高中物理学史和物理方法总结.doc

高中物理学史总结1638年，意大利物理学家伽利略在两种新科学的对话中用科学推理论证重物体和轻物体下落一样快；并在比萨斜塔做了两个不同质量的小球下落的实验，证明了他的观点是正确的，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是错误的）；伽利略时代的仪器、设备十分简陋，技术也比较落后，但伽利略巧妙地运用科学的推理，给出了匀变速运动的定义，最早研究“匀加速直线运动”，导出S正比于t2 并给以实验检验；伽利略的科学推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一。 17世纪，伽利略通过构思的斜面理想实验指出：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：如果没有其它原因，运动物体将继续以同速度沿着一条直线运动，既不会停下来，也不会偏离原来的方向。1638年，伽利略在两种新科学的对话一书中，运用观察假设数学推理的方法，详细研究了抛体运动。另外他还发现了“摆的等时性”。1687年，英国科学家牛顿在自然哲学的数学原理著作中提出了三条运动定律（即牛顿三大运动定律）。牛顿于1687年正式发表万有引力定律，1798年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（微小形变放大思想）；另外牛顿还发现了光的色散原理；创立了微积分、发明了二项式定理；研究光的本性并发明了反射式望远镜。历史上关于光的本质有两种学说：一种是牛顿主张的微粒说认为光是光源发出的一种物质微粒；一种是荷兰物理学家惠更斯提出的波动说认为光是在空间传播的某种波。爱因斯坦，德籍犹太人，后加入美国籍，20世纪最伟大的科学家，他提出了“光子”理论及光电效应方程，建立了狭义相对论及广义相对论。提出了“质能方程E=mc2”。 经典力学不适用于微观粒子和高速运动物体。1905年爱因斯坦：受到普朗克的启发在德国物理学家赫兹首先发现“光电效应”实验（注：实验做法）的基础上提出了“光子说”，成功地解释了光电效应规律，提出著名的爱因斯坦光电效应方程：Ek=hvW）因此获得诺贝尔物理奖。1905年爱因斯坦：提出狭义相对论，有两条基本原理：相对性原理不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的；光速不变原理不同的惯性参考系中，光在真空中的速度一定是c不变。狭义相对论的其他结论：时间和空间的相对性长度收缩和动钟变慢（或时间膨胀）相对论速度叠加：光速不变，与光源速度无关；一切运动物体的速度不能超过光速，即光速是物质运动速度的极限。相对论质量：物体运动时的质量大于静止时的质量。1900年，德国物理学家普朗克为解释物体热辐射规律提出：电磁波的发射和吸收不是连续的，而是一份一份的，提出能量子假说：物质发射或吸收能量时，能量不是连续的，而是一份一份的，每一份就是一个最小的能量单位，即能量子，把物理学带进了量子世界；E与频率成正比，即E=hv；另外其在热力学方面也有巨大贡献。 1913年，丹麦物理学家玻尔把普朗克的量子理论应用到原子系统上，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，为量子力学的发展奠定了基础；玻尔最先得出氢原子能级表达式。十九世纪末以前建立的物理学通常称为经典物理学，按照经典物理学理论，如果带电粒子做变速运动，包括振动和圆周运动，粒子一定以电磁波的形式向外辐射能量，辐射的频率等与振动或圆周运动的频率。为了解释与经典物理学的一系列矛盾，玻尔提出了自己的原子结构假说，即玻尔理论。英国物理学家汤姆生发现电子，说明原子是可分的，有复杂的内部结构，并提出原子的枣糕模型，在当时能解释一些实验现象。并测得了电子的比荷e/m；研究了阴极射线，并指出：阴极射线是高速运动的电子流，因此获得了诺贝尔物理学奖。汤姆生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。1896年，法国物理学家贝克勒尔：首次发现铀的天然放射现象，说明原子核也有复杂的内部结构即原子核也是可分的。天然放射现象：有两种衰变（、），三种射线（、），其中射线是衰变后新核处于激发态，向低能级跃迁时辐射出的。衰变快慢与原子所处的物理和化学状态无关。1896年，在贝克勒尔的建议下，玛丽-居里夫妇发现了两种放射性更强的新元素钋（Po）镭（Ra）。1934年，老居里夫妇的女儿女婿约里奥居里夫妇用粒子轰击铝箔时，首先发现了正电子和人工放射性同位素。1909-1911英国物理学家卢瑟福进行了粒子散射实验，说明了原子中的正电荷与原子质量一定集中在一个很小的核上，提出原子核式结构模型。1919年卢瑟福用氦核轰击氮核的实验产生了氧的同位素，第一次实现了原子核的人工转变，并产生了氢原子核，命名为质子。卢瑟福还预言了中子的存在。1932年，卢瑟福学生查德威克于在粒子轰击铍核时发现中子，获得诺贝尔物理奖。1785年法国物理学家库仑：借助卡文迪许扭秤装置并类比万有引力定律，通过实验发现了电荷之间的相互作用规律库仑定律，并测出了静电力常量k的值。法国物理学家安培发现两根通有同向电流的平行导线相吸，反向电流的平行导线则相斥，并总结出安培定则（右手螺旋定则）判断电流与磁场的相互关系和左手定则判断通电导线在磁场中受到磁场力的方向。还提出了著名的分子电流假说。发现电流的相互作用规律发明了电流计提出分子电流假说总结了电流元之间的作用规律安培定律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，称为电流磁效应。1831年英国物理学家法拉第发现了由磁场产生电流的条件和规律电磁感应定律。1837年，法拉第最早引入了电场概念，并提出用电场线表示电场，亲手制成了世界上第一台发电机，提出了电磁场及磁感线、电场线的概念。 赫兹：德国科学家；在麦克斯韦预言电磁波存在后二十多年，第一次用莱顿瓶所做的实验证实了电磁波的存在，测得电磁波传播速度等于光速，证实了光是一种电磁波。 麦克斯韦：英国科学家；1864年，英国物理学家麦克斯韦发表电磁场的动力学理论的论文，建立了完整的电磁场理论，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。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；提出一切微观粒子都有波粒二象性；提出物质波概念，任何一种运动的物体，小到电子质子，大到行星太阳都有一种波与之对应，波长是=h/p,这种波称物质波，又称德布罗意波。1927年美、英两国物理学家得到了电子束在金属晶体上的衍射图案。电子显微镜与光学显微镜相比，衍射现象影响小很多，大大地提高了分辨能力，质子显微镜的分辨本能更高。1913年，美国物理学家密立根通过油滴实验精确测定了元电荷e的电荷量，获得诺贝尔奖。焦耳：英国物理学家；测定了热功当量J=4.2焦/卡，为能的转化守恒定律的建立提供了坚实的基础。研究电流通过导体时的发热，得到了焦耳定律。17世纪，荷兰物理学家惠更斯确定了单摆周期公式。周期是2s的单摆叫秒摆。提出了机械波的波动现象规律惠更斯原理。在对光的研究中，提出了光的波动说。 1826年德国物理学家欧姆：通过实验得出导体中的电流跟它两端的电压成正比，跟它的电阻成反比，即欧姆定律。在实验研究的基础上，欧姆把电流与水流等比较，从而引入了电流强度、电动势、电阻等概念，并确定了它们的关系。1895年，德国物理学家伦琴继英国物理学家赫谢耳发现红外线，德国物理学家里特发现紫外线后，发现了当高速电子打在管壁上，管壁能发射出X射线伦琴射线，并为他夫人的手拍下世界上第一张X射线的人体照片。X射线具有很强的穿透本领，能使荧光物质发出荧光，还能使照相底片感光。高速电子流射到任何固体上都能产生这种射线。1922年，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，发现了康普顿效应，证实了光的粒子性。康普顿效应不仅证明光子具有能量，也证明光子具有动量，碰撞过程中遵守动量和能量守恒。1834年，俄国物理学家楞次发表确定感应电流方向的定律楞次定律。托马斯杨：英国物理学家；首先巧妙而简单的解决了相干光源问题，成功地通过“杨氏双缝干涉实验”观察到了光的干涉现象，证实了光的波动性。17世纪，德国天文学家开普勒提出开普勒三大定律。18世纪中叶，美国人富兰克林提出了正、负电荷的概念。1752年，富兰克林在费城通过风筝实验验证闪电是放电的一种形式，把天电与地电统一起来，并发明避雷针。荷兰物理学家洛仑兹提出运动电荷产生了磁场和磁场对运动电荷有作用力（洛仑兹力）的观点。奥地利物理学家多普勒（1803-1853）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。1654年，德国的马德堡市做了一个轰动一时的实验马德堡半球实验；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。1846年，英国剑桥大学学生亚当斯和法国天文学家勒维烈应用万有引力定律，计算并观测到海王星，1930年，美国天文学家汤苞用同样的计算方法发现冥王星。我国宋朝发明的火箭是现代火箭的鼻祖，与现代火箭原理相同；俄国科学家齐奥尔科夫斯基被称为近代火箭之父，他首先提出了多级火箭和惯性导航的概念。1957年10月，苏联发射第一颗人造地球卫星； 1961年4月，世界第一艘载人宇宙飞船“东方1号”带着尤里加加林第一次踏入太空。16世纪末，英国人吉伯第一个研究了摩擦是物体带电的现象。1911年，荷兰科学家昂纳斯发现大多数金属在温度降到某一值时，都会出现电阻突然降为零的现象超导现象。1932年，美国物理学家劳伦兹发明了回旋加速器，能在实验室中产生大量的高能粒子。1835年，美国科学家亨利发现自感现象，日光灯的工作原理即为其应用之一。1894年，意大利马可尼和俄国波波夫分别发明了无线电报，揭开无线电通信的新篇章。1621年，荷兰数学家斯涅耳找到了折射现象中入射角与折射角之间的规律折射定律。1818年，法国科学家菲涅尔和泊松计算并实验观察到光的圆板衍射泊松亮斑。物理学晴朗天空上的两朵乌云：迈克逊莫雷实验相对论（高速运动世界），热辐射实验量子论（微观世界）；19世纪和20世纪之交，物理学的三大发现：X射线的发现，电子的发现，放射性的发现。激光被誉为20世纪的“世纪之光”；1858年，德国科学家普里克发现了一种奇妙的射线阴极射线（高速运动的电子流）。1885年，瑞士的中学数学教师巴耳末总结了氢原子光谱的波长规律巴耳末系。1939年12月，德国物理学家哈恩和助手斯特拉斯曼用中子轰击铀核时，铀核发生裂变。1942年，在费米、西拉德等人领导下，美国建成第一个裂变反应堆（由浓缩铀棒、控制棒、减速剂、水泥防护层等组成）。1952年美国爆炸了世界上第一颗氢弹（聚变反应、热核反应）。人工控制核聚变的一个可能途径是：利用强激光产生的高压照射小颗粒核燃料。1964年提出夸克模型；粒子分三大类：媒介子传递各种相互作用的粒子，如：光子； 轻子不参与强相互作用的粒子，如：电子、中微子； 强子参与强相互作用的粒子，如：重子（质子、中子、超子）和介子胡克：英国物理学家；发现了胡克定律（F弹=kx） 开尔文：英国科学家；创立了把-273作为零度的热力学温标。 劳伦斯：美国科学家；发明了“回旋加速器”,使人类在获得高能粒子方面迈进了一步。 威尔逊：英国物理学家；发明了威尔逊云室以观察、射线的径迹。 1800年，英国物理学家赫谢尔发现红外线。红外线具有明显的热效应。应用：红外遥感和红外高空摄影。1801年，德国物理学家里特发现紫外线。紫外线具有明显的化学作用、荧光效应。应用：杀菌、消毒、黑光灯灭害虫。在物理学中，突出问题的主要方面，忽略次要因素，建立“理想化的物理模型”并将其作为作为研究对象，是经常采用的一种科学研究方法，质点、点电荷就是这种物理模型之一。求解计算题时，一般应该先用字母代表物理量进行计算，得出用已知量表达未知量的关系式，然后再把数值代入式中，求出未知量的值。这样做能够清楚地看出未知量与已知量的关系，计算也比较简单。4