1、高中物理课本中涉及到的物理学史宜阳一高物理组 王新智关于运动和力（必修 1 ）1、错误论断“重物比轻物落得快” 亚里士多德最早研究运动问题的是古希腊学者亚里士多德。他认为物体下落的快慢是由它们的重量决定的。他的这一论断符合人们的常识，以至于其后两千年的时间里，大家都奉为经典。2、建立描述运动的基本概念 、研究自由落体运动 伽利略意大利物理学家伽利略以“重物比轻物落得快”为前提，推断出了相互矛盾的结论。为了研究自由落体运动的规律，他首先建立了许多描述运动的基本概念，如：平均速度、瞬时速度、加速度等。伽利略研究自由落体运动的程序如下提出假说：自由落体运动是一种对时间均匀变化的最简单的变速运动；数学
2、推理：由初速度为零、末速度为 v 的匀变速运动平均速度 和312stt得出 ；再应用 从上式中消去 v，导出 即 。12vsvtatsa实验验证：由于自由落体下落的时间太短，直接验证有困难，伽利略用铜球在阻力很小的斜面上滚下，上百次实验表明： ；换用不同质量的小球沿同一312stt斜面运动，位移与时间平方的比值不变，说明不同质量的小球沿同一斜面做匀变速直线运动的情况相同；不断增大斜面倾角，重复上述实验，得出该比值随斜面倾角的增大而增大，说明小球做匀变速运动的加速度随斜面倾角的增大而变大。合理外推：把结论外推到斜面倾角为 90的情况，小球的运动成为自由落体，伽利略认为这时小球仍保持匀变速运动的性
3、质。 （用外推法得出的结论不一定都正确，还需经过实验验证）3、科学思想方法的创立 伽利略伽利略比他的前人更伟大，在于他首先采用了以试验检验猜想和假设的科学方法。在他之前，学者们总是通过思辨性的论战来决定谁是谁非。伽利略创造的一套科学思想方法，其核心是把试验和逻辑推理（包括数学推演）和谐地结合起来，从而有力地推动了人类科学认识的发展。伽利略的科学方法：提出假设、数学推理、实验验证、合理外推。伽利略是近代力学的创始人。被誉为“近代科学之父”4、发现弹力规律 胡克英国物理学家胡克研究发现了弹簧发生形变时，弹力与弹簧形变之间的关系 胡克定律5、动力学的奠基人 牛顿。英国科学家牛顿的运动定律是整个动力学
4、的核心。值得注意的是伽利略和法国科学家笛卡尔对牛顿定律的提出做出了突出贡献。伽利略的理想斜面试验说明，一旦物体具有某一初速度，如果它不受力，就将以这一速度匀速直线运动下去：笛卡尔完善了伽利略的观点。在相隔了一代人以后，牛顿将其总结为“牛顿第一定律” 。关于天体运动规律万有引力定律（必修 2 ）1、日心说的提出 哥白尼在古代，人们对于天体的运动存在着地心说和日心说两种对立的看法。经过长期的论争，波兰学者哥白尼提出的日心说战胜了地心说。哥白尼认为，行星和地球绕太阳做匀速圆周运动，只有月亮绕地球运动。2、望远镜的发明 伽利略17 世纪初，地心说棺木上的最后一颗钉子敲下了：伽利略发明了望远镜。1609
5、 年他发现了围绕木星转动的“月球” ，进一步表明地球不是所有天体运动的中心。3、发现行星运动定律 开普勒德国天文学家开普勒用了 20 年的时间研究了丹麦天文学家第谷的行星观测记录，发现并发表了行星运动的三条规律 开普勒行星运动定律（必修 1P29）4、研究引力规律的先行者 伽利略、开普勒、迪卡儿发现万有引力定律不是牛顿一人的功劳。思考“行星绕太阳运动的原因”是研究引力规律的出发点。对此问题，伽利略、开普勒和法国的数学家迪卡儿都提出过自己的解释；牛顿时代的科学家胡克、哈雷对这一问题的认识更进一步。胡克等人认为，行星绕太阳的运动受到了太阳对它的引力，并证明了如果行星的轨道是圆形的，它受引力的大小跟
6、行星到太阳距离的二次方成反比。5、万有引力定律的发现 牛顿牛顿在前人对惯性研究的基础上，把自己的运动定律应用于行星运动的研究，通过“地月试验” 、理论推导和大胆推广，终于发现了万有引力定律。6、引力常量的测量 卡文迪许牛顿无法使用自己的万有引力定律计算天体之间的引力，因为他不知道引力常量 G 的值。100 多年后英国物理学家卡文迪许在实验室利用扭秤装置（体现了放大思想） ，通过几个铅球比较准确地测出了引力常量 G 的值。卡文迪许测量引力常量 G 的试验，不仅证明了万有引力的存在，也使引力的计算成为可能，他被人们誉为“能称量地球重量的人” 。7、 “笔尖下发现的行星”海王星是利用万有引力定律，在
7、“笔尖下发现的行星” ；天文学家哈雷利用万有引力定律计算了一颗著名彗星的轨道，并正确预言了它的回归时间牛顿在思考万有引力定律时曾经设想过，从高山上水平抛出物体，抛出速度很大时，物体就不会落回地面（理想试验） 。关于电和磁（选修 3-1 选修 3-2 ）1、正、负电荷的命名 富兰克林美国科学家富兰克林首次命名了正、负电荷。2、元电荷的测量 密立根迄今为止，科学家试验发现的最小电荷量是电子、质子所带的电荷量，叫做元电荷，用 e 表示。元电荷的数值最早由美国物理学家密立根通过“密立根油滴试验”测出。因此可以说电子的电荷量最早是由密立根测出来的。3、电荷间作用规律的发现 库仑（1785 年）法国科学家
8、库仑通过试验发现了电荷之间的作用规律 库仑定律。他的试验装置也是扭秤装置。4、 “场”和“力线”的引入 法拉第英国科学家法拉第首先提出了场（电场、磁场等）的概念，并且提出用电场线和磁感线形象地描述电场和磁场。场的引入解除了人们认为万有引力和静电力是神秘的“超距力”的困惑。5、欧姆定律（1826 年） 欧姆德国物理学家欧姆引入电流强度、电动势、电阻等概念，研究发现了导体中电流与导体两端电压、导体电阻的关系 欧姆定律6、电流产热规律的发现（1841 年） 焦耳英国科学家焦耳研究发现了电流通过导体产生的热量与所通过的电流、导体的电阻、通电的时间的关系 焦耳定律7、电流磁效应的发现（1820 年） 奥
9、斯特丹麦物理学家奥斯特试验发现了电流的磁效应 电流在其周围会产生磁场。电流磁效应的发现，首先揭示出电与磁之间是有联系的。8、分子电流假说 安培科学家安培提出了著名的分子电流假说。分子电流假说揭示了磁现象的电本质：所有磁现象都是由电荷的运动产生的。9、洛伦兹力公式 洛伦兹荷兰物理学家洛伦兹提出了著名的洛伦兹力公式：F=qvB10、霍尔效应 霍尔美国物理学家霍尔发现，通电载流导体放入磁场，当磁场方向与电流方向垂直时，导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现了电势差 霍尔效应。11、发现电磁感应现象 法拉第英国物理学家法拉第经过 10 年的不懈努力发现了电磁感应现象（1831 年）法拉第把引起感应电
10、流的原因分为五类，它们都与变化和运动相联系:变化的电流、变化的磁场、运动的恒定电流、运动的磁铁、在磁场中运动的导体。电磁感应现象的发现打开了人类电气化时代的大门。12、提出法拉第电磁感应定律 纽曼和韦伯法拉第发现了电磁感应现象，但反映感应电动势决定因素的法拉第电磁感应定律并不是法拉第自己总结出来的，是纽曼和韦伯总结出来，之所以用法拉第的名字来命名此定律是基于他在电磁学方面的重大贡献。13、判断感应电流方向的楞次定律 楞次物理学家楞次在分析了很多实验事实后总结出了判断感应电流方向的方法，并用一句话巧妙地对判断方法进行了概括性表达 楞次定律（1834 年）关于波、相对论（选修 3-4 ）1、单摆的
11、周期公式 惠更斯荷兰物理学家惠更斯研究发现，单摆做简谐运动的周期 T 与摆长 l 的二次方根成正比，与重力加速度的二次方根成反比，而与振幅、摆球的质量无关，并且确定了单摆的周期计算公式 T=2 ，惠更斯还利用单摆摆动的等时性原理制成了摆钟。gl2、揭示机械波的传播规律的惠更斯原理 惠更斯（1690 年）惠更斯提出：介质中任一波面上的各点，都可以看做发射子波的波源，其后的任意时刻，这些子波在波的前进方向的包络面就是新的波面。这就是常说的惠更斯原理。利用惠更斯原理，不仅可以说明为什么波在两种介质的界面会发生反射（折射） ，而且可以得到反射角（折射角）与入射角的关系。3、多普勒效应 多普勒奥地利物理
12、学家多普勒带着女儿在铁道旁散步时，发现鸣着笛的火车从身边经过时，笛音的音调会由高变低。他经过认真研究，发现波源与观察者相互靠近或远离时，接收到的频率会发生变化，这种现象叫多普勒现象。不仅是机械波，电磁波、光波等也会发生多普勒效应。4、光的折射定律的发现 斯涅尔荷兰数学家斯涅尔在分析了大量关于关于光折射中入射角、折射角的数据后发现：折射角的正弦和入射角的正弦成正比。这就是光的折射定律。5、光的干涉现象的发现 托马斯 . 杨（1801 年）1801 年英国物理学家托马斯 . 杨，首先在实验室成功地观察到了光的干涉现象。托马斯 . 杨起初实验是让单色光通过“双孔” ，后来发现将“双孔”换成双缝后干涉
13、图样更加显亮，更加清晰。光的干涉现象的发现，证明了光是一种波。为光的波动说提供了实验依据。6、有意思的泊松亮斑 泊松1818 年，法国的巴黎科学院为鼓励对衍射问题的研究，悬赏征集这方面的论文。一位年轻的物理学家菲涅耳按照波动说深入研究了光的衍射，在论文中提出了严密地解决衍射问题的数学方法。当时的另一位法国科学家泊松是光波动说的反对者，他按照菲涅的理论计算了光在圆盘后的影的问题，发现对于一定的波长、在适当的距离上，影的中心会出现一个亮斑！泊松认为在是非常荒谬可笑的，他认为这样就驳倒了驳倒说。但是，就在竞赛的关键时刻，评委阿拉果在实验室中观察到了这个亮斑。人们为了纪念这件有意义的事件，把这个亮斑称
14、为泊松亮斑。泊松的计算结果不仅没有驳倒波动说，反而是支持了波动说。7、电磁场理论的建立和电磁波的预言 麦克斯韦英国物理学家麦克斯韦系统地总结了库仑、安培、奥斯特、法拉第、和亨利对电磁规律的研究成果，通过自己创造性的工作，建立了完整的电磁场理论麦克斯韦根据自己的理论，做出了一个伟大的预言：空间可能存在电磁波。麦克斯韦电磁场理论的意义足以可以跟牛顿力学系统相媲美。他不仅预言了电磁波的存在，而且揭示了电、磁、光现象在本质上的统一性，是物理学发展史中一个划时代的里程碑。8、电磁波的见证者 赫兹麦克斯韦早年英逝，他没有看到科学实验对自己的电磁理论的证明。德国科学家赫兹通过实验在人类历史上首先扑捉到了电磁
15、波，用实验证明了电磁波的存在，把天才的预言变成世人公认的真理。9、 天才科学家的相对论 爱因斯坦相对论的多数结论都涉及光速或涉及物理高速运动问题。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。得出有结论：长度变短、时钟变慢、质量变大、质量和能量正比关系等。广义相对论更加深奥，主要结论有：物质的引力使光线弯曲、引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差异等。爱因斯坦相对论的提出，使物理学来到了一个前所未有的广阔天地。相对论的很多结论已经为实验所证实。著名科学家及其主
16、要贡献科学家 国 籍 主 要 成 就 思想与方法伽利略 意大利1.给出匀变速运动定义，导出并用实验验证了位移与时间平方成正比。首先建立了许多描述运动的基本概念，如：平均速度、瞬时速度、加速度等2.理论论证并实验证明了重物体和轻物体下落速率相同。3.通过理想实验证明：在水平面上运动的物体，若无摩擦，将以此速度永远运动。4.创立科学思想方法开创理想实验思想开普勒 丹麦 发现开普勒三定律牛顿 英国 1.1683 年，提出牛顿三大运动定律。2.1687 年发表万有引力定律。卡文迪许 英国 利用扭秤装置比较准确地测出了万有引力常量 放大思想胡克 英国 发现了胡克定律。富兰克林 美国首次命名了正、负电荷；
17、1752 年通过风筝实验验证闪电是放电的一种形式，并发明了避雷针。库仑 法国 1.785 年利用扭秤实验发现库仑定律2.提出了滑动摩擦力的著名公式 放大思想欧姆 德国 1.在实验基础上引入电流强度、电动势、电阻等概念。2.1826 年通过实验得出欧姆定律。焦耳 英国1.测定了热功当量。2.1841-1842 年间，焦耳和楞次各自独立地发现了焦耳定律。法拉第 英国1.1837 年引入电场概念，并提出用电场线、磁场线表示电场和磁场。2.1831 年，发现电磁感应现象（由磁场产生电流的条件和规律）。3.亲手制出第一台发电机。安培 法国1.发现两根平行导线的相互作用规律。2.总结出安培定则和左手定则。
18、3.提出了安培分子电流假说。洛伦兹 荷兰 提出运动电荷产生磁场和磁场对运动电荷有洛伦兹力的作用。并提出计算洛伦兹力的公式劳伦兹 美国 发明了回旋加速器（产生高能粒子）。楞次 俄国 1834 年发表楞次定律（确定感应电流方向）。亨利 美国 1835 年发现自感现象。密立根 美国 1913 年通过带电粒子在竖直电场中的平衡精确地测定了元电荷的电荷量。 平衡思想惠更斯 荷兰 1.确定单摆周期公式，发现秒摆。2.提出机械波波动规律即惠更斯原理。多普勒 奥地利 发现多普勒效应（近增，离减）。麦克斯韦 英国 1864 年发表麦克斯韦方程组，预言电磁波的存在，指出电磁波是横波、光是一种电磁波。赫兹 德国 1
19、887 年用实验证实电磁波的存在，并测定电磁波的传播速度等于光速。普朗克 德国 为解释黑体辐射规律提出能量子概念。爱因斯坦 美国籍 提出光子理论、光电效应方程、质能方程，建立狭义 1905和广义相对论。康普顿 美国1922 年在研究石墨中电子对 X 射线的散射时，发现康普顿效应（证明光的粒子性，同时说明动量守恒定律和能量守恒定律同时适合于微观粒子）。玻尔 丹麦 1913 年提出玻尔原子模型，最早得出氢原子能级表达式，成功解释和预言了氢原子的辐射电磁波谱。德布罗意 法国 1924 年提出物质波模型（任何一个运动物体都有一种波与之对应）。斯涅耳 荷兰 发现折射定律。托马斯杨 英国 解决相干光源问题。于 1801 年成功观察杨氏双缝干涉实验。泊松、菲涅尔 法国 1818 年分别计算出和在实验中观察到泊松亮斑。斐索 法国 1849 年首先在地面上测出了光速。汤姆生 英国 1897 年发现电子。卢瑟福 英国1.进行了 粒子散射实验，并提出了原子的核式结构模型。2.用 粒子轰击氮核，第一次实现了原子核的人工转变，同时发现了质子。贝克勒尔 法国 发现天然放射现象。玛丽-居里夫妇 1896 年发现强放射性元素镭（Ra）。查德威克 英国 1932 年 粒子轰击铍核时发现中子。约里奥居里夫妇1934 年，用 粒子轰击铝箔时，发现了正电子和人工放射性同位素。
