教学要求和考试.ppt

第8周周二（另一个班在周四），18:3020:00，在上课教室开卷考试。 可以查阅课本，但不能带其它资料。 题目类型是问答题、分析题。 卷面满分100分。平时成绩占30%，考试成绩占70%,物理学发展史考试要求和成绩评定,考试范围： 教学内容，以课本为主，以经典物理学发展为重点，个别是课堂布置的题目。 复习以后面题目为准，部分题目有答题思路。,考前复习题（共 20 题）,1、以时间、人物和事件为代表，从哥白尼开始直至牛顿，简述经典力学的发展过程。 2、简述伽利略对物理学的贡献，分析伽利略的科学研究方法；为什么说伽利略使物理学的发展走上了科学的道路？ 3、简述、评价牛顿对力学的贡献，分析牛顿的科学研究方法及其世界观的特点。 4、简述对于热本性的争论与研究，分析其重要意义。 5、简述瓦特改进蒸汽机的过程，分析蒸汽机的发明对促进社会、科学等方面的发展的意义。 6、迈尔、亥姆霍兹和焦耳各自是通过什么途径证明能量守恒原理的？简述热力学第一定律的发现过程，分析其重要意义。,7、简述折射定律的发现过程及其对几何光学发展的意义。 8、简述托马斯杨的双缝干涉实验，分析双缝干涉实验对波动光学发展的意义。 9、谁最早，采用什么方法进行测光速的实验？谁最早采用天文学方法测出光速值？简述其方法。 10、简述英国科学家吉伯对磁学所作出的贡献，评价他在电磁学科发展中的地位和所起的作用。 11、从英国科学家吉伯开始，指出电磁学发展中具有里程碑意义的时间、人物和事件。 12、在库仑定律的建立过程中，哪些科学家做出了哪些贡献？ 13、电流磁效应是怎样发现的？电流磁效应的发现对电磁学的发展有什么重要意义？,14、简述德国物理学家伦琴发现X射线的过程，分析X射线的发现对科学的发展、对人民生活的意义。 15、简述英国物理学家JJ汤姆逊发现电子的过程和对物理学发展的意义。 16、简述法国物理学家贝克勒尔发现放射性和居里夫人研究放射性的过程，重点分析居里夫人发现新的放射性元素的过程和放射性研究对物理学发展的意义。 17、爱因斯坦在哪年、依据什么基本原理提出了狭义相对论？简述相对论建立的新时空观。 18、简述2009年诺贝尔物理学奖的两个获奖项目，分别分析获奖项目对科学的发展、对社会的进步、对人类生活的改善的重大意义。 19、简述2010年诺贝尔物理学奖的获奖项目，分析获奖项目对科学的发展、对社会的进步的重大意义。 20、简述获得2009年诺贝尔物理学奖的物理学家高锟的生平事迹，分析高锟的科学贡献对网络科学的发展、对信息社会的实现的重大意义。,18-20题请自己上网查询资料,瓦特为蒸汽机增加了冷凝器、离心调速器，通过曲轴连杆把活塞往复运动变为圆周运动。人类第一次使用非自然力，进入了蒸汽机时代，社会产生了第一次工业革命。1785，用于纺织业；1807，轮船；1825，火车。蒸汽机的发明和改进，促使人们去研究水、蒸汽以及其他物质的热学性质。为了提高热机效率，研究热功转换的数量和本质。发展了热学理论的基本概念和热学实验。,伽利略，两个山头之间，两盏带门开关的灯。丹麦的罗默第一个采用天文学方法测量光速，利用木星的卫星蚀周期变化，第一次测得光速，与现代的同数量级。,相对性原理，对运动的定量描述，自由落体定律，惯性定律，运动迭加原理，机械能守恒思想。,伽利略在力学上的主要贡献,伽利略的科学研究方法,观察假设数学逻辑推理实际的或理想的实验检验修正、推广，形成理论。,实验观测与数学推理相结合的方法，使物理学走上了真正科学的道路。,实验方法与理想化方法,以下仅供参考，回答问题时请自行组织发挥,牛顿在力学方面的贡献,自然哲学的数学原理，定义了力、质量、动量、惯性等概念，从数学上推导了运动三定律，并通过推论的形式得到了动量守恒定律、质心运动定理、相对性原理等。最后，导出万有引力定律，统一了天、地诸力。,牛顿的科学研究方法,第一个大量用数学方法来系统地整理物理理论。 数学基础好，崇尚归纳法。 不相信假说的作用。,数学方法，归纳方法,蒸汽机引起的各方面进展,蒸汽机，1785，用于纺织业；1807，轮船；1825，火车。第一次工业革命。 蒸汽机的发明和改进，促使人们去研究水、蒸汽以及其他物质的热学性质。 为了提高热机效率，研究热功转换的数量和本质。发展了热学理论的基本概念和热学实验。,经典力学发展的线索 哥白尼、开普勒（开端，1543，1619 ） 伽利略（形成，1638 ） 惠更斯、哈雷、胡克（发展，多侧面研究） 牛顿（高峰，综合，1687 ）,三、热本性的讨论,1、热质说：把热看作无质量的流体，象水。可以解释：热传递，高温低温，热平衡T。 十八世纪研究的热现象可以用热质说解释。至十九世纪初仍占上风。 法国卡诺，工程师，致力于提高热机效率，撇开具体工作物质和摩擦、漏气等， 1824年，卡诺循环。 2、热的运动说：1798，伦福德，钻炮膛发热；1799，戴维，摩擦冰溶解。,P4347,1、 背景,四、热力学第一定律,各学科的发展 构成了发现热力学第一定律的科学基础： 1798伦福德钻炮筒发热，1799戴维摩擦冰， 1820电流的磁效应，1831电磁感应。 科学家具有“自然力统一”的观点。 17-18世纪，热衷于设计永动机，1775年，法国科学院决议不再受理永动机设计方案。永动机不可能实现。,P48,热力学第一定律的建立,1842年德国医生迈尔论无机界的力，提出“力”是不灭的观点。 焦耳1840论伏打电所生的热1878热功当量的新测定，研究近40年。当时，电磁感应，制造发电机、电动机。 亥姆霍兹，1847，26岁，力的守恒 1850，克劳修斯，表达为 dQ=dU+dA.,迈尔的贡献,迈尔，德国，医学系学习，1838年获博士学位，25岁时正式在汉堡开业行医。 18401841年初，随船医生。,1840年迈尔在一艘从荷兰开往爪哇的海轮上为海员治病时，发现静脉血象动脉血那样鲜红，这说明血液中氧气消耗较少。,他认为这是由于人体在热带所需的维持体温的新陈代谢减缓的结果。他已认识到生物体内能量的输入和输出是平衡的。1842年发表了题为热的力学的几点说明的论文，叙述了普遍的“力”（即能）的转化与守恒的概念，所以一般都承认迈尔是建立热力学第一定律（即能量守恒定律）的第一人,看P57图2-23,一、电、磁的早期研究,1、英国物理学家、医生吉伯（15441603）,发现：南北极、同极相斥异极相吸、地磁及磁偏角； 认为：电、磁无关，根据：摩擦生电，不能生磁，电力可以消除，磁力不能。 贡献：通过实验发现规律，使磁学由经验上升为科学,天然磁石磨成球型，小铁丝制成小磁针，放在磁石球上面，发现小磁针的行为与指南针放在地球上的行为完全一样。,1600年，论磁：,P 88,对电的研究比对磁要困难得多，发明了摩擦起电机后，才有可能对电现象进行系统的研究。,二、静电学的建立 库仑定律的发现,1766年普利斯特利，静电力与万有引力类比，推测平方反比关系；1769约翰罗宾森(英)实验测得静电力反比于距离平方。1773年卡文迪许(英，1731-1810)从实验得电荷分布在导体表面，并证明。 1785年库仑(法，1736-1806)扭称实验测同号相斥，由偏转角得；扭摆实验测异号相吸，与万有引力比较，也得同样结果,人类开始了静电学的定量研究-1785年,静电学的基本原理：静电力基本特性、电荷守恒原理和静电感应原理都已经建立，对电的认识有了初步的成果。,库仑定律-在静电学的地位相当于力学中的万有引力定律,P 92,P 9497,P 98,四、电生磁,1、电流磁效应现象 1731雷电使一箱刀叉带磁，1751富兰克林发现莱顿瓶放电使缝纫针磁化。 1744德国悬赏：电力和磁力是否存在实际的和物理的相似性？18世纪末19世纪初，康德哲学自然力统一、物质统一观点，思考、研究电和磁的统一问题。,奥斯特(丹麦，1777-1851)信奉康德哲学，多年实验，1820.4发现电流的磁效应现象。,1820年 ，人类发现- 电生磁,2、电的动力学,1820.9，阿拉果在法国科学院报告电流磁效应 毕奥-萨伐尔 安培(法，1775-1836)马上重复实验，一周后提出右手定则，两周后发现二平行载流导线间的相互作用。安培用无定向称检验载流导线之间的相互作用力设计了四个实验，根据实验结果于年底提出安培定律。1821提出分子电流概念，提出“电动力学”。,欧姆(德，1787-1845) 欧姆定律。,1821年 -人类开始了对电流产生磁场的定量研究,P 104,P 106,电磁学的发展是物理学发展的一个里程碑。电磁学的发展虽然起因于人类对自然现象的认识，但对电和磁的进一步研究却主要是在实验室里通过人为设计的实验进行的，并利用数学工具整理出了一套完整的电磁理论，充分说明了科学理论具有内在的发展规律。 电磁学领域的研究进展，为电力的应用提供了理论工具，揭开了电气时代的序幕，为现代人类的文明生活提供了科学前提，改变了整个社会的面貌。充分表现出科学理论超前发展对于推动生产技术进步的巨大作用。,电磁学的发展对社会发展的促进作用,1、能量的转换和传递 1837，英，磁电式发电机； 1856，德，电磁定子发电机，获得大电流 1881，英，直流供电的水力发电站 1882，英200千瓦火力电站，法，变压器 1886，美，58座供15万盏白炽灯直流发电站,1834，英，第一台电动机 1879，德，第一条电气铁路 1883，英，有轨电车 1887，美，有轨电车 1888，奥地利，双相电动机,2、电报、电话,1833，德，高斯，第一台电报机 1844，美，开展电报业务 1866，英美架设第二条大西洋海底电缆，成功 1872，发明双向传输的双工电报,1876，美，贝尔，发明电话机 1877，爱迪生，送话器； 1878，休斯，传声器；可用的电话机 1880，美，音响设备 1889，美，自动电话交换台,3、无线电,1895，意大利马可尼，无线电传播实验 1908，英，提出电视原理 1910，美，无线电广播，普及收音机 1925，美，第一台实用电视机 1928，美，第一座电视台 1946，美，有108家电视台 1954-1962，美，彩色电视，卫星电视,以上发展说明了科学技术是第一生产力，充分表现出科学理论的超前发展对于推动生产技术进步、改善人类生活环境的巨大作用。 同时也说明了开展基础理论研究的重要性。,二、几何光学时期(1600- ),1609年5月，伽利略组合透镜做成望远镜，33倍,1611 开普勒折光学，设计望远镜，发现全反射，发现托勒密关于折射角与入射角成正比的结论是错误的,1608年，荷兰，第一架望远镜；1609年，伽利略第一架天文望远镜，对天空观察，发现：月球表面并不像亚里士多德所说的那样平滑，而是呈现不规则的凹凸状。出版了星际信使。,P128,1621 荷兰 斯涅尔从实验得折射定律,方以智 (1611-1671) 物理小识光的色散、反射和折射，宝石，霓虹之彩,1637 法国笛卡儿 屈光学推导折射定律,斯涅耳及折射实验用图,笛卡儿说明折射用图,费马推导折射定律用图,1661 法国费马，光折射也沿直线，也,折射定律为几何光学奠定了基础，使光学真正成为一门的科学,P129-130,牛顿的色散实验,光学封面,牛顿描绘色散实验的插图,P132,牛顿用三个棱镜做实验，使白光色散-聚合-色散,牛顿的判决性实验,P133,牛顿得到规律： 1、颜色是光固有的性质，颜色不同，折射率不同； 2、光有纯色，也有复合形成的颜色，白光是色光按适当比例混合而成,1704年出版了光学,伽利略曾提出测光速方法： 在两山头之间，两人，两灯 1676，罗默(丹麦)，根据木星的卫 星蚀周期测光速。 惠更斯计算，约215000Km/s,1728，英，天文学家布来德雷光行差方法，考虑光的传播加上地球公转引起的视觉差。,布来德雷 16931762,P141,17、18世纪只能用天文学方法测光速,1849，法国，菲索，旋转齿轮法，测光速。 光源S，半镀银平面镜A，经A反射，从齿轮 N 的齿间空隙射到反射镜M上，然后再反射回来，通过半镀银镜射入观察者眼中。 齿轮转动，光从齿间到达M再反射回齿间的时间t内，齿轮将转过一个角度。如果这时齿轮恰好转到下一个齿间空隙，由M反射回来的光从齿间空隙通过，观察者就能重新看到光。齿轮的齿数已知，测出齿轮的转速，可算出齿轮转过一个齿的时间t，再测出M、N间的距离，就可以算出光速。 菲索当时测得空气中的光速： c315300千米秒。,P142,19241927年，美国科学家迈克尔孙综合菲索和傅科测光速方法的优点，用旋转棱镜法，在美国海拔5500米、相距35千米的威尔孙山和圣安东尼奥山进行实验，精确地测得光速：c2997964千米秒。非常接近1975年第15届国际计量大会决议采用的光速值c299792. 4580. 001千米秒。,1862，法国，傅科，旋转镜法。 第一次测出了光在水中的传播速度慢于空气中光速，约为四分之三。 测得空气中的光速：c2. 98108米秒。,P143,X射线的发现,12.28发表一种新的射线初步报告。1896.3.9一种新的射线(续篇) X射线的发现引起了全世界的巨大反响。X射线马上被用于医学和照相术。 1901年成为第一位诺贝尔物理学奖获得者。,伦琴， 18451923，德国