物理学史与物理研究方法、单位制剖析

物理学史与物理研究方法、单位制 第一部分：物理学史 一、力学 1.自由落体运动的研究 （1）亚里士多德:（物体的下落快慢是由它们的重量决定的，重物比轻物落得快）， 来自生活观察和经验。

（2）伽利略（意大利）:（重物体和轻物体下落一样快） 自由落体运动是匀加速直线运动.

研究方法: 巧妙的推理→猜想与假说→数学推理2

s t ∝→实验验证→合理外推→得出结论.

（3）伽利略对物理学的贡献：

①发现摆的等时性

②物体下落过程中的运动情况与物体的质量无关

③伽利略的理想斜面实验：将实验与逻辑推理结合在一起探究科学真理的方法为物理学的研究开创了新的一页（发现了物体具有惯性，同时也说明了力是改变物体运动状态的原因，而不是使物体运动的原因）

经典题目

伽俐略首先将物理实验事实和逻辑推理（包括数学推理）和谐地结合起来（对）

伽利略根据理想实验推论出，如果没有摩擦，在水平面上的物体，一旦具有某一个速度，将保持这个速度继续运动下去（对）

2胡克:（胡克定律）弹簧发生弹性形变时，弹力的大小跟弹簧的形变量（伸长或压缩）成正比，F kx =.

3.牛顿运动定律的提出

（1）亚里士多德:（力是维持物体运动的原因）必须有力作用在物体上，物体才能运动；没有力的作用，物体就要静止在一个地方.

（2）伽利略:（力是改变物体运动的原因）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。

（3）笛卡儿:（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。）创立了直角坐标系，最初提出动量等于物体的质量乘以速率

（4）牛顿:（牛顿运动定律）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;物体加速度的大小跟它受到的作用力成正比、跟它的质量成反比，加速度方向跟作用力的方向相同；

两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在同一直线上.经典力学的建立标志着近代自然科学的诞生 经典题目 牛顿认为力的真正效应总是改变物体的速度，而不仅仅是使之运动（对） 牛顿提出的万有引力定律奠定了天体力学的基础（对）

亚里士多德认为物体的自然状态是静止的，只有当它受到力的作用才会运动（对）

4.万有引力定律的研究

（1）托勒密:（地心说）地球是宇宙的中心，是静止不动的，太阳、月球以及其他行星都绕地球运动。

（2）哥白尼:（日心说）太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动。

（3）第谷:（行星的观测数据）行星位置的测量。

（4）开普勒:（开普勒三大定律）研究第谷的数据提出了轨道定律、面积定律、周期定律.

（5）牛顿:（万有引力定律）万有引力与物体质量及它们之间距离的关系，122m m F G

r =.奠定了天体力学的基础。牛顿通过月地检验探究了天上的力和地上的力是同一性质的力，即122m m F G r

=和G=mg 是遵循同一规律 （6）卡文迪许:（测出G 值）用扭称实验（也叫称量地球的质量实验）比较准确地测出了引力常量

34226.6710N m /G kg -=??，实验运用了放大法和转换法.被誉为第一个称量地球质量的人。

（7）爱因斯坦:（狭义相对论）.表明经典力学（牛顿运动定律和万有引力定律）适用于宏观、低速、弱引力的领域，不适用于微观、高速、强引力的领域。

（8）威廉?赫歇耳（英国天文学家）：用望远镜发现了太阳系的第七颗行星——天王星

（9）汤苞（美国天文学家）：用“计算、预测、观察和照相”的方法发现了太阳系第九颗行星——冥王星

二、电学

（1）富兰克林：（放电现象和电性的研究）通过风筝实验揭示闪电的放电本质，验证闪电是放电的一种形式，把天电与地电统一起来，并发明了避雷针。

（2）库仑:（库仑定律）通过库仑扭秤实验发现了电荷之间的相互作用力122q q F k

r

=，标志着电学的研究从定

性走向定量。注：由后人测出了静电力常量k 的值，9229.010N m /C k =??.

（3）密立根:（测定电子的电荷量）通过油滴实验精确测定了元电荷e 电荷量，191.610C e -=?.

（4）法拉第:（静电场和电场线）最早引入了电场概念，并提出用电场线和磁感线形象地描述静电场和磁场。

（5）欧姆:（欧姆定律）通过实验得出U I R

=. （6）焦耳:（焦耳定律）发现电流通过导体时产生热效应，2Q I Rt =.

（7）泰勒斯（古希腊）：发现毛皮摩擦过的琥珀能吸引羽毛、头发等轻小物体

（8）昂纳斯（荷兰物理学家）：发现超导

三、磁学

（1）奥斯特:（电流的磁效应）发现电流可以使周围的小磁针发生偏转，揭示了电与磁的联系.

（2）安培:（分子电流假说、安培定则） 提出了安培分子电流假说;发现了电流的相互作用规律;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.

（3）洛仑兹:（洛伦兹力）提出磁场对运动电荷的洛伦兹力公式sin F qvB θ=. （4）阿斯顿:（质谱仪）设计的质谱仪可用来测量带电粒子的质量和分析同位素；发现非放射性元素的同位素。

（5）劳伦兹:（回旋加速器）发明了回旋加速器能在实验室中产生大量的高能粒子.

（6）霍尔:（霍尔效应）在匀强磁场中放置的矩形载流导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现了霍尔电势差.

（7）法拉第:发现了电磁现象。纽曼、韦伯于1845年和1846年先后提出法拉第电磁感应定律，E n

t

φ?=?.

（8）楞次:（楞次定律）总结感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化.

（9）亨利:（自感现象）发现线圈的电流变化时，在它本身激发出自感电动势，I E L t

?=?. （10）麦克斯韦:（电磁场理论）变化的磁场产生感生电场，变化的电场产生磁场;变化的电场和变化的磁场交替产生电磁场，向周围传播电磁波.

（11）狄拉克（英国物理学家）：预言磁单极必定存在（至今都没有发现）

四、热学

（1）布朗（布朗运动）:悬浮在水中的花粉微粒不停地做无规则运动的现象

（2）波意耳（波意耳定律）：一定质量的理想气体，在温度不变的情况下，压强p 与体积V 成反比，pV C =.

（3）查理（查理定律）: 一定质量的理想气体，在体积不变的情况下，压强p 与热力学温度T 成正比，p CT =.

（4）盖—吕萨克（盖—吕萨克定律）：一定质量的理想气体，在压强不变的情况下，其体积V 与热力学温度T 成正比，V CT =.

（5）赖尼策尔、雷曼（发现液晶）:像液体一样具有流动性，而光学性质与某些晶体相似，具有各向异性。

（6）焦耳（热功当量）:测量了热和机械功之间的当量关系。

（7）德谟克里特（热质说）:热是一种流质，可以渗入一切物质，不生不灭，没有重量.

（8）伦福德（热动说）：炮筒镗孔实验，热是物体内部微小粒子的机械运动.

（9）迈耳、焦耳（热力学第一定律）:一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和.U Q W ?=+

（10）亥姆霍兹（能量守恒定律）:能量即不会凭空产生，也不会凭空消失。

（11）克劳修斯（热力学第二定律）:热量不能自发地从低温物体传到高温物体（熵增加原理）.

（12）波尔兹曼（熵S 与微观态的数目Ω的关系ln S ∝Ω）;普朗克（ln S k =Ω）。

（13）开尔文（热力学第二定律、热力学温标）:不可能从单一热源库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响;建立了热力学温标，27.15T t K =+.

（14）能斯特（热力学第三定律）:绝对零度不可达到.

五、波动学和光学

1.机械振动与机械波

（1）惠更斯（单摆的周期）：确定了单摆的周期2l T g

π=. （2）多普勒（多普勒效应）:波源与观察者互相靠近或者相互远离时，接受到的波的频率都会发生变化.

（3）惠更斯（惠更斯原理）:介质中任一波面上的各点，都可以看做发射子波的波源.

2.光学

（1）托马斯·杨（光的干涉）:两束频率相同的光叠加出现明暗相间的条纹.

（2）菲涅尔、泊松（泊松亮斑）:光绕过圆盘的边缘叠加后形成明暗相间的亮斑。

（3）麦克斯韦（电磁场理论）: ①建立了完整的电磁理论②预言了电磁波的存在，并且认为光是一种电磁波（赫兹通过实验证实电磁波的存在）。变化的磁场和变化的电场交替产生，由近及远地向周围传播电磁波。

（4）赫兹（光是电磁波）：实验证明光的电磁理论

（5）爱因斯坦（相对论）:在任何参考系中，物理规律都是相同的。

六、原子物理学

1.光的波粒二象性的研究

（1）普朗克:（能量子假说）为了解释黑体辐射规律提出能量子假说:物质发射或吸收能量时，能量不是连续的（电磁波的发射和吸收不是连续的），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h εν=，E nh ν=总.

（2）爱因斯坦:（光子说和光电效应方程）光本身是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为h ν;成功解释了光电效应的四条规律，爱因斯坦光电效应方程0km E h W ν=-;揭示光的粒子性（表明光子具有能量）；提出相对论

（3）康普顿:（康普顿效应）在研究石墨中的电子对X 射线的散射时，发现散射光的波长变长，证实光的粒子性（表明光子具有能量和动量）。

（4）赫兹:（光是电磁波）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。

（5）伦琴:（伦琴射线）发现X 射线，并拍下第一张X 射线的人体照片.

（6）德布罗意:（物质波）大胆预言实物粒子在一定条件下会表现出波动性，叫物质波，波长=

h P λ；揭示实物粒子和光都具有波动性和粒子性.

（7）劳厄:利用晶体中排列规则的物质微粒作为衍射光栅，检验了X 射线的波动性，证实X 射线是电磁波.

（8）戴维孙、G.P.汤姆孙:利用晶体做电子束衍射的实验，得到衍射图样，证实了电子的波动性.

（9）波恩:（概率波）光子在空间出现的概率可以通过波动的规律确定，光波是一种概率波.

（10）海森伯:（不确定关系）微观粒子的位置不确定量x ?，粒子在x 方向上的动量的不确定量P ?，满足