高一研究性学习结题报告

1、物理学对社会进步发展的贡献 研究目的： 了解物理学的发展 运用物理解决生活中的问题研究方法： 文献研究法研究内容： 什么是物理学 物理学的分支 运用物理知识解释生活中的现象 物理的发展 物理让我们的生活更美好 文献研究法文献研究法定义：通过对文献进行查阅、分析、整理，最后得出事物本质属性的一种研究方法。什么是物理学？ “物理”一词的最先出自古希腊文 ，原意是指自然，泛指一般的自然科学。在古希腊人那里，物理学就是“自然哲学”，出现了阿基米德等一批著名的自然哲学家，“物理学”的名称就来自亚里士多德的物理学一书。后来牛顿的经典物理学奠基之作，就叫做自然哲学之数学原理。 简单的说物理就是研究物质，物质

2、简单的说物理就是研究物质，物质内部关系，相互作用的一门学科。内部关系，相互作用的一门学科。l 物理学是研究物质世界最基本形态的科学物理学是研究物质世界最基本形态的科学l 物理学研究的范围物理学研究的范围 物质世界的层次和数量级物质世界的层次和数量级物理学物理学 (Physics)质子质子 10- -15 m空间尺度：空间尺度：物物 质质 结结 构构物质相互作用物质相互作用物质运动规律物质运动规律微观粒子微观粒子Microscopic介观物质介观物质mesoscopic宏观物质宏观物质macroscopic宇观物质宇观物质cosmological类星体类星体 10 26 m时间尺度：时间尺度：

3、基本粒子寿命基本粒子寿命 10- -25 s宇宙寿命宇宙寿命 1018 s最小最小 的细胞的细胞原子原子原子核原子核基本粒子基本粒子DNA长度长度星系团星系团银河系银河系最近恒最近恒星的距离星的距离太阳系太阳系太阳太阳山山哈勃半径哈勃半径超星系团超星系团人人蛇吞尾图，形象地表示了物质空间尺寸蛇吞尾图，形象地表示了物质空间尺寸的层次的层次l 物理学是一切自然科学的基础物理学是一切自然科学的基础l 物理学派生出来的分支及交叉学科物理学派生出来的分支及交叉学科物理学构成了化学、生物学、材料科学、物理学构成了化学、生物学、材料科学、地球物理学等学科的基础，物理学的基本地球物理学等学科的基础，物理学的基

4、本概念和技术被应用到所有自然科学之中概念和技术被应用到所有自然科学之中。l 物理学与数学之间有着深刻的内在联系物理学与数学之间有着深刻的内在联系粒粒子子物物理理学学原原子子核核物物理理学学原原子子分分子子物物理理学学固固体体物物理理学学凝凝聚聚态态物物理理学学激激光光物物理理学学等等离离子子体体物物理理学学地地球球物物理理学学生生物物物物理理学学天天体体物物理理学学宇宇宙宙射射线线物物理理学学三三. 物理学是构成自然科学的理论基础物理学是构成自然科学的理论基础 物理学的分支力学 静力学静力学 、动力学、动力学 、流体力学、流体力学 、分析力、分析力学、学、 运动学、运动学、 固体力学固体力学

5、、材料力学、材料力学、 复合材复合材料力学、料力学、 流变学、流变学、 结构力学结构力学 、弹性力学、弹性力学 、塑、塑性力学性力学 、爆炸力学、爆炸力学、 磁流体力学、磁流体力学、 空气动力空气动力学学 、理性力学、理性力学、 物理力学、物理力学、 天体力学天体力学 、生物、生物力学力学 、计算力学、计算力学 热学 热力学热力学 光学 几何光学、几何光学、 波动光学、波动光学、 大气光学、大气光学、 海洋海洋光学、光学、 量子光学量子光学 、光谱学、光谱学 、生理光学、生理光学、 电子电子光学光学 、集成光学、集成光学 、空间光学、空间光学 声学 次声学次声学 、超声学、超声学、 电声学电声

6、学 、大气声学、大气声学、 音乐声学、音乐声学、 语言声学、建筑声学语言声学、建筑声学 、生理声学、生理声学 、生物声学、生物声学、 水声学水声学 电磁学 磁学磁学 、电学、电学 、电动力学、电动力学 量子物理学 量子力学量子力学 、核物理学、核物理学、 高能物理学高能物理学 、原子、原子物理学物理学 、分子物理学、分子物理学 固体物理学 高压物理学高压物理学 、金属物理学、金属物理学、 表面物理学表面物理学水煮金鱼为什么鱼会一点事都没有呢？ 用酒精灯加热时，上面的水受热膨胀，热水较冷水轻（以后我们会说成热水密度小于冷水的密度），不会形成热对流，所以热水在上面，冷水在下面。所以鱼会没事。注意：

7、不要在烧瓶底部加热！ 这是我们以后会学的热学知识，例如我们所说的汽油机、柴油机都是热学里要学的。l有时候从保温瓶中倒出一大杯开水后，瓶塞会跳起来是这是为什么？有什么办法吗？l l因为外界的冷空气乘机钻入保温瓶，瓶塞寒上后，冷空气被封闭在瓶子内并与热开水发生了热传递，冷空气温度升高，气体受热膨胀对外做功，就把塞子抛出瓶口，这时只要轻轻塞上瓶塞，然后摇动几下保温瓶，使开水蒸发出大量水蒸气，把冷空气这不速之客从保温瓶中赶出去，然后按紧瓶塞后就无后顾之忧了。 我国南方有一种凉水壶，夏天将开水放入后很快冷却，且一般略比气温低 这是因为这种凉水壶是用陶土做成的，水可以渗透出来，渗透到容器外壁的水会很快蒸发

8、，而水蒸发时要从容器和它里面的水里吸改大量的热量，因而使水温很快的降低到和容器外的水温相同时，水还会渗透，蒸发，还要从水中吸热，使水温继续降低。但因为水温低于气温后，水又会从周围空气吸收热量，使水温不公降得过低。 对于战略武器限制条约的检查，困难之一是对地下原子弹试验和自然地震不易区分，这是不对的。 世界上有两种波横波和纵波，当岩体突然断裂产生切变时发生地震。断裂减轻了切变，同时岩矿体发生短暂的颤动，颤动时发出波。一次地震能发出所有类型的波。另一方面，爆炸只发出一种纵波。仅有纵波的“地震”，总是人为的“地震”，这是无法保守的秘密。生活中常听人们有这种说法：触电时人被电吸住了，抽不开。真的是人被

9、电“吸”住了吗？实际上这个说法是错误的。手触电时，由于电流的刺激，手会由痉挛到麻痹。如果是手的掌心或手指与掌心的同侧部位触电。刚触电时，手因条件反射而弯曲，而弯曲的方向恰使手不自觉地握住了导线。这样，加长了触电时间，手很快地痉挛以致麻痹。 这时即使想到应松开手指、抽回手臂，已不可能，形似被“吸住”了 物理学的意义 理学被称为自然的哲学。理学被称为自然的哲学。 也就是说，物理学不仅是推动社会进也就是说，物理学不仅是推动社会进步的自然科学，而且还是阐释万事万物运步的自然科学，而且还是阐释万事万物运动、变化、发展的哲学。动、变化、发展的哲学。 我们学习物理学是为了揭开事物的规律，我们学习物理学是为了

10、揭开事物的规律，只有对自然万物有了更深刻、更合理的认只有对自然万物有了更深刻、更合理的认识，我们才能够利用它去解决、处理好自识，我们才能够利用它去解决、处理好自然、人类社会内部与相互之间的关系。然、人类社会内部与相互之间的关系。 总体可分为三类： 物理学是基础自然科学 物理几乎是一切工程科学的基础 物理学在自身的发展进步中积累的思想方法是人类思想领域的瑰宝 物理学的启蒙与发展阶段 石器的制造宣告了劳动的开始，同时也宣告了简单物理学的启蒙。物理学的启蒙与发展阶段 弓箭的使用不仅用到了物理学中哪些知识？ 古希腊科学家古希腊科学家亚里士多德亚里士多德物理学的曲折发展物理学的曲折发展“落体的速度与重量

11、成正比落体的速度与重量成正比”“物体从来都是静止的，除物体从来都是静止的，除非你用力推它才开始运动非你用力推它才开始运动”据记载据记载有人有人曾在意大利比曾在意大利比萨斜塔上作过自由落体的萨斜塔上作过自由落体的实验。结果两个重量相差实验。结果两个重量相差10倍的球同时落地，证明倍的球同时落地，证明了亚里士多德的观点是错了亚里士多德的观点是错误的。误的。“两个铁球同时落地！两个铁球同时落地！”伽 利 略（15641642） 意大利的物理学家和天文学家。意大利的物理学家和天文学家。自幼聪明好学，遇事好寻根问底。自幼聪明好学，遇事好寻根问底。从不迷信教会权威或盲从他人。从不迷信教会权威或盲从他人。一

12、一. . 经典力学经典力学1. 1.经典力学的奠基者经典力学的奠基者-伽利略伽利略(1)(1)背景：背景：物质条件：资本主义的发展物质条件：资本主义的发展思想条件：文艺复兴运动的影响思想条件：文艺复兴运动的影响(1)(1)背景：背景：物质条件：资本主义的发展物质条件：资本主义的发展一一. . 经典力学经典力学1. 1.经典力学的奠基者经典力学的奠基者-伽利略伽利略(2)(2)成就：成就：天文学：天文学：发现了自由落体定律发现了自由落体定律物理学物理学外力只是改变运动状态的原因外力只是改变运动状态的原因用自制的望远镜发现了许多星用自制的望远镜发现了许多星体，证明了哥白尼提出的体，证明了哥白尼提出

13、的“日日心说心说”的正确性。的正确性。 提出提出日心说日心说，否定亚里士，否定亚里士多德的地心说，掀起天文学的多德的地心说，掀起天文学的革命，从根本上动摇了宗教神革命，从根本上动摇了宗教神学的理论基础。学的理论基础。 信奉信奉“日心说日心说”的布鲁诺的布鲁诺(1548-(1548-1600)1600)被教会以火刑被教会以火刑处死。处死。哥白尼（1473-1543）牛 顿（16421727） 英国著名的科学家，英国著名的科学家，在物理学、数学、天文学在物理学、数学、天文学等方面都作出了卓越贡献。等方面都作出了卓越贡献。他曾长期担任英国皇家学他曾长期担任英国皇家学会会长，还担任过英国议会会长，还担

14、任过英国议会议员，被授予爵士称号。会议员，被授予爵士称号。牛顿所处时代牛顿所处时代（1717世纪中叶至世纪中叶至1818世纪初）世纪初）的时代特征的时代特征 经济上：资本主义发展到手工工场时期经济上：资本主义发展到手工工场时期政治上：资本主义制度在英国确立政治上：资本主义制度在英国确立思想上：启蒙运动逐渐兴起和发展思想上：启蒙运动逐渐兴起和发展一一. . 经典力学经典力学1. 1.经典力学的奠基者经典力学的奠基者-伽利略伽利略2.2.经典力学的建立者经典力学的建立者-牛顿牛顿(1)(1)标志：标志： 自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理物体运动三大定律和万有引力定律物体运动三大定律和万有引力定

15、律(2)(2)主要内容主要内容: :(3)(3)显著特征显著特征: :以实验为基础，以数学为表达形式以实验为基础，以数学为表达形式适用于宏观低速运动物体适用于宏观低速运动物体物理学发展的第一个黄金阶段经典力学体系的建立 经典力学就是以牛顿定律为基本公理的力学体系。在这个体系下，所有运动都能被预测。说的通俗点就是你能根据你最早期的状态，准确无误地推算出你未来某天你在做什么。 (4)(4)影响影响: :是人类认识自然以来第一次对自然是人类认识自然以来第一次对自然规律所作的理论性概括与总结；规律所作的理论性概括与总结；标志着近代科学的形成；标志着近代科学的形成； 使人类获得了用理性解决问题的自使人类

16、获得了用理性解决问题的自信，促进了启蒙运动的发展，促进了信，促进了启蒙运动的发展，促进了人类的思想解放；人类的思想解放；促进英国工业革命产生。促进英国工业革命产生。二二. . 相对论的创立相对论的创立1. 1.背景：背景： “物理学危机物理学危机”狭义相对论和广义相对论狭义相对论和广义相对论2.2.内容：内容：笑话：笑话： 有一次卓别林和爱因斯坦共同出席有一次卓别林和爱因斯坦共同出席一次宴会都受到了热烈的欢迎，卓别林一次宴会都受到了热烈的欢迎，卓别林说：大家欢迎我是因为他们都能理解我，说：大家欢迎我是因为他们都能理解我，大家欢迎你是因为他们都不理解你大家欢迎你是因为他们都不理解你说明了相对论深

17、奥难懂，而且有悖说明了相对论深奥难懂，而且有悖于人们的日常生活经验于人们的日常生活经验爱因斯坦爱因斯坦（1879-19551879-1955）提出了相提出了相对论，发展了牛顿力对论，发展了牛顿力学。学。20世纪最后一期世纪最后一期时代时代周刊评选出周刊评选出“世纪人物世纪人物”，这样，这样称一位伟人：天才，称一位伟人：天才，政治难民，人道主义政治难民，人道主义者，原子和宇宙谜的者，原子和宇宙谜的开启者，以其最伟大开启者，以其最伟大的思想和无与伦比的的思想和无与伦比的形象独占鳌头。形象独占鳌头。三三. . 量子论的诞生和发展量子论的诞生和发展1. 1.背景：背景：1919世纪末世纪末2020世纪

18、初，电子和放射线的发现世纪初，电子和放射线的发现实验表明微观粒子的运动不能用经典力学实验表明微观粒子的运动不能用经典力学的理论进行描述的理论进行描述2.2.诞生：诞生：爱因斯坦利用量子理论解释光电效应爱因斯坦利用量子理论解释光电效应19001900年，德国普朗克提出量子假说年，德国普朗克提出量子假说3.3.发展：发展：波尔提出有关原子的量子理论波尔提出有关原子的量子理论4.4.建立：建立：2020世纪世纪3030年代，一门新的物理学年代，一门新的物理学分支分支-量子力学建立起来量子力学建立起来5.5.意义：意义： 量子力学和狭义相对论结合形成原子量子力学和狭义相对论结合形成原子核物理学，指导制

19、造原子弹、氢弹和建立核物理学，指导制造原子弹、氢弹和建立核电站。量子力学还为电子技术、半导体核电站。量子力学还为电子技术、半导体技术和激光技术等奠定了理论基础技术和激光技术等奠定了理论基础 伽利略（奠基）伽利略（奠基）牛顿（建立）牛顿（建立）经经典典力力学学相对论相对论爱因斯坦爱因斯坦量子论量子论普朗克等普朗克等四四. 物理学与技术物理学与技术2020世纪，物理学被公认为科学技术发展中最重要的带头学科世纪，物理学被公认为科学技术发展中最重要的带头学科 热机的发明和使用，提供了第一种模式：热机的发明和使用，提供了第一种模式： 电气化的进程，提供了第二种模式：电气化的进程，提供了第二种模式：核能的

20、利用核能的利用激光器的产生激光器的产生层析成像技术层析成像技术(CT)(CT)超导电子技术超导电子技术技术技术 物理物理 技术技术物理物理 技术技术 物理物理 粒子散射实验粒子散射实验X 射线的发现射线的发现受激辐射理论受激辐射理论低温超导微观理论低温超导微观理论一、物理学与核能工程技术一、物理学与核能工程技术 田湾核电站田湾核电站原子核物理学的新发现是核工程技术的基础与先导 19世纪末，相继发现了世纪末，相继发现了x射线、放射性和电子射线、放射性和电子 1911年卢瑟福提出了原子的核式模型年卢瑟福提出了原子的核式模型 1913年玻尔完善了原子结构理论年玻尔完善了原子结构理论 1905年爱因斯

21、坦提出了相对性理论；提出了四维时空的年爱因斯坦提出了相对性理论；提出了四维时空的新概念新概念 ;提出了质能关系及其著名表达式提出了质能关系及其著名表达式E=mc2 20世纪初叶，是物理学革命的年代世纪初叶，是物理学革命的年代。l原子核物理的发现，奠定了裂变核能裂变核能与聚变核能聚变核能应用的基础。l核能应用的实现还必须进一步解决一系列应用物应用物理学理学和工程技术工程技术上的问题。 E=MC2核武器与核能 核裂变能（原子能）被用来制造原子弹核裂变能（原子能）被用来制造原子弹时，必须突破诸多的关键问题：时，必须突破诸多的关键问题： 可裂变材料的选取和制备；可裂变材料的选取和制备；确定实现链式裂变

22、反应所必须的裂变确定实现链式裂变反应所必须的裂变物质的最小体积（临界体积）或临界物质的最小体积（临界体积）或临界质量；质量；达到临界与裂变点火的技术途径；达到临界与裂变点火的技术途径；核工程技术的发展深化着物理学的研究核工程技术的发展深化着物理学的研究 可可 见：见： 物理学引领工程技术生产力反哺物理学工程技术二、物理学和激光技术与工程二、物理学和激光技术与工程 激光加工设备光物理的基础研究孕育了激光器的诞生19世纪的科学家们进行了关于电磁波的卓越的研究世纪的科学家们进行了关于电磁波的卓越的研究1905年爱因斯坦提出了光量子和光电效应的概念，年爱因斯坦提出了光量子和光电效应的概念，揭示了辐射的

23、波粒二象性揭示了辐射的波粒二象性 1916年爱因斯坦提出了受激辐射的概念年爱因斯坦提出了受激辐射的概念1900年普朗克引入的能量量子的概念年普朗克引入的能量量子的概念 基础性、探基础性、探索性研究索性研究 四十多年来，激光器的品种迅速增加：四十多年来，激光器的品种迅速增加：固体激光器固体激光器半导体激光器半导体激光器固体激光器（固体激光器（半导体激光泵浦半导体激光泵浦）化学激光器（化学激光器（HF/DF激光、氧碘化学激光器、激光、氧碘化学激光器、CO2激光、燃料激光、氦氖激光激光、燃料激光、氦氖激光）激光技术与工程的迅速发展及其深刻影响激光技术与工程的迅速发展及其深刻影响自由电子激光器自由电子

24、激光器x射线激光器射线激光器准分子激光器准分子激光器金属蒸气激光器等。金属蒸气激光器等。 激光技术与工程的迅速发展及其深刻影响激光技术与工程的迅速发展及其深刻影响铜蒸气激光三、物理学与宇航工程三、物理学与宇航工程 物理学为宇航奠定理论基础 宇航学的开端与物理学的进展密不可分。正是物理学的基础和现代技术的发展才使“嫦娥奔月”的佳话和“万户”航天的理想得以变为现实。航天有赖众多关键技术的突破和集成，是复杂的系统工程 航天包括运载火箭、应用卫星和卫星应用、载人航天和深空探测等几大方面。 应用卫星又包括资源卫星、气象卫星、通信卫星、导航卫星及各类科学实验卫星和军用卫星等多种。除大型卫星外，还在开发微小卫星技术，以及卫星组网和编队飞行技术。 每类卫星涉及一系列关键技术，例如：每类卫星涉及一系列关键技术，例如：p卫星结构设计卫星结构设计p姿态控制技术姿态控制技术p变轨技术变轨技术p热控制技术热控制技术p电源技术电源技术 “亚洲蜂窝卫星系统”卫星小结l由于物理学研究的规律具有很大的基本性与由于物理学研究的规律具有