物理学发展简史.doc

主题一物理学发展简史一、古典物理学与近代物理学：1、古典物理学：廿世纪以前所发展的物理学称为古典物理学，以巨观的角度研究物理，可分为力学、热学、光学、电磁学等主要分支。2、近代物理学：廿世纪以后(1900年卜朗克提出量子论后)所发展的物理学称为近代物理学，以微观的角度研究物理，量子力学与相对论为近代物理的两大基石。二、物理学重要人物及其理论简表：科学家年代发表理论天文及力学阿基米得B.C.250年杠杆原理、浮力原理托勒密二世纪提出地心说，认为地球为宇宙运行中心哥白尼1543发表天体运行，认为太阳为宇宙运行中心伽利略17世纪发明天文望远镜，发现木星的四个卫星比塞塔实验提出惯性想法物理学实验之父克卜勒16091619三大行星运动定律牛顿1687三大运动定律、万有引力定律白努力1738白努力定律(流体动力学)热学古代人热质说，认为热是一种由高温流向低温处之物质伽利略发明气体温度计仑福特1798热的力学说，认为热和物体运动有关卡诺1824热机循环理论布朗1827发现布朗运动焦耳1840测出热功当量，证实热为能量的一种形式克劳修斯1850气体动力论光学司乃耳1615折射定律牛顿1675光的微粒说、色散实验海更士1678光的波动说杨格1801双狭缝干涉实验菲左1849首次测得光速富可1850测得水中之光速马克士威1864建立光是电磁波的理论赫兹1886发现光电效应爱因斯坦1905提出光量子理论，成功解释光电效应电磁学库仑1785库仑静电力定律伏打1800伏打电池(最早的电池)厄司特1820发现电流的磁效应安培1820安培定律(载流导线产生磁场的数学式)奥姆1826奥姆定律法拉第1831电磁感应定律马克士威1864马克士威方程式(集电磁学理论之大成)赫兹1889以实验证实电磁波的存在近代物理仑琴1895发现X射线贝克勒1896发现天然放射性汤木生1897发现电子(阴极射线)居礼夫妇1897发现放射性元素钍、钋、镭卜朗克1900提出量子论拉瑟福德1911发现原子核，提出原子行星模型爱因斯坦1905解释布朗运动提出光量子理论提出狭义相对论波耳1912提出氢原子结构模型德布罗依1924提出物质波理论查兑克1926发现中子哈恩1938发现铀裂变费米1942建立第一座核子反应炉主题二物理学的发展对人类生活的影响一、古典物理学对人类生活的影响：1、力学：简单机械(杠杆、轮轴、滑轮、斜面、螺旋、劈) 2、光学：(一)反射原理：(1)平面镜：镜子(2)凹面镜：手电筒、车灯、探照灯(3)凸面镜：路口、商店监视镜(二)折射原理：(1)凸透镜：放大镜、显微镜、相机(2)凹透镜：眼镜、相机3、热学：蒸汽机、内燃机、引擎、冰箱、冷(暖)气机4、电学：(一)利用电能运作：一般电器用品，如：电视机、冰箱、洗衣机(二)利用电磁感应：发电机、变压器(三)利用电磁波原理：无线通讯、雷达二、近代物理学对人类生活的影响：1、半导体：(一)半导体：导电性介于导体和绝缘体间之一种材料，可分为元素半导体(如：硅、锗等)和化合物半导体(如：砷化镓等)两种。(二)用途：(1)半导体制成晶体管，体积小、耗电量少，具有放大电流讯号功能。(2)半导体制成二极管具整流能力。(3)集成电路(IC)：(A)1958年发展出集成电路技术，系利用长晶、蚀刻、蒸镀等方式于一小芯片上容纳上百万个晶体管、二极管、电阻、电感、电容等电子组件之技术，而此电路即称为集成电路。(B)IC之特性：体积小、效率高、耗电低、稳定性高、可大量生产。(C)IC之应用：计算机、手机、电视、计算器、手表等电子产品。(4)计算机信息科技之扩展大辐改变了人类的生活习惯，故俗称第二次工业革命。2、雷射：(一)原理：利用爱因斯坦原子受激放射理论，诱发大量原子由受激态同时做能态之跃迁并放射同频率之光子，藉以将光加以增强。(二)特性：聚旋光性好、强度高、光束集中、频率单一(单色光)。(三)应用：(1)工业上：测量、切割、精密加工(2)医学上：切割手术(肿瘤、近视)(3)军事上：定位、导引(4)生活、娱乐上：激光视盘、光纤通讯3、光纤：(一)光纤：将高纯度石英熔融抽丝制成极细之圆柱体，柔软可挠曲，含内层(纤芯)及外层(包层)两层。(二)原理：纤芯之折射率大于包层，光讯号以特定角度射入纤芯之一端后，因连续之全反射而传递至另一端。(三)特性：(1)通讯容量大(频宽较大)，约为传统铜线之10倍以上。(2)重量轻、价格便宜。(3)传输过程中耗能低，利于长程传输。(4)不受干扰，保密性佳。(四)应用：通讯。4、核能发电：(一)核能：较大原子核发生分裂(核裂变，如：核弹、核电厂内部)或较小原子核发生融合(核聚变，如：氢弹、太阳内部)时，因生成物质量减少而转变成能量，此能量称为核能。(二)原理：质量与能量之转换遵守爱因斯坦狭义相对论中之质能互换公式：。(三)过程：利用铀235在可控制的情形下进行核分裂反应，产生之核能转变成热能使水变成水蒸气后，推动发电机产生电能，【核能热能动能电能】。5、超导体：(一)超导体：1908年翁内斯发现部份物质于某特定温度(临界温度)以下，其电阻完全消失，此时此物称为超导体。(二)特性：超导体具有零电阻及完全反磁性之特性。(三)高温超导体：1987年朱经武、吴茂昆发现钇钡铜氧化物之临界温度约为92K，高于液态氮之沸点77K，称为高温超导体。(四)应用：超强力磁铁、磁浮列车。主题三物理学与测量一、物理量：1、定义：物理学上所使用的量。2、分类：(一)依有无方向性而分：(1)向量：兼具大小及方向性者，如：速度、力(2)纯量：仅具大小无方向性者，如：体积、时间、功(二)依定义方式而分：(1)基本量：由基本概念定义而出之物理量，共有时间、长度、质量、电流、温度、发光强度(光度)、物质的量(物量)七种。(2)导出量：由基本量所定义出之物理量，如：体积、面积、速度等。(3)物理学(力学)上最常用的三个基本量：时间、长度、质量。二、测量：1、定义：将待测物理量与一标准量做比较的过程。2、结果：3、科学记号：将一数字化为之形式，称为科学记号。4、数量级：一数化为科学记号后(一)若，则其数量级为(二)若，则其数量级为三、单位：1、定义：物理量之比较标准。2、条件：单位须具恒常性及方便性。3、SI单位：国际度量衡局选定七个基本量之单位(基本单位)作为单位系统之基础，简称SI单位，亦称为公制单位。4、七个基本量及基本单位列表：基本量代号基本单位单位代号时间T秒s长度L公尺m质量M公斤kg电流I安培A温度T凯耳文K发光强度I烛光cd物质的量N莫耳mol5、辅助前缀：(一)意义：置于单位前方，用以表示极大或极小物理量之符号。(二)辅助前缀列表：数量级前缀megakilocentimilimicronanopicofemto符号Mkcmnpf名称百万千厘毫微奈皮飞四、物理学三大基本量之测量及单位：1、时间之测量及单位：(一)秒之定义：(1)1967年前：(A)定义：以太阳日为标准。地球上任一点连续2次对正太阳之时间间隔称为太阳日，一年内太阳日之平均值称为平均太阳日，再将一平均太阳日分为24小时，1小时分为60分，1分分为60秒，故1秒平均太阳日。(B)缺点：(a)平均太阳日逐年改变。(b)使用不便。(2)1967年后：原子间之振动具良好之恒常性，故国际度量衡局于1967年会议中，选定了以铯原子之某一固定振动9192631770次的时间定义为1秒，此标准沿用至今。(二)单摆之等时性：(1)当单摆之摆角不大(摆角)时，其周期只与摆长有关。(2)周期秒之单摆称为秒摆，其摆长(三)半衰期(半生期)：(1)定义：放射性物质衰变数量达原来总数之一半(即剩下一半尚未衰变)所需的时间，称为半衰期或半生期。(2)公式：设半衰期为之某放射性物质原数量为，经过时间后，剩下数量为N，则：(3)应用：利用物体所含之浓度可鉴定其年代。2、长度之测量及单位：(一)公尺之定义：(1)18世纪：以北极经巴黎至赤道的子午线长之一千万分之一为1公尺，并以此标准制作了一标准尺(铂铱合金棒)。(2)1889年后：因标准尺长之一千万倍不等于子午线长，遂改以标准尺为1公尺之标准，其缺点为易受环境影响。(3)1961年：国际间同意将公尺之标准改订为氪的同位素所发出某一特定光的波长的1650763.73倍。(4)1983年：国际度量衡会议决议将光在真空中299792458分之一秒所行之距离定义为1公尺。(二)常用特殊长度单位：(1)光年(L.Y.)：光在一年中所行之距离。(2)天文单位(A.U.)：地球绕日公转轨道之平均半径(500光秒)(3)埃()：，常用于表示原子之大小。3、质量之测量及单位：(一)公斤之定义：(1)1889年前：(A)定义：定义4、1公升之纯水其质量为1公斤。(B)缺点：(a)纯水取得不易。(b)易受环境(温度)影响。(2)1889年后：国际度量衡会议决议采用铂铱合金制之公斤原器为1公斤之标准