《物理學(xué)史》省公開課一等獎全國示范課微課金獎?wù)n件

《物理學(xué)史》前言第1頁前言

物理學(xué)是研究物質(zhì)運動最普遍形式規(guī)律以及物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)科學(xué)。

物理學(xué)史是研究物理學(xué)產(chǎn)生和發(fā)展規(guī)律科學(xué)。第2頁一.物理學(xué)史分期

二.物理學(xué)研究方法

三.物理學(xué)基本觀念變更

四.學(xué)習(xí)物理學(xué)史目標(biāo)

五.學(xué)習(xí)方法第3頁一.物理學(xué)史分期1.古代物理課時期---科學(xué)萌芽期

時間：從遠古到16世紀(jì)中葉。

特點：主要是對自然現(xiàn)象觀察和記載。這一時期，自然科學(xué)與哲學(xué)融合在一起，對自然現(xiàn)象解釋往往是哲理性。

文化中心：古希臘和古代中國是。2.經(jīng)典物理課時期：

時間：從16世紀(jì)中葉到19世紀(jì)末。15世紀(jì)末，資本主義開始萌芽，社會生產(chǎn)力得到發(fā)展，有力地推進了科學(xué)進程。16世紀(jì)中葉，哥白尼提出“日心說”。17世紀(jì)晚期，牛頓建立了經(jīng)典力學(xué)體系，標(biāo)志著近代物理學(xué)誕生。之后，經(jīng)典熱力學(xué)、電磁學(xué)相繼建立。到19世紀(jì)末，形成了比較完整經(jīng)典物理學(xué)體系。第4頁3.當(dāng)代物理課時期：

時間：從19世紀(jì)末到現(xiàn)在是當(dāng)代物理課時期。19世紀(jì)末一系列試驗新事實發(fā)覺，使經(jīng)典物理學(xué)理論出現(xiàn)了不可克服危機，從而造成了物理學(xué)革命；標(biāo)志：相對論、量子力學(xué)相繼建立，標(biāo)志著當(dāng)代物理學(xué)誕生。20世紀(jì)50年代以后，物理學(xué)已經(jīng)發(fā)展成為一個相當(dāng)龐大學(xué)科群，包含高能物理（粒子物理）、原子核物理、等離子體物理、凝聚態(tài)物理、計算物理和理論物理等主體學(xué)科以及難以計數(shù)分支學(xué)科。物理學(xué)與各學(xué)科之間相互交叉、相互滲透形成了眾多很有發(fā)展前途交叉科學(xué)。物理學(xué)史分期第5頁二物理學(xué)研究方法1.古代：主要依靠不充分直觀觀察、思辯性猜測、形式邏輯演繹和簡單推理，直覺地、籠統(tǒng)地去把握物理現(xiàn)象普通特征。2.近代：①觀察方法從自然觀察為主發(fā)展為以儀器觀察為主；②強調(diào)系統(tǒng)有目標(biāo)試驗；使物理學(xué)作為一門試驗科學(xué)特點顯現(xiàn)出來；③科學(xué)試驗和數(shù)學(xué)方法結(jié)合，使準(zhǔn)確、定量物理學(xué)研究有了很快發(fā)展；④分析、歸納和演繹等邏輯方法發(fā)展，促進了經(jīng)驗材料整理和理論建構(gòu)；⑤到19世紀(jì)末統(tǒng)計方法應(yīng)用使由大量分子偶然事件組成體系宏觀規(guī)律得以研究。3.當(dāng)代：①大型、精密儀器創(chuàng)制、分析技術(shù)發(fā)展和計算機創(chuàng)造應(yīng)用，使物理試驗在精密、快速和自動化方面都到達新水平；②物理理論公理化、數(shù)學(xué)化特征日益突出，當(dāng)代物理成為數(shù)學(xué)物理學(xué)；③因為物理學(xué)研究領(lǐng)域越來越遠離人們感性經(jīng)驗，創(chuàng)造性思維在創(chuàng)建新理論中作用愈加突出；如科學(xué)想象、理想試驗、大膽猜測，以及類比、直覺和靈感等非邏輯性方法；④追求簡單、對稱、友好與數(shù)學(xué)美。第6頁三物理學(xué)基本觀念變更

當(dāng)不停增加感性經(jīng)驗知識尚可為原有觀念所容納和了解時，科學(xué)發(fā)展表現(xiàn)為漸進積累；而當(dāng)新科學(xué)事實無法為原有理論框架所包容時，就會發(fā)生科學(xué)革命，提出新基本觀念。如：※古代物理觀與經(jīng)典物理觀：地心說→日心說；亞里士多德運動觀與伽利落運動觀；※經(jīng)典時空與相對時空：

牛頓絕對時空觀：物質(zhì)實在含有不變質(zhì)量粒子和粒子體系；力只引發(fā)運動狀態(tài)改變；物體間只存在中心力作用；與媒質(zhì)無關(guān)即時作用；物質(zhì)運動狀態(tài)只由初始條件唯一確定因果觀；平直空間等。

愛因斯坦相對時空觀：奧思特電流磁效應(yīng)→非中心力；法拉第電磁感應(yīng)→力產(chǎn)生于空間狀態(tài)改變；媒遞作用；質(zhì)量與能量相關(guān)E=mc2；時空含有非歐幾里德性質(zhì)，引力只是“時空”彎曲表現(xiàn)?！?jīng)典理論與量子論：經(jīng)典物理學(xué)連續(xù)性原理→微觀現(xiàn)象不連續(xù)性量子化概念；波和粒子矛盾→波粒二相性概念；準(zhǔn)確測量原理→測不準(zhǔn)關(guān)系；機械決定性原理→采取有幾率意義波函數(shù)作為運動狀態(tài)描述第7頁1.加深對概念和理論了解，啟迪科學(xué)新思想萌發(fā)和產(chǎn)生2.物理學(xué)史能夠使我們認(rèn)識到“科學(xué)是最高意義上革命力量”。3.物理學(xué)史能夠培養(yǎng)我們科學(xué)思維，掌握科學(xué)研究方法，加深對科學(xué)研究認(rèn)識，能夠活躍思想，開闊眼界，使我們知識立體化。4.思想觀念轉(zhuǎn)變主要性5.物理學(xué)史能夠培養(yǎng)同學(xué)們愛國主義精神6.能夠培養(yǎng)辯證唯物主義思想，以造就同學(xué)們追求真理，獻身科學(xué)高尚思想境界總之，經(jīng)過對物理學(xué)史學(xué)習(xí)，能夠深入培養(yǎng)我們①人文素質(zhì)，②科學(xué)素質(zhì)，③創(chuàng)新素質(zhì)，④思想素質(zhì)，四.學(xué)習(xí)物理學(xué)史目標(biāo)第8頁1.加深對概念和理論了解，啟迪科學(xué)新思想萌發(fā)和產(chǎn)生

伴隨人類社會發(fā)展，物理學(xué)研究內(nèi)容和范圍也不停擴大和深化。在古代，物理學(xué)只是自然哲學(xué)一部分，16世紀(jì)以后才從哲學(xué)中分離出來。以后又逐步建立了力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)、相對論、量子力學(xué)、粒子物理等分支學(xué)科。

物理學(xué)史正是要研究物理學(xué)各個基本概念、基本理論醞釀、產(chǎn)生和發(fā)展過程。經(jīng)過物理學(xué)史學(xué)習(xí)，首先能加深對這些概念和理論了解，另首先能夠從中受到啟迪，有利于科學(xué)新思想萌芽和產(chǎn)生。第9頁2.物理學(xué)史能夠使我們認(rèn)識到“科學(xué)是最高意義上革命力量”。物理學(xué)史是科學(xué)發(fā)展史，而科學(xué)是人類發(fā)展關(guān)鍵部分。每次物理學(xué)上重大突破，都會對人類社會發(fā)展產(chǎn)生重大影響，產(chǎn)生震撼人心沖擊和重大技術(shù)革命。尤其是近代以來，歷次物理學(xué)重大進展經(jīng)過技術(shù)革命為中心轉(zhuǎn)化為直接生產(chǎn)力，從而推進了社會經(jīng)濟發(fā)展，并最終引發(fā)社會革命，推感人類社會從農(nóng)業(yè)社會到工業(yè)社會，從蒸汽時代進入電力時代、電子和原子能時代以至現(xiàn)今信息時代。另首先，科學(xué)技術(shù)進步也帶來了一些當(dāng)初料想不到負(fù)面效應(yīng)，如環(huán)境污染、生態(tài)失衡、自然資源過分消耗等。最經(jīng)典就是原子能利用：原子能發(fā)電和原子彈。學(xué)習(xí)物理學(xué)史目第10頁3.物理學(xué)史能夠培養(yǎng)我們科學(xué)思維，掌握科學(xué)研究方法，加深對科學(xué)研究認(rèn)識，能夠活躍思想，開闊眼界，使我們知識立體化。拉普拉斯：“認(rèn)識一位天才研究方法，對于科學(xué)進步，并不比發(fā)覺本身更少用處，科學(xué)研究方法經(jīng)常是極富興趣部分?！睂W(xué)習(xí)物理學(xué)史目

在物理學(xué)長久發(fā)展中創(chuàng)建了許多很成功、成熟方法。

物理學(xué)研究中建立了許多理想模型、思想過程、理想試驗，這些近似抽象方法促成了許多定律發(fā)覺。

另外還有觀察和試驗，分析和綜合，歸納和演繹，類比和聯(lián)想，猜測和試探，邏輯推理方法，佯謬和反證方法，數(shù)學(xué)和定量方法，科學(xué)移植方法，科學(xué)假設(shè)方法，概率統(tǒng)計方法等。第11頁愛因斯坦：“科學(xué)結(jié)論幾乎總是以完成形式出現(xiàn)在讀者面前。讀者體會不到探索和發(fā)覺喜悅，感覺不到思想形成生動過程，也極難到達清楚地了解全部情況?！倍锢韺W(xué)史將會把科學(xué)家在探索過程中智慧之光帶給同學(xué)們，力圖做到“授之以漁”。學(xué)習(xí)物理學(xué)史目華羅庚：“對書本一些原理、定律、公式，我們在學(xué)習(xí)時候，不但應(yīng)該記住它結(jié)論，知道它道理，而且還應(yīng)該構(gòu)想一下，人家是怎樣想出來，經(jīng)過多少波折，攻破多少難關(guān)，才得出這個結(jié)論?！钡?2頁4.能夠使我們認(rèn)識到思想觀念轉(zhuǎn)變主要性

物理學(xué)理論歷史發(fā)展，最集中、最本質(zhì)表現(xiàn)在物理學(xué)基本觀念和對應(yīng)物理世界圖景上演變上。這種演變又鮮明反應(yīng)在物理學(xué)思想根本變革。近年來，物理學(xué)基本觀念經(jīng)歷了牛頓力學(xué)“絕對時空+超距中心作用+機械決定論”，到經(jīng)典電磁場理論“非中心力+媒遞作用觀+場”，到相對論“相對時空+質(zhì)能關(guān)系+等效原理+時空彎曲”到量子力學(xué)“量子態(tài)+不確定性+幾率決定性”深刻變革等。物理學(xué)中復(fù)雜數(shù)學(xué)公式和定義等，都不過是基本觀念表示形式和演繹工具，基本觀念才是先導(dǎo)、本質(zhì)東西。所以，每當(dāng)學(xué)習(xí)一個新理論，必須改變自己思想觀念和思維方法。第13頁物理學(xué)發(fā)展總是以物理觀念、物理思想突破為先導(dǎo)和基底。正是伽利落否定了亞里士多德自然運動和強迫運動思想，得出慣性定律，才把力學(xué)研究引上正確路徑。馬赫對牛頓絕對時空觀批判，深刻地影響了愛因斯坦，終于邁出了創(chuàng)建狹義相對論步伐。5.物理學(xué)史能夠培養(yǎng)同學(xué)們愛國主義精神

正確認(rèn)識中國古代文明，在當(dāng)初歷史時期和歷史條件下，中國和希臘成為東方和西方兩個古代文明中心，我們要為我國古代文明而驕傲。因為我國長久封建統(tǒng)治以及以后清王朝閉關(guān)自守，使我國科學(xué)技術(shù)及各方面逐步落后于西方，所以我們又要看到我們現(xiàn)在差距。只有努力，才能早日趕上和超出西方文明，建設(shè)我們強大祖國。第14頁6.經(jīng)過學(xué)習(xí)科學(xué)家精神，培養(yǎng)同學(xué)們追求真理，獻身科學(xué)高尚思想境界

對科學(xué)研究要有一個正確認(rèn)識?？茖W(xué)道路是不平坦,科學(xué)家成功之路是艱險,要準(zhǔn)備付出比常人更多精力和代價,必須有熱愛科學(xué)、獻身科學(xué)精神,要善于繼承又勇于創(chuàng)新,才有可能取得成功。牛頓怎樣站在巨人肩上、愛因斯坦十年追光思索、居里一家艱難困苦、盧瑟福長久研究阿爾發(fā)射線以及量子理論早期發(fā)展所經(jīng)歷波折和磨難。從伽利略、牛頓到法拉第、愛因斯坦,從外國科學(xué)家到中國科學(xué)家,他們奮斗歷程,他們創(chuàng)造過程.物理學(xué)發(fā)展史中每一次飛躍,經(jīng)過了多少準(zhǔn)備,又碰到那些矛盾。學(xué)習(xí)物理學(xué)史目第15頁開爾文晚年在回想其科學(xué)生涯時說：“我過去五十年里所極力追求科學(xué)進展能夠用‘失敗’這個詞來描述……當(dāng)然在失敗中必定有些悲傷，但在科學(xué)追求中，本身包含必要努力，帶來很多愉快斗爭，這就使科學(xué)家防止了苦悶，而且或許還會使他在日常生活工作中相當(dāng)高興?！?/p>

愛因斯坦：“人只有獻身于社會，才能找出那實際上是短暫而有風(fēng)險生命意義?！睂W(xué)習(xí)物理學(xué)史目第16頁五.學(xué)習(xí)方法1.善于分析：

物理學(xué)經(jīng)歷了一個漫長發(fā)展歷史過程，我們在學(xué)習(xí)研究中，應(yīng)該好好想一想，為何一些科學(xué)家能夠有所發(fā)覺，而另一些人卻與成功失之交臂？其社會背景是什么？……我們應(yīng)充分利用歷史寶庫提供給我們資料，從中吸收營養(yǎng)。2.注意聯(lián)絡(luò)

1)物理學(xué)與生產(chǎn)和科學(xué)試驗聯(lián)絡(luò)2)物理學(xué)與數(shù)學(xué)聯(lián)絡(luò)3)物理學(xué)與技術(shù)關(guān)系4）物理學(xué)與其它自然科學(xué)關(guān)系5）物理學(xué)與社會發(fā)展關(guān)系第17頁1)物理學(xué)與生產(chǎn)和科學(xué)試驗聯(lián)絡(luò)

物理學(xué)是以試驗為本科學(xué)，試驗是人類有目標(biāo)地變革自然過程中認(rèn)識自然一個伎倆，是人類發(fā)揮高度智慧一個特殊實踐活動。物理理論是在生產(chǎn)實踐和科學(xué)試驗基礎(chǔ)上發(fā)展起來，試驗?zāi)軌驒z驗物理科學(xué)理論正確是否，而試驗開展也離不開物理理論和思想指導(dǎo)。經(jīng)過物理學(xué)史學(xué)習(xí)，能夠充分認(rèn)識試驗在物理學(xué)發(fā)展中作用，端正對試驗認(rèn)識。第18頁3)物理學(xué)與技術(shù)關(guān)系

物理學(xué)發(fā)展與技術(shù)親密相關(guān)，假如沒有真空技術(shù)、低溫技術(shù)和電子技術(shù)，就不會有當(dāng)代物理學(xué)。一樣許多技術(shù)革新和發(fā)展，需要物理學(xué)家合作。既不要藐視技術(shù)工作，也不要低估物理學(xué)作用。如：激光技術(shù)、晶體管技術(shù)、超導(dǎo)技術(shù)、同位素技術(shù)、紅外技術(shù)、生物工程技術(shù)等等。2)物理學(xué)與數(shù)學(xué)聯(lián)絡(luò)

數(shù)學(xué)是物理學(xué)家思維工具，物理規(guī)律只有經(jīng)過數(shù)學(xué)形式才能完美地表示。沒有對數(shù)，就難于建立開普勒三定律；沒有微積分，牛頓得不出萬有引力定律；沒有統(tǒng)計學(xué)，無法發(fā)展分子運動論；沒有黎曼張量，愛因斯坦廣義相對論就不能完善?？傊?，物理學(xué)發(fā)展離不開數(shù)學(xué)，而數(shù)學(xué)發(fā)展也和物理學(xué)親密相關(guān)。畢達哥拉斯曾說“萬物皆數(shù)”，而物理被譽為“萬物之理”，數(shù)理是人類智力訓(xùn)練和科學(xué)發(fā)展一個主要組成。學(xué)習(xí)物理學(xué)史方法第19頁4）物理學(xué)與其它自然科學(xué)關(guān)系

物理學(xué)與天文學(xué)、化學(xué)、地質(zhì)學(xué)、生物學(xué)等自然科學(xué)也有親密