物理学史和原子物理及物理学的发展对人类社会的影响

必修部分：（必修1、必修2）一、力学：1、1638年，意大利物理学家伽利略在《两种新科学的对话》中用科学推理论证重物体和轻物体下落一样快；并在比萨斜塔做了两个不同质量的小球下落的实验，证明了他的观点是正确的，推翻了古希腊学者亚里士多德的观点（即：质量大的小球下落快是错误的）；2、1654年，德国的马德堡市做了一个轰动一时的实验——马德堡半球实验；3、1687年，英国科学家牛顿在《自然哲学的数学原理》著作中提出了三条运动定律（即牛顿三大运动定律）。4、17世纪，伽利略通过构思的理想实验指出：在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；得出结论：力是改变物体运动的原因，推翻了亚里士多德的观点：力是维持物体运动的原因。同时代的法国物理学家笛卡儿进一步指出：如果没有其它原因，运动物体将继续以同速度沿着一条直线运动，既不会停下来，也不会偏离原来的方向。5、英国物理学家胡克对物理学的贡献：胡克定律；经典题目：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（对）6、1638年，伽利略在《两种新科学的对话》一书中，运用观察－假设－数学推理的方法，详细研究了抛体运动。17世纪，伽利略通过理想实验法指出：在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；同时代的法国物理学家笛卡儿进一步指出：如果没有其它原因，运动物体将继续以同速度沿着一条直线运动，既不会停下来，也不会偏离原来的方向。7、人们根据日常的观察和经验，提出“地心说”，古希腊科学家托勒密是代表；而波兰天文学家哥白尼提出了“日心说”，大胆反驳地心说。8、17世纪，德国天文学家开普勒提出开普勒三大定律；9、牛顿于1687年正式发表万有引力定律；1798年英国物理学家卡文迪许利用扭秤实验装置比较准确地测出了引力常量；10、1846年，英国剑桥大学学生亚当斯和法国天文学家勒维烈（勒维耶）应用万有引力定律，计算并观测到海王星，1930年，美国天文学家汤苞用同样的计算方法发现冥王星。9、我国宋朝发明的火箭是现代火箭的鼻祖，与现代火箭原理相同；但现代火箭结构复杂，其所能达到的最大速度主要取决于喷气速度和质量比（火箭开始飞行的质量与燃料燃尽时的质量比）；俄国科学家齐奥尔科夫斯基被称为近代火箭之父，他首先提出了多级火箭和惯性导航的概念。多级火箭一般都是三级火箭，我国已成为掌握载人航天技术的第三个国家。10、1957年10月，苏联发射第一颗人造地球卫星；1961年4月，世界第一艘载人宇宙飞船“东方1号”带着尤里加加林第一次踏入太空。11、20世纪初建立的量子力学和爱因斯坦提出的狭义相对论表明经典力学不适用于微观粒子和高速运动物体。12、17世纪，德国天文学家开普勒提出开普勒三定律；牛顿于1687年正式发表万有引力定律；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（体现放大和转换的思想）；1846年，科学家应用万有引力定律，计算并观测到海王星。选修部分：（选修3-1、3-2、3-3、3-4、3-5）二、电磁学：（选修3-1、3-2）13、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——库仑定律，并测出了静电力常量k的值。14、1752年，富兰克林在费城通过风筝实验验证闪电是放电的一种形式，把天电与地电统一起来，并发明避雷针。15、1837年，英国物理学家法拉第最早引入了电场概念，并提出用电场线表示电场。16、1913年，美国物理学家密立根通过油滴实验精确测定了元电荷e电荷量，获得诺贝尔奖。17、1826年德国物理学家欧姆（1787-1854）通过实验得出欧姆定律。18、1911年，荷兰科学家昂尼斯（或昂纳斯）发现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。19、19世纪，焦耳和楞次先后各自独立发现电流通过导体时产生热效应的规律，即焦耳——楞次定律。20、1820年，丹麦物理学家奥斯特发现电流可以使周围的小磁针发生偏转，称为电流磁效应。21、法国物理学家安培发现两根通有同向电流的平行导线相吸，反向电流的平行导线则相斥，同时提出了安培分子电流假说；并总结出安培定则（右手螺旋定则）判断电流与磁场的相互关系和左手定则判断通电导线在磁场中受到磁场力的方向。22、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。23、英国物理学家汤姆生发现电子，并指出：阴极射线是高速运动的电子流。24、汤姆生的学生阿斯顿设计的质谱仪可用来测量带电粒子的质量和分析同位素。25、1932年，美国物理学家劳伦兹发明了回旋加速器能在实验室中产生大量的高能粒子。（最大动能仅取决于磁场和D形盒直径。带电粒子圆周运动周期与高频电源的周期相同；但当粒子动能很大，速率接近光速时，根据狭义相对论，粒子质量随速率显著增大，粒子在磁场中的回旋周期发生变化，进一步提高粒子的速率很困难。26、1831年英国物理学家法拉第发现了由磁场产生电流的条件和规律——电磁感应定律。27、1834年，俄国物理学家楞次发表确定感应电流方向的定律——楞次定律。28、1835年，美国科学家亨利发现自感现象（因电流变化而在电路本身引起感应电动势的现象），日光灯的工作原理即为其应用之一，双绕线法制精密电阻为消除其影响应用之一。四、波动学（3-4）：33、17世纪，荷兰物理学家惠更斯确定了单摆周期公式。周期是2s的单摆叫秒摆。34、1690年，荷兰物理学家惠更斯提出了机械波的波动现象规律——惠更斯原理。35、奥地利物理学家多普勒（1803-1853）首先发现由于波源和观察者之间有相对运动，使观察者感到频率发生变化的现象——多普勒效应。【相互接近，f增大；相互远离，f减少】36、1864年，英国物理学家麦克斯韦发表《电磁场的动力学理论》的论文，提出了电磁场理论，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。电磁波是一种横波37、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。38、1894年，意大利马可尼和俄国波波夫分别发明了无线电报，揭开无线电通信的新篇章。39、1800年，英国物理学家赫歇耳发现红外线；1801年，德国物理学家里特发现紫外线；1895年，德国物理学家伦琴发现X射线（伦琴射线），并为他夫人的手拍下世界上第一张X射线的人体照片。五、光学（3-4）：40、1621年，荷兰数学家斯涅耳找到了入射角与折射角之间的规律——折射定律。41、1801年，英国物理学家托马斯·杨成功地观察到了光的干涉现象。42、1818年，法国科学家菲涅尔和泊松计算并实验观察到光的圆板衍射—泊松亮斑。43、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；1887年，赫兹证实了电磁波的存在，光是一种电磁波44、1905年，爱因斯坦提出了狭义相对论，有两条基本原理：①相对性原理——不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的；②光速不变原理——不同的惯性参考系中，光在真空中的速度一定是c不变。45、爱因斯坦还提出了相对论中的一个重要结论——质能方程式：。46．公元前468-前376，我国的墨翟及其弟子在《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。47．1849年法国物理学家斐索首先在地面上测出了光速，以后又有许多科学家采用了更精密的方法测定光速，如美国物理学家迈克尔逊的旋转棱镜法。（注意其测量方法）48．关于光的本质：17世纪明确地形成了两种学说：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；另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。这两种学说都不能解释当时观察到的全部光现象。六、相对论（3-4选做）：49、物理学晴朗天空上的两朵乌云：①迈克逊－莫雷实验——相对论（高速运动世界）,②热辐射实验——量子论（微观世界）；50、19世纪和20世纪之交，物理学的三大发现：X射线的发现，电子的发现，放射性的发现。51、1905年，爱因斯坦提出了狭义相对论，有两条基本原理：①相对性原理——不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的；②光速不变原理——不同的惯性参考系中，光在真空中的速度一定是c不变。52、1900年，德国物理学家普朗克解释物体热辐射规律提出能量子假说：物质发射或吸收能量时，能量不是连续的，而是一份一份的，每一份就是一个最小的能量单位，即能量子；53、激光——被誉为20世纪的“世纪之光”；七、波粒二象性（3-5选做）：54、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；受其启发1905年爱因斯坦提出光子说，成功地解释了光电效应规律，因此获得诺贝尔物理奖。55、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。（说明动量守恒定律和能量守恒定律同时适用于微观粒子）56、1913年，丹麦物理学家玻尔提出了自己的原子结构假说，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。57、1924年，法国物理学家德布罗意大胆预言了实物粒子在一定条件下会表现出波动性；58、1927年美、英两国物理学家得到了电子束在金属晶体上的衍射图案。电子显微镜与光学显微镜相比，衍射现象影响小很多，大大地提高了分辨能力，质子显微镜的分辨本能更高。八、原子物理学（3-5选做）：59、1858年，德国科学家普里克发现了一种奇妙的射线——阴极射线（高速运动的电子流）。60、1906年，英国物理学家汤姆生发现电子，获得诺贝尔物理学奖。61、1913年，美国物理学家密立根通过油滴实验精确测定了元电荷e电荷量，获得诺贝尔奖。62、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。63、1909－1911年，英国物理学家卢瑟福和助手们进行了α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10-15m。1919年，卢瑟福用α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。预言原子核内还有另一种粒子，被其学生查德威克于1932年在α粒子轰击铍核时发现，由此人们认识到原子核由质子和中子组成。64、1885年，瑞士的中学数学教师巴耳末总结了氢原子光谱的波长规律——巴耳末系。65、1913年，丹麦物理学家波尔最先得出氢原子能级表达式；66、1896年，法国物理学家贝克勒尔发现天然放射现象，说明原子核有复杂的内部结构。天然放射现象：有两种衰变（α、β），三种射线（α、β、γ），其中γ射线是衰变后新核处于激发态，向低能级跃迁时辐射出的。衰变快慢与原子所处的物理和化学状态无关。67、1896年，在贝克勒尔的建议下，玛丽-居里夫妇发现了两种放射性更强的新元素——钋（Po）镭（Ra）。68、1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮核，第一次实现了原子核的人工转变，发现了质子，并预言原子核内还有另一种粒子——中子。69、1932年，卢瑟福学生查德威克于在α粒子轰击铍核时发现中子，获得诺贝尔物理奖。70、1934年，约里奥－居里夫妇用α粒子轰击铝箔时，发现了正电子和人工放射性同位素。71、1939年12月，德国物理学家哈恩和助手斯特拉斯曼用中子轰击铀核时，铀核发生裂变。1942年，在费米、西拉德等人领导下，美国建成第一个裂变反应堆（由浓缩铀棒、控制棒、减速剂、水泥防护层等组成）。72、1952年美国爆炸了世界上第一颗氢弹（聚变反应、热核反应）。人工控制核聚变的一个可能途径是：利用强激光产生的高压照射小颗粒核燃料。73、1932年发现了正电子，1964年提出夸克模型；粒子分三大类：媒介子－传递各种相互作用的粒子，如：光子；轻子－不参与强相互作用的粒子，如：电子、中微子；强子－参与强相互作用的粒子，如：重子（质子、中子、超子）和介子，强子由更基本的粒子夸克组成，夸克带电量可能为元电荷.重要物理学史问题★伽利略（意大利物理学家）对物理学的贡献：①发现摆的等时性②物体下落过程中的运动情况与物体的质量无关③伽利略的理想斜面实验：将实验与逻辑推理结合在一起探究科学真理的方法为物理学的研究开创了新的一页（发现了物体具有惯性，同时也说明了力是改变物体运动状态的原因，而不是使物体运动的原因）经典题目伽利略根据实验证实了力是使物体运动的原因（错）伽利略认为力是维持物体运动的原因（错）伽俐略首先将物理实验事实和逻辑推理（包括数学推理）和谐地结合起来（对）伽利略根据理想实验推论出，如果没有摩擦，在水平面上的物体，一旦具有某一个速度，将保持这个速度继续运动下去（对）★胡克（英国物理学家）对物理学的贡献：胡克定律经典题目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（对）★牛顿（英国物理学家）对物理学的贡献①牛顿在伽利略、笛卡儿、开普勒、惠更斯等人研究的基础上，采用归纳与演绎、综合与分析的方法，总结出一套普遍适用的力学运动规律——牛顿运动定律和万有引力定律，建立了完整的经典力学（也称牛顿力学或古典力学）体系，物理学从此成为一门成熟的自然科学②经典力学的建立标志着近代自然科学的诞生经典题目牛顿发现了万有引力，并总结得出了万有引力定律，卡文迪许用实验测出了引力常数（对）牛顿认为力的真正效应总是改变物体的速度，而不仅仅是使之运动（对）牛顿提出的万有引力定律奠定了天体力学的基础（对）★卡文迪许贡献：测量了万有引力常量典型题目牛顿第一次通过实验测出了万有引力常量（错）卡文迪许巧妙地利用扭秤装置，第一次在实验室里测出了万有引力常量的数值（对）★亚里士多德（古希腊）观点：①重的物理下落得比轻的物体快②力是维持物体运动的原因经典题目亚里士多德认为物体的自然状态是静止的，只有当它受到力的作用才会运动（对）★开普勒（德国天文学家）对物理学的贡献

开普勒三定律经典题目开普勒发现了万有引力定律和行星运动规律（错）托勒密（古希腊科学家）观点：发展和完善了地心说哥白尼（波兰天文学家）

观点：日心说第谷（丹麦天文学家）

贡献：测量天体的运动威廉?赫歇耳（英国天文学家）贡献：用望远镜发现了太阳系的第七颗行星——天王星汤苞（美国天文学家）贡献：用“计算、预测、观察和照相”的方法发现了太阳系第九颗行星——冥王星泰勒斯（古希腊）贡献：发现毛皮摩擦过的琥珀能吸引羽毛、头发等轻小物体★库仑（法国物理学家）贡献：发现了库仑定律——标志着电学的研究从定性走向定量典型题目库仑总结并确认了真空中两个静止点电荷之间的相互作用（对）库仑发现了电流的磁效应（错）富兰克林（美国物理学家）贡献：①对当时的电学知识（如电的产生、转移、感应、存储等）作了比较系统的整理②统一了天电和地电密立根

贡献：密立根油滴实验——测定元电荷昂纳斯（荷兰物理学家）发现超导欧姆：

贡献：欧姆定律（部分电路、闭合电路）★奥斯特（丹麦物理学家）电流的磁效应（电流能够产生磁场）经典题目奥斯特最早发现电流周围存在磁场（对）法拉第根据小磁针在通电导线周围的偏转而发现了电流的磁效应（错）★法拉第贡献：①用电场线的方法表示电场②发现了电磁感应现象③发现了法拉第电磁感应定律（E=n△Φ/△t）经典题目奥斯特发现了电流的磁效应，法拉第发现了电磁感应现象（对）法拉第发现了磁场产生电流的条件和规律（对）奥斯特对电磁感应现象的研究，将人类带入了电气化时代（错）法拉第发现了磁生电的方法和规律（对）★安培（法国物理学家）①磁场对电流可以产生作用力（安培力），并且总结出了这一作用力遵循的规律②安培分子电流假说经典题目安培最早发现了磁场能对电流产生作用

（对）安培提出了磁场对运动电荷的作用力公式（错）狄拉克（英国物理学家）贡献：预言磁单极必定存在（至今都没有发现）★洛伦兹（荷兰物理学家）贡献：1895年发表了磁场对运动电荷的作用力公式（洛伦兹力）阿斯顿贡献：①发现了质谱仪②发现非放射性元素的同位素劳伦斯

（美国）

发现了回旋加速器★楞次

发现了楞次定律（判断感应电流的方向）★汤姆生（英国物理学家）贡献：①发现了电子（揭示了原子具有复杂的结构）②建立了原子的模型——枣糕模型经典题目汤姆生通过对阴极射线的研究发现了电子（对）★卢瑟福（英国物理学家）指导助手进行了α粒子散射实验（记住实验现象）提出了原子的核式结构（记住内容）发现了质子经典题目汤姆生提出原子的核式结构学说，后来卢瑟福用粒子散射实验给予了验证（错）卢瑟福的原子核式结构学说成功地解释了氢原子的发光现象（错）卢瑟福的a粒子散射实验可以估算原子核的大小（对）卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，揭示了原子核的组成（对）★波尔（丹麦物理学家）贡献：波尔原子模型（很好的解释了氢原子光谱）经典题目玻尔把普朗克的量子理论运用于原子系统上，成功解释了氢原子光谱规律（对）玻尔理论是依据a粒子散射实验分析得出的（错）玻尔氢原子能级理论的局限性是保留了过多的经典物理理论（对）★贝克勒尔（法国物理学家）发现天然放射现象（揭示了原子核具有复杂结构）经典题目天然放射性是贝克勒尔最先发现的（对）贝克勒尔通过对天然放射现象的研究发现了原子的核式结构（错）★伦琴

贡献：发现了伦琴射线（X射线）★查德威克

贡献：发现了中子★约里奥?居里和伊丽芙?居里夫妇①发现了放射性同位素②发现了正电子经典题目居里夫妇用α粒子轰击铝箔时发现电子（错）约里奥?居里夫妇用α粒子轰击铝箔时发现正电子（对）★普朗克

贡献：量子论★爱因斯坦贡献：①用光子说解释了光电效应②相对论经典题目爱因斯坦提出了量子理论，普朗克提出了光子说（错）爱因斯坦用光子说很好地解释了光电效应（对）是爱因斯坦发现了光电效应现象，普朗克为了解释光电效应的规律，提出了光子说（错）爱因斯坦创立了举世瞩目的相对论，为人类利用核能奠定了理论基础；普朗克提出了光子说，深刻地揭示了微观世界的不连续现象（错）★麦克斯韦贡献：①建立了完整的电磁理论②预言了电磁波的存在，并且认为光是一种电磁波（赫兹通过实验证实电磁波的存在）经典题目普朗克在前人研究电磁感应的基础上建立了完整的电磁理论（对）麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在，赫兹用实验方法给予了证实（对）麦克斯韦通过实验证实了电磁波的存在（错）物理学的发展对人类社会的影响中国民间有句俗话称“时势造英雄”，这虽然过份夸大了客观因素的作用，而忽视了个人的智慧和创造力，但也从另一侧面提示了客观历史背景对事物发展的积极推进作用。一、物理学发展的一些历史背景在古代，人类自身因为生存的需要而不得不有效地利用畜力、风力、水力和人力，因此发明了许多机械，促进了物理知识的不断积累。经典力学的诞生，也是当时人们在先人已积累的知识体系中遇到了矛盾，为解决矛盾而对实践进行充分的检验，从此促进物理学新体系的形成：首先是伽利略对亚里士多德运动理论的检验和批判为起点，对阿基米德静力学理论进行了继承和发展，以1632年出版的《关于两大世界体系的对话》和1638年出版的《关于力学和局部运动两门新科学的谈话和数学证明》两本书为标志；其次是牛顿的的经典力学，他概括了伽利略、笛卡儿、开普勒、惠更斯、胡克等人的研究成果以及他自己的创造，在1687年著名的《自然哲学的数学原理》中，首次创立了一个地面力学和天体力学统一的严密体系，成为经典力学的基础，实现了物理学史上的第一次大综合。二次大战中核武器的应用，加速了人们对核物理世界的认识，使人们对物质的认识越来越细微和深入。同样，为解决物理学晴朗的天空中漂浮着的两朵令人不安的“乌云”，狭义相对论和量子力学便因运而生，为当代物理学的发展叩开了大门。在物理学发展的历史上，诸如此类的突破不胜枚举，充分说明人类在探索自然过程中，一方面是自身知识积累的必然——从量变到质变；另一面，客观的历史背景给予我们足够的推动力。换言之，物理学发展的背后蕴涵着人类社会进步的历史动力。二、物理学的发展对人类社会的价值一部人类发展的历史就是一部改造自然的历史，每一次大的技术变革乃至社会变革都有其物理方面的成因，物理在其中扮演着举足轻重的角色。物理学作为一门最基本的自然哲学，是一个充满活力的带头学科，其具有的价值也是多方面的。1、美学价值物理学研究的是物质世界最基本最普遍的规律，回答的是人类对于物质世界中原始而又最深刻的问题，面对的是客体世界对人类的主观世界平台上的投影——物理模型世界。物质世界在最原始的层面上是按美学原理构筑的，所以庄子说：“判天地之美，析万物之理。”在西方古代，毕达哥拉斯学派把对自然奥秘的探索与对自然美的追求统一起来，自那时起，寻求自然界的和谐成为推动天文学发展的基本路标。20世纪以来，以相对论和量子力学为代表的现代物理学革命的兴起在更大的程度上推动了科学美学的发展，众多的物理学家从各自的科学创造实践中，感受到科学理论的审美价值；在科学美学原则的指导下，他们做出了杰出的贡献。著名物理学家费因曼就指出：“干物理得有鉴赏力。”物理学的美学价值还在于，她同许多诸如文学、绘画、音乐等艺术形式一样，也具有浓厚的简洁性、对称性、守恒性。更难能可贵的是，她还具有普遍性。许多极具美学价值的物理学理论之所以能被世人所接受，很大程度上就是因为人们普遍坚信，越是普遍的就越是深刻的，普遍性往往包含着事物的内在联系。2、科学价值物理学作为一门最最基础的学科，她具有的科学价值自然是不言而喻