一、物理观念的概念

物理观念是指通过物理学的学习和研究而形成的对于物质世界的本质性看法，是基于物理学的认识的一种自然观。

在不同的物理阶段，相应的物理观念也是不同的，是随着物理学的发展而发展的。物理观念是物理核心素养之一，包括物质观、运动观、相互作用观和能量观等，分别涉及经典物理学和现代物理学中对于物质构成的理解、对物理运动规律的看法、对基本相互作用的认识及对能量的看法等基础性内容。基于这样的物理观念，学生可对于物质世界形成比较系统的科学认识和理解方式。

爱因斯坦指出：“在建立一个物理学理论时，基本观念起了最主要的作用。物理书上充满了复杂的数学公式，但是所有的物理学理论都是起源于思维与观念，而不是公式。由此可见，物理观念在物理学形成和发展过程中发挥着重要的作用。

例如伽利略的运动理论是经典力学的开创性工作，但是在他之前的经院哲学家主要关注的是“终极原因”，在这样的观念下，他们主要借助于质料、目的等模糊的概念对运动作因果的和定性的描述，把运动分为自然运动和强迫运动。伽利略认为这种描述和分类方法，实际上是吧运动的研究引入绝境，他认为对运动应该研究它怎样发生，而不是关注运动为什么发生。他的运动理论就是在这样的物理观念引导下建立的。

守恒指一个事物的知觉特征无论如何变化，它的量始终保持不变，是物质变化过程中最本质、最基本的特征之一。作为自然界普遍成立的规律，守恒思想的本质在于物质复杂变化中总存在某些不变性。在物理学中，守恒广泛存在于力学、热学、电学、原子物理等领域。在力学领域，能量守恒是一种物理观念。能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,只能从一个物体传递给另一个物体,而且能量的形式也可以互相转换。

二、基本的物理观念

（一）物质观

宇宙是物质的、有秩序的，能够凭借理性的推理而被理解。自然界的物质可以分为两类：实物粒子、场。场是物质存在的一种形式，场充满宇宙且具有能量。物质由原子组成，原子有内部结构。微观世界与宏观世界遵循着不同的规律。

1.宇宙是物质的、有秩序的，能够凭借理性的推理而被理解。物理课程始终都在诠释“宇宙是物质的、有秩序的，能够凭借理性的推理而被理解”这样的根本观念。迄今为止，人们普遍接受的关于宇宙的起源、演化的理论是“大爆炸宇宙模型”。根据这一模型，宇宙大约在140亿年前的一次大爆炸中创生，时空和物质也由此创生。

2.自然界的物质可以分为两类：实物粒子和场。场是物质存在的一种形式，场具有能量且充满宇宙。地球的引力场存在于它周围的一切地方，如果在其中放一个物体，这个物体就会受到地球引力的吸引。电场是电荷周围空间存在的物质，它的基本特性就是对其中的电荷有作用力。磁场是运动电荷周围空间存在的物质，它的基本特性就是对其中的磁体或运动电荷有作用力。周期性变化的电场产生周期性磁场，周期性变化的磁场产生周期性电场，电场和磁场是电磁场统一体中相互依存、相互制约的两个方面。

3.物质由原子组成，原子有内部结构。目前人类认识的自然界的物质可分为两类：一类是实物粒子，另一类是场。20世纪初至30年代，量子力学的诞生标志着关于物质结构的科学原理基本形成，其核心观念是：原子由原子核和电子组成，原子核由质子和中子组成，电子带负电荷，质子带正电荷；质子和中子也是有内部结构的。

4.微观世界遵循与宏观世界不同的规律。由于微观粒子的运动表现出与宏观物体非常不同的特性，所以微观世界遵循与宏观世界不同的规律。例如，在微观领域，自然界的变化是以不连续的方式发生的，某些物理量（如能量）不是连续分布而是量子化的；微观粒子具有波粒二象性，粒子的坐标和动量不可能同时具有确定值；微观世界以统计规律确定因果关系。

（二）运动观

1.物质运动有机械运动、物理运动、化学运动、生物运动和社会运动五种基本形式。运动是宇宙中发生的一切变化和过程，是物质的固有属性和存在方式。物理学研究机械运动、物理运动的基本规律，物理运动包括分子热运动、电磁运动、微观粒子运动。

2.物体运动状态或形状发生变化必受到其他物体给予的力。牛顿运动定律揭示了宏观物体低速运动所遵循的规律。牛顿第一定律指出：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。在此基础上，牛顿提出物体所受的作用力、由此产生的加速度及物体质量之间的定量关系，即牛顿第二定律。牛顿第三定律揭示了自然界中作用力的性质，即两个物体之间相互作用力大小相等、方向沿同一直线相反。弹性物体受外力作用产生形状变化也是物体相互作用的结果。经典物理学认为，任何物质粒子的运动都具有确定的轨道，可以同时决定粒子的位置和速度；如果已知粒子运动的初始条件和动力条件，就可以精确地预言粒子今后的运动。

3.时空是物质运动的存在形式。物理课程的研究对象始终以时空作为大背景。物理学理论认为，时空是物质运动的存在形式，没有离开时空的纯粹物质运动，也没有离开物质运动的绝对时空。爱因斯坦提出的相对论极大地丰富了人类对于物质运动与时空的认识。狭义相对论认为：时间和空间随着物体运动速度的变化而变化。当物体以接近光速的速度运行时，就会发生“尺缩钟慢”现象：物体沿运动方向上的长度变短和时间持续变长。广义相对论认为：重力场的时间和空间特性依赖于物体的质量分布，物体的质量越大，分布越密，重力场就越强，则空间的“曲率”就越大，时间的流逝就越慢。目前，人类观测到的空间从粒子的尺度10-18米至宇宙的范围1026米，人类认识的时间从激光器产生的光脉冲持续时间为几个飞秒（10-15秒）至宇宙的年龄为（10~20）×109年。

（三）相互作用观

宇宙间存在四种基本相互作用力。目前，物理学界公认，自然界存在四种基本的相互作用：万有引力 （简称引力）、电磁力、强相互作用和弱相互作用。引力作用普遍存在于一切粒子之间，是一种吸引力；万有引力定律是一个成功的引力理论，它指出：自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的方向在它们的连线上，引力的大小与物体的质量的乘积成正比与它们之间距离的二次方成反比。万有引力定律揭示了天上和地上的物体运动遵循相同的法则，但它有适用条件，不是终极理论。目前，爱因斯坦提出的广义相对论被认为是最成功的近代引力理论。在引力质量与惯性质量相等的实验事实的基础上，爱因斯坦提出了一条原理：在实验室内部无法区别重力的效应和加速度的效应，因此，重力的效应和加速度等效。电磁作用存在于带电体或磁体之间，既有引力也有斥力；原子核内使质子、中子结合成原子核的核力是强相互作用的一种表现；在放射性现象中起作用的力就是弱相互作用。四种相互作用有不同的基本性质和基本规律，自然界中呈现的千变万化的现象都可以归因于这四种基本作用。

（四）能量观

任何过程的全部参与者的总能量在此过程中始终保持不变，而总熵则一定不减少。自然界中一切物质都具有能量，能量有各种不同的形式，能量能够从一种形式转换为另一种形式，从一个物体传递给另一个物体，但转换和传递的过程中，各种形式能量的总量保持不变。即自然界中物质的各种运动形态具有的能量，包括机械能、化学能、热能、光能、电能、磁能等，无论如何进行转化和转移，能量的总数是保持不变的。物理学发现的这个定律是自然界最基本的规律和最普遍的法则，支配着迄今我们知道的从石块的下落到原子核反应以至宇宙的演化等一切自然现象，为我们看待一切自然现象提供了统一的观点。运动不灭的思想及相应的守恒定律，即使在微观世界里仍然不容许有丝毫违反。熵表示系统的微观无序程度，任何物理过程的全部参与者的总熵在过程中不会减少。熵增加原理预言，自然界大多数过程是不可逆的，它也是唯一区分过去与未来两个时间方向的物理学原理，其背后也许蕴藏着更加深刻的自然界演化与发展的规律等待人类认识。