物理学发展简史

1、 普通高级中学选修课 物 理 学 发 展 简 史 高一年级备课笔记 目 录第一课 绪言 第二课 中国古代物理学 1力学 2热学 3声学 第三课 4电磁学 5光学 6我国古代的物质观 第四课 西方古代物理学 1古希腊人的物质观 2以亚里士多德为代表的物理学 第五课 3阿基米德物理学 4亚历山大学派 第六课 经典物理学的发展 1 天文学的发展 第七课 2力学的发展 第八课 3光学的发展 第九课 4电磁学的发展 第十课 5热学的发展 第十一课 现代物理学的兴起1 世纪之交的三大发现第十二课 2量子理论的产生和发展第十三课 3相对论的建立第十四课 4近代物理学的发展第十五课 复习 绪 言一：教学目标：

2、1让学生明白这门课它所研究的内容是什么。2激发学生学习物理课的兴趣，培养他们科学的世界观。二：教学过程：物理学是研究物质运动和相互作用的规律，而物理学史则是研究物理学的知识、理论与方法的发生和发展规律的历史科学，研究物理学发展史这门科学，对于物理学本身的发展具有重大的意义。伽利略、牛顿、爱因斯坦等物理学领域中的伟人，正是总结了前人的成就，从而做出巨大贡献的。物理学的发展过程充满了斗争，不仅有哲学思想的斗争，还有来自宗教的、社会的各种阻力。不少科学家为了追求真理，不屈不挠，为科学的发展而献身。学习、研究物理学的发展历史，可了解过去，展望未来，开阔眼界，活跃思想，增长知识，培养科学的思维方法，并且

3、希望同学们能以众多科学家的动人事迹，激励你们的斗志，积极地进取。按照物理学本身发展的规律，结合各时期的社会经济特点，并考虑到不同时期主要研究方法上的区别，把物理学的发展历史大体分为三个时期。1萌芽时期17世纪以前，这个时期的物理学，我们称它为古代物理学。这大体在文艺复兴及资本主义生产关系广泛发展以前。在我国，在明末以前，从公元前10世纪开始，我国和古希腊逐渐形成两个东西交相辉映的文化中心。经验科学已从生产劳动中逐渐分化出来，这时期的主要方法是知觉的观察（包括现象的描述和经验的初步总结）与哲学的猜测性思辩，与生产活动及人们的直接感官有关的天文、力、热、声、光、电磁等知识首先 得到了 较多的发展，

4、并且这些知识已得到了广泛的应用。从1世纪到公元5世纪，希腊文化逐渐衰落，以后欧洲经历长达1000多年的在欧洲文明史上比较贫乏的时期。但是在中国，这段时期确是一个学术异常兴盛的时期。我国许多方面的发展在古代都处于领先地位。2发展和完善时期17到19世纪，这时资本主义生产促进了科学和技术的发展，建立了系统的观察实验和严密的数学推理相结合的研究方法。由于牛顿等一大批有才干的物理学家的卓有成效的工作，建立了比较完整的经典物理学体系。与此同时，落后的封建制度，阻碍着科学技术的发展，本来处于领先地位的中国落后了。 3现代物理学的革命时期 20世纪初到现在，在此之间的三大发现，揭开了物理学革命的序幕。相对论

5、和量子力学的建立，导致了探讨物质结构和相互作用的统一理论以及天体物理等革新科学的飞速发展，在实验手段、数学工具和逻辑推理方法等方面也都大大前进了一步。物理学还正在向其他科学渗透，交叉科学大量涌现，物理学的规律和方法正在不断扩大其范围。物理学史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.任何一个具体的物理知识和理论体系都是汇集许多人的研究成果而建立起来的，常常是几十年、甚至上百年的努力才能迈出有意义的一步，它包含着认识论和方法论的因素，包含着探索者的艰辛与悲欢，又体现着认识过程中理论与实践、继承与突破、理性与非理性的辨证统一，因而也包含着丰富的教书育人的教育因素，因此，我

6、们在高中物理教学中引入物理学史教育具有非常重要的意义。 第一章 古代物理学 第一节 中国古代物理学 力学 热学 声学一：教学目标： 1了解古代物理学发展过程中，力学、热学、声学的发展情景。2知道在力学的基本理论方面，我国古代已发展到怎样的水平。3知道古代科学家在声学方面取得了那些成就。二：教学难点： 1了解古代物理学发展过程中，力学、热学、声学的发展前景。三：教学过程：同学们都知道我国古代有著名的四大发明：指南针、纸、火药、印刷术，这是我国古代科学技术发展的产物，除此之外，还有冶炼、丝绸、农业、陶瓷、建筑、医药、，而基础科学理论相对来说发展缓慢。在我国古代物理学的发展中，物理思想比较活跃，力、

7、声、磁、光等方面的成就均比较特出。本堂课我们就先来看看力学、热学、声学的有关情况。1力学力学是物理学的基础，也是所有自然科学、工程学最重要的基础。在我国古代力学的发展中，应用方面有极高的技术水平，力学的基本理论方面有相当完整的概念体系，但是在很多方面缺乏详尽的描述，使得许多宝贵经验和技术得以流失。举例说明：从文化遗址在墨经中a:对力作了定义b:对杠杆原理进行了总结 c:初步讨论了浮体的平衡问题 d:对空间、时间作了正确的定义。在考工记中a:反映科学技术和工艺水平（部分流失） b:木制马车的总体设计。液体比重计的发明，用于测定桐油或盐溶液的浓度。在度量与测量方面：我国历史上曾几次进行了大规模的大

8、地测量工作。 2热学 热是人类最早发现的一种自然力，是地球上一切生命的源泉。古代人的热学知识，大部分是经验积累和热学技术的应用。古代对“温度”的理解：火候华阳国志.蜀志中：热胀冷缩（实验）唐末宋初：火药的发明，后来的应用。 3声学 我国古代声学的产生是与乐器的制造密切相关的。举一些乐器的例子：石制的磐、陶制的钟、乐器的发展与知道弦线粗细、张力与音调高低的关系明代宋应星：发声原理庄子杂篇：弦线的共振现象沈括：天文、历法、气象、水利、物理、化学、数学、地质、地理、生物、医药以及文史考古、音乐艺术等 第一节 中国古代物理学电磁学 光学 我国古代的物质观一：教学目标：1 我国古代对电学和磁学的知识达到

9、怎样的水平。2 墨经记叙了哪些光学问题。3 我国古代的物质观怎样。二：教学难点：1 国古代对电磁学的认识。三：教学过程： 1：电磁学 我国古代很早就发现了磁现象。 介绍磁石在古代应用的一些例子： a:最早把指南针用于航海b:人工磁化方法，用磁石摩擦钢针在电学知识方面：对雷电现象的观察和摩擦起电的发现成了古代电学的先导汉代初期，人们就发现了琥珀和玳瑁的静电吸收现象。（举例说明） 2：光学 我国古代很早就开始制造和应用光源。我国铜制镜可能在殷商时期已经出现。墨经中以8条文字连续地记叙了光学问题：1 影子生成的道理。2 光线与影的关系。3 光线直线行进实验。4 光反射特性。5 从物体与光源的相对地位

10、关系确定影子的大小。6 平面镜的反射现象。7 凹面镜的反射现象。8 凸透镜的反射现象。在汉代淮王子一书中探讨了阳燧的焦距问题,宋代沈括对阳燧一类凹镜的观察，得出了焦距和焦点。对虹，色散现象的记叙和实验是我国古代光学上的又一成就。在月令.章句、礼记注蔬中都记叙了虹的产生条件，在玄真子一书中记叙了一个简单的人造虹的实验。在物理小识中就光的色散现象作了一定的叙述：“凡宝石面凸则光成一条，有数棱者，则必一面五色，如娥眉放光石，六面也，水晶压纸，三面也，烧料三面水晶亦五色，人于回墙间向日喷水 ，亦成五色，故知虹霓之彩，星月之景，五色之云，皆同此理。”这些现象，到牛顿时代才发现的。汉代张衡在灵宪中对月光及

11、月食现象作了正确的解释。同学们都学过两小儿辩日的故事，这是一个复杂的光学问题，在隋书.天文志中对此记叙了看法。3我国古代的物质观 元素论是物质观的一个重要论点。我国古代五行说是目前已知最早的朴素元素论。五行说发生于何时已不可查，有人认为它是自然发生的（好伟大的民族！）。大约可能就在商周奴隶社会全盛时期产生的。最早见之记载的是战国未年尚书大传。尚书洪范则明文指出：五行，一曰水、二曰火、三曰木、四曰金、五曰土。国语中的郑语里明确地把金木水火土看成是构成万物的五种基本物质元素，并且认为必须不同物质在一起，才能发生作用，产生新物质；如果是同一种物质元素，那是产生不出新物质的。这些记载都清楚地说明了当时

12、的五行说就是今天元素论的萌芽。洪范还说到五行的主要本性和味道。到了战国时代，五行说和阴阳说结合起来成为阴阳五行说，形成了人们对世界物质性的认识，并进一步触及到物质变化的规律。墨子提出五行无常胜的说法。在这以前有五行常胜说，即：水能灭火，故水胜火；火能熔金，故火胜金；金可伐木，故金胜木；木犁可耕地，木胜土；筑土能挡水，土胜水。这种说法叫五行相克，即互相制约的意思，它反映了部分事实，但有片面性。除了阴阳五行说之外，我国古代还有一元论的物质观，认为万物是由一种原始东西构成的。这个原始东西有种肿不同的名称。周易上叫做太易。老子道德经上叫做道。淮南子上叫做太始。列子上称之为太易：太易者，未见气也；太初者

13、，气之始也；太始者，形之始也；太索者，质之始也。汉初萱仲舒所著的春秋繁露上把这原始的东西叫做元。王充论衡上叫做元气。我国古代对于物质是否无限可分的问题也有一些科学价值的见解。法家韩非子解老认为物质可分，庄子天下引公孙龙的说法是物质可以无限分，而引惠施的说法则是物质不能无限分，墨子经下认为物质到了没有一半的时候，就不能进一步斫开它了，在这种情况下就叫做端，端是物质不能再分的最小单位。墨子的学说已有了极其原始的物质最小单位的概念。 第二节 西方古代物理学 古希腊人的物质观 以亚里士多德为代表的物理学 一：教学目标： 1：了解古希腊人的物质观。 2：了解以亚里士多德为代表的物理学。 3：激发学生学习

14、高中物理的兴趣。二：教学重点： 1：古希腊的物理学成就，主要具体的表现在什么地方。 2：亚里士多德论力的作用和他的落体定律。三：教学难点： 1：古希腊的物理学成就，主要具体的表现在什么地方。四：教学过程： 1：古希腊人的物质观 古希腊人的第一个尝试就是集中精力根据称之为“一”的统一基础来理解纷繁复杂的感性经验世界。无论在整个宇宙中还是在沙粒中都可以找到“一”：小宇宙反映了大宇宙；大宇宙照耀着小宇宙。古希腊哲学家也懂得“多”：他们看到了世界上千变万化的事物，看到了植物、动物、人以及海洋和云。他们把这种多样性解释为来自于基本的源头“物质”，他们说，统一永远是多样性的孕育场所。根据泰勒斯的观点，最初

15、的统一物质是水。而他的门徒阿那克西曼德则认为，火、土和气具有同样重要的作用，最初的物质是不确定的，无限的和包罗一切的。因而阿那克西曼德把最初物质看作是水和土的混合物，被太阳晒热之后它们就通过自创生过程产生植物、动物和人类。无独有偶，在古代中国也有类似的思想。五行说就认为，自然界的万事万物是由金、木、水、火、土这五种元素组成的。古希腊哲人的理性心灵创立了由泰勒斯的水开始直到高度思辨的一种自然哲学。把火看成是最重要的物质的赫拉克利特强调永恒的变化：原则上，“变化就是一切”。根据他著名的“人不能两次踏进同一条河流”的格言，人们不可能知道世界上的某一种事物究竟是什么棗它在永恒地变化。而恩培多克勒把所有

16、事物看作是由气、火、水和土组成的。这种组成原则是：通过爱，两者结合；通过恨，两者分离。地球中的火产生了后来进化到人们熟悉的有机物的最初形式，许多有机物是不完美的，因而消失了，而那些被证明是完美的有机物存活了下来。2：以亚里士多德为代表的物理学古希腊的物理成就，主要表现在天文学、力学和光学方面，从研究方法上讲以亚里士多德为代表的一种体系，是采用从归纳日常生活的直觉观察经验出发并加上哲学思辩的方法。1：运动的分解和合成。古代人类要掌握农事季节、辩方向，处处离不开对日、月、星辰的观察，天体的运动也是人们经常碰到的机械运动。古希腊哲学家柏拉图提出，如何将天体的视运动看作匀速圆周运动的数学组合，许多古希

17、腊的天文学家成功地证明，行星、太阳和月亮的复杂的视运动可以表示成由一些简单的、规则的圆周运动组合而成的运动。事实上，将一种运动分解为简单运动的组合，是可以有多种数学方法的。为说明这个问题，给同学们讲一个天体以恒定的线速度作圆周运动的例子。2：运动学的原始概念。3：亚里士多德论力的作用和他的落体定律。 对于第三点，主要的两条比例定律是：（1） 强迫运动定律（2） 落体定律同学们对亚里士多德的落体定律很熟悉，即两个物体以同一高度落下，重的比轻的先着地。这是一个错误观点。另外，在物理学中，亚里士多德还有一些错误观点：他认为构成世界的物体是固体，因此，物体是三围的。除此之外，他还认为不可能有真空存在，

18、拒绝原子论。让同学们勇于发现错误观点，培养他们研究自然科学的新方法。 西方古代物理学阿基米德物理学 亚历山大学派一：教学目标：1：了解阿基米德物理思想。 2：了解亚历山大学派。 二：教学重点： 1：阿基米德在物理学中的地位，具体了解他的科学发现。三：教学过程： 1：了解阿基米德： “给我一个支点，我可以撬动地球。” 阿基米德最有名的名言，就是：“给我一个支点，我就可以撬动地球”。他一生专心研究科学上的体积和浮力问题，有一个有趣的故事，就是当时候国王叫金匠打造一顶纯金的皇冠，国王因为怀疑金匠加了杂物，就请阿基米德鉴定，阿基米德一直在想鉴定的方法，就在他走进浴缸里洗澡的时候，看见满出去的水时，悟出

19、体积的原理，他高兴的跑出浴室，大叫：“我找到了！”一时忘了自己是光着身体呢！ 通过有趣的物理学家的故事，激发学生学习本堂课的兴趣。 在力学的研究方面，阿基米德是胜过亚里士多德的，他是力学这门学科的真正创始人，在研究方法上，他克服了亚里士多德的单纯依赖直觉和思辩的缺点，把观察、实验和数学方法很好地结合起来，作出了许多发明和创造。在阿基米德的科学生涯中，对后来影响最深的是他的静力学、流体静力学方面的贡献。他是静力学和流体静力学的奠基人。他用实验的方法发现了著名的杠杆原理和浮力原理，并应用杠杆原理于战争，保卫西拉斯鸠。 给学生讲阿基米德阿基米德发现杠杆原理的经过。阿基米德将欧几理得提出的趋近观念作了

20、有效的运用，他提出圆内接多边形和相似圆外切多边形，当边数足够大时，两多边形的周长便一个由上，一个由下的趋近于圆周长。他先用六边形，以后逐次加倍边数，到了九十六边形，求出的估计值介于3.14163和3.14286之间。另外他算出球的表面积是其内接最大圆面积的四倍。而他最得意的杰作是导出圆柱内切球体的体积是圆柱体积的三分之二。这定理就刻在他的墓碑上，也成为他名垂千古的一大注记。阿基米德的两个重大发现：（1） 杠杆原理及重心的概念。（2） 浮体定律。2：亚历山大学派： 柏拉图学派的同心球理论除了过于复杂之外，还和一些观测事实相矛盾。第一，它要求天体和地球永远保持固定的距离，而金星和火星的亮度却时常变

21、化。这意味着它们同地球的距离时远时近。第二，日食有时是全食，有时是环食，这说明太阳、月亮与地球的距离也不是固定的。 如何用地心体系来解释这些矛盾，这一责任就历史地落在了亚历山大的身上。亚历山大学派形成于公元前3世纪，是以地中海埃及的首都亚历山大城命名的。这座城池是亚历山大大帝征服埃及后，于公元前382年建造的。城市内的居民来自世界各地，据说鼎盛时期人口超过了100万。 亚历山大学派中为首的几位主要人物是方位天文学的奠基人西帕恰斯（公元前2世纪末），他编制了星座图，估测恒星的亮度；其次是欧几里德（约在公元前300年），它的名字脍炙人口，理所当然地使人联想起几何学来；被西方尊为“天文学之父” 的伊

22、巴谷，编制星表，第一次记载了850颗恒星位置；泰奥尼西亚是语言学家，他给名词和动词下了定义，首创了完整的语言学；阿基米德是众所周知的力学天才；托勒密是古代最伟大的天文学家之一，他所完成的地球中心说支配西方达1500年之久。 为了解释天体同地球之间距离的变化，亚历山大学派的天文学家阿波隆尼（公元前295前215年），对毕达哥拉斯学派的同心圆理论作了修正，提出了本轮和均轮的学说。他设想，以地球为中心的圆叫做“均轮”，而以均轮上的点为中心的圆叫做“本轮”。行星沿着本轮自西向东均匀地运动，这样一来，从地球上看，行星的视运动就有顺行、逆行和留三种情况。至于水星和金星看上去总在太阳两边摆动，阿波隆尼解释说

23、，那是因为水、金二星的本轮中心总在地球和太阳的联线上的缘故。 公元前2世纪，希腊著名天文学家喜帕恰斯在天文观测方面做了大量工作，他编制了历史上第一个星表，载有1000余颗恒星的位置。在观测工作中，他发现地球和太阳之间，地球和月亮之间的距离不总是一样的。喜帕恰斯解释说，这是因为地球并不正好位于圆形轨道和月亮圆形轨道的中心，而是稍稍偏离中心一点点。这就是喜帕恰斯的偏心圆理论。 喜帕恰斯对天文学的贡献是多方面的：他算出了一年的是3651/4日再减去1/300日；发现白道（即月球运转的轨道），拱点和黄白道交点的运动；求得地球到月亮的距离为地球直径的301/6倍；他把自己对恒星黄经的观测结果同150多年

24、以前他人的观测结果进行比较，发现黄道和赤道的交点的缓慢移动岁差，并推算出春分点每100年西移（或称后退）1度，即每年西移36，这是岁差现象的最早发现。 说明亚历山大学派还有许多其他学者的重大发现，有兴趣的学生到图书馆自行查阅。 第二章 经典物理学第一节 天文学的发展一：教学目标： 1：了解哥白尼的太阳中心说。 2：开普勒行星运动三大定律。 3：伽利略对天文学的贡献。二：教学重点： 1：让学生了解天文学的发展。三：教学难点； 1：将天文学的发展与物理教学相联系。四：教学过程： 引言： 物理学是研究宇宙间物质存在的基本形式、性质、运动和转化、内部结构等方面，从而认识这些结构的组成元素及其相互作用、

25、运动和转化的基本规律的科学。 物理学的各分支学科是按物质的不同存在形式和不同运动形式划分的。人对自然界的认识来自于实践，随着实践的扩展和深入，物理学的内容也在不断扩展和深入。 随着物理学各分支学科的发展，人们发现物质的不同存在形式和不同运动形式之间存在着联系，于是各分支学科之间开始互相渗透。物理学也逐步发展成为各分支学科彼此密切联系的统一整体。 一：天文学的发展 1：哥白尼的太阳中心说哥白尼(14731543年)是波兰天文学家，一生勤奋好学，多才多艺，被称为文艺复兴时期的百科学者。他分析了托勒密地心说的不合理之处，在名著天体运行论中提出了“太阳中心论”：地球和行星绕轴自转，并围绕太阳公转。哥白

26、尼的日心说推翻了托勒密的地心说，引起了人们宇宙观的根本变革。哥白尼懂得自己说的革命意义，害怕教会的迫害和研究成果被扼杀在摇篮里，迟迟不敢公开全部研究成果，直到年近古稀的时期，才决定出版天体运行论。哥白尼创立的太阳中心说以数学和观测为基础，用科学实验的方法，花费了毕生的精力研究，完成了系统阐述宇宙体系的新的科学巨著天体运行论。哥白尼在天体运行论中建立的太阳中心说，证明宇宙并不是造物主的创造，科学本身也并不需要假借上帝之手才能存在。只有客观研究和探讨物质世界本来的性质与规律，科学本身才能向前发展。从这个意义上说，天体运行论的出版，确实是近代科学的伟大开端。对此，恩格斯给予高度评价，他说：“自然科学

27、借以宣布其独立并且好象是重演路德焚烧教谕的革命行为，便是哥白尼那本不朽著作的出版。”天体运行论是时代的产物，也受到时代的局限。哥白尼认为太阳是整个宇宙的中心，并且固定在空间静止不动，对太阳系以外的系统还没有什么认识。但是，太阳中心说的创立，仍然是人类认识史上的一次伟大的革命，他标志着近代天文学飞速发展的起点。在哥白尼以后，人们逐步认识到，一切天体都在无限的空间永恒地转动着。地球在转动，太阳也在转动。一切天体不仅在空间运动，而且本身也在不断变化。2：开普勒行星运动三大定律关于行星运动规律的开普勒三大定律 所有的行星分别在不同的椭圆轨道上围绕太阳运动，太阳处在这些椭圆的一个焦点上。对每个行星而言，

28、行星和太阳的连线在任意相等的时间内扫过的面积都相等（“面积速度”不变）所有行星的椭圆轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等A：开普勒三大定律是在摒弃地心说采用日心说的基础上，分析、研究他的导师第谷在20多年时间里连续不断对行星位置所观测记录的数据的基础上发现的B：开普勒对观测数据的分析研究，也是历经艰辛，走了不少弯路开始时他采用的是天体运动的“神圣的”、“完美的”、“和谐的”匀速圆周运动模型，所得结果与观测数据有较大的误差。后来他怀疑并放弃了把天体运动神圣化的匀速圆周运动模型，相信并尊重观测结果，发现行星围绕太阳运动的轨道不是圆而是椭圆，从而导致科学规律的发现C：开普勒三大定律的发

29、现，说明成功的科学研究必须尊重正确的科学观测和实验数据，建立符合事实规律的科学模型，进行艰苦的分析、计算，接受实践的检验，才能获得真正的正确结论 3：伽利略对天文学的贡献在天文学方面，伽利略的贡献是极其巨大的。在早年他曾给学生们开设天文学课程，讲解的是行星理论。但是，他最根本的宇宙观核心是维护和坚持、发展哥白尼学说。伽利略的日心说观点完全建立在对天文进行长期观测所获得的大量新发现的可靠事实基础之上。伽利略首先对月球进行了观测，他发现了月球表面有深谷、高山和平原。他甚至根据测出的影子确定了月球上山脉的高度。伽利略将望远镜指向天空的任何部分都可以看到无数的星体；肉眼看来是一条连续的光带的银河，原来

30、也是由数不清的暗淡的星星组成的。伽利略还观察到了金星象月亮一样发生周相的变化，而且在不同位相时其视大小也互不相同。这表明，正如哥白尼所说的一样，金星是围绕太阳运转的他还发现，太阳也不是光洁无瑕的，它的表面上有黑子。从黑子在太阳表面上有规律的运动，他断定太阳以二十七天左右的周期进行转动。伽利略观测到了土星的光环。当时他认为这些光环是由无数的卫星所组成的。伽利略自己认为他最重要的天文观测成果是土星卫星的发现。1610年1月17日，伽利略观测到木星有三颗卫星。经过连续几周的跟踪观察，他发现了木星有四颗卫星，即木卫1木卫四。这是历史上有名的历史学家在天文学上的建树。第二节 力学的发展一：教学目标： 1

31、：17世纪中期力学有哪些发展。 2：牛顿对力学的贡献经典力学的建立。 3：流体力学的发展。二：教学重点： 1：17世纪中期力学有哪些发展。 2：牛顿对力学的贡献经典力学的建立。 3：培养学生善于观察的能力。三：教学难点： 1：流体力学的发展。四：教学过程： 1：17世纪中期力学的发展 从学生们熟悉的牛顿的故事入手，吸引学生的注意力。 牛顿关于万有引力的发现，更是奠定了天体力学的基础。说到万有引力，苹果落地的故事几乎家喻户晓-牛顿这天感到有些疲倦，就拿着笔记本到后院散步去了。后院的苹果树上结满通红的苹果，在阳光的沐浴下格外好看。到太阳偏西时，牛顿头上的苹果被夕阳的余辉映得更加通红。空中没有一丝风

32、，院子里格外宁静。牛顿下意识地抬起头来看了看苹果，正巧一个苹果悄悄地离开树枝，巴嗒一声落到地上。苹果掉了。牛顿轻轻地自言自语道，接着又陷入沉思之中。 突然，牛顿的眼里闪出奇异的光芒。长期以来他冥思苦索的太阳、地球、月亮这些天体运动的问题，终于找到了解决的线索。牛顿想：苹果落到地上，那是因为地球在吸引它。地球对苹果的引力就是在高山上，也不减弱。由此看来，地球的引力并无达不到月球的道理。牛顿继续思索着：月球时时刻刻都在朝地球掉落。在某种意义上，月球和炮弹相似-炮弹在地球的水平距离上一直是在下降的。月球正是按照地球表面的曲率绕着地球掉落着。月球和苹果一样，也在吸引着地球。任何物体，甚至宇宙空间中一颗

33、小小的流星也对每个物体有吸引力。因此，当地球在吸引苹果朝它落时，苹果也在吸引着地球。只是苹果的引力太小，没有人能觉察到它。于是，看上去只是苹果在掉落。他想，当地球在吸引月球时，月球也在吸引地球。月球比苹果大得多也远得多，在绕地球旋转，旋转运动必然要产生很大的离心力，这样月球就会处在引力和离心力相平衡的轨道上运转着。出于这种考虑，牛顿又进一步研究离心力的作用规律，并且发现了离心力与物体运动速度的平方成正比和与距离成反比的离心力定律。从以上分析可以看出，众说纷纭的苹果落地导致万有引力定律的发明的说法，是人们在研究牛顿万有引力定律时的极为通俗易懂的一个例证。 1685年初，牛顿将万有引力定律完整地公

34、诸于世。有了这个万有引力定律，一切天体的相互作用和运动规律都可以较容易地算出来，终于奠定了天体力学的基础。有了这个定律，一向神秘莫测的和神话般的天宇便成为可知的了。它的作用与地面上的一切物体的作用和运动都遵守同样的规律，使天上和地上的统一起来，使古往今来的自然哲学变成为科学。牛顿的这个重大贡献，使他逐渐被公认为最伟大的科学家。 简单介绍物理学家的生平： 惠更斯荷兰物理学家、天文学家、数学家。1629年4月14日出生于海牙。父亲是大臣和诗人，惠更斯自幼聪慧，13岁时曾自制一台车床，表现出很强的动手能力。16451647年在莱顿大学学习法律与数学，16471649年转入布雷达学院深造。在阿基米德等

35、人著作及等人直接影响下，致力于力学、光学、天文学及数学的研究。他善于把科学实践 和理论研究结合起来，透彻地解决问题，因此在摆钟的 发明、天文仪器的设计、弹性体碰撞和光的波动理论等 方面都有突出成就。1663年他被聘为英国皇家学会第一个外国会员，1666年刚成立的法国皇家科学院选他为院士。从1652年开始他研究弹性物体的碰撞。16681669年英国皇家学会为解决对心碰撞问题悬赏征文，惠更斯 是得奖者之一。他全面细致地解决了完全弹性碰撞问题，证明了在这种碰撞中同一方向上的动量保持不变，纠正了不考虑动量具有方向性的错误，而且首次提出这种碰撞前后的动量守恒。他还通过对比船上与岸上 两人手中小球的碰撞情

36、况的生动例子，阐明相对性原理也适用于碰撞现象。这是从特殊情况的碰撞出发首次利 用相对性原理得出了守恒定律的结论。为适应当时天文和航海发展的需要，重力齿轮式的时计划待改进。1656年开始，惠更斯首先将摆引入时钟，发明了摆钟，并发表了摆钟(1658)及摆式时钟或 用于时钟上的摆的运动的几何证明(1673)。后者是他的代表作之一，体现了他以全新的理论给出数学上的完 全解从而解决技术设计难题的特点，例如，书中提出了著名的单摆周期公式，指出单摆的运动不严格等时。而后他从证明摆线（即旋轮线）的几何性质开始，进而研究在机械上的应用，利用摆线理论设计出严格等时的摆 钟结构（包括擒纵器的设置）。他提出了复摆的完

37、整理论，并且导出与复摆振荡中心有关的一些物理问题；这是在力学上第一次求解在已知力的作用下受约束的质点系问题。他还用摆求出重力加速度的准确值，并曾建议用秒摆的长度作为自然长度标准。他在这本书和另一篇著作关于运动及离心力中，提出过有关圆周运动及 离心力的若干重要结果，包括向心加速度概念和向心加速度公式，这有助于得出万有引力定律。他又研究了简谐运动及弹簧振动，并用游丝代替挂摆，设计出许多种钟表等时结构（例如海上用以测量地理经度的怀表等）。在解决以上这些问题时，他还提出了由若干重物组成的机械系统在重力作用下运动时系统的重心不可能超过原来高度，这是机械能守恒原理的最初表述形式之一。英国的著名实验物理学家

38、罗伯特.胡克是17世纪中期的杰出代表、2：流体力学的发展：流体力学是力学的一个分支，它主要研究流体本身的静止状态和运动状态，以及流体和固体界壁间有相对运动时的相互作用和流动的规律。流体力学中研究得最多的流体是水和空气。它的主要基础是牛顿运动定律和质量守恒定律，常常还要用到热力学知识，有时还用到宏观电动力学的基本定律、本构方程和物理学、化学的基础知识。 1738年伯努利出版他的专著时，首先采用了水动力学这个名词并作为书名；1880年前后出现了空气动力学这个名词；1935年以后，人们概括了这两方面的知识，建立了统一的体系，统称为流体力学。 除水和空气以外，流体还指作为汽轮机工作介质的水蒸气、润滑油

39、、地下石油、含泥沙的江水、血液、超高压作用下的金属和燃烧后产生成分复杂的气体、高温条件下的等离子体等等。 气象、水利的研究，船舶、飞行器、叶轮机械和核电站的设计及其运行，可燃气体或炸药的爆炸，以及天体物理的若干问题等等，都广泛地用到流体力学知识。许多现代科学技术所关心的问题既受流体力学的指导，同时也促进了它不断地发展。1950年后，电子计算机的发展又给予流体力学以极大的推动。 流体力学的发展简史 流体力学是在人类同自然界作斗争和在生产实践中逐步发展起来的。古时中国有大禹治水疏通江河的传说；秦朝李冰父子带领劳动人民修建的都江堰，至今还在发挥着作用；大约与此同时，古罗马人建成了大规模的供水管道系统

40、等等。 对流体力学学科的形成作出第一个贡献的是古希腊的阿基米德，他建立了包括物理浮力定律和浮体稳定性在内的液体平衡理论，奠定了流体静力学的基础。此后千余年间，流体力学没有重大发展。 直到15世纪，意大利达芬奇的著作才谈到水波、管流、水力机械、鸟的飞翔原理等问题；17世纪，帕斯卡阐明了静止流体中压力的概念。但流体力学尤其是流体动力学作为一门严密的科学，却是随着经典力学建立了速度、加速度，力、流场等概念，以及质量、动量、能量三个守恒定律的奠定之后才逐步形成的。 17世纪，力学奠基人牛顿研究了在流体中运动的物体所受到的阻力，得到阻力与流体密度、物体迎流截面积以及运动速度的平方成正比的关系。他针对粘性

41、流体运动时的内摩擦力也提出了牛顿粘性定律。但是，牛顿还没有建立起流体动力学的理论基础，他提出的许多力学模型和结论同实际情形还有较大的差别。 第三节 光学的发展一：教学目标： 1：了解光学的发展。 2：了解哪些物理学家在光学上有所成就。3：培养学生善于观察的能力。二：教学难点： 1：了解光学的本性及发展。三；教学过程： 1：以故事的形式向学生介绍物理学家如何获得成就： 牛顿在光学上的成就，实际上就是阳光的七色光谱的发现。这个问题，不像微积分那样枯燥，不像万有引力那样深奥-一天，一家人都聚集在餐厅里吃午饭。牛顿笑着对妈妈说：妈妈，吃完饭，到我房间里来一趟，我要给您看一样有趣的东西。如果是你那令人费

42、解的公式，我可不看。妹妹也好奇地说：哥哥准是又发明了什么东西吧？说得不错。正是有个东西我保证你喜欢看。今天天气不错，那东西一定特别好看。吃过午饭，牛顿领着妈妈、妹妹和弟弟鱼贯走进他的房间。这天阳光明媚，可牛顿的屋里却因挂了两层厚厚的窗帘，显得黑漆漆的，一条光线从窗帘缝中射进来，在墙上留下一个明亮的光点。这是在干什么？妈妈在黑屋里吃惊地问。大家都朝墙上那个光点上看，有趣的东西马上就要出来了。牛顿一边说，一边从口袋里拿出个东西，挡在那束光线上。这时，在与原来的光点稍稍错开的地方，一条七种颜色的光带梦幻般地浮现了出来。妈妈惊奇地叫道：哎呀，真漂亮啊！这简直跟彩虹一模一样啊！哥哥，你使魔法了吧？妹妹问

43、。这时，牛顿突然把手缩回去，于是七种颜色的光带又变成原来的白色光点了。哥哥，你手里拿的什么东西？弟弟眼尖，一下子就看见牛顿手里拿的东西，大声喊了起来。妹妹自信地说：一定是用各种颜色的纸做成的东西。妈妈也感到奇怪：快拿给我们瞧瞧！牛顿拉开窗帘，让房间亮起来。于是，众人看见他伸出来的手里握着一个三角形的棱镜。 真奇怪，也不带颜色呀！感到十分意外的妹妹拿过三棱镜问：这是什么东西？这叫三棱镜，是我在街上买的。妹妹接着问：为什么把光束打在这上面就会分出许多颜色呢？这可是个大难题，我每天做实验就是为了弄清其中的道理。妹妹追问道：你都弄清了哪些道理？妹妹，你的毛衣为什么看着是红的？那是因为它本来就是红的，这

44、还用问。妈妈，你说呢？妈妈一直听着两个孩子的对话，被这样一问，突然愣住了-她也不明白。牛顿略加思考，分析道：太阳光是白色的，可这毛衣看上去却是红色的，这就是问题。你们也许会说，如果没有光，不管什么都变成了黑的。不错，但就是有了光，木炭也还是黑的。光所以会变暗，是因为物体里有把光变暗的性质。这一切都是因为各种颜色由光的反射率不同造成的，全反射的为白色，然后依次为红、黄、兰、紫、黑等。照你这么说，我这件毛衣就是太阳光照射后反射率比较多才形成红色的了？牛顿在学校里做过各种实验，比如把三棱镜放到从窗缝中透进来的光里就能把太阳光分成七种颜色。然后再把一张红纸放到这七种颜色的光带里。在红色的光带里，这张纸

45、仍是红色，但在蓝色的光带里却变成黑色的了。他已弄明白：这是因为光的折射率不同造成的。 这回，他把实验带回家中来做了。牛顿向家人解释道：像刚才看到的那样，用三棱镜分解出来的光照到白墙上就呈现出各种颜色。白墙把各种颜色反射了，所以什么时候看上去都是白的，这就不奇怪了吧？这么说，颜色是由照上去的光决定的？问题就在这里。妹妹，你真说到点子上了。妹妹在妈妈面前受到哥哥的夸奖，高兴地笑了。牛顿接着说：是不是可以这样设想，白色的阳光是一种含有七种色彩的混合光。当它照在一个物体上时，颜色反射较多的那种光就决定了那个物体的颜色。例如，红纸是因为阳光中的红色光比其他颜色的光反射得多，所以看着发红。那么木炭怎么是黑

46、的呢？那是由于把各种反射率的颜色都吸收了的缘故。没有光反射出来，就和黑暗的夜晚一样，看上去当然是黑的。你刚才说，把红纸放到蓝色的光带里就看着发黑。这是不是由于红纸没有把蓝色的光反射出来的缘故？想必是这样，但这只是哥哥的设想，在回大学进行详细的实验以前，我还不好说什么。一听牛顿提到回大学，妈妈马上问道：你打算什么时候回剑桥大学？我一直想跟妈妈商量这件事。听说伦敦的瘟疫已经过去，我想尽快返回学校。干嘛这么着急？你看我正在进行光学实验，要想深入研究，不回大学是绝对办不到的。妈妈离不开牛顿，要是让牛顿永远留在自己身边，那该多好啊！可是想到儿子的科学研究这件大事，就一句话也没说。停课的18个月后，牛顿回

47、到学校。他通过大量光学实验发现了日光谱，并且提出了光的微粒说，在后来光学的发展史上产生重大的影响。关于日光谱的研究，后来的科学家创立了光谱学，这对测定和了解太阳的物质组成、元素和天体演化，有重要意义，并且根据这个道理先后发现了许多元素，如氦、铯、铷、铊和锢等。关于微粒说，牛顿曾经用七种不同颜色的微粒模拟七色光谱，将它们依不同的比例混合，显示出不同的颜色，而将七种颜色的微粒混合在一起时，变成为白色，牛顿企图用这种实验证明他的光学理论。 光的微粒说是与光的波动说相对立的一种光学理论，它在光学史上，特别在18世纪和20世纪初，对科学的发展产生了重要的作用。 2：光学的发展光学真正形成一门科学，应该从

48、建立反射定律和折射定律的时代算起，这两个定律奠定了几何光学的基础。光的本性也是光学研究的重要课题。微粒说把光看成是由微粒组成，认为这些微粒按力学规律沿直线飞行，因此光具有直线传播的性质。19世纪以前，微粒说比较盛行。但是，随着光学研究的深入，人们发现了许多不能用直进性解释的现象，例如干涉、衍射等，用光的波动性就很容易解释，于是光的波动说又占了上风。两种学说的争论构成了光学发展史中的一根红线。 第四节 电磁学的发展一：教学目标： 1：了解电磁现象的早期研究。 2：了解库仑定律是如何建立的。 3：了解电磁学的建立。 4：激发高一年级的学生以后学习电磁学的兴趣。二：教学重点： 1：了解电磁学的重点。

49、三：教学过程： 1：历史的概述： 静磁现象和静电现象很早就受到人类注意。公元前6、7世纪发现了磁石吸铁、磁石指南以及摩擦生电等现象。系统地对这些现象进行研究则始于16世纪。1600年英国医生吉尔伯特（WilliamGilbert，15441603）发表了论磁、磁体和地球作为一个巨大的磁体（De magnete， magneticisque corporibus et de magnomag-nete tellure）。他总结了前人对磁的研究，周密地讨论了地磁的性质，记载了大量实验，使磁学从经验转变为科学。书中他也记载了电学方面的研究。静电现象的研究要困难得多，因为一直没有找到恰当的方式来产生稳定的静电和对静电进行测量。只有等到发明了摩擦起电机，才有可能对电现象进行系统的研究，这时人类才开始对电有初步认识。1750年米切尔（John Michell，1724？1793）提出磁极之间的作用力服从平方反比定律，1785年库仑（Charles Augustin Coulomb，17361806）公布了用扭秤实验得到电力的平方反比定律，使电学和磁学进入了定量研究的阶段。1780年，伽伐尼（Aloisio Galvani， 17371798）发现动物电，1800年伏打（Alessandro Volta，17451827）发明电堆，使稳恒电流的产生有了可能，电学由静电走向动电，导致1