高中物理学史+细节+小故事+实验描述课件

专题高中物理学史专题高中物理学史1一、力学1.英国科学家牛顿

1683年，提出了三条运动定律

1687年，发表万有引力定律牛顿第一定律：任何一个物体在不受外力或受平衡力的作用时（Fnet=0），总是保持静止状态或匀速直线运动状态，直到有作用在它上面的外力迫使它改变这种状态为止。牛顿第二运动定律：物体的加速度跟物体所受的合外力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。牛顿第三运动定律：两个物体之间的作用力和反作用力，在同一直线上，大小相等，方向相反。一、力学1.英国科学家牛顿2牛顿运动定律（Newton'slawsofmotion）是由伊萨克·牛顿（SirIsaacNewton）总结于17世纪并发表于《自然哲学的数学原理》的牛顿第一运动定律（Newton'sfirstlawofmotion）即惯性定律（lawofinertia）、牛顿第二运动定律（Newton'ssecondlawofmotion）和牛顿第三运动定律（Newton'sthirdlawofmotion）三大经典力学基本运动定律的总称。万有引力定律(Lawofuniversalgravitation)是艾萨克·牛顿在1687年于《自然哲学的数学原理》上发表的。牛顿的普适万有引力定律表示如下：任意两个质点通过连心线方向上的力相互吸引。该引力的大小与它们的质量乘积成正比，与它们距离的平方成反比，与两物体的化学本质或物理状态以及中介物质无关。牛顿在推出万有引力定律的同时，并没能得出引力常量G的具体值。G的数值于1789年由卡文迪许利用他所发明的扭秤得出。牛顿运动定律（Newton'slawsofmotion3一、力学2.1798年英国物理学家卡文迪许利用扭秤装置比较准确地测出了引力常量；原理利用了二次放大法

1，尽可能地增大了T型架连接两球的长度使两球间万有引力产生较大的力矩，使杆偏转2，尽力的增大弧度尺与系统的距离使小镜子的反射光在弧线上转动了较大角度一、力学2.1798年英国物理学家卡文迪许利用扭秤装4卡文迪许用一个质量大的铁球和一个质量小的铁球分别放在扭秤的两端。扭秤中间用一根韧性很好的钢丝系在支架上，钢丝上有个小镜子。用激光照射镜子，激光反射到一个很远的地方，标记下此时激光所在的点。用两个质量一样的铁球同时分别吸引扭秤上的两个铁球。由于万有引力作用。扭秤微微偏转。但激光所反射的远点却移动了较大的距离。他用此计算出了万有引力公式中的常数G。此实验的巧妙之处在于将微弱的力的作用进行了放大。尤其是光的反射的利用在卡文迪许的实验中利用了一个扭秤，典型的设计可由一根石英纤维悬挂一根载有质量为m及m的两个小球的杆而组成。每个小球距石英纤维的距离r相等。当一个小的可测量的扭矩加在这个系统上时，在石英丝上可以引起扭转，记下这个扭转值可以标定扭秤。我们可以利用这个扭矩，卡文迪许用一个质量大的铁球和一个质量小的铁球分别放在扭秤的两53.17世纪，伽利略理想实验法指出：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；

1683年，论证重物体不会比轻物体下落得快。伽利略认为“力是改变物体运动状态的原因”；亚里士多德认为“力是维持物体运动状态的原因”；另：伽利略首先发现单摆的等时性一、力学3.17世纪，伽利略理想实验法指出：水平面上运动的物体若没6比萨斜塔实验荷兰的斯悌文在他1586年的著作中更明确地记载有自由落体实验：“反对亚里士多德的实验是这样的，让我们拿两只铅球，其中一只比另一只重10倍，把它们从30英尺的高度同时丢下去，落在一块木板或有什么可以发出清晰响声的东西上面，那么，我们就会看出轻球并不需要用重铅球10倍的时间，而是同时落到地板上，因此它们发出的声音听上去就像是一个声音一样。”比萨斜塔实验荷兰的斯悌文在他1586年的著作中更明确地记载有74.20世纪爱因斯坦提出的狭义相对论；经典力学不适用于微观粒子和高速运动物体．一、力学4.20世纪爱因斯坦提出的狭义相对论；经典力学不适用于微观819世纪末期物理学家汤姆逊在一次国际会议上讲到“物理学大厦已经建成，以后的工作仅仅是内部的装修和粉刷”。但是，他话锋一转又说：“大厦上空还漂浮着两朵‘乌云’，麦克尔逊－莫雷试验结果和黑体辐射的紫外灾难。”正是为了解决上述两问题，物理学发生了一场深刻的革命导致了相对论和量子力学的诞生。在麦氏预言电磁波之后，多数科学家就认为电磁波传播需要媒质（介质）。这种介质称为“以太”（经典以太）。“以太”应具有以下基本属性：1．充满宇宙，透明而密度很小（电磁弥散空间，无孔不入）；2．具有高弹性。能在平衡位置作振动，特别是电磁波一般为横波，以太应是一种固体（G是切变模量ρ是介质密度）；3．以太只在牛顿绝对时空中静止不动，即在特殊参照系中静止。在以太中静止的物体为绝对静止，相对以太运动的物体为绝对运动。引入“以太”后人们认为麦氏方程只对与“以太”固连的绝对参照系成立，那么可以通过实验来确定一个惯性系相对以太的绝对速度。一般认为地球不是绝对参照系。可以假定以太与太阳固连，这样应当在地球上做实验来确定地球本身相对以太的绝对速度，即地球相对太阳的速度。为此，人们设计了许多精确的实验（包括爱因斯坦也曾设计过这方面的实验），其中最著名、最有意义的实验是迈克尔逊——莫雷实验（1887年）。19世纪末期物理学家汤姆逊在一次国际会议上讲到“物理学大厦已9狭义相对论的两条原理1905年，爱因斯坦发表了狭义相对论的奠基性论文《论运动物体的电动力学》。关于狭义相对论的基本原理，他写道：“下面的考虑是以相对性原理和光速不变原理为依据的，这两条原理我们规定如下：相对性原理物理体系的状态据以变化的定律，同描述这些状态变化时所参照的坐标系究竟是用两个在互相匀速移动着的坐标系中的哪一个并无关系。光速不变性原理任何光线在“静止的”坐标系中都是以确定的速度c运动着，不管这道光线是由静止的还是运动的物体发射出来的。”其中第一条就是相对性原理，第二条是光速不变性(人为假定的）。整个狭义相对论就建筑在这两条基本原理上。狭义相对论的两条原理1905年，爱因斯坦发表了狭义相对论的奠10既然存在以太，则当地球穿过以太绕太阳公转时，在地球通过以太运动的方向测量的光速（当我们对光源运动时）应该大于在与运动垂直方向测量的光速（当我们不对光源运动时）。

1887年，阿尔贝特·麦克尔逊（后来成为美国第一个物理诺贝尔奖获得者）和爱德华·莫雷在克里夫兰的卡思应用科学学校进行了非常仔细的实验。目的是测量地球在以太中的速度(即以太风的速度)。由于光在不同的方向相对地球的速度不同，达到眼睛的光程差不同，产生干涉条纹。从镜子M反射，光线1的传播方向在MA方向上，光的绝对传播速度为c，地球相对以太的速度为υ，光MM2的传播速率为c+u光线1完成来回路程的时间为d/2u光线2在到达M2和从M2返回的传播速度为不同的，分别为C+υ和C－υ，完成往返路程所需时间为：光线2和光线1到达眼睛的光程差为：在实验中把干涉仪转动90°，光程差可以增加一倍。移动的条纹数为：实验中用钠光源，λ=5.9×10－7m；地球的轨道运动速率为：υ≈10－4C；干涉仪光臂长度为11m，应该移动的条纹为：ΔN=2×11×(10－4)2/λ=0.4干涉仪的灵敏度，可观察到的条纹数为0.01条。但实验结果是几乎没有条纹移动。既然存在以太，则当地球穿过以太绕太阳公转时，在地球通过以太运11在1887年到1905年之间，人们曾经好几次企图去解释麦克尔逊——莫雷实验。最著名者为荷兰物理学家亨得利克·罗洛兹，他是依据相对于以太运动的物体的收缩和钟变慢的机制。然而，一位迄至当时还不知名的瑞士专利局的职员阿尔贝特·爱因斯坦，在1905年发表的一篇著名的论文中指出，只要人们愿意抛弃绝对时间的观念的话，整个以太的观念就是多余的。几个星期之后，一位法国最重要的数学家亨利·彭加勒也提出类似的观点。爱因斯坦的论证比彭加勒的论证更接近物理，因为后者将此考虑为数学问题。通常这个新理论是归功于爱因斯坦，但彭加勒的确在其中起了重要的作用。在1887年到1905年之间，人们曾经好几次企图去解释麦克尔125.17世纪德国天文学家开普勒；提出开普勒三定律6.多普勒首先发现一—多普勒效应（由于波源和观察者之间有相对运动而使观察者感到频率发生变化的现象）7.笛卡儿（法国）第一个提到“动量守恒定律”。5.17世纪德国天文学家开普勒；提出开普勒三定律13开普勒第一定律，也称椭圆定律；也称轨道定律：每一个行星都沿各自的椭圆轨道环绕太阳，而太阳则处在椭圆的一个焦点中。开普勒第二定律，也称面积定律：在相等时间内，太阳和运动中的行星的连线（向量半径）所扫过的面积都是相等的。这一定律实际揭示了行星绕太阳公转的角动量守恒。用公式表示为开普勒第三定律，也称调和定律；也称周期定律：各个行星绕太阳公转周期的平方和它们的椭圆轨道的半长轴的立方成正比。由这一定律不难导出：行星与太阳之间的引力与半径的平方成反比。这是牛顿的万有引力定律的一个重要基础。这里，a是行星公转轨道半长轴，T是行星公转周期，K是常数开普勒第一定律，也称椭圆定律；也称轨道定律：每一个行星都沿各14物体辐射的波长因为波源和观测者的相对运动而产生变化。在运动的波源前面，波被压缩，波长变得较短，频率变得较高（蓝移blueshift）；当运动在波源后面时，会产生相反的效应。波长变得较长，频率变得较低（红移redshift）。波源的速度越高，所产生的效应越大。根据波红（蓝）移的程度，可以计算出波源循着观测方向运动的速度。如果一个系统不受外力或所受外力的矢量和为零，那么这个系统的总动量保持不变，这个结论叫做动量守恒定律。动量守恒定律是自然界中最重要最普遍的守恒定律之一，它既适用于宏观物体，也适用于微观粒子；既适用于低速运动物体，也适用于高速运动物体，它是一个实验规律，也可用牛顿第三定律和动量定理推导出来。物体辐射的波长因为波源和观测者的相对运动而产生变化。在运动的151.1785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—一库仑定律.2.1826年德国物理学家欧姆（1787-1854）：通过实验得出欧姆定律。3.1911年荷兰科学家昂尼斯：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．二、电磁学1.1785年法国物理学家库仑：利用扭秤实验发现了电荷之间16库仑定律是1784--1785年间库仑通过扭秤实验总结出来的。纽秤的结构如下：在细金属丝下悬挂一根秤杆，它的一端有一小球A，另一端有平衡体P，在A旁还置有另一与它一样大小的固定小球B。为了研究带电体之间的作用力，先使A、B各带一定的电荷，这时秤杆会因A端受力而偏转。转动悬丝上端的悬钮，使小球回到原来位置。这时悬丝的扭力矩等于施于小球A上电力的力矩。如果悬丝的扭力矩与扭转角度之间的关系已事先校准、标定，则由旋钮上指针转过的角度读数和已知的秤杆长度，可以得知在此距离下A、B之间的作用力。1827年欧姆又在《电路的数学研究》一书中，把他的实验规律总结成如下公式：S=γE。式中S表示电流；E表示电动力，即导线两端的电势差，γ为导线对电流的传导率，其倒数即为电阻。欧姆在自己的许多著作里还证明了：电阻与导体的长度成正比，与导体的横截面积和传导性成反比；在稳定电流的情况下，电荷不仅在导体的表面上，而且在导体的整个截面上运动库仑定律是1784--1785年间库仑通过扭秤实验总结出来的174.1820年，丹麦物理学家奥斯特首次论证了电和磁之间的关系。他把—根磁针靠近带电的金属线，结果磁针向右偏转。电流可以使周围的磁针偏转的效应，称为电流的磁效应。5.荷兰物理学家洛仑兹：提出运动电荷产生了磁场和磁场对运动电荷有作用力（洛仑兹力）的观点。二、电磁学4.1820年，丹麦物理学家奥斯特二、电磁学18他首先发现载流导线的电流会产生作用力于磁针，使磁针改变方向。在化学领域，铝元素是他最先发现的。1819年上半年到1820年下半年，奥斯特一面担任电、磁学讲座的主讲，一面继续研究电、磁关系。1820年4月，在一次讲演快结束的时候，奥斯特抱着试试看的心情又作了一次实验。他把一条非常细的铂导线放在一根用玻璃罩罩着的小磁针上方，接通电源的瞬间，发现磁针跳动了一下。这一跳，使有心的奥斯特喜出望外，竟激动得在讲台上摔了一跤。但是因为偏转角度很小，而且不很规则，这一跳并没有引起听众注意。以后，奥斯特花了三个月，作了许多次实验，发现磁针在电流周围都会偏转。在导线的上方和导线的下方，磁针偏转方向相反。在导体和磁针之间放置非磁性物质，比如木头、玻璃、水、松香等，不会影响磁针的偏转。

1820年7月21日，奥斯特写成《论磁针的电流撞击实验》的论文，这篇仅用了4页纸的论文，是一篇极其简洁的实验报告。奥斯特在报告中讲述了他的实验装置和60多个实验的结果，从实验总结出：电流的作用仅存在于载流导线的周围；沿着螺纹方向垂直于导线；电流对磁针的作用可以穿过各种不同的介质；作用的强弱决定于介质，也决定于导线到磁针的距离和电流的强弱；铜和其他一些材料做的针不受电流作用；通电的环形导体相当于一个磁针，具有两个磁极，等等。正式向学术界宣告发现了电流磁效应。他首先发现载流导线的电流会产生作用力于磁针，使磁针改变方向。191．创立电子论认为一切物质分子都含有电子，阴极射线的粒子就是电子。2．提出洛伦兹变换公式

1892年他研究过地球穿过静止以太所产生的效应，为了说明迈克孙-莫雷实验的结果，他独立地提出了长度收缩的假说，认为相对以太运动的物体，其运动方向上的长度缩短了。1895年，他发表了长度收缩的准确公式，即在运动方向上，长度收缩因子为（1－v2/c2）1/2。1899年，他在发表的论文里，计论了惯性系之间坐标和时间的变换问题，并得出电子与速度有关的结论。1904年，他发表了著名的变换公式（J．-H．庞加莱首先称之为洛伦兹变换）和质量与速度的关系式，并指出光速是物体相对于以太运动速度的极限。运动电荷确实受到了磁场的作用力，这个力通常叫做洛伦兹力，它为荷兰物理学家H.A.洛伦兹首先提出，故得名。安培力是洛伦兹力的宏观表现洛伦兹力方向总与运动方向垂直。洛伦兹力永远不做功。洛伦兹力不改变运动电荷的速率和动能，只能改变电荷的运动方向使之偏转。1．创立电子论206.英国物理学家法拉第

1821年制造出人类历史上第一台最原始的电动机。

1831年(1)发现了由磁场产生电流的条件和规律—一电磁感应现象；

(2)提出电荷周围有电场，并用简洁方法描述了电场一—电场线。7.1834年，楞次：确定感应电流方向的定律。焦耳和楞次先后各自独立发现电流通过导体对产生热效应的规律。二、电磁学6.英国物理学家法拉第二、电磁学211831法拉第发现第一块磁铁穿过一个闭合线路时，线路内就会有电流产生，这个效应叫电磁感应。一般认为法拉第的电磁感应定律是他的一项最伟大的贡献。感应电动势趋于产生一个电流，该电流的方向趋于阻止产生此感应电动势的磁通的变化。楞次定律（Lenzlaw）是一条电磁学的定律，从电磁感应得出感应电动势的方向。其可确定由电磁感应而产生之电动势的方向。它是由俄国物理学家海因里希·楞次（HeinrichFriedrichLenz）在1834年发现的。楞次定律是能量守恒定律在电磁感应现象中的具体体现。楞次定律还可表述为：感应电流的效果总是反抗引起感应电流的原因。1831法拉第发现第一块磁铁穿过一个闭合线路时，线路内就会有228.1832年，美国科学家亨利：发现自感现象。9．1864年英国物理学家麦克斯韦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。1O.1887年德国物理学家赫兹：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。二、电磁学8.1832年，美国科学家亨利：发现自感现象。二、电磁学23自感现象（self-inductionphenomenon）是一种特殊的电磁感应现象，它是由于导体本身电流变化而引起的。流过线圈的电流发生变化，导致穿过线圈的磁通量发生变化而产生的自感电动势，总是阻碍线圈中原来电流的变化，当原来电流在增大时，自感电动势与原来电流方向相反；当原来电流减小时，自感电动势与原来电流方向相同。因此，“自感”简单地说，由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象，叫做自感现象。电流I1的变化而引起的感应电动势称为自感电动势,用符号εL表示,而把仅由回路2中电流I2的变化而引起的感应电动势称为互感电动势,用符号ε12表示,这就是说,由于回路中有电流变化,而在该回路自身中引起的感应电动势与自感电动势,而在两个邻近回路中,由于其中之一有电流的变化,而在另一回路引起的感应电动势则为互感电动势.自感现象（self-inductionphenomenon）24科学史上，称牛顿把天上和地上的运动规律统一起来，是实现第一次大综合，麦克斯韦把电、光统一起来，是实现第二次大综合，因此应与牛顿齐名。1873年出版的《论电和磁》，也被尊为继牛顿《自然哲学的数学原理》之后的一部最重要的物理学经典。1879年11月5日，麦克斯韦因病在剑桥逝世，年仅48岁。那一年正好爱因斯坦出生。科学史上这种巧合还有一次是在1642年，那一年伽利略去世，牛顿出生。科学史上，称牛顿把天上和地上的运动规律统一起来，是实现第一次25赫兹根据电容器经由电火花隙会产生振荡原理，设计了一套电磁波发生器，赫兹将一感应线圈的两端接于产生器二铜棒上。当感应线圈的电流突然中断时，其感应高电压使电火花隙之间产生火花。瞬间后，电荷便经由电火花隙在锌板间振荡，频率高达数百万周。由麦克斯韦理论，此火花应产生电磁波，于是赫兹设计了一简单的检波器来探测此电磁波。他将一小段导线弯成圆形，线的两端点间留有小电火花隙。因电磁波应在此小线圈上产生感应电压，而使电火花隙产生火花。所以他坐在一暗室内，检波器距振荡器10米远，结果他发现检波器的电火花隙间确有小火花产生。赫兹在暗室远端的墙壁上覆有可反射电波的锌板，入射波与反射波重叠应产生驻波，他也以检波器在距振荡器不同距离处侦测加以证实。赫兹先求出振荡器的频率，又以检波器量得驻波的波长，二者乘积即电磁波的传播速度。正如麦克斯韦预测的一样。电磁波传播的速度等于光速。1888年，赫兹的实验成功了，而麦克斯韦理论也因此获得了无上的光彩。赫兹在实验时曾指出，电磁波可以被反射、折射和如同可见光、热波一样的被偏振。由他的振荡器所发出的电磁波是平面偏振波，其电场平行于振荡器的导线，而磁场垂直于电场，且两者均垂直传播方向。1889年在一次著名的演说中，赫兹明确的指出，光是一种电磁现象。第一次以电磁波传递讯息是1896年意大利的马可尼开始的。1901年，马可尼又成功的将讯号送到大西洋彼岸的美国。20世纪无线电通讯更有了异常惊人的发展。赫兹实验不仅证实麦克斯韦的电磁理论，更为无线电、电视和雷达的发展找到了途径。随着迈克尔逊在1881年进行的实验和

海因里希·鲁道夫·赫兹1887年的迈克尔逊-莫雷实验推翻了光以太的存在，赫兹改写了麦克斯韦方程组，将新的发现纳入其中。通过实验，他证明电信号象詹姆士·麦克斯韦和迈克尔·法拉第预言的那样可以穿越空气，这一理论是发明无线电的基础。他注意到带电物体当被紫外光照射时会很快失去它的电荷，发现了光电效应（后来由阿尔伯特·爱因斯坦给予解释）。赫兹根据电容器经由电火花隙会产生振荡原理，设计了一套电磁波发2611.安培提出分子电流假说；主要研究带电金属线的相互作用，并就此推导出一数学公式，他想出了描述电流的“右手定则”法。电流的单位一—安培就是因他而命名。12.美国科学家富兰克林，解释了摩擦起电的原因，并发明避雷针。13.英国科学家狄拉克，根据电磁场的对称性，预言“磁单极子必定存在”二、电磁学11.安培提出分子电流假说；主要研究带电金属线的27安培最主要的成就是1820～1827年对电磁作用的研究。①发现了安培定则

奥斯特发现电流磁效应的实验，引起了安培注意，使他长期信奉库仑关于电、磁没有关系的信条受到极大震动，他全部精力集中研究，两周后就提出了磁针转动方向和电流方向的关系及从右手定则的报告，以后这个定则被命名为安培定则。

②发现电流的相互作用规律

接着他又提出了电流方向相同的两条平行载流导线互相吸引，电流方向相反的两条平行载流导线互相排斥。对两个线圈之间的吸引和排斥也作了讨论。

③发明了电流计

安培还发现，电流在线圈中流动的时候表现出来的磁性和磁铁相似，创制出第一个螺线管，在这个基础上发明了探测和量度电流的电流计。

④提出分子电流假说

他根据磁是由运动的电荷产生的这一观点来说明地磁的成因和物质的磁性。提出了著名的分子电流假说。安培认为构成磁体的分子内部存在一种环形电流——分子电流。由于分子电流的存在，每个磁分子成为小磁体，两侧相当于两个磁极。通常情况下磁体分子的分子电流取向是杂乱无章的，它们产生的磁场互相抵消，对外不显磁性。当外界磁场作用后，分子电流的取向大致相同，分子间相邻的电流作用抵消，而表面部分未抵消，它们的效果显示出宏观磁性。安培的分子电流假说在当时物质结构的知识甚少的情况下无法证实，它带有相当大的臆测成分；在今天已经了解到物质由分子组成，而分子由原子组成，原子中有绕核运动的电子，安培的分子电流假说有了实在的内容，已成为认识物质磁性的重要依据。

⑤总结了电流元之间的作用规律——安培定律

安培做了关于电流相互作用的四个精巧的实验，并运用高度的数学技巧总结出电流元之间作用力的定律，描述两电流元之间的相互作用同两电流元的大小、间距以及相对取向之间的关系。后来人们把这定律称为安培定律。安培第一个把研究动电的理论称为“电动力学”，1827年安培将他的电磁现象的研究综合在《电动力学现象的数学理论》一书中。这是电磁学史上一部重要的经典论著。为了纪念他在电磁学上的杰出贡献，电流的单位“安培”以他的姓氏命名。安培最主要的成就是1820～1827年对电磁作用的研究。28捕捉“天火”（天电）1746年，一位英国学者在波士顿利用玻璃管和莱顿瓶表演了电学实验。富兰克林怀着极大的兴趣观看了他的表演，并被电学这一刚刚兴起的科学强烈地吸引住了。随后富兰克林开始了电学的研究。富兰克林在家里做了大量实验，研究了两种电荷的性能，说明了电的来源和在物质中存在的现象。在十八世纪以前，人们还不能正确地认识雷电到底是什么。学术界比较流行的是认为雷电是“气体爆炸”的观点。在一次试验中，富兰克林的妻子丽德不小心碰到了莱顿瓶，一团电火闪过，丽德被击中倒地，面色惨白，足足在家躺了一个星期才恢复健康。这虽然是试验中的一起意外事件，但思维敏捷的富兰克林却由此而想到了空中的雷电。他经过反复思考，断定雷电也是一种放电现象，它和在实验室产生的电在本质上是一样的。于是，他写了一篇名叫《论天空闪电和我们的电气相同》的论文，并送给了英国皇家学会。但富兰克林的伟大设想竟遭到了许多人的冷嘲热讽，有人甚至嗤笑他是“想把上帝和雷电分家的狂人”。富兰克林决心用事实来证明一切。

1752年7月的一天，阴云密布，电闪雷鸣，一场暴风雨就要来临了。富兰克林和他的儿子威廉一道，带着上面装有一个金属杆的风筝来到一个空旷地带。富兰克林高举起风筝，他的儿子则拉着风筝线飞跑。由于风大，风筝很快就被放上高空。刹那，雷电交加，大雨倾盆。富兰克林和他的儿子一道拉着风筝线，父子俩焦急的期待着，此时，刚好一道闪电从风筝上掠过，富兰克林用手靠近风筝上的铁丝（另一个说法是铜钥匙），立即掠过一种恐怖的麻木感。他抑制不住内心的激动，大声呼喊：“威廉，我被电击了！”随后，他又将风筝线上的电引入莱顿瓶中。回到家里以后，富兰克林用雷电进行了各种电学实验，证明了天上的雷电与人工摩擦产生的电具有完全相同的性质。富兰克林关于天上和人间的电是同一种东西的假说，在他自己的这次实验中得到了光辉的证实。风筝实验的成功使富兰克林在全世界科学界的名声大振。英国皇家学会给他送来了金质奖章，聘请他担任皇家学会的会员。他的科学著作也被译成了多种语言。他的电学研究取得了初步的胜利。然而，在荣誉和胜利面前，富兰林没有停止对电学的进一步研究。捕捉“天火”（天电）29三、光学1.公元前468—前376，我国的墨翟在《墨经》中记载了光的直线传播、影的形成、光的反射、平面镜和球面镜成像等现象，为世界上最早的光学著作。2.1621年荷兰数学家斯涅耳：入射角与折射角之间的规律——折射定律.三、光学1.公元前468—前376，我国的墨翟30三、光学3.关于光的本质有两种学说：一种是牛顿主张的微粒说：认为光是光源发出的一种物质微粒；一种是荷兰物理学家惠更斯提出的波动说：认为光是在空间传播的某种波。4.1801年，英国物理学家托马斯·杨：观察到了光的干涉现象（杨氏双缝干涉实验）三、光学3.关于光的本质有两种学说：31三、光学5.1818年，菲涅耳提出解决衍射问题的数学方法，法国科学家泊松是光的波动说的反对者，他按此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。泊松本人否定这种结论，但菲涅耳在实验中观察到了这个亮斑，这样泊松的计算反而支持了光的波动说。为纪念这一事件，把这个亮斑称为泊松亮斑。三、光学5.1818年，菲涅耳提出解决衍射问题的数学方法，32三、光学6.1895年，德国物理学家伦琴：发现X射线（伦琴射线）：用途——穿透力强可使照相底片感光，工业上用于金属探伤，医学上用于透视人体.7.1900年，德国物理学家普朗克为解释物体热辐射规律提出电磁波的发射和吸收不是连续的，而是一份一份的。把物理学带进了量子世界。量子论的奠基人．三、光学6.1895年，德国物理学家伦琴：发现X射线（伦琴33三、光学8.受普朗克启发1905年爱因斯坦提出光子说，成功地解释了光电效应规律。并提出爱因斯坦光电效应方程。9.1922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。光具有波粒二象性，光是电磁波、概率波、横波（光的偏振说明光是一种横波）三、光学8.受普朗克启发1905年爱因斯坦提出光子说，成功地34三、光学10.1924年，法国物理学家德布罗意预言了实物粒子的波动性、物质波11.德国科学家普里克，发现了阴极射线。三、光学10.1924年，法国物理学家德布罗意预言了实物粒子35四、原子物理学1.1897年，汤姆生：利用阴极射线管发现了电子，说明原子可分，有复杂内部结构，并提出原子的枣糕模型.2.1909年—1911年，英国物理学家卢瑟福，进行了a粒子散射实验，并提出了原子的核式结构模型。由实验结果估计原子核直径数量级为10m。四、原子物理学1.1897年，汤姆生：利用阴极射线管发现了361859年，德国的普吕克尔利用盖斯勒管进行放电实验时看到了正对着阴极的玻璃管壁上产生出绿色的辉光。1876年，德国的戈尔兹坦提出，玻璃壁上的辉光是由阴极产生的某种射线所引起的，他把这种射线命名为阴极射线。阴极射线是由什么组成的十九世纪末时，有的科学家说它是电磁波；有的科学家说它是由带电的原子所组成；有的则说是由带阴电的微粒组成，众说纷纭，一时得不出公认的结论。英法的科学家和德国的科学家们对于阴极射线本质的争论，竟延续了二十多年。关于阴极射线的研究，有两派学说，一派是克鲁克斯、佩兰等人的微粒说，认为阴极射线是带负电的“分子流”；另一派是哥德斯坦、赫兹等人的波动说，认为阴极射线是一种电磁波．汤姆生用旋转镜法测量了阴极射线的速度，否定了阴极射线是电磁波．他又通过阴极射线在电场和磁场中的偏转，得出了阴极射线是带负电的粒子流的结论．他进一步测定了这种粒子的比荷，与当时已知的电解中生成的氢离子的荷质比相比较，他假定阴极射线的电荷与氢离子的电荷相等而符号相反，从而得出阴极射线粒子的质量约为氢原子的千分之一．他还给放电管中充入各种气体进行试验，发现其荷质比跟管中气体的种类无关．他又用铅和铁分别作电极，其结果也不改变．由此他得出结论，这种粒子必定是所有物质的共同组成成分．汤姆生把这种粒子叫做“电子”．1897年汤姆生的发现，使人类认识了第一个基本粒子1859年，德国的普吕克尔利用盖斯勒管进行放电实验时看到了正37原子是一个小小的球体，原子里面充满了均匀分布的带正电的流体。球内还有若干个电子，它们都在这种正电荷液体中，就象许多软木塞浸在一盆水里一样，这些电子等间隔地排列在与正电球同心的圆周上，并以一定的速度做圆周运动从而发出电磁辐射，原子光谱所反映的就是这些电子的辐射频率。由于电子所带负电荷的总和与电液体所带正电荷总和相等，但符号相反，所以原子从外面看上去是中性的.在汤姆孙提出的这种原子模型中，电子镶嵌在正电荷液体中，就象葡萄干点缀在一块蛋糕里一样，所以又被人们称为“葡萄干蛋糕模型”。1、他关于放射性的研究确立了放射性是发自原子内部的变化。放射性能使一种原子改变成另一种原子，而这是一般物理和化学变化所达不到的；这一发现打破了元素不会变化的传统观念，使人们对物质结构的研究进入到原子内部这一新的层次，为开辟一个新的科学领域——原子物理学，做了开创性的工作。

2、1911年，卢瑟福根据α粒子散射实验现象提出原子核式结构模型。该实验被评为“物理最美实验”之一。

3、质子的发现

1919年，卢瑟福做了用α粒子轰击氮核的实验。他从氮核中打出的一种粒子，并测定了它的电荷与质量，它的电荷量为一个单位，质量也为一个单位，卢瑟福将之命名为质子。4、他通过α粒子为物质所散射的研究，无可辩驳的论证了原子的核模型，因而一举把原子结构的研究引上了正确的轨道，于是他被誉为原子物理学之父。由于电子轨道也就是原子结构的稳定性和经典电动力学的矛盾，才导致玻尔提出背离经典物理学的革命性的量子假设，成为量子力学的先驱。

5、人工核反应的实现是卢瑟福的另一项重大贡献。自从元素的放射性衰变被确证以后，人们一直试图用各种手段，如用电弧放电，来实现元素的人工衰变，而只有卢瑟福找到了实现这种衰变的正确途径。这种用粒子或γ射线轰击原子核来引起核反应的方法，很快就成为人们研究原子核和应用核技术的重要手段。在卢瑟福的晚年，他已能在实验室中用人工加速的粒子来引起核反应。原子是一个小小的球体，原子里面充满了均匀分布的带正电的流体。38高中物理学史+细节+小故事+实验描述ppt课件39四、原子物理学3.1896年，法国物理学家贝克勒尔：发现天然放射现象，说明原子核也有复杂的内部结构。4.1919年，卢瑟福：用a粒子轰击氮核，第一次实现了原子核的人工转变，并发现了质子.5.1932年查德威克：在a粒子轰击铍核时发现中子，由此人们认识到原子核的组成。6.密立格油滴实验测定电子的电量．元电荷数值四、原子物理学3.1896年，法国物理学家贝克勒尔：发现天401896年2月24日，贝可勒尔向法国科学院提交了“论磷光辐射”的报告。他发现，硫酸钾铀酰在阳光下曝晒几小时后能发出一种射线，这种射线能穿透黑纸而使照相底片感光。贝可勒尔和彭加勒一样，认为这种射线类似于X射线，其发射以太阳光对铀盐晶体的激发为条件。贝可勒尔准备再多重复几次实验，但天公不作美，2月26日和27日是阴天，他把准备好的用黑纸包着的底片和铀盐试验装置随便放到暗室的抽斗内，没去管它们。过了几天，到了1896年3月1日，贝可勒尔为了向第二天的科学院会议提供感光图像强度和磷光强度及持续时间关系的证据，冲洗了一张底片，使他感到目瞪口呆的是，底片上被压在铀盐下的部分异乎寻常的黑，而不像平时晶体经过曝晒后那样微黑。他又冲洗了一张，依然显示出同样的结果。他然后在暗室内又准备了一张照相底片、一个带有铝隔板的干板夹和一个纽扣形状的铀盐片。5小时后，冲洗出来的底片还是感光了。到此，贝可勒尔还未从铀盐放出的射线是由于太阳光对铀盐晶体的激发而产生的这一错误观念中解脱出来。他对上述现象的解释是：虽然没有太阳光照射，但磷光现象中产生的不可见射线的寿命长于磷光寿命，所以磷光消失后仍有这种不可见射线。发现放射性的初期，人们不知它的危害，贝克勒尔由于毫无防护下长期接触放射物质，健康受到严重损害，50多岁就逝世了。科学界为了表彰他的杰出贡献，将放射性物质的射线定名为“贝克勒尔射线”。1896年2月24日，贝可勒尔向法国科学院提交了“论磷光辐射41放射性是1896年法国物理学家安东尼·亨利·贝克勒尔发现的。他发现铀盐能放射出穿透力很强的，并能使照相底片感光的一种不可见的射线。经过研究表明，它是由三种成份组成的：一种是高速运动的氦原子核的粒子束，称为α射线，它的电离作用大，贯穿本领小他是一种是具有原子尺度的带正电的粒子。另一种是高速运动的粒子（电子）束，称为β射线，它的电离作用较小，贯穿本领大在外磁场中明显地偏向与X粒子相反的方向。第三种是波长很短的电磁波，称为γ射线，它的电离作用小，贯穿本领最大在外磁场中不发生丝毫的偏转。以上三种射线，由于它们的电离作用贯穿本领，在工业、农业、医学和科学研究重要的应用。放射性是1896年法国物理学家安东尼·亨利·贝克勒尔发现的。42四、原子物理学7.1913年，丹麦物理学家玻尔：提出了原子结构假说，成功地解释和预言了氢原子的辐射电磁波谱。为量子力学的发展奠定了基础。（明确其局限性）量子力学的先驱.8.爱因斯坦的相对论指出，物体的能量和质量之间存在着密切的关系：这就是著名的爱因斯坦质能方程．9.法国科学家居里夫妇，发现了放射性更强的钋和镭．四、原子物理学7.1913年，丹麦物理学家玻尔：提出了原子43于1913年综合了马克斯·卡尔·欧内斯特·路德维希·普朗克的量子理论，爱因斯坦的光子理论和E·卢瑟福的原子模型，提出了新的原子模型，即后来被称玻尔理论。这理论成功地解释了氢光谱并排出了新的元素周期表。作为卢瑟福的学生，玻尔除了研究原子物理学和有关量子力学的哲学问题以外，对原子核问题也是一直很关心的。从20世纪30年代开始，他的研究所花在原子核物理学方面的力量更大了。他在30年代中期提出了核的液滴模型，认为核中的粒子有点像液滴中的分子，它们的能量服从某种统计分布规律，粒子在“表面”附近的运动导致“表面张力”的出现，如此等等。这种模型能够解释某些实验事实，是历史上第一种相对正确的核模型。在这样的基础上，他又于1936年提出了复合核的概念，认为低能中子在进入原子核内以后将和许多核子发生相互作用而使它们被激发，结果就导致核的蜕变。这种颇为简单的关于核反应机制的图像至今也还有它的用处。当L．迈特纳和O．R．弗里施根据O．哈恩等人的实验提出了重核裂变的想法时，玻尔等人立即理解了这种想法并对裂变过程进行了更详细的研究，玻尔并且预言了由慢中子引起裂变的是铀-235而不是铀-238。他和J．A．惠勒于1939年在《物理评论》上发表的论文，被认为是这一期间核物理学方面的重要成就。众所周知，这方面的研究导致了核能的大规模释放。定态假设原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中，电子虽做变速运动，但并不向外辐射电磁波，这样相对稳定的状态称为定态。跃迁假设电子绕核转动处于定态时不辐射电磁波，但电子在两个不同定态间发生跃迁时，却要辐射（或吸收）电磁波（光子），其频率由两个定态的能量差值决定hν=△E轨道量子化假设由于能量状态的不连续，因此电子绕核运动的轨道半径也不能任意取值，必须满足mvr=（nh/2π）于1913年综合了马克斯·卡尔·欧内斯特·路德维希·普朗克的44一个物体的实际质量为其静止质量与其通过运动多出来的质量之和。他把m0c^2叫做物体的静止能量，把mc^2叫做运动时的能量，我们分别用E0和E表示：E=mc^2,E0=m0c^2。m0c^2为静止能，1/2m0v^2就是我们平时见到的在低速情况下的动能表达形式1：E0=m0c^2

上式中的m0为物体的静止质量，m0c^2为物体的静止能量.中学物理教材中所讲的质能方程含义与此表达式相同，通常简写为

E=mc^2.

表达形式2：Ev=Mvc^2

Mv为随运动速度增大而增大了的质量。Ev为物体运动时的能量，即物体的静止能量和动能之和.

表达形式3：ΔE=Δmc^2

上式中的Δm通常为物体静止质量的变化，即质量亏损.ΔE为物体静止能量的变化。实际上这种表达形式是表达形式1的微分形式.这种表达形式最常用，也是学生最容易产生误解的表达形式。一个物体的实际质量为其静止质量与其通过运动多出来的质量之和。45发现镭一、镭之光

1896年，法兰西共和国物理学家贝克勒尔发表了一篇工作报告，详细地介绍了他通过多次实验发现的铀元素，铀及其化合物具有一种特殊的本领，它能自动地、连续地放出一种人的肉眼看不见的射线，这种射线和一般光线不同，能透过黑纸使照相底片感光，它同伦琴发现的伦琴射线也不同，在没有高真空气体放电和外加高电压的条件下，却能从铀和铀盐中自动发生。铀及其化合物不断地放出射线，向外辐射能量。发现镭46【课后习题】1、在物理学的发展历程中，下面的哪位科学家首先建立了平均速度．瞬时速度和加速度等概念用来描述物体的运动，并首先采用了实验检验猜想和假设的科学方法，把实验和逻辑推理和谐地结合起来，从而有力地推进了人类科学的发展（）

A．亚里士多德B．伽利略

C．牛顿D.爱因斯坦答案：B【课后习题】1、在物理学的发展历程中，下面的哪位科学家首先建47【课后习题】2、在物理学发展的过程中，许多物理学家的科学研究推动了人类文明的进程．在对以下几位物理学家所作科学贡献的叙述中，正确的说法是（）

A．英国物理学家卡文迪许用实验的方法测出万有引力常量GB．牛顿应用“理想斜面实验”推翻了亚里士多德的“力是维持物体运动的原因”观点

C．胡克认为只有在一定的条件下，弹簧的弹力才与弹簧的形变量成正比

D．亚里士多德认为两个从同一高度自由落下的物体，重物体与轻物体下落一样快答案：AC【课后习题】2、在物理学发展的过程中，许多物理学家的科学研究48【课后习题】3、奥斯特发现了电流的磁效应后，法拉第仔细地分析了电流的磁效应．他认为，既然磁铁可以使靠近它的铁块具有磁性，静电荷可以使靠近它的导体带电，那么电流也应当使靠近它的线圈感应出电流.1822年法拉第在日记中记载着“把磁转变成电”的光辉思想，后来，法拉第对这一课题进行了系统的实验研究．1831年8月法拉第把两个线圈绕在一个铁环上（如图所示）．线圈A接直流电源，线圈B接电流表．他发现，当线圈A的电路接通或断开的瞬间，线圈B中产生瞬时电流．分析这个实验，下列说法中正确的是（）【课后习题】3、奥斯特发现了电流的磁效应后，法拉第仔细地分析49【课后习题】A．此实验说明线圈B的的感应电流是由线圈A的磁场变化引起的。

B．开关S闭合瞬间，G中的电流方向是a→b．

C．若将其中的铁环拿走，再做这个实验．S闭合瞬间，G中没有电流。

D．若将其中的铁环拿走，再傲这个实验，S闭合瞬间，G中仍有电流。答案：ABD【课后习题】A．此实验说明线圈B的的感应电流是由线圈A50【课后习题】4.下列说法正确的是（）

A．牛顿是发现了万有引力并由此求出地球质量的科学家

B．密立根通过油滴实验测量了电子所带的电