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- 2021-05-21 发布
专题整合突破
专题六 原子物理与物理学史
第
16
讲 物理学史及常见的思想方法
1
热点聚焦
2
复习练案
热 点 聚 焦
1
．力学部分
(1)1638
年，意大利物理学家伽利略在
《
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，推翻了古希腊学者亚里士多德的观点
(
即：质量大的小球下落快
)
。
通过斜面实验
“
冲淡
”
重力，对落体运动的研究，确立了描述运动的基本概念，创造了一套科学方法
“
观察
—
假设
—
数学推理
”
。这些方法的核心是：把实验和逻辑推理
(
包括数学演算
)
和谐地结合起来，从而发展了人类的科学思维方式和科学研究方法。
热点一 物理学史
(2)1687
年，英国科学家牛顿在
《
自然哲学的数学原理
》
著作中提出了三条运动定律
(
即牛顿三大运动定律
)
。
(3)17
世纪，伽利略通过构思的理想实验指出，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：力是改变物体运动状态的原因。推翻了亚里士多德的观点：力是维持物体运动的原因。同时代的法国物理学家笛卡儿进一步指出，如果没有其他原因，运动物体将继续以同一速度沿着一条直线运动，既不会停下来，也不会偏离原来的方向。
(4)20
世纪初建立的量子力学和爱因斯坦提出的狭义相对论表明经典力学不适用于微观粒子和高速运动物体。
(5)
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；而波兰天文学家哥白尼提出了
“
日心说
”
，大胆反驳地心说。
(6)17
世纪，德国天文学家开普勒提出开普勒三大定律。
(7)
牛顿于
1687
年正式发表万有引力定律；
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。
(8)1846
年，英国剑桥大学学生亚当斯和法国天文学家勒维耶应用万有引力定律，计算并观测到海王星，
1930
年，美国天文学家汤苞用同样的计算方法发现冥王星。
2
．
电磁学部分
(1)1785
年法国物理学家库仑利用扭秤实验发现了电荷之间的相互作用规律
——
库仑定律。
(2)1752
年，富兰克林在费城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。
(3)1837
年，英国物理学家法拉第最早引入了电场概念，并提出用电场线表示电场。
(4)1913
年，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。
(5)1826
年德国物理学家欧姆
(1787
—
1854)
通过实验得出欧姆定律。
(6)1911
年，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。
(7)19
世纪，焦耳和楞次先后各自独立发现电流通过导体时产生热效应的规律，即焦耳定律。
(8)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。
(9)
法国物理学家安培发现两根通有同向电流的平行导线相吸，反向电流的平行导线则相斥，并总结出安培定则
(
右手螺旋定则
)
判断电流与磁场的相互关系和左手定则判断通电导线在磁场中受到磁场力的方向。
(10)
荷兰物理学家洛伦兹提出运动电荷产生了磁场和磁场对运动电荷有作用力
(
洛伦兹力
)
的观点。
(11)
英国物理学家汤姆孙发现电子，并指出：阴极射线是高速运动的电子流。
(12)
汤姆孙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。
(13)1932
年，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。
(
最大动能仅取决于磁场和
D
形盒直径，带电粒子圆周运动周期与高频电源的周期相同
)
(14)
英国物理学家法拉第发现了由磁场产生电流的条件和规律
——
电磁感应现象。
(15)
纽曼、韦伯先后在
1845
年和
1846
年指出：闭合电路中的感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比，后人称之为
“
法拉第电磁感应定律
”
。
(16)
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。
3
．
原子物理部分
(1)
原子 原子核
①英国物理学家汤姆孙利用阴极射线管发现电子，并指出阴极射线是高速运动的电子流。获得
1906
年诺贝尔物理学奖。汤姆孙还提出原子的枣糕模型。
②英国物理学家卢瑟福和助手们进行了
α
粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型，并用
α
粒子轰击氮核，第一次实现了原子核的人工转变，发现了质子，并预言原子核内还有另一种粒子
——
中子。
③丹麦物理学家玻尔提出了自己的原子结构假说，成功地解释和预言了氢原子的辐射电磁波谱，并得出氢原子能级表达式。获得
1922
年诺贝尔物理学奖。
④
查德威克用
α
粒子轰击铍核时发现中子，获得
1935
年诺贝尔物理学奖。
⑤法国物理学家贝克勒尔发现天然放射现象，说明原子核有复杂的内部结构，获得
1903
年诺贝尔物理学奖。
⑥爱因斯坦提出了质能方程式，并提出光子说，成功地解释了光电效应规律，因此获得
1921
年诺贝尔物理学奖。
(2)
量子论初步
①
1900
年，德国物理学家普朗克解释物体热辐射规律提出能量子假说，获得
1918
年诺贝尔物理学奖。
②
1922
年，美国物理学家康普顿在研究石墨中的电子对
X
射线的散射时
——
康普顿效应，证实了光的粒子性。获得
1927
年诺贝尔物理学奖。
③
1924
年，法国物理学家德布罗意大胆预言了实物粒子在一定条件下会表现出波动性。
4
．
选考部分
(1)
热学
英国植物学家布朗发现悬浮在水中的花粉微粒不停地做无规则运动的现象
——
布朗运动。
(2)
机械振动 机械波
奥地利物理学家多普勒
(1803
—
1853)
首先发现由于波源和观察者之间有相对运动，使观察者感到频率发生变化的现象
——
多普勒效应。
(3)
光现象 电磁波
①英国物理学家托马斯
·
杨成功地观察到了光的干涉现象。
②英国物理学家麦克维斯韦发表
《
电磁场的动力学理论
》
的论文，提出于电磁物理论，预言了电磁波的存在，指出光是一种电磁波，为光的电磁理论奠定了基础。
③德国物理学家赫兹用实验证实了电磁波的存在，并测定了电磁波的传播速度等于光速。
④
1895
年，德国物理学家伦琴发现
X
射线
(
伦琴射线
)
，获得
1901
年诺贝尔物理学奖。
(4)
相对论
1905
年，爱因斯坦提出了狭义相对论，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。
5
．
单位制
1971
年国际计量大会规定的
7
个基本单位：力学
(3
个
)
长度：米
(m)
，质量：千克
(kg)
，时间：秒
(s)
，
电学
(1
个
)
电流：安
[
培
]
(A)
，
热学
(1
个
)
热力学温度：开
[
尔文
]
(K)
，
光学
(1
个
)
发光强度：坎
[
德拉
]
(cd)
，
原子
(1
个
)
物质的量：摩
[
尔
]
(mol)
。
6
．
重要的发现过程
(1)
伽利略对自由落体运动的研究
(
必修
1)
(2)
经典力学的发展历程
(
必修
1)
(3)
追寻守恒量
(
必修
2)
(4)
天体运动规律的发现过程
(
必修
2)
(5)19
和
20
世纪之交，物理学三大发现：
X
射线的发现
(
伦琴
)
、电子的发现
(
汤姆孙
)
和放射性的发现
(
贝克勒尔
)
(6)
人类对光的本质的认识过程：惠更斯
——
光是一种波；牛顿
——
光是一种微粒；麦克斯韦预言光是一种电磁波。
1
．
理想模型法
：为了便于进行物理研究或物理教学而建立的一种抽象的理想客体或理想物理过程，突出了事物的主要因素、忽略了事物的次要因素。理想模型可分为对象模型
(
如质点、点电荷、理想变压器等
)
、条件模型
(
如光滑表面、轻杆、轻绳、匀强电场、匀强磁场等
)
和过程模型
(
在空气中自由下落的物体、抛体运动、匀速直线运动、匀速圆周运动、恒定电流等
)
。
热点二 物理思想方法
7
．
控制变量法：
决定某一个现象的产生和变化的因素很多，为了弄清事物变化的原因和规律，必须设法把其中的一个或几个因素用人为的方法控制起来，使它保持不变，研究其他两个变量之间的关系，这种方法就是控制变量法。比如探究加速度与力、质量的关系，就用了控制变量法。
8
．
等效替代法：
在研究物理问题时，有时为了使问题简化，常用一个物理量来代替其他所有物理量，但不会改变物理效果。如用合力替代各个分力，用总电阻替代各部分电阻等。
9
．
类比法：
也叫
“
比较类推法
”
，是指由一类事物所具有的某种属性，可以推测与其类似的事物也应具有这种属性的推理方法。其结论必须由实验来检验，类比对象间共有的属性越多，则类比结论的可靠性越大。如研究电场力做功时，与重力做功进行类比；认识电流时，用水流进行类比；认识电压时，用水压进行类比。