1、物理学史教学大纲课程编号：4091319，2091320英文课程名：Physics history总 学 时：30-33 学时学 分：2 学分课程类别：专业选修课适用专业：物理学教育，应用物理学先修课程：普通物理，现代物理一、课程性质与目的、要求 物理学是一门研究物质运动最基本、最普遍规律的学科，是科学的世界观和方法论的基础。物理学史是研究物理学辨证发展规律及其科学方法论的一门学科，是物理学和自然科学、人文科学、社会科学、思维科学交叉渗透的综合学科，集中体现了人类探索和逐步认识物理世界的现象、特性、规律和本质的历程。概括和探求物理学发展的历史和基本规律，不仅与探索物理世界运动变化规律的物理学相
2、联系，而且也与探索人类社会的生产、经济、思想文化等发展的社会科学相联系。任何一个具体的物理知识和理论体系，都是汇集了许多人的研究成果而建立起来的，常常需要几十年甚至上百年的努力才能迈出有意义的几步。它包含着认识论和方法论的因素，包含着深刻的物理思想和观念，体现着认识过程中理论与实践、继承与发展、理性与非理性的辨证统一。作为人类对物理世界客观规律认识的结果，物理学有一个不断积累和发展的过程。它的每一个基本概念、基本定律和基本理论，都有一个萌芽、形成和发展演变的曲折历程。但是，大多数物理教科书的内容都是经过系统、加工了的完美的理论体系，而人类对物理学认识的历史过程和曲折经历则擦拭殆尽；这不利于对学
3、生科学创新能力的培养和对概念理论的深刻理解。本课程的教学目的在于使学生了解物理学发展的历程，了解物理学的进展，了解许多重大发现中物理学家的探索历程等，从而在潜移默化中使学生树立辨证唯物主义和历史唯物主义的观点，掌握科学的认识论和方法论；同时开阔学生的知识视野，培养学生分析、解决问题的能力，提高学生的综合素质。二、教学内容及学时分配本课程的教学内容共分绪论和十一章。绪论 1 课时1.物理学史的分期2.物理学的研究方法3.物理学基本观念的变更4.学习物理学史的目的5.学习方法第一章 中国古代物理学成就 3 课时第一节：物质本原思想一.元素与原子的观点1. 阴阳学说，.五行思想，3 .原子的观点二
4、元气说第二节 物理学知识的积累一 力学1.物理计量时间计量，度量衡2.时间、空间和运动时间与空间，运动与静止，运动的相对性3对力的认识（1）力的概念， （2）外力与内力， （3）杠杆原理， （4）重心与平衡（5）浮力， （6）弹力， （7）大气压力， （8）惯性4 力学知识应用二 热学1.火的利用2.对热现象和热本质的认识温度、湿度极其测量，热的传播，热胀冷缩与热应力，物态变化，热的本性三 热能利用与热功四 火药与火箭的发明三 光学（一）光源与光的本性1.光源，2.光的本性（二）几何光学知识1.光的直线传播与小孔成像:墨径 梦溪笔谈赵友钦实验（宋末元初）2.光的反射与镜面成像，3.光的折射与透
5、镜，4.光的色散四 电磁学知识1.对电的认识 2.对磁的认识 3.电与磁的应用避雷针，磁性指南器，磁化，应用五 声学1.声音的产生 2.声音的传播 3.共振 4.共鸣及其消除 5.声音的反射 6.古代乐器 7.律学六 后记（一）中国近代史上的两次机会：1.西学东渐，2.洋务运动：（二）西方传教士的来华和自然科学的传入：1.西方的经典力学的传入，2.西方光学传入，3.我国学者自己的成就（三）中国古代物理学的特点不足:第二章 西方古代物理学成就 2 课时第一节 古希腊物质本原思想一 元素论二 数的和谐思想三 原子论第二节 古希腊时期对宇宙的认识1.米利都学派，2.毕达哥拉斯学派，3.柏拉图学派，4
6、.地心说，5.太阳中心说第三节 古希腊的物理学知识一 力学知识1.亚里士多德的力学研究 2. 阿基米德（前 287-前 212）二 光学知识1.阿里斯塔克（约前 310-230）测量日地距离和月地距离之比。2.埃拉多塞(公元前 270-前 196)：用三尺长的竹竿测地球周长。第四节 中世纪的物理学知识一 阿拉伯人的物理成就1.阿勒-哈增（965-1038）著有光学全书2.阿勒?哈兹尼（12 世纪人）著有智慧秤的故事 。二 欧洲人的研究工作1 罗吉尔?培根（约 1214-1294）的研究， 2.冲力说，3.运动学的研究 4.古印度、巴比伦和阿拉伯在天文学、数学方面的贡献：第五节. 亚里士多德的物
7、理学1.亚里士多德（希腊，约公元前 384-公元前 322）2.主要观点 3.被利用第三章 力学发展 3 课时第一节. 资本主义的兴起和文艺复兴运动一资本主义萌芽带来的社会条件(15 世纪后半期开始)1.社会物质条件 2.社会文化思想方面:1)培根:“证明前人说法的唯一方法，只有观察和实践。“2)达?芬奇(1452-1519) 二.哥白尼与“天体运行论“1.哥白尼及其天体运行论 2.地心说与日心说的主要观点与比较三.第谷与开普勒1.第谷的天文观测 2.德国天文学家开普勒(1571-1600)：四.舍生取义的布鲁诺第二节.运动学的奠基人-伽利略一.伽利略 (1564-1642)简介：二.伽利略的
8、运动理论1.运动的描述和分类 2.自由落体定律 3.惯性原理4.抛体运动轨迹 5.相对性原理 6.伽利略的研究方法三意义第三节关于碰撞的研究一笛卡儿（Descar 15961650）1笛卡儿，2运动量守恒，3引力思想的启蒙：二惠更斯（Huygens ，16291695，荷兰人） 1惠更斯的三个假设，2惠更斯在关于碰撞的研究中，得出了动量守恒和机械能守恒定律。第四节.牛顿的伟大综合和理论飞跃一.牛顿简介二.牛顿的自然哲学数学原理的内容和意义（1687 年发表）三.万有引力定律的建立四.万有引力定律的检验五.牛顿取得成功的历史条件六.牛顿的成功之路七.牛顿的局限八.16 世纪后，中国科技发展落后第
9、五节.牛顿后力学的发展一.关于“运动地量度“的争论二.三大守恒定律的确立三.分析力学的发展第四章 热力学和统计物理学的发展 2 课时第一节.热学现象的初期研究一 蒸汽机的发明二 计温学的发展1温度计的设计与制造 2.测温物质的选择和标准点的确定三 量热学的建立1.不同物质放热能力不同的发现，2.“潜热“的发现，3.“热容量“及“比热“概念的提出，4.热的单位“卡“的建立：四 热本质的认识1.认为热是运动的表现，2.热质说，3.“热质说“的否定第二节 .热力学第一定律的建立一 定律产生的背景二.确立能量转化与守恒定律的三位科学家1.德国的迈尔，2.亥姆霍兹（Hermann Helmholtz,1
10、821-1894)，3.焦耳的实验研究4 热力学第一定律的表述，5.热力学第一定律建立的成因第三节 热力学第二定律的建立一 卡诺的热机理论二 热力学第二定律的物理表述三 熵第四节.分子运动论的发展一.早期的分子运动论 二.克劳修斯的理想气体分子模型三.范德瓦尔斯方程的建立第五节 统计物理学的建立一 麦克斯韦的工作二 玻耳兹曼的工作三 吉布斯的系综理论和统计力学的建立四 量子统计的建立第六节 物态1.物质有多少态 2.气体及气体的液化 3.晶体及晶体点阵 4.液体性质及微观解释第五章 光学的发展 4 课时第一节.光学的历史概述一.早期光学二 折射定律的建立1 开普勒的工作，2 斯涅耳的工作，3
11、笛卡儿的工作，4 费马的工作三.光学仪器的研制1眼镜的制造，2荷兰望远镜，3伽利略的改进，4开普勒望远镜，5显微镜6. 胡克的显微镜，7. 反射式望远镜四 牛顿的色散研究1.色散的早期研究，2存在的问题，3.牛顿的色散实验第二节.光的波动说和微粒说的论争一.光的微粒说二 早期的波动说1.胡克，2.惠更斯，3.托马斯?杨（Thomas Young)，4.菲涅耳(Augustin Jean Fresnel)：三 光的波粒二相性第三节. 光速的测定一.早期的实验二.天文学方法1.由木卫蚀测量光速，2.由光行差测量光速三.光速的实验室测定1.旋转齿轮法，2.傅科的旋转平面镜法，3.阿尔伯特?迈克尔逊(
12、1926)旋转棱镜法：4 其他方法：克尔盒法，微波谐振腔法，激光测速法等 四超光速问题五“以太漂移“的测定1.早期对“以太“的认识，2.“以太“的运动观，3.“以太漂移“的测定斐索的流水实验，迈克耳逊干涉仪，洛奇的转盘实验第四节. 光谱的研究一 光谱的早期研究二 光谱分析的诞生1.前奏，2.光谱分析理论的建立：三.巴尔末发现氢光谱规律1埃格斯特朗的“标准太阳光谱“图表，2埃格斯特朗首先找到氢光谱的谱系3.氢光谱的拍摄，4. 巴尔末(Balmer,1825-1898)发现氢光谱规律四 里德伯的普遍公式第六章 电磁学的发展 4 课时第一节.对电磁现象的早期认识1.中国，2.英国人吉尔伯特-论磁，3
13、.莱顿瓶的发现等第二节.富兰克林对雷电现象的研究1.富兰克林（1706-1790） ，2.电荷守恒定律的发现，3.费城实验，4.发明避雷针第三节.从定性到定量-库仑定律的发现一.类比法的成功1.电力作用的猜测，2.富兰克林的空罐实验，3. 罗比逊实验二.库仑的引力实验1.库仑生平 (C.A.Coulomb,1736-1806)，2. 同种电荷的斥力测量-库仑的扭秤实验3.异种电荷的引力测量-库仑电摆实验，4.库仑定律 三.卡文迪什的工作第四节.由静电到动电-电流的发现一.伽伐尼（1737-1798）的研究:二.伏打的“金属接触说“三.欧姆定律第五节.电流的磁效应与安培定律一.发现电流磁效应1.
14、电和磁有没有联系？ 2.奥斯特（1777-1851）的发现3.意义二.安培和安培定律1.安培简介，2.安培的四个实验和一个假设，3 分子电流假说，4.安培环路定理的提出，5.安培的科学研究方法第六节.电磁感应现象的发现与研究一.法拉第（1791-1867二 法拉第发现电磁感应三 亨利及自感现象的发现四 楞次定律的发现五 法拉第的“力线“和“场“的思想六.法拉第的研究思路七.对法拉第的高度评价第七节.麦克斯韦电磁场理论的建立一.麦克斯韦（1831-1879）简介二.建立电磁场理论的工作三.麦克斯韦成功的基本要素四.意义第八节.电磁波的发现一.赫兹（1857-1894）二.电磁波的发现三.成果第七
15、章 世纪之交的物理学 2 课时第一节经典物理学的局限一 经典力学基本概念和基本原理的固有局限性：二 经典物理学与经典力学之间的矛盾三 马赫对经典力学的批判第二节19 世纪的三大发现一 电子的发现1.阴极射线的研究，2.电子的发现：J?J?汤姆逊 二 X 射线的发现1.伦琴(Wilhellm Konrad Rontgen,1845-1923)，2.X 射线的发现过程3.伦琴射线发现的意义，4.严谨的科学态度所结出的丰硕之果三 天然放射性的发现1.铀盐的放射性的发现-贝克勒尔 2.钋和镭的发现-居里夫人3.、 射线的发现-卢瑟福4.原子核物理学的兴起第三节 经典物理学的两朵乌云第一朵乌云：迈克耳逊
16、莫雷实验与“以太“说破灭第二朵乌云-黑体辐射与“紫外灾难“第四节 现代物理学革命的序幕第一朵乌云，最终导致了相对论革命的爆发。第二朵乌云，最终导致了量子论革命的爆发。第八章 相对论的发展 3 课时第一节.相对论先驱者的思想一.洛仑兹的收缩假说1.洛仑兹(H.A.Lorenzt)，2.长度收缩假说的提出，3. 一级近似的解释及地方时，4.实验验证的失败，5.彭加勒的批判，6.洛仑兹变换的提出，7.洛仑兹的长度收缩假说与爱因斯坦二 彭加勒的观点第二节 爱因斯坦的狭义相对论一 爱因斯坦生平二 爱因斯坦狭义相对论的探索过程三 长度收缩、时钟变慢四 同时的相对性五 质能关系及质量与能量守恒的统一六 质速
17、关系的推导七 爱因斯坦速度变换式八 相对论被世人接受的历程九 意义第三节 广义相对论的建立一 广义相对论基本原理的提出二 引力红移的预言三 光线的引力偏折四 时空“柔性“度规概念的建立五 引力场方程的建立六 广义相对论的检验第四节 爱因斯坦的研究特色和意义第九章 量子理论的建立与发展 3 课时第一节.紫外灾难和普朗克的量子假说一.紫外灾难二.普朗克的研究第二节.爱因斯坦的光量子理论一.光电效应1 光电效应，2 光电效应的有关规律，3 爱因斯坦的光量子假设4 光电效应在近代技术中的应用，5 光子的质量、动量和能量二.康普顿效应1 康普顿散射，2 康普顿关系，3 康普顿散射的光量子解释，4 康普顿
18、成功的因素第三节.卢瑟福的原子核式结构一.原子模型的历史演变二.卢瑟福的核式结构第四节.玻尔的氢原子理论一.玻尔(1885-1962)二.玻尔的氢原子理论三 玻尔理论的验证四.玻尔理论的缺陷五 玻尔理论的推广第五节.泡利不相容原理和电子自旋的提出1.塞曼效应和反常塞曼效应，2.泡利不相容原理，3.电子自旋概念的提出，第六节.量子理论的发展一.量子力学的发展线索与代表人物二.矩阵力学的创立三.波动力学的建立四.玻尔与爱因斯坦的争论第十章 原子及核物理 2 课时一 人工核反应的实现及质子的发现二 中子的发现三 人工放射性的发现四 慢中子效应和核裂变的发现五 正电子的发现六 中微子的发现七 介子理论
19、的建立八 奇异粒子的研究九 粒子的分类十 强子结构和夸克理论第十一章 物理学发展的现状和展望 2-4 课时第一节.激光的发展一.爱因斯坦提出的受激辐射的原理二.研制过程三.激光的优点四.激光的应用第二节.凝聚态物理的进展一.概述二.从电子管到晶体管、集成电路三.超导物理和超导材料四.其他第三节.现代信息科学技术的成长一.信息技术二.通信技术(信息传递)三.信息处理-计算机技术第四节.大爆炸模型；宇宙的演化；第五节.生物物理进展；非线形物理学；第六节.现代物理学中一些疑难问题。三、教学方法以教师讲授为主，并结合多媒体教学，将图片、影片、文字等资料和讲解相结合。四、成绩考核方式以期末开卷考试形式进行。五、教材与参考资料教材： 物理学史 ，刘 莉，仲扣庄，张桂英等编，南京师范大学出版社，2003参考资料：物理学史教程 ，李艳平、申先甲主编，科学出版社，2003物理学史简编 ，申先甲等编，山东教育出版社 198520 世纪物理学史 ，魏凤文，申先甲编，江西教育出版社，1994物理思想史与方法论 ，何维杰、欧阳玉，河南大学出版社，物理学史 ，郭奕玲，沈慧君主编，北京，清华大学出版社，近代物理学进展 ，张礼主编，北京，清华大学出版社等。等等1
