高中物理学史-与思想方法总结

高中物理学史 与思想方法总结 伽利略 1 在 两种新科学的对话 中用科学推理论证重物体和轻物体下落一样快 2 并在比萨斜塔做了两个不同质量的小球下落的实验 推翻了古希腊学者亚里士多德 的观点 证明物体下落快慢与质量无关 3 伽利略巧妙地运用科学的推理 给出了匀变速运动的定义 最早研究 匀加速直线 运动 导出 S 正比于 t2 并给以实验检验 4 伽利略的科学推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一 伽利略通过构思的斜面 理想实验指出 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 得出结论 力是改变物体运动的原因 推翻了亚里士多德的观点 力是维持物体运动的原因 5 伽利略在 两种新科学的对话 一书中 运用观察 假设 数学推理的方法 详细 研究了抛体运动 另外他还发现了 摆的等时性 判断 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 牛顿 1 牛顿三大运动定律 2 用数学方法导出万有引力定律 3 月 地检验思想方法 4 牛顿把地球上物体的力学和天体力学统一到一个基本的力学体系中 创立了经典力 学理论体系 正确地 反映了宏观物体低速运动的宏观运动规律 实现了自然科学的第一次大统一 经典力学的建立标志着近代自然科学的诞生 对 牛顿提出的万有引力定律奠定了天体力学的基础 对 卡文迪许 1 1798 年英国物理学家卡文迪许利用扭秤实验装置比较准确地测出了引力 常量 微小形变放大思想 2 卡文迪许测出了万有引力常量 G 的数值后 就可以算出地球的质量 他把自己的 实验说成是 称 量地球的质量 是第一个能 称量 地球质量的人 爱因斯坦 他提出了 光子 理论及光电效应方程 建立了狭义相对论及广义相对论 提出了 质能方程 E mc2 经典力学不适用于微观粒子和高速运动物体 1905 年爱因斯坦 受到普朗克的启发在 德国物理学家赫兹首先发 现 光电效应 实验 注 实验做法 的基础上提出了 光子说 成功地解释了光 电效应规律 提出著名的爱 因斯坦光电效应方程 Ek hv W 因此获得诺贝尔物理 奖 1905 年爱因斯坦 提出狭义相对论 有两条基本原理 相对性原理 不同的惯性参考系中 一切物理规律都是相同的 光速不变原理 不同的惯性参考系中 光在真空中的速度一定是 c 不变 狭义相对论的其他结论 时间和空间的相对性 长度收缩和动钟变慢 或时间膨胀 相对论速度叠加 光速不变 与光源速度无关 一切运动物体的速度不能超过光速 即光速是物质运动速 度的极限 相对论质量 物体运动时的质量大于静止时的质量 英国物理学家汤姆生 1 发现电子 说明原子是可分的 有复杂的内部结构 2 测得了电子的比荷 e m 研究了阴极射线 并指出 阴极射线是高速运动的电子流 因此获得了诺贝尔物理学奖 阿斯顿 汤姆生的学生阿斯顿设计的质谱仪可用来测量带电粒子的质量和分析同位素 库仑 1 1785 年法国物理学家库仑 借助卡文迪许扭秤装置并类比万有引力定律 通过实验发现了电荷之间的 相互作用规律 库仑定律 2 测出了静电力常量 k 的值 安培 1 总结出安培定则 右手螺旋定则 2 发现电流的相互作用规律 同向电流相互吸引 3 发明了电流计 4 提出分子电流假说 奥斯特 1820 年 丹麦物理学家奥斯特发现电流可以使周围的小磁针发生偏转 称 为电流磁效应 法拉第 1 法拉第认为电荷周围存在电场 最早引入了电场概念 并提出用电场线 表示电场 2 提出了电磁场及磁感线 电场线的概念 3 发现了由磁场产生电流的条件和规律 4 亲手制成了世界上第一台发电机 赫兹 德国科学家 在麦克斯韦预言电磁波存在后二十多年 第一次用莱顿瓶所做的实验证实了电磁波的 存在 测得电磁波传 播速度等于光速 证实了光是一种电磁波 麦克斯韦 1 预言了电磁波的存在 2 建立了完整的电磁场理论 3 指出光是一 种电磁波 密立根 美国物理学家密立根通过油滴实验精确测定了元电荷 e 的电荷量 获得诺贝 尔奖 焦耳 英国物理学家 1 测定了热功当量 J 4 2 焦 卡 为能的转化守恒定律的建立提供了坚实的基础 2 研究电流通过导体时的发热 得到了焦耳定律 欧姆 德国物理学家 1 通过实验得出导体中的电流跟它两端的电压成正比 跟它的电阻成反比 即欧姆 定律 2 在实验研究的基础上 欧姆把电流与水流等比较 从而引入了电流强度 电动势 电阻等概念 并确定 了它们的关系 富兰克林 美国人 1 提出了正 负电荷的概念 2 富兰克林通过风筝实验验证闪电是放电的一种形式 把天电与地电统一起来 并发 明避雷针 楞次 1834 年 俄国物理学家楞次发表确定感应电流方向的定律 楞次定律 开 普勒 17 世纪 德国天文学家开普勒提出开普勒三大定律 洛仑兹 荷兰物理学家洛仑兹提出运动电荷产生了磁场和磁场对运动电荷有作用力 洛 仑兹力 的观点 地心说 日心说 人们根据日常的观察和经验 提出 地心说 古希腊科学家托勒密是代表 波兰天文学家 哥白尼 提出了 日心说 大胆反驳地心说 其他 1 英国 亚当斯和法国天文学家勒维烈 勒维耶 应用万有引力定律 计算出 海王星 德国的 伽勒 发现 海王星 被命名为 笔尖下发现的行星 2 美国物理学家劳伦兹发明了回旋加速器 能在实验室中产生大量的高能粒子 3 美国科学家亨利发现自感现象 日光灯的工作原理即为其应用之一 4 劳伦斯 美国科学家 发明了 回旋加速器 使人类在获得高能粒子方面迈进了 一步 5 1957 年 10 月 苏联发射第一颗人造地球卫星 6 1961 年 4 月 世界第一艘载人宇宙飞船 东方 1 号 带着尤里加加林第一次踏入 太空 7 英国人吉尔伯特第一个研究了摩擦是物体带电的现象 8 纽曼和韦伯先后总结出了判断感应电动势大小的定律 法拉第电磁感应定律 不是法拉第 9 荷兰科学家昂纳斯发现大多数金属在温度降到某一值时 都会出现电阻突然降为零 的现象 超导现象 10 胡克 英国物理学家 发现了胡克定律 F 弹 kx 物理研究方法 一 理想模型法 忽略次要因素 以突出主要矛盾 用这种理想化的方法将实际中的 事物进行简化 便可得到一系列的物理模型 有实体模型 质点 点电荷 轻杆 轻 绳 轻弹簧 理想变压器 理想气体 过程模型 匀速直线运动 匀变速直线运动 匀变速曲线运动 匀速圆周运动等 每种模型有限定的运用条件和运用的范围 二 控制变量法 把一个多因素影响某一物理量的问题 通过控制某几个因素不变 只 让其中一个因素改变 从而转化为多个单一因素影响某一物理量的问题的研究方法 滑动摩擦力的大小与哪些因素有关 探究加速度 力和质量的关系 牛顿第二定律 F ma 导体的电阻与哪些因素有关 电流的热效应与哪些因素有关 研究安培 力大小跟哪些因素有关 研究理想气体状态变化等均应用了这种科学方法 三 理想实验法 又称推理法 想象创新法 思想实验法 在实验基础上经过概括 抽象 推理得出规律的一种研究问题的方法 但得出的规律 却又不能用实验直接验证 推导出声音不能在真空中传播 推导出牛顿第一定律 四 微量放大法 物理实验中常遇到一些微小物理量的测量 为提高测量精度 常需要 采用合适的放大方法 选用相应的测量装置将被测量进行放大后再进行测量 常用的放大法有累计放大法 形变放大法 光学放大法等 1 累计放大法 在被测物理量能够简单重叠的条件下 将它展延若干倍再进行测量的 方法 称为累计放大法 叠加放大法 如测量纸的厚度 金属丝的直径等 常用这种 方法进行测量 累计放大法的优点是在不改变测量性 质的情况下 将被测量扩展若干倍后再进行测量 从而增加测量结果的有效数字位数 减小测量的相对误差 2 形变放大法 形变是力作用的效果 在力学中形变的基本表现形式为体积 长度 角度的改变 而显示形 变的方法可用力学的方法 也可用电学 光学的方法 如 体积的变化 由液柱的长 度的变化显示 热膨胀 杠杆放大法显示 3 光学放大法 常用的光学放大法有两种 一种是使被测物通过光学装置放大视角形 成放大像 便于观察鉴别 从而提高测量精度 例如放大镜 显微镜 望远镜等 另 一种是使用光学装置将待测微小物理量进行间接放大 通过测量放大了的物理量来获 得微小物理量 例如测量微小长度和微小角度变化的光杠杆镜尺法 就是一种常用的 光学放大法 卡文迪许通过扭秤装置测量引力常量就采用了多种放大方法 五 类比与归纳 所谓类比 是根据两个 或两类 对象之间在某些方面的相同或相似 而推出它们在其他方面也可能相同或相似的一种逻辑思维 如万有引力公式 和库仑力公式 从形式上很相似 六 等效替代效法 等效法是常用的科学思维方法 等效是指不同的物理现象 模型 过程等在物理意义 作用效果或物理规律方面是相同的 它们之间可以相互替代 而 保证结论不变 等效的方法是指面对一个较为复杂的问题 提出一个简单的方案或设 想 而使它们的效果完全相同 从而将问题化难为易 求得解决 例如我们学过的等 效电路 等效电阻 电压表等效为电流表 电流表等效为电压表 测电阻中的替代法 分力与合力等效 分运动与合运动等效 环形电流与小磁体的等效 通电螺线管与条 形磁铁的等效等等 七 比值定义法 比值定义法 就是在定义一个物理量的时候采取比值的形式定义 用 比值法定义的物理概念在物理学中占有相当大的比例 比如速度 加速度 密度 压 强 功率 电场强度 电势 电势差 磁感应强度 电阻 电容等等 加速度 a v t 电场强度 E F q 电容 C Q U 电阻 R U I 电流 I q t 电动势 W q 电势差 U W q 磁感应强度 B F IL 或 B F qv 或 B S 八 微元法 微元法是分析 解决物理问题中的常用方法 也是从部分到整体的思维方 法 在使用微元法处理问题时 需将其分解为众多微小的 元过程 而且每个 元 过程 所遵循的规律是相同的 这样 我们只需分析这些 元过程 然后将 元过 程 进行必要的数学方法或物理思想处理 例如对于求变力所做的功或者对于物体做 曲线运动时某恒力所做的功的计算 又如求做曲线运动的某质点运动的路程 这些问 题对于中学