專題整合突破 專題六原子物理與物理學史 第16講物理學史及常見的思想方法 熱點聚焦 1 力學部分 1 1638年 意大利物理學家伽利略在 兩種新科學的對話 中用科學推理論證重物體和輕物體下落一樣快 推翻了古希臘學者亞里士多德的觀點 即 質(zhì)量大的小球下落快 通過斜面實驗 沖淡 重力 對落體運動的研究 確立了描述運動的基本概念 創(chuàng)造了一套科學方法 觀察 假設(shè) 數(shù)學推理 這些方法的核心是 把實驗和邏輯推理 包括數(shù)學演算 和諧地結(jié)合起來 從而發(fā)展了人類的科學思維方式和科學研究方法 熱點一物理學史 2 1687年 英國科學家牛頓在 自然哲學的數(shù)學原理 著作中提出了三條運動定律 即牛頓三大運動定律 3 17世紀 伽利略通過構(gòu)思的理想實驗指出 在水平面上運動的物體若沒有摩擦 將保持這個速度一直運動下去 得出結(jié)論 力是改變物體運動狀態(tài)的原因 推翻了亞里士多德的觀點 力是維持物體運動的原因 同時代的法國物理學家笛卡兒進一步指出 如果沒有其他原因 運動物體將繼續(xù)以同一速度沿著一條直線運動 既不會停下來 也不會偏離原來的方向 4 20世紀初建立的量子力學和愛因斯坦提出的狹義相對論表明經(jīng)典力學不適用于微觀粒子和高速運動物體 5 人們根據(jù)日常的觀察和經(jīng)驗 提出 地心說 古希臘科學家托勒密是代表 而波蘭天文學家哥白尼提出了 日心說 大膽反駁地心說 6 17世紀 德國天文學家開普勒提出開普勒三大定律 7 牛頓于1687年正式發(fā)表萬有引力定律 1798年英國物理學家卡文迪許利用扭秤實驗裝置比較準確地測出了引力常量 8 1846年 英國劍橋大學學生亞當斯和法國天文學家勒維耶應(yīng)用萬有引力定律 計算并觀測到海王星 1930年 美國天文學家湯苞用同樣的計算方法發(fā)現(xiàn)冥王星 2 電磁學部分 1 1785年法國物理學家?guī)靵隼门こ訉嶒灠l(fā)現(xiàn)了電荷之間的相互作用規(guī)律 庫侖定律 2 1752年 富蘭克林在費城通過風箏實驗驗證閃電是放電的一種形式 把天電與地電統(tǒng)一起來 并發(fā)明避雷針 3 1837年 英國物理學家法拉第最早引入了電場概念 并提出用電場線表示電場 4 1913年 美國物理學家密立根通過油滴實驗精確測定了元電荷e的電荷量 獲得諾貝爾獎 5 1826年德國物理學家歐姆 1787 1854 通過實驗得出歐姆定律 6 1911年 荷蘭科學家昂納斯發(fā)現(xiàn)大多數(shù)金屬在溫度降到某一值時 都會出現(xiàn)電阻突然降為零的現(xiàn)象 超導現(xiàn)象 7 19世紀 焦耳和楞次先后各自獨立發(fā)現(xiàn)電流通過導體時產(chǎn)生熱效應(yīng)的規(guī)律 即焦耳定律 8 1820年 丹麥物理學家奧斯特發(fā)現(xiàn)電流可以使周圍的小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn) 稱為電流磁效應(yīng) 9 法國物理學家安培發(fā)現(xiàn)兩根通有同向電流的平行導線相吸 反向電流的平行導線則相斥 并總結(jié)出安培定則 右手螺旋定則 判斷電流與磁場的相互關(guān)系和左手定則判斷通電導線在磁場中受到磁場力的方向 10 荷蘭物理學家洛倫茲提出運動電荷產(chǎn)生了磁場和磁場對運動電荷有作用力 洛倫茲力 的觀點 11 英國物理學家湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子 并指出 陰極射線是高速運動的電子流 12 湯姆孫的學生阿斯頓設(shè)計的質(zhì)譜儀可用來測量帶電粒子的質(zhì)量和分析同位素 13 1932年 美國物理學家勞倫茲發(fā)明了回旋加速器能在實驗室中產(chǎn)生大量的高能粒子 最大動能僅取決于磁場和D形盒直徑 帶電粒子圓周運動周期與高頻電源的周期相同 14 英國物理學家法拉第發(fā)現(xiàn)了由磁場產(chǎn)生電流的條件和規(guī)律 電磁感應(yīng)現(xiàn)象 15 紐曼 韋伯先后在1845年和1846年指出 閉合電路中的感應(yīng)電動勢的大小 跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比 后人稱之為 法拉第電磁感應(yīng)定律 16 俄國物理學家楞次發(fā)表確定感應(yīng)電流方向的定律 楞次定律 3 原子物理部分 1 原子原子核 英國物理學家湯姆孫利用陰極射線管發(fā)現(xiàn)電子 并指出陰極射線是高速運動的電子流 獲得1906年諾貝爾物理學獎 湯姆孫還提出原子的棗糕模型 英國物理學家盧瑟福和助手們進行了 粒子散射實驗 提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型 并用 粒子轟擊氮核 第一次實現(xiàn)了原子核的人工轉(zhuǎn)變 發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子 并預(yù)言原子核內(nèi)還有另一種粒子 中子 丹麥物理學家玻爾提出了自己的原子結(jié)構(gòu)假說 成功地解釋和預(yù)言了氫原子的輻射電磁波譜 并得出氫原子能級表達式 獲得1922年諾貝爾物理學獎 查德威克用 粒子轟擊鈹核時發(fā)現(xiàn)中子 獲得1935年諾貝爾物理學獎 法國物理學家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象 說明原子核有復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 獲得1903年諾貝爾物理學獎 愛因斯坦提出了質(zhì)能方程式 并提出光子說 成功地解釋了光電效應(yīng)規(guī)律 因此獲得1921年諾貝爾物理學獎 2 量子論初步 1900年 德國物理學家普朗克解釋物體熱輻射規(guī)律提出能量子假說 獲得1918年諾貝爾物理學獎 1922年 美國物理學家康普頓在研究石墨中的電子對X射線的散射時 康普頓效應(yīng) 證實了光的粒子性 獲得1927年諾貝爾物理學獎 1924年 法國物理學家德布羅意大膽預(yù)言了實物粒子在一定條件下會表現(xiàn)出波動性 4 選考部分 1 熱學英國植物學家布朗發(fā)現(xiàn)懸浮在水中的花粉微粒不停地做無規(guī)則運動的現(xiàn)象 布朗運動 2 機械振動機械波奧地利物理學家多普勒 1803 1853 首先發(fā)現(xiàn)由于波源和觀察者之間有相對運動 使觀察者感到頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象 多普勒效應(yīng) 3 光現(xiàn)象電磁波 英國物理學家托馬斯 楊成功地觀察到了光的干涉現(xiàn)象 英國物理學家麥克維斯韋發(fā)表 電磁場的動力學理論 的論文 提出于電磁物理論 預(yù)言了電磁波的存在 指出光是一種電磁波 為光的電磁理論奠定了基礎(chǔ) 德國物理學家赫茲用實驗證實了電磁波的存在 并測定了電磁波的傳播速度等于光速 1895年 德國物理學家倫琴發(fā)現(xiàn)X射線 倫琴射線 獲得1901年諾貝爾物理學獎 4 相對論1905年 愛因斯坦提出了狹義相對論 有兩條基本原理 相對性原理 不同的慣性參考系中 一切物理規(guī)律都是相同的 光速不變原理 不同的慣性參考系中 光在真空中的速度一定是c不變 5 單位制1971年國際計量大會規(guī)定的7個基本單位 力學 3個 長度 米 m 質(zhì)量 千克 kg 時間 秒 s 電學 1個 電流 安 培 A 熱學 1個 熱力學溫度 開 爾文 K 光學 1個 發(fā)光強度 坎 德拉 cd 原子 1個 物質(zhì)的量 摩 爾 mol 6 重要的發(fā)現(xiàn)過程 1 伽利略對自由落體運動的研究 必修1 2 經(jīng)典力學的發(fā)展歷程 必修1 3 追尋守恒量 必修2 4 天體運動規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過程 必修2 5 19和20世紀之交 物理學三大發(fā)現(xiàn) X射線的發(fā)現(xiàn) 倫琴 電子的發(fā)現(xiàn) 湯姆孫 和放射性的發(fā)現(xiàn) 貝克勒爾 6 人類對光的本質(zhì)的認識過程 惠更斯 光是一種波 牛頓 光是一種微粒 麥克斯韋預(yù)言光是一種電磁波 1 理想模型法 為了便于進行物理研究或物理教學而建立的一種抽象的理想客體或理想物理過程 突出了事物的主要因素 忽略了事物的次要因素 理想模型可分為對象模型 如質(zhì)點 點電荷 理想變壓器等 條件模型 如光滑表面 輕桿 輕繩 勻強電場 勻強磁場等 和過程模型 在空氣中自由下落的物體 拋體運動 勻速直線運動 勻速圓周運動 恒定電流等 熱點二物理思想方法 7 控制變量法 決定某一個現(xiàn)象的產(chǎn)生和變化的因素很多 為了弄清事物變化的原因和規(guī)律 必須設(shè)法把其中的一個或幾個因素用人為的方法控制起來 使它保持不變 研究其他兩個變量之間的關(guān)系 這種方法就是控制變量法 比如探究加速度與力 質(zhì)量的關(guān)系 就用了控制變量法 8 等效替代法 在研究物理問題時 有時為了使問題簡化 常用一個物理量來代替其他所有物理量 但不會改變物理效果 如用合力替代各個分力 用總電阻替代各部分電阻等 9 類比法 也叫 比較類推法 是指由一類事物所具有的某種屬性 可以推測與其類似的事物也應(yīng)具有這種屬性的推理方法 其結(jié)論必須由實驗來檢驗 類比對象間共有的屬性越多 則類比結(jié)論的可靠性越大 如研究電場力做功時 與重力做功進行類比 認識電流時 用水流進行類比 認識電壓時 用水壓進行類比