中学物理中著名物理学家和重要物理学史

中学物理中著名物理学家和重要物理学史亚里士多德：马其顿国王私人医生的儿子，18岁进入柏拉图学院，约在公元前342年，他成为亚力山大大帝的私人教师。一生著作颇丰,在科学领域里起着奠基性的作用.主要观点：提出物理学名称的第一人,强调科学分类若物体不受力，运动即停止(错误的)物体越重，下落速度应该越大(错误的)d.地球是宇宙的中心，太阳、行星和月亮应该围绕它转(错误的)哥白尼与“天体运行论”地心说与日心说的主要观点地心说:地球是绝对静止的，一切运动都是相对于地球而运动的。地心说受到宗教的吹捧与肯定。日心说：如果是地心说，这样的观点来描述行星的运动时，行星有无法解释的忽快、忽慢、逆行及留的现象。地动日心说可以对天体的运动给予完满的解释“天穹的周转是一种视运动，实际是地球运动的反映.”b。 “天体运行论”于1543年写成，它被誉为自然科学的独立宣言。第谷与开普勒a。 丹麦人第谷(1546-1601)，经过20年的反复的天文观测，积累了大量准确的星体运动观测资料，被人誉为“星学之王”.b。 德国天文学家开普勒(1571-1630)是第谷的学生与助手，从第谷对火星的观测资料与他理论计算的8分之差入手，发表了开普勒三定律。写出“宇宙和谐论”，使我们对天穹星空的认识，由杂乱到有序。开普勒的一生，虽多病贫穷，但都未动摇他破解天体奥秘的决心，他把他的一生都贡献给了科学事业。阿基米德发现了浮力定律；证明了杠杆定律；提出了精确地确定物体重心的方法；他还认为地球是圆球状的，并围绕着太阳旋转；发明“阿基米德螺旋”的扬水机。伽利略(1564—1642)出生于意大利比萨。奠定了经典力学中运动学的基础，改进了望远镜，使之能放大32倍。代表作《两大世界体系的对话》.1633年，69岁高龄时曾被罗马宗教裁判所判处终身监禁.仍致力于科研，于1638年又写出了《关于两门新科学对话》一书。直到1979年，300多年后，教会才宣布为伽利略平反。伽利略的发现以及他所应用的科学推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一，标志着物理学的开端。一一爱因斯坦主要成就：a.对亚里士多德的观点的怀疑：如果轻物体m下降的速度比重物M慢，那么用一根绳子把m、M栓在一起又怎样？b。斜面实验：意义实验方法与数学方法结合的成功不是单纯做实验,而是从明确的物理思想出发，进行数学推证，选典型实验，最后得出结论.观察一一假设--逻辑推理一一实验检验的成功之路实验物理思维和数学演绎的巧妙结合。落体运动也是一种匀加速运动1586年，斯蒂文和德哥罗在一所二层楼做实验，两个不同重量的铁球同时落地伽利略的预见“一门广博精深的科学已经启蒙，我在这方面的工作只是它的开始，那些比我更敏锐的人所用的方法和手段将会探索到各个遥远的角落。”惠更斯惠更斯(ChristiaanHuygens1629〜1695)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，与R。笛卡儿等学界名流交往甚密。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.1645年16岁时进入莱顿大学学习法律与数学，1647〜1649年转入布雷达学院深造。在阿基米德等人著作及笛卡儿等人直接影响下，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、弹性体碰和光的波动理论等方面都有突出成就。1651年惠更斯发表了平生第一篇科学论文，论述各种曲线所围面积的求值.1663年当选为英国伦敦皇家学会的第一位外国会员。1666年当选为荷兰科学院院士。同年，应法国皇帝路易十四的邀请，到巴黎从事学术活动，被选为新成立不久的巴黎科学院院土1672年他结识了正在巴黎访问的年轻学者莱布尼兹(1646—1716).惠更斯很赏识莱布尼兹的才能，热忱指导他研究数学名著，并于1674年向荷兰科学院推荐了他的关于微积分的第一篇论文。1681年由于健康上的原因，惠更斯离开法国，返回荷兰。1687年惠更斯赴英访问，结识了大物理学家牛顿。惠更斯衣冠楚楚，举止文雅，颇具学者风度。他喜欢音乐和诗歌，终身未娶。晚年长期患病，于1695年7月8日在海牙逝世，享年66岁.科学成就在物理学上最重要的贡献是关于光的波动学说.惠更斯在1679年向法国科学院的报告和1690年出版的《光论》中，提出了著名的惠更期原理.他全面细致地解决了完全弹性碰撞问题，证明了这种碰撞中同一方向上的动量保持不变，而且首次提出这种碰撞前后的Emv2守恒。他还通过对比船岸与岸上两人手中小球的碰撞情况的生动例子，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发明了摆钟。惠更斯于1656年造出了人类历史上第一架摆钟。这台钟用一个下垂的重力作为动力，经多个齿轮传动向单摆施以周期性的、瞬时的冲力，使摆不致因空气阻力和摩擦而停止摆动，同时摆的等时运动又调节着重锤的下降和指针的运动。惠更斯将制成的第一台“有摆落地座钟”献给了荷兰政府.这台钟的问世标志着人类进入了一个新的计时时代。1657年，惠更斯取得了摆钟的专利，1658年，出版《钟表论》一书对摆钟的结构作了说明。在光学方面也有不少成就.1650年起与其弟用新法研磨球面透镜，作出的望远镜质量优良,用它发现了土星光环和土卫六、猎户座星云等。他深入研究了几何光学理论和应用光学技术，例如折射定律及折射率、眼睛及眼镜片、透镜的放大率、焦深、球差与色差及其消除，以及改进望远镜与显微镜等等。他发明的目镜效果良好，被称为惠更斯目镜，至今通用。（5）惠更斯的其他科学成就还有;与R。胡克一起断定在常压下冰的熔点与水的沸点都是恒定的温度，并建议定为温标固定点（1665），但直到18世纪才被采用:研究了引力问题并推证地球为扁球形（1659）；在天文望远镜上加装测微器，从而提高了观测精度（1659）;改进气压计（1661）;还第一个提出利用火药、蒸气、风力等动力的各种机器雏型（1673）,可以说是研制内燃机等这类机械的开端，他的学生在他的影响下，后来制造出能实用的蒸汽机。趣闻轶事（1） 海浪的启示海牙是一座海岸城市，惠更斯经常到海边观看大海的景色，从远处滚滚而来的汹涌波涛，海浪拍打崖石，浪花四溅，涛声滚滚，月色以光粼粼，灯塔的亮光在水波中忽明忽暗……这些自然景观中奇妙的波给惠更期留下了深刻的印象。荷兰的玻璃制造业很发达,生产各种眼镜、望远镜、显微镜十分时髦，惠更斯特别喜欢研磨各种形状的透镜，用这些透镜做光学实验，而以凹透对光的发散现象，惠更斯陷入了沉思，“光是什么？”“这些现象背后的原因是什么?”有一天，笛卡儿对他讲道：光是由一种“微粒”组成的，并用“微粒说”解释光的反射和折射,对这位博学家的理论，惠更斯感到很疑惑，他想:“如果光是一种微粒，那么两盏灯发出的光怎么会相互穿越而不改变方向呢？”惠更斯的脑子里浮现海面上波浪的景色，“噢，对了，投到水中的两块石子激起的两列波不就可以相互穿越而不改变各自的形状吗……”当惠更斯向笛卡儿谈到他的想法时，笛卡儿高兴的说：“你的怀疑很好！没有什么东西不能怀疑的，唯一不能就是思维，你应该像伽利略那样不仅要做实验，还应该用数学推论来证明你的想法。”（2） 誉满欧洲惠更斯生前名满欧洲学界，牛顿称他是“德高望重惠更斯”，是“当代最伟大的几何学家".1663年，英国皇家学会选他为元老会员，法王路易十四重金聘请他到法国，但惠更斯是一个新教徒，在法国没呆多久就回到了故乡荷兰.惠更斯原理:“光波发射时，传播光的每一物质粒子不只把运动传给前面的邻近粒子（与原始粒子和光源位于同一直线上），而且还应传给周围所有其他和自己接触并阻碍自己运动的粒子。因此，在每一粒子周围就产生以此粒子为中心的波”（《光论》）。这样，就引入了子波概念.利用包络面作图法，解释了光的反射、折射定律，特别是解释了冰洲石的双折射现象，区分了寻常光的球状波与非寻常光的随圆面波。牛顿的伟大综合和理论飞跃一、牛顿简介（1） 牛顿1642年生于英国。从小是一个苦命的孩子，还未出生，父亲逝世，两岁母亲改嫁，在舅舅和姥姥家长大。（2） 1661年考入剑桥大学31学院。由于学习勤奋，受到巴罗教授的赏识1664年成为研究生。（3.）1665年开始研究微分和积分及万有引力定律。1665年伦敦大瘟疫，一个夏天病逝3万人。牛顿回到家乡，留下了脍炙人口的“苹果落地”的故事。（据说是法国作家伏尔泰从牛顿侄女那儿听来的。）（4）1687年出版旷世之作“自然哲学的数学原理”。由好朋友哈雷资助出版。人们争相购阅。1703年任英国皇家学会终身会长。1705年被英国女王授予爵士称号。1727年逝世，葬于威斯敏斯特教堂。“伊萨克•牛顿爵士安葬在这里…，让我们欢呼曾经存在过这样一位伟大的人类之光。”-一碑文二、 牛顿取得成功的历史条件生产力发展的需要航海的发展，需要对天体的运行规律进行研究，对机械加工作物理原理的解释。物理方面的进展哥白尼的“日心说”，摧毁了附着在神学上的宇宙观，得到了几乎所有科学家的认同，教会的迫害反而使真理的声音广为传播.伽利略奠定了在运动观上的正确理论，各种力正在被发现。在英国，政局比较稳定，商业发展使新兴资产阶级从自身的角度，开始注重科学研究。科学的国际研究联系加强.英法成立了“皇家学会”和“皇家科学院”.三、 牛顿的《自然哲学数学原理》的意义(1687年发表)序言：“我把这部著作叫做自然哲学的数学原理，因为哲学的全部任务看来就在于从各种运动现象来研究各种自然之力，而后用这些力去论证其他现象……，我希望能用同样的推理方法，从力学中推导出自然界的其他现象。”(1)它将个别特殊的情况抽象概括为普遍理论，是当时力学规律的伟大综合。(2)它成为当时科学上判断正误的准绳。它向后来者提供了一种科学研究的方法。它发挥了科学理论的预言作用，引导人们从已知的现象去预测未来。哈雷彗星1682年彗星出现时，有人说，它是人类的罪恶造成的，因此人们纷纷跪地祈祷，惊恐万分。牛顿根据天文资料，应用万有引力定律，说明和计算了彗星的运动轨道牛顿的好朋友，英国天文学家哈雷(1656-1742)，根据牛顿理论进一步计算了大量彗星的运动轨道，得出1531年、1607年、1682年出现的彗星轨道相同，因此应是同一彗星。由此预言，1758年还将出现这一彗星。1758年，这成了当时一件众人十分瞩目的大事。彗星到期未出现，科学家着急得很。1759年3月12日，这颗星出现了，迟到的原因，是因为它受木星和土星的吸引而姗姗来迟了，这正说明了万有引力定律的成功。“笔尖下的行星”的发现1781年，赫舍尔(1738—1822)发现天王星，踞太阳约28亿公里，绕一周要84年。但根据牛顿理论，其运动有偏差，于是预言，还应该存在另一颗星。列威尔(法)、亚当斯(英)根据牛顿的理论计算出了该星的轨道。柏林天文家伽列于1846年9月23日，在列威尔推算处相距不到1°的地方发现了这颗星一-海王星，大大拓宽了天文科学家的视野。总之《自然哲学数学原理》第一次显示了科学理论所具有的知识飞跃和能动作用，它为后来的物理研究开拓了一条传统思路，奠定了经典力学的基础，促进了物理学向前发展。四、 牛顿的成功之路(1)站在巨人的肩上，勤奋学习，积累知识数学-——>欧几里德一一笛卡尔一一莱布尼兹力学一--〉达。芬奇一一伽里略一一惠更斯天文学一一-〉哥白尼-—第谷一一开普勒引力思想---〉吉尔伯特一-布里阿德一-玻列利（2）讲求科学研究方法1） 分析综合法牛顿在“光学”一书中曾说：从结果到原因，从特殊原因到普遍原因，一直论证到最普遍的原因为止，这就是分析的方法;而综合的方法则假定原因已经找到，并已把他们立为原理，再用这些原理去解释由他们发生的现象.2） 归纳与演绎相结合3）追求简单、明白的公理体系牛顿根据月球受地球吸引的现象，归纳出一切天体相互吸引的关系，进而得出了引力定律，再演绎出宇宙万物间相互吸引的因果关系。牛顿在原理中写道：“自然界喜欢简单化，而不爱用什么多余的原因以夸耀自己疽'所以他努力寻找支配自然界的尽可能简单的原理，总结其规律。4） 数学物理方法:原理是数学与物理的完美结晶大自然追求的是一本用数学语言所写的巨著，他追求的是一个精确的，完完本本用数学表示的定律. 一-牛顿5） 实验- -抽象方法万有引力定律既有观测实验的基础，同时也是科学抽象的产物。（3）热爱科学，追求真理人们问：“你是怎么发现万有引力的？”牛顿说：“Bythinkingonitcontinuallyo”牛顿终身没娶。1727年，牛顿遗言：“我不知道世人对我是怎样的看法，但是在我看来，我不过象一个在海边玩耍的孩子，为时而发现一块美丽的石子而高兴,但那浩瀚的真理的海洋,却还在我的面前未曾发现呢。”五、牛顿的局限1）绝对时空观牛顿说：“绝对的数学的时间与外界无关地流逝着……。”认为时间与空间无关，时空与运动无关，是绝对的物理量.2）当一些问题牛顿解释不了时，它就只好用上帝的万能来解释，为此牛顿花费了后半生的心血，这正是牛顿的悲剧。8.瓦特瓦特（JamesWatt，1736〜1819）英国发明家、工程师。1736年1月19日生于苏格兰的一个小镇格里诺克。他从小体弱多病，由父母进行了启蒙教育。父亲是个具有多种手艺的工匠，受其影响瓦特特从小就有实验的兴趣和才能.传说他小的时候，曾用布把壶嘴堵死，看到蒸汽的力量把壶盖冲开。这一现象激发了他的探索精神.后来进了格里诺克文法学校学习，因身体不好，退学在家自学，并经常随父亲到工厂学习制作机械模型、仪器的技术，进行化学和电学实验。靠着虚心求学、刻苦钻研的精神，15岁学完了《物理学原理》并获得了丰富的木工、金属冶炼和加工等工艺技术。1753年他在家钟表店学手艺。1753年又跟有名的机械师摩尔根当学徒。经过刻苦学习，努力实践，他已能制造难度较高的象限仪、罗盘、经纬仪等。1756年在格拉斯哥大学当了仪器修理员，这是他一生的转折点一方面该校具有较完善的仪器设备和先进技术，为他的工作创造了良好的技术条件。更重要的是他在这里结识了英国化学家、物理学家Jo布莱克等著名学者，他可以经常跟他们讨论改进蒸汽机的理论和技术问题，从他们那里学到许多科学理论知识。这对他后来的发明工作影响很大. 1764年瓦特在修理纽科门蒸汽机时，精心研究了这种热机的工作原理和耗煤量大、效率低的症结.他受J。布莱克的潜热学说启示，找到了纽科门蒸汽机耗煤量大、效率低的原因即汽缸在使气体膨胀和用水冷凝时一热一冷，损耗大量热量。瓦特于1765年发明了把冷凝过程从汽缸中分离出来的分离式冷凝器。冷凝器的发明在蒸汽机的发展中起了关键性的作用。1768年他制成了一台单动作蒸汽机(活塞单方向推动做功)，这台蒸汽机还采用了汽缸外设置绝热层、用油润滑活塞等各种新措施，大大降低了蒸汽消耗量，耗煤量只有纽科门机的1/4，动作也更迅速。1776年这种机器开始在厂矿使用。1781年,他发明了行星式齿轮,将蒸汽机活塞的往运动变为旋转运动。1782年他发明了大动力的“双动作蒸汽机，并获得专利，并利用飞轮解决了蒸汽机运转的稳定性问题。1784年他发明了平行运动连杆机构，解决了双动作蒸汽机的结构问题。1788年他发明了离心式调速器和节气阀，用来自动控制蒸汽机的运转速度.1790年发明了蒸汽机配套用压力计.到此为止，瓦特完成了对蒸汽机的整套发明过程.经过他的一系列重大的发明和改进，使蒸汽机的效率提高到原来纽科门机的3倍多，而且配套齐全、性能优良、切合实用。瓦特由此博得了第一部现代蒸汽机一一高效率瓦特蒸汽机的发明者称号.很快，瓦特蒸汽机在纺织、采矿、冶炼和交通运输等方面得到了广泛应用，极大地推动了英国和欧洲的第一次工业革命，使世界进入了所谓的“蒸汽机时代”。瓦特对蒸汽机的发明、改进及蒸汽机的广泛应用，直接推动了热力学理论的研究和发展.瓦特还取得了其他一些成就.例如他引人了第一个功率单位：马力；他发明了压容图，用图示的形式表明蒸汽压力如何随汽缸的有效容积而变动，后由于克拉珀龙的工作得以在热力学、热机效率研究中广泛应用；他还发明了复写墨水及其他一些仪器。由于他在科学技术上的贡献，1785年被选为伦敦皇家学会会员；1806年被授予格拉斯哥大学法学博土头衔；1814年被选为法国科学院外籍院土。1819年8月19日瓦特在伯明翰附近的希斯菲德逝世.为了纪念这位伟大的发明家，国际单位制中功率以瓦特为单位，1832年在格拉斯哥市乔治广场还塑造了一座瓦特铜像.9.布朗布朗(RobertBrown，1773〜1858)英国著名植物学家.1773年12月21日生于苏格兰的蒙特罗斯。他从小就对植物有浓厚的兴趣。先入阿伯丁大学马里夏尔学院，后进爱丁堡大学学医。21岁时在英军中任助理外科医生，他一半时间为军队工作，一半时间进行自修，并收集各种植物制作标本.1801〜1805年他作为专家在澳大利亚远洋勘察船“调查者号”上收集了大量的大洋洲植物标本。1805年返回伦敦,将他收集的近3900种标本进行分类，整理后写入《澳洲植物志》一书中，对植物分类学作出了贡献。 布朗对物理学的贡献是发现了著名的布朗运动.1827年布朗用显微镜观察悬浮在水中的花粉颗粒时，发现花粉颗粒在水中不停地作无规则运动，颗粒越小越活跃。开始他怀疑是否是由于花粉有生命才出现这种运动的，于是他把花粉浸在酒精里将其杀死、晒干，再放人水中观察，他还用无机物玻璃碎片、小石块碾成的细粉末代替花粉放人水中作试验，同样观察到了这种现象，从而否定了这种运动是由于植物花粉有生命造成的想法.布朗把实验的详细经过、结果记录下来，写成《植物花粉的显微观察》一书，于1828年出版。书中写道：“在经过多次重复的观察以后，我确信这些运动既不是由于液体的流动也不是由于液体的逐渐蒸发所引起的，而是属于粒子本身的运动。”虽然布朗当时并不能解释这种运动的原因，但他精于观察和实验，肯定了这种运动的客观存在，发现了问题，并把问题详尽地记载下来，为后人的进一步研究做出了开拓性的贡献。这种运动后来被称为布朗运动。布朗逝世后，随着分子动理论的发展，人们才清楚地知道，这种微小颗粒的奇妙运动是由于微粒受到作热运动的水分子从四面八方不均衡的碰撞所造成的。在布朗工作的基础上,1905年德国物理学家爱因斯坦和波兰物理学家斯莫卢霍夫斯基发表了他们对布朗运动的理论研究成果，得出了关于布朗运动的完整的统计理论,成功地用原子和分子的热运动解释了布朗运动。1908年法国物理学家佩兰用实验方法验证了爱因斯坦和斯莫卢霍夫斯基的理论.他们和布朗一起，间接地证实了分子的存在及其永不停息的无规则运动，这无疑是对原子一分子理论和分子动理论的正确性的有力支持，对分子物理学的发展作出了决定性的贡献.布朗运动还清楚地表明了统计力学中预言的涨落现象确实存在，使人们认识到热力学第二定律的统计规律性.布朗运动的发现的重要意义还在于，能把原来看不见的分子的微观运动和可以观察到的微粒的宏观运动联系了起来,为物理学的研究提供了一个重要的、科学的研究方法.1858年6月10日布朗在伦敦逝世。10。 开尔文英国物理学家。原名W.汤姆孙，1824年6月26日生于爱尔兰贝尔法斯特，1907年12月17日卒于苏格兰内瑟霍尔。由于装设大西洋海底电缆有功，英国政府1866年封他为爵士，1892年又封他为开尔文男爵，以后他改名为开尔文.1846年任格拉斯哥大学自然哲学（即物理学）教授，直至1899年退休。1904年任格拉斯哥大学校长。开尔文的科学活动是多方面的，其主要贡献包括：①电磁学。开尔文在静电和静磁学理论、交流电特别是莱顿瓶的放电振荡性、静电绝对测量和电磁测量，大气电学等方面，都作出了重要贡献。电像法是开尔文发明的解决静电学问题的有效方法。②热力学。开尔文在1848年提出、1854年修改的绝对热力学温标，是现代科学上的标准温标。开尔文是热力学第二定律的两个重要奠基人之一。他提出的第二定律说法称为热力学第二定律的开尔文表述开尔文还从理论上预言一种新的温差电效应，后称汤姆孙效应和J。P焦耳合作的多孔塞实验,从理论上揭示了实际气体与理想气体的差别，实用上为制造液态空气的重要方法（见焦耳一汤姆孙效应）。③海底电缆。1855年他研究得出信号传递速度减慢与电缆长度平方成正比的规律。1851年他装设了英国与法国相隔海峡中的第一条海底电缆。1856〜1858年他又负责装设了横