這樣的尺度范圍內(nèi)強(qiáng)作用比電磁作用強(qiáng)得多，但在大距離上，強(qiáng)作用幾乎完全不再起作用，它就比電磁作用顯得弱得多了。但是，這種實(shí)驗(yàn)是非常難做的。從