十六、物理学史及物理思想方法一、高中物理的重要物理学史1.力学部分(1)1638年,意大利物理学家伽利略用科学推理论证重物体和轻物体下落一样快,推翻了古希腊学者亚里士多德的观点(即:质量大的小球下落快)。(2)1687年,英国科学家牛顿提出了三条运动定律(即牛顿运动定律)。(3)17世纪,伽利略通过构思的理想实验指出,在水平面上运动的物体若没有摩擦,将保持这个速度一直运动下去,得出结论:力是改变物体运动的原因。推翻了亚里士多德的观点:力是维持物体运动的原因。同时代的法国物理学家笛卡儿进一步指出,运动的物体没有受到力的作用,它将继续以同一速度沿着同一直线运动,既不会停下来,也不会偏离原来的方向。(4)20世纪初建立的量子力学和爱因斯坦提出的狭义相对论表明经典力学不适用于微观粒子和高速运动物体。(5)人们根据日常的观察和经验,提出“地心说”,古希腊科学家托勒密是代表;而波兰天文学家哥白尼提出了“日心说”,大胆反驳“地心说”。(6)17世纪,德国天文学家开普勒提出开普勒行星运动定律。(7)牛顿于1687年正式发表万有引力定律;100多年后,英国物理学家卡文迪许利用扭秤实验装置比较准确地测出了引力常量。2.电磁学部分(1)法国物理学家库仑利用扭秤实验发现了电荷之间的相互作用规律库仑定律。(2)英国物理学家法拉第最早引入了电场概念,并提出用电场线表示电场。(3)美国物理学家密立根通过油滴实验精确测定了元电荷e,获得诺贝尔奖。(4)1820年,丹麦物理学家奥斯特发现电流可以使周围的小磁针发生偏转,称为电流的磁效应。(5)荷兰物理学家洛伦兹提出洛伦兹力公式。(6)汤姆孙的学生阿斯顿设计的质谱仪可用来测量带电粒子的质量和分析同位素。(7)英国物理学家法拉第发现电磁感应现象;纽曼、韦伯于1845年和1846年先后指出法拉第电磁感应定律。(8)物理学家楞次发表确定感应电流方向的定律楞次定律。3.原子原子核(1)英国物理学家汤姆孙利用阴极射线管发现电子,并指出阴极射线是高速运动的电子流。汤姆孙还提出原子的枣糕模型。(2)英国物理学家卢瑟福和助手们进行了粒子散射实验,提出了原子的核式结构模型,并用粒子轰击氮核,第一次实现了原子核的人工转变,发现了质子,并预言原子核内还有另一种粒子中子。(3)丹麦物理学家玻尔提出了自己的原子结构假说,成功地解释和预言了氢原子的辐射电磁波谱,并得出氢原子能级表达式。(4)查德威克用粒子轰击铍核时发现中子。(5)法国物理学家贝可勒尔发现天然放射现象,说明原子核有复杂的内部结构。(6)爱因斯坦提出了质能方程,并提出光子说,成功地解释了光电效应规律。(7)1900年,德国物理学家普朗克提出能量子假说。(8)美国物理学家康普顿在研究石墨中的电子对X射线的散射时,发现康普顿效应,证实了光的粒子性。(9)1924年,法国物理学家德布罗意大胆预言了实物粒子在一定条件下会表现出波动性。4.选考部分(1)热学英国植物学家布朗发现悬浮在水中的花粉微粒不停地做无规则运动的现象布朗运动。(2)机械振动机械波奥地利物理学家多普勒首先发现由于波源和观察者之间有相对运动,使观察者感到频率发生变化的现象多普勒效应。(3)光现象电磁波英国物理学家托马斯杨成功地观察到了光的干涉现象。英国物理学家麦克斯韦提出了电磁场理论,预言了电磁波的存在,指出光是一种电磁波,为光的电磁理论奠定了基础。德国物理学家赫兹用实验证实了电磁波的存在,并测定了电磁波的传播速度等于光速。(4)相对论爱因斯坦提出了狭义相对论,有两条基本原理:相对性原理:在不同的惯性参考系中,一切物理规律都是相同的。光速不变原理:真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的。二、高中物理的重要思想方法1.理想模型法为了便于进行物理研究或物理教学而建立的一种抽象的理想客体或理想物理过程,突出了事物的主要因素、忽略了事物的次要因素。理想模型可分为对象模型(如质点、点电荷、理想变压器等)、条件模型(如光滑表面、轻杆、轻绳、匀强电场、匀强磁场等)和过程模型(在空气中自由下落的物体、抛体运动、匀速直线运动、匀速圆周运动等)。2.极限思维法人们把所研究的问题外推到极端情况(或理想状态),通过推理而得出结论的过程,在用极限思维法处理物理问题时,通常是将参量的一般变化,推到极限值,即无限大、零值、临界值和特定值的条件下进行分析和讨论。如公式v=xt中,当t0时,v是瞬时速度。3.理想实验法也叫做实验推理法,就是在物理实验的基础上,加上合理的、科学的推理得出结论的方法。如伽利略斜面实验、推导出牛顿第一定律等。4.微元法在处理问题时,从对事物的极小部分(微元)分析入手,达到解决事物整体目的的方法。它在解决物理学问题时很常用,思想就是“化整为零”,先分析“微元”,再通过“微元”分析整体。5.比值定义法就是用两个基本物理量的“比”来定义一个新的物理量的方法,特点是:A=BC,但A与B、C均无关。如a=vt、E=Fq、C=QU、I=qt、R=UI、B=FIL、=mV等。6.放大法在物理现象或待测物理量十分微小的情况下,把物理现象或待测物理量按照一定规律放大后再进行观察和测量,这种方法称为放大法,常见的方式有机械放大、电放大、光放大。7.控制变量法决定某一个现象的产生和变化的因素很多,为了弄清事物变化的原因和规律,必须设法把其中的一个或几个因素用人为的方法控制起来,使其保持不变,研究其他两个变量之间的关系,这种方法就是控制变量法。比如探究加速度与力、质量的关系,就用了控制变量法。8.等效替代法在研究物理问题时,有时为了使问题简化,常用一个物理量来代替其他所有物理量,但不会改变物理效果。如用合力替代各个分力,用总电阻替代各部分电阻等。9.类比法也叫“比较类推法”,是指由一类事物所具有的某种属性,可以推测与其类似的事物也应具有这种属性的推理方法。其结论必须由实验来检验,类比对象间共有的属性越多,则类比结论的可靠性越大。如研究电场力做功时,与重力做功进行类比;认识电流时,用水流进行类比;认识电压时,用水压进行类比。- 4 -