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專題一　物理學(xué)史和物理思想方法 一、高中物理的重要物理學(xué)史 1.力學(xué)部分 (1)1638年,意大利物理學(xué)家伽利略用科學(xué)推理論證重物體和輕物體下落一樣快,推翻了古希臘學(xué)者亞里士多德的觀點(diǎn)(即:質(zhì)量大的小球下落快)。 (2)1687年,英國(guó)科學(xué)家牛頓提出了三條運(yùn)動(dòng)定律(即牛頓運(yùn)動(dòng)定律)。 (3)17世紀(jì),伽利略通過構(gòu)思的理想實(shí)驗(yàn)指出,在水平面上運(yùn)動(dòng)的物體若沒有摩擦,將保持這個(gè)速度一直運(yùn)動(dòng)下去,得出結(jié)論:力是改變物體運(yùn)動(dòng)的原因。推翻了亞里士多德的觀點(diǎn):力是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因。同時(shí)代的法國(guó)物理學(xué)家笛卡兒進(jìn)一步指出,運(yùn)動(dòng)的物體沒有受到力的作用,它將繼續(xù)以同一速度沿著同一直線運(yùn)動(dòng),既不會(huì)停下來,也不會(huì)偏離原來的方向。 (4)20世紀(jì)初建立的量子力學(xué)和愛因斯坦提出的狹義相對(duì)論表明經(jīng)典力學(xué)不適用于微觀粒子和高速運(yùn)動(dòng)物體。 (5)人們根據(jù)日常的觀察和經(jīng)驗(yàn),提出“地心說”,古希臘科學(xué)家托勒密是代表;而波蘭天文學(xué)家哥白尼提出了“日心說”,大膽反駁“地心說”。 (6)17世紀(jì),德國(guó)天文學(xué)家開普勒提出開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律。 (7)牛頓于1687年正式發(fā)表萬有引力定律;100多年后,英國(guó)物理學(xué)家卡文迪許利用扭秤實(shí)驗(yàn)裝置比較準(zhǔn)確地測(cè)出了引力常量。 2.電磁學(xué)部分 (1)法國(guó)物理學(xué)家?guī)靵隼门こ訉?shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了電荷之間的相互作用規(guī)律——庫侖定律。 (2)英國(guó)物理學(xué)家法拉第最早引入了電場(chǎng)概念,并提出用電場(chǎng)線表示電場(chǎng)。 (3)美國(guó)物理學(xué)家密立根通過油滴實(shí)驗(yàn)精確測(cè)定了元電荷e,獲得諾貝爾獎(jiǎng)。 (4)1820年,丹麥物理學(xué)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),稱為電流的磁效應(yīng)。 (5)荷蘭物理學(xué)家洛倫茲提出洛倫茲力公式。 (6)湯姆孫的學(xué)生阿斯頓設(shè)計(jì)的質(zhì)譜儀可用來測(cè)量帶電粒子的質(zhì)量和分析同位素。 (7)英國(guó)物理學(xué)家法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象;紐曼、韋伯于1845年和1846年先后指出法拉第電磁感應(yīng)定律。 (8)物理學(xué)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　原子核 (1)英國(guó)物理學(xué)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(yùn)動(dòng)的電子流。湯姆孫還提出原子的棗糕模型。 (2)英國(guó)物理學(xué)家盧瑟福和助手們進(jìn)行了α粒子散射實(shí)驗(yàn),提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型,并用α粒子轟擊氮核,第一次實(shí)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。 (3)丹麥物理學(xué)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(jí)表達(dá)式。 (4)查德威克用α粒子轟擊鈹核時(shí)發(fā)現(xiàn)中子。 (5)法國(guó)物理學(xué)家貝可勒爾發(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)。 (6)愛因斯坦提出了質(zhì)能方程,并提出光子說,成功地解釋了光電效應(yīng)規(guī)律。 (7)1900年,德國(guó)物理學(xué)家普朗克提出能量子假說。 (8)美國(guó)物理學(xué)家康普頓在研究石墨中的電子對(duì)X射線的散射時(shí),發(fā)現(xiàn)康普頓效應(yīng),證實(shí)了光的粒子性。 (9)1924年,法國(guó)物理學(xué)家德布羅意大膽預(yù)言了實(shí)物粒子在一定條件下會(huì)表現(xiàn)出波動(dòng)性。 4.選考部分 (1)熱學(xué) 英國(guó)植物學(xué)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(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象——布朗運(yùn)動(dòng)。 (2)機(jī)械振動(dòng)　機(jī)械波 奧地利物理學(xué)家多普勒首先發(fā)現(xiàn)由于波源和觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng),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 ①英國(guó)物理學(xué)家托馬斯楊成功地觀察到了光的干涉現(xiàn)象。 ②英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋提出了電磁場(chǎng)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)。 ③德國(guó)物理學(xué)家赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在,并測(cè)定了電磁波的傳播速度等于光速。 (4)相對(duì)論 愛因斯坦提出了狹義相對(duì)論,有兩條基本原理: 相對(duì)性原理:在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?cè)?真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的。 二、高中物理的重要思想方法 1.理想模型法 為了便于進(jìn)行物理研究或物理教學(xué)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(duì)象模型(如質(zhì)點(diǎn)、點(diǎn)電荷、理想變壓器等)、條件模型(如光滑表面、輕桿、輕繩、勻強(qiáng)電場(chǎng)、勻強(qiáng)磁場(chǎng)等)和過程模型(在空氣中自由下落的物體、拋體運(yùn)動(dòng)、勻速直線運(yùn)動(dòng)、勻速圓周運(yùn)動(dòng)等)。 2.極限思維法 就是人們把所研究的問題外推到極端情況(或理想狀態(tài)),通過推理而得出結(jié)論的過程,在用極限思維法處理物理問題時(shí),通常是將參量的一般變化,推到極限值,即無限大、零值、臨界值和特定值的條件下進(jìn)行分析和討論。如公式v=ΔxΔt中,當(dāng)Δt→0時(shí),v是瞬時(shí)速度。 3.理想實(shí)驗(yàn)法 也叫做實(shí)驗(yàn)推理法,就是在物理實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,加上合理的科學(xué)的推理得出結(jié)論的方法。如伽利略斜面實(shí)驗(yàn)、推導(dǎo)出牛頓第一定律等。 4.微元法 微元法是指在處理問題時(shí),從對(duì)事物的極小部分(微元)分析入手,達(dá)到解決事物整體目的的方法。它在解決物理學(xué)問題時(shí)很常用,思想就是“化整為零”,先分析“微元”,再通過“微元”分析整體。 5.比值定義法 就是用兩個(gè)基本物理量的“比”來定義一個(gè)新的物理量的方法,特點(diǎn)是:A=BC,但A與B、C均無關(guān)。如a=ΔvΔt、E=Fq、C=QU、I=qt、R=UI、B=FIL、ρ=mV等。 6.放大法 在物理現(xiàn)象或待測(cè)物理量十分微小的情況下,把物理現(xiàn)象或待測(cè)物理量按照一定規(guī)律放大后再進(jìn)行觀察和測(cè)量,這種方法稱為放大法,常見的方式有機(jī)械放大、電放大、光放大。 7.控制變量法 決定某一個(gè)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(gè)或幾個(gè)因素用人為的方法控制起來,使其保持不變,研究其他兩個(gè)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(shí),有時(shí)為了使問題簡(jiǎn)化,常用一個(gè)物理量來代替其他所有物理量,但不會(huì)改變物理效果。如用合力替代各個(gè)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(cè)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(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn),類比對(duì)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(chǎng)力做功時(shí),與重力做功進(jìn)行類比;認(rèn)識(shí)電流時(shí),用水流進(jìn)行類比;認(rèn)識(shí)電壓時(shí),用水壓進(jìn)行類比。 三、保溫訓(xùn)練 1.下列說法中錯(cuò)誤的是(　　) A.胡克認(rèn)為彈簧的彈力與彈簧的形變量成正比是有條件的 B.牛頓第一定律是利用邏輯思維對(duì)事實(shí)進(jìn)行分析的產(chǎn)物,不可能用實(shí)驗(yàn)直接驗(yàn)證 C.庫侖總結(jié)并確認(rèn)了真空中任意兩個(gè)電荷之間的相互作用的規(guī)律 D.亞里士多德認(rèn)為物體的自然狀態(tài)是靜止的,只有當(dāng)它受到力的作用時(shí)才會(huì)運(yùn)動(dòng) 答案　C 2.下列說法中不正確的是(　　) A.物理模型法就是把實(shí)際問題理想化,略去一些次要因素,突出其主要因素 B.萬有引力和電磁相互作用都是隨距離的增大而減小,強(qiáng)相互作用與萬有引力相同,與距離的二次方成反比 C.物理學(xué)的一般探索過程是通過觀察和實(shí)驗(yàn)積累經(jīng)驗(yàn),在經(jīng)驗(yàn)事實(shí)的基礎(chǔ)上建立物理模型,提出簡(jiǎn)潔的物理規(guī)律,用它們?nèi)ヮA(yù)言未知現(xiàn)象,再用新的實(shí)驗(yàn)去檢驗(yàn)這些物理模型和物理規(guī)律,去否定或進(jìn)一步修正它們 D.萬有引力定律清楚地向人們揭示,復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的后面隱藏著簡(jiǎn)潔的科學(xué)規(guī)律,它明確地向人們宣告,天上和地上的物體都遵循著完全相同的科學(xué)法則 答案　B 3.下列關(guān)于物理學(xué)研究方法的敘述中正確的是(　　) A.電學(xué)中引入了點(diǎn)電荷的概念,突出了帶電體的帶電量,忽略了帶電體的質(zhì)量,這里運(yùn)用了理想模型法 B.在推導(dǎo)勻變速直線運(yùn)動(dòng)位移公式時(shí),把整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程劃分成很多小段,每一小段近似看做勻速直線運(yùn)動(dòng),再把各小段位移相加,這里運(yùn)用了假設(shè)法 C.用比值法定義的物理概念在物理學(xué)中占有相當(dāng)大的比例,例如電容C=QU,加速度a=Fm都是采用比值法定義的 D.根據(jù)速度定義式v=ΔxΔt,當(dāng)Δt非常小時(shí),ΔxΔt就可以表示物體在t時(shí)刻的瞬時(shí)速度,該定義運(yùn)用了極限思維法 答案　D 4.“曹沖稱象”是婦孺皆知的故事,當(dāng)眾人面臨大象這樣的龐然大物,且在缺少有效的稱量工具的時(shí)候,曹沖稱量出大象的重量,體現(xiàn)了他的智慧,被世人稱道。下列物理學(xué)習(xí)或研究中用到的方法與“曹沖稱象”的方法相同的是(　　) A.“質(zhì)點(diǎn)”的概念 B.合力與分力的關(guān)系 C.“瞬時(shí)速度”的概念 D.研究加速度與合力、質(zhì)量的關(guān)系 答案　B 5.(多選)在物理學(xué)發(fā)展過程中,觀察、實(shí)驗(yàn)、假說和邏輯推理等方法都起到了重要作用。下列敘述符合史實(shí)的是(　　) A.奧斯特在實(shí)驗(yàn)中觀察到電流的磁效應(yīng),該效應(yīng)揭示了電和磁之間的聯(lián)系 B.安培根據(jù)通電螺線管的磁場(chǎng)和條形磁鐵的磁場(chǎng)的相似性,提出了分子電流假說 C.法拉第在實(shí)驗(yàn)中觀察到,在通有恒定電流的靜止導(dǎo)線附近的固定導(dǎo)線圈中,會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電流 D.楞次在分析了許多實(shí)驗(yàn)事實(shí)后提出,感應(yīng)電流應(yīng)具有這樣的方向,即感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化 答案　ABD　 6.物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科,許多物理定律就是在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上歸納總結(jié)出來的,有關(guān)下面四個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置,描述正確的是(　　) A.牛頓利用裝置(1)測(cè)出了引力常量的數(shù)值 B.安培利用裝置(2)總結(jié)出了點(diǎn)電荷間的相互作用規(guī)律 C.奧斯特利用裝置(3)發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng) D.牛頓利用裝置(4)總結(jié)出了自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律 答案　C 7.在人類對(duì)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)過程中,許多物理學(xué)家大膽猜想、勇于質(zhì)疑,取得了輝煌的成就,下列有關(guān)科學(xué)家及他們的貢獻(xiàn)描述正確的是(　　) A.卡文迪許在牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定律后,進(jìn)行了“月—地檢驗(yàn)”,將天體間的力和地球上物體的重力統(tǒng)一起來 B.在公式F=GMmr2中,G稱為引力常量,單位是Nm2/kg2 C.開普勒潛心研究第谷的天文觀測(cè)數(shù)據(jù),提出行星繞太陽做勻速圓周運(yùn)動(dòng) D.萬有引力定律只適用于天體,不適用于地面上的物體 答案　B