新課標高中物理課本中的物理史實(完整無遺漏)

高中物理課本中涉及到的物理學史宜陽一高物理組王新智關于運動和力（《必修1》）1、錯誤論斷“重物比輕物落得快”—亞里士多德最早研究運動問題的是古希臘學者亞里士多德。他認為物體下落的快慢是由它們的重量決定的。他的這一論斷符合人們的常識，以至于其后兩千年的時間里，大家都奉為經(jīng)典。2、建立描述運動的基本概念、研究自由落體運動—伽利略意大利物理學家伽利略以“重物比輕物落得快”為前提，推斷出了相互矛盾的結論。為了研究自由落體運動的規(guī)律，他首先建立了許多描述運動的基本概念，如：平均速度、瞬時速度、加速度等。伽利略研究自由落體運動的程序如下提出假說：自由落體運動是一種對時間均勻變化的最簡單的變速運動；數(shù)學推理：由初速度為零、末速度為v的勻變速運動平均速度和得出；再應用從上式中消去v，導出即。實驗驗證：由于自由落體下落的時間太短，直接驗證有困難，伽利略用銅球在阻力很小的斜面上滾下，上百次實驗表明：；換用不同質(zhì)量的小球沿同一斜面運動，位移與時間平方的比值不變，說明不同質(zhì)量的小球沿同一斜面做勻變速直線運動的情況相同；不斷增大斜面傾角，重復上述實驗，得出該比值隨斜面傾角的增大而增大，說明小球做勻變速運動的加速度隨斜面傾角的增大而變大。合理外推：把結論外推到斜面傾角為90°的情況，小球的運動成為自由落體，伽利略認為這時小球仍保持勻變速運動的性質(zhì)。（用外推法得出的結論不一定都正確，還需經(jīng)過實驗驗證）3、科學思想方法的創(chuàng)立—伽利略伽利略比他的前人更偉大，在于他首先采用了以試驗檢驗猜想和假設的科學方法。在他之前，學者們總是通過思辨性的論戰(zhàn)來決定誰是誰非。伽利略創(chuàng)造的一套科學思想方法，其核心是把試驗和邏輯推理（包括數(shù)學推演）和諧地結合起來，從而有力地推動了人類科學認識的發(fā)展。伽利略的科學方法：提出假設、數(shù)學推理、實驗驗證、合理外推。伽利略是近代力學的創(chuàng)始人。被譽為“近代科學之父”4、發(fā)現(xiàn)彈力規(guī)律—胡克英國物理學家胡克研究發(fā)現(xiàn)了彈簧發(fā)生形變時，彈力與彈簧形變之間的關系—胡克定律5、動力學的奠基人—牛頓。英國科學家牛頓的運動定律是整個動力學的核心。值得注意的是伽利略和法國科學家笛卡爾對牛頓定律的提出做出了突出貢獻。伽利略的理想斜面試驗說明，一旦物體具有某一初速度，如果它不受力，就將以這一速度勻速直線運動下去：笛卡爾完善了伽利略的觀點。在相隔了一代人以后，牛頓將其總結為“牛頓第一定律”。關于天體運動規(guī)律萬有引力定律（《必修2》）1、日心說的提出—哥白尼在古代，人們對于天體的運動存在著地心說和日心說兩種對立的看法。經(jīng)過長期的論爭，波蘭學者哥白尼提出的日心說戰(zhàn)勝了地心說。哥白尼認為，行星和地球繞太陽做勻速圓周運動，只有月亮繞地球運動。2、望遠鏡的發(fā)明—伽利略17世紀初，地心說棺木上的最后一顆釘子敲下了：伽利略發(fā)明了望遠鏡。1609年他發(fā)現(xiàn)了圍繞木星轉(zhuǎn)動的“月球”，進一步表明地球不是所有天體運動的中心。3、發(fā)現(xiàn)行星運動定律—開普勒德國天文學家開普勒用了20年的時間研究了丹麥天文學家第谷的行星觀測記錄，發(fā)現(xiàn)并發(fā)表了行星運動的三條規(guī)律—開普勒行星運動定律（《必修1》P29）4、研究引力規(guī)律的先行者—伽利略、開普勒、迪卡兒發(fā)現(xiàn)萬有引力定律不是牛頓一人的功勞。思考“行星繞太陽運動的原因”是研究引力規(guī)律的出發(fā)點。對此問題，伽利略、開普勒和法國的數(shù)學家迪卡兒都提出過自己的解釋；牛頓時代的科學家胡克、哈雷對這一問題的認識更進一步。胡克等人認為，行星繞太陽的運動受到了太陽對它的引力，并證明了如果行星的軌道是圓形的，它受引力的大小跟行星到太陽距離的二次方成反比。13、判斷感應電流方向的楞次定律—楞次物理學家楞次在分析了很多實驗事實后總結出了判斷感應電流方向的方法，并用一句話巧妙地對判斷方法進行了概括性表達—楞次定律（1834年）關于波、相對論（《選修3-4》）1、單擺的周期公式—惠更斯荷蘭物理學家惠更斯研究發(fā)現(xiàn)，單擺做簡諧運動的周期T與擺長l的二次方根成正比，與重力加速度的二次方根成反比，而與振幅、擺球的質(zhì)量無關，并且確定了單擺的周期計算公式T=2π，惠更斯還利用單擺擺動的等時性原理制成了擺鐘。2、揭示機械波的傳播規(guī)律的惠更斯原理—惠更斯（1690年）惠更斯提出：介質(zhì)中任一波面上的各點，都可以看做發(fā)射子波的波源，其后的任意時刻，這些子波在波的前進方向的包絡面就是新的波面。這就是常說的惠更斯原理。利用惠更斯原理，不僅可以說明為什么波在兩種介質(zhì)的界面會發(fā)生反射（折射），而且可以得到反射角（折射角）與入射角的關系。3、多普勒效應—多普勒奧地利物理學家多普勒帶著女兒在鐵道旁散步時，發(fā)現(xiàn)鳴著笛的火車從身邊經(jīng)過時，笛音的音調(diào)會由高變低。他經(jīng)過認真研究，發(fā)現(xiàn)波源與觀察者相互靠近或遠離時，接收到的頻率會發(fā)生變化，這種現(xiàn)象叫多普勒現(xiàn)象。不僅是機械波，電磁波、光波等也會發(fā)生多普勒效應。4、光的折射定律的發(fā)現(xiàn)—斯涅爾荷蘭數(shù)學家斯涅爾在分析了大量關于關于光折射中入射角、折射角的數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)：折射角的正弦和入射角的正弦成正比。這就是光的折射定律。5、光的干涉現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)—托馬斯.楊（1801年）1801年英國物理學家托馬斯.楊，首先在實驗室成功地觀察到了光的干涉現(xiàn)象。托馬斯.楊起初實驗是讓單色光通過“雙孔”，后來發(fā)現(xiàn)將“雙孔”換成雙縫后干涉圖樣更加顯亮，更加清晰。光的干涉現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，證明了光是一種波。為光的波動說提供了實驗依據(jù)。6、有意思的泊松亮斑—泊松1818年，法國的巴黎科學院為鼓勵對衍射問題的研究，懸賞征集這方面的論文。一位年輕的物理學家菲涅耳按照波動說深入研究了光的衍射，在論文中提出了嚴密地解決衍射問題的數(shù)學方法。當時的另一位法國科學家泊松是光波動說的反對者，他按照菲涅的理論計算了光在圓盤后的影的問題，發(fā)現(xiàn)對于一定的波長、在適當?shù)木嚯x上，影的中心會出現(xiàn)一個亮斑！泊松認為在是非常荒謬可笑的，他認為這樣就駁倒了駁倒說。但是，就在競賽的關鍵時刻，評委阿拉果在實驗室中觀察到了這個亮斑。人們?yōu)榱思o念這件有意義的事件，把這個亮斑稱為泊松亮斑。泊松的計算結果不僅沒有駁倒波動說，反而是支持了波動說。7、電磁場理論的建立和電磁波的預言—麥克斯韋英國物理學家麥克斯韋系統(tǒng)地總結了庫侖、安培、奧斯特、法拉第、和亨利對電磁規(guī)律的研究成果，通過自己創(chuàng)造性的工作，建立了完整的電磁場理論麥克斯韋根據(jù)自己的理論，做出了一個偉大的預言：空間可能存在電磁波。麥克斯韋電磁場理論的意義足以可以跟牛頓力學系統(tǒng)相媲美。他不僅預言了電磁波的存在，而且揭示了電、磁、光現(xiàn)象在本質(zhì)上的統(tǒng)一性，是物理學發(fā)展史中一個劃時代的里程碑。8、電磁波的見證者—赫茲麥克斯韋早年英逝，他沒有看到科學實驗對自己的電磁理論的證明。德國科學家赫茲通過實驗在人類歷史上首先撲捉到了電磁波，用實驗證明了電磁波的存在，把天才的預言變成世人公認的真理。9、天才科學家的相對論—愛因斯坦相對論的多數(shù)結論都涉及光速或涉及物理高速運動問題。1905年，愛因斯坦提出了狹義相對論，有兩條基本原理：①相對性原理——不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的；②光速不變原理——不同的慣性參考系中，光在真空中的速度一定是c不變。得出有結論：長度變短、時鐘變慢、質(zhì)量變大、質(zhì)量和能量正比關系等。廣義相對論更加深奧，主要結論有：物質(zhì)的引力使光線彎曲、引力場的存在使得空間不同位置的時間進程出現(xiàn)差異等。愛因斯坦相對論的提出，使物理學來到了一個前所未有的廣闊天地。相對論的很多結論已經(jīng)為實驗所證實。著名科學家及其主要貢獻科學家國籍主要成就思想與方法伽利略意大利1.給出勻變速運動定義，導出并用實驗驗證了位移與時間平方成正比。首先建立了許多描述運動的基本概念，如：平均速度、瞬時速度、加速度等2.理論論證并實驗證明了重物體和輕物體下落速率相同。3.通過理想實驗證明：在水平面上運動的物體，若無摩擦，將以此速度永遠運動。4.創(chuàng)立科學思想方法開創(chuàng)理想實驗思想開普勒丹麥發(fā)現(xiàn)開普勒三定律牛頓英國1.1683年，提出牛頓三大運動定律。2.1687年發(fā)表萬有引力定律?？ㄎ牡显S英國利用扭秤裝置比較準確地測出了萬有引力常量放大思想胡克英國發(fā)現(xiàn)了胡克定律。富蘭克林美國首次命名了正、負電荷；1752年通過風箏實驗驗證閃電是放電的一種形式，并發(fā)明了避雷針。庫侖法國1.785年利用扭秤實驗發(fā)現(xiàn)庫侖定律2.提出了滑動摩擦力的著名公式放大思想歐姆德國1.在實驗基礎上引入電流強度、電動勢、電阻等概念。2.1826年通過實驗得出歐姆定律。焦耳英國1.測定了熱功當量。2.1841-1842年間，焦耳和楞次各自獨立地發(fā)現(xiàn)了焦耳定律。法拉第英國1.1837年引入電場概念，并提出用電場線、磁場線表示電場和磁場。2.1831年，發(fā)現(xiàn)電磁感應現(xiàn)象（由磁場產(chǎn)生電流的條件和規(guī)律）。3.親手制出第一臺發(fā)電機。安培法國1.發(fā)現(xiàn)兩根平行導線的相互作用規(guī)律。2.總結出安培定則和左手定則。3.提出了安培分子電流假說。洛倫茲荷蘭提出運動電荷產(chǎn)生磁場和磁場對運動電荷有洛倫茲力的作用。并提出計算洛倫茲力的公式勞倫茲美國發(fā)明了回旋加速器（產(chǎn)生高能粒子）。楞次俄國1834年發(fā)表楞次定律（確定感應電流方向）。亨利美國1835年發(fā)現(xiàn)自感現(xiàn)象。密立根美國1913年通過帶電粒子在豎直電場中的平衡精確地測定了元電荷的電荷量。平衡思想惠更斯荷蘭1.確定單擺周期公式，發(fā)現(xiàn)秒擺。2.提出機械波波動規(guī)律即惠更斯原理。多普勒奧地利發(fā)現(xiàn)多普勒效應（近增，離減）。麥克斯韋英國1864年發(fā)表麥克斯韋方程組，預言電磁波的存在，指出電磁波是橫波、光是一種電磁波。赫茲德國1887年用實驗證實電磁波的存在，并測定電磁波的傳播速度等于光速。普朗克德國為解釋黑體輻射規(guī)律提出能量子概念。愛因斯坦美國籍提出光子理論、光電效應方程、質(zhì)能方程，建立狹義1905和廣義相對論?？灯疹D美國1922年在研究石墨中電子對X射線的散射時，發(fā)現(xiàn)康普頓效應（證明光的粒子性，同時說明動量守恒定律和能量守恒定律同時適合于微觀粒子）。玻爾丹麥1913年提出玻爾原子模型，最早得出氫原子能級表達式，成功解釋和預言了氫原子的輻射電磁波譜。德布羅意法國1924年提出物質(zhì)波模型（任何一個運動物體都有一種波與之對應）。斯涅耳荷蘭發(fā)現(xiàn)折射定律。托馬斯?楊英國解決相干光源問題。于1801年成功觀察楊氏雙縫干涉實驗。泊松、菲涅爾法國1818年