清华大学物理系教授郭奕玲沈慧君Guoyltsinghuaeducn市公开课一等奖百校联赛特等奖课件

清华大学物理系教授郭奕玲沈慧君Guoyl@从20个值得介绍的经典物理实验说起物理学史与物理教育第1页钱三强教授《物理学史》序

为我们提供了指导思想物理学发展史是一块蕴藏着巨大精神财富宝地这块宝地很值得我们去开垦，这些精神财富很值得我们去发掘。假如我们都能重视这块宝地，把宝贵精神财富发掘出来，从中吸收营养，取得教益，我相信对我国教育事业和人才培养都会是大有益处。第2页钱三强教授在《物理学史》序中讲到：科学上没有平坦大道。我们要经过物理学史介绍，向学生讲清楚，科学经历是一条非常波折、非常艰难道路。

然而，我们教师在对学生进行教育时候往往是应用经过几次消化了材料来讲授，或者经过抽象理论体系，这当然是必要，不过这么教学方法，往往会使学生对概念产生和发展引发误解，认为何结论都可用数学推导出来，失去了对观察和试验兴趣。

这么结果使学生们不了解科学是怎样来，时间长了，等到他自己从事教课时就很轻易把科学看成一门死科学来教。今天我们科学界有一个弱点，这就是思想不很活泼，这可能跟大家过去受教育有一定关系。钱三强教授在演讲《物理学史》第二版第3页钱三强教授：《物理学史》序第二点看法经过物理学史能够说明理论与实践关系。物理学是试验科学，试验工作是基础。

强调试验意义，并不是否定理论主要性，只有在试验基础上建立了正确、经得起实践检验理论，才能由表及里到达对客观事物规律性认识。假如能在系统地介绍理论发展线索同时，更多地介绍试验工作经过和所起作用，以及理论与试验相互依赖关系，就更有教育意义。第4页物理学是以试验为本科学在物理学发展中，试验起了主要作用。什么叫试验？试验是人们依据研究目标，利用科学仪器，人为地控制、创造或纯化某种自然过程，使之按预期进程发展，同时在尽可能降低干扰情况下进行观察，（定性或定量），以探求该自然过程改变规律一个科学活动。第5页试验在物理学发展中地位和作用发觉新事实，探索新规律检验理论，判定理论适用范围测定常数推广应用，开拓新领域第6页我国著名物理学家

张文裕指出：科学试验是科学理论源泉，是自然科学根本，也是工程技术基础。基础研究、应用研究、开发研究和生产四个方面要紧密结合在一起，必需有一条红线，这条红线就是科学试验。高能物理所原所长张文裕教授1984年照片第7页吴大猷教授对试验和理论关系作过深刻分析和总结，他写道：试验发觉和研究与理论探索是互补，它们共同或交替促成了物理学进步。有时候，是一些试验发觉造成了理论工作巨大发展，而有时候，则是某项理论工作造成了主要试验结果。第8页李政道教授1987年曾经精辟地提出物理学家两个定律：第一定律：没有试验家，理论家趋于浮泛。第二定律：没有理论家，试验家趋于摇摆。第9页两个车轮，相辅相成实验理论第10页诺贝尔物理学奖取得者理论试验30%70%第11页物理学工作者理论试验10%90%第12页物理教学应该重视试验

让学生都有机会做试验

为何？经历科学过程，体会科学方法，树立科学价值观愈加热爱科学，体验科学工作乐趣学习科学知识，提升操作技能

（人教版新书本）补充三点

认识物理学精华体验科学精神树立科学态度第13页为何要引进经典试验？了解前人科学过程，能够生动地说明科学是怎样来。了解科学家工作，他们是怎样想、怎样提出问题、发觉问题和处理问题，由此能够学习前人探索精神。经典试验都是一些开创性工作，都经过历史检验，学习它能够领会科学方法精华。第14页经典试验有一定时代不足方法原始，仪器简陋设计奥涩，想法古怪波折复杂，难以了解麦克斯韦电量单位比试验比如，麦克斯韦电量单位比试验装置何其复杂！第15页

引用历史题材双刃剑

著名经典试验何止成百上千，我们总不能像19世纪以前物理教科书那样“从猿到人”百科全书式讲授；所以，精选和提炼是必要。前人面临情况和我们不一样，他们探索活动往往经历过后人难以想象艰难困苦，有时还有些盲目，在后人看来甚至有些可笑和愚蠢。没有必要让同学们都去实际体验“万里长征”艰辛；不过正是这些过程表达了追求真理伟大力量，正是这些科学精神有待我们学习、继承和发扬。他们一些“古怪”想法，可能正是我们缺乏；他们使用“简陋仪器”和“原始设备”很可能给我们很多难得启示，给我们学习好机会，有还尤其适合初学者。利用历史题材当然要占用有限学习时间，不过那是值得。只要经过适当处理加工，取其精华，去其糟粕，就会成为宝贵精神财富。第16页

利用历史题材，值得提倡

要忠实于历史事实，不可捏造杜撰要恰如其分，不可过分夸大不要喧宾夺主，不能代替主课学习不要死记硬背，不应该成知识点不要照本宣科，防止千篇一律老师首先要有深入认识要努力发掘资料，开展科学研究怎样利用，希望一起探讨我们愿意抛砖引玉，给大家尽可能地提供一些有用可靠资料。第17页20个值得介绍的经典物理实验第18页伽利略斜面试验伽利略正在演示斜面试验伽利略斜面试验数据

（详见光盘）第19页伽利略平抛试验伽利略斜面试验示意图伽利略平抛试验数据

高中书本中平抛试验装置（详见光盘）第20页库仑滑动摩擦试验伽库仑研究滑动摩擦试验装置库仑对摩擦起因说明

第21页库仑滑动摩擦试验我们能够仿照库仑思绪，分析滑动摩擦与哪些原因相关？有什么关系？还能够追问为何相关？也能够深入对凹凸说和粘合说作出判断，看看那一个说法更高明，从而把探究活动延伸到分子力作用。假如同学们对这一课题发生了兴趣，还能够引导他们了解摩擦学进展。当代摩擦学是工程技术上不可或缺一门专业，包括到机械工程、材料科学、表面物理，从宏观到微观，从静态到动态，内容极其丰富。假如取其中一个小问题，比如润滑作用，让学生们试着作为课外小作业，按照科学家思绪，进行力所能及探究，应该会得到相当多收获。雷尼研究摩擦与压力试验装置

德萨居利斯试验装置

第22页伽利略“单摆”试验物体从C点向左摆动，1．如无障碍，将止于同一高度D点2．E处加一钉子，止于同一高度G点3．F处加一钉子，止于同一高度I点

请问：伽利略经过这个试验想说明什么观点？怎样证实C，I，G，D各点高度相同？第23页伽利略温度计伽利略温度计

伽利略用他温度计测定了不一样地方和同一地点在不一样时间和不一样季节相对温度。不过，伽利略空气温度计要受大气压强改变支配，所以在两只温度计之间无法进行比较。读者们能否帮助伽利略改进他温度计？第24页牛顿碰撞试验牛顿《自然哲学数学原理》封面

第25页牛顿详细讨论了两球对心碰撞前后

空气阻力影响以及测量改进方法

A，B两球用平行线CA，DB悬挂在同一水平线下，如图所表示。倘若拿开B，将A移至水平线上E，放手后，A应荡至同一高度F；倘若拿开A，将B移至水平线G，放手后B也应荡至同一高度H。但实际上，因为空气阻力影响，总要略微低些。A球如从R点放下，经过一个往返后只能回到V点，可见，RV是因为空气阻力造成阻滞。在RV中间取四分之一，并令RS＝TV，则RS∶ST＝3∶2。于是快要似地代表A球从S降到A所受阻力。第26页胡克弹性试验

在力学应用中弹性定律占有主要地位，弹性定律是1678年首先由胡克提出。第27页斯梯芬串球链

荷兰人斯梯芬1586年《静力学基础》，是从这个理想试验开始。将14个等重小球均匀地用线穿起组成首尾相连一串球链，放在斜面上，他认为球链运动没有尽头是荒谬，所以两侧应平衡。扉页插图上方写着：“神奇其实并不神奇”。第28页运动没有尽头是荒谬斯梯芬：1586年：《静力学基础》：“运动没有尽头是荒谬”。（详见光盘）第29页拉瓦锡和拉普拉斯冰卡计

拉瓦锡和拉普拉斯用冰卡计测量物质在化学反应过程中所放出热量以及物体燃烧和动物呼吸时所散发热量，证实烛焰放出热量：放出二氧化碳动物呼吸放出热量：呼出二氧化碳两个比值近似相等。这个结果对能量转化与守恒定律建立有主要意义。

冰卡计把豚鼠放在冰卡计里做试验第30页焦耳电热当量试验

1841年焦耳为了确定金属导线热功率，让导线穿过一根玻璃管，再将它密缠在管上。然后将玻璃管放入盛水容器中，通电后用温度计测量水产生温度改变。试验时，他先用不一样尺寸导线，继而又改变电流强度，结果判定“在一定时间内伏打电流经过金属导体产生热与电流强度平方及导体电阻乘积成正比。”这就是著名焦耳定律，又称i2R定律。（详见光盘）

第31页奥斯特磁效应试验

奥斯特信仰康德哲学,认为自然界各种基本力是能够相互转化。早在18,奥斯特就发表过一篇论文,论证化学力和电力等价性,文中写道：“我们应该检验是：终究电是否以其最隐蔽方式对磁体有类似作用”。在奥斯特头脑里,经常盘据着这个疑问。他深信电和磁有某种联络,只是不知道应该怎样来实现它。当初,电流研究早已揭示导体经过电流时会发烧,甚至会发光。他推测,既然电流经过细导体会发烧,经过更细导体甚至会发光,深入减小导体直径,为何不能指望激发出磁来呢?于是他拿一根细白金丝,让它接到电源上,在它前面放一根磁针,他和他人一样,企图用白金丝尖端吸引磁针。然而,尽管白金丝灼热了,烧红了,发光了,磁针也纹丝不动。奥斯特没有气馁,边思索,边试验。他从发烧和发光现象推测,既然热和光都是向四面扩展,会不会磁作用也是向四面扩展?（详见光盘）第32页阿拉哥铜盘试验

1824年阿拉果把磁针看成单摆，让它在铜盘上方摆动，发觉磁针摆动会很快衰减；假如让磁针停下不动，转动下面铜盘，就会发觉磁针也跟着转动。当初阿拉果无力对自己试验作出解释，只是如实地向公众宣告了试验结果。奥认为铜盘在运动中产生了磁性。安培提出铜盘在运动中产生了电流。塞贝克则认为是“磁雾”阻尼作用。（详见光盘）第33页法拉第电磁感应试验

法拉第和奥斯特一样,笃信自然力统一,很早就开始寻找“磁生电”迹象。从1824年到1828年,法拉第屡次进行电磁学试验。他仔细分析了电流磁效应,认为电流与磁相互作用除了电流对磁、磁对磁、电流对电流,还应有磁对电流作用。他想,既然电荷能够感应周围导体使之带电,磁铁能够感应铁质物体使之磁化,为何电流不能够在周围导体中感应出电流来呢?于是就开始了一系列探索。（详见光盘）第34页牛顿分光试验

自古以来，人类对雨后彩虹有着强烈兴趣。亚里士多德认为各种颜色产生是因为光受到不一样阻滞所引发。阳光进入媒质（比如水），从表面区域折射回来是红色或黄色，从深部折射回来是绿色或蓝色。1648年，布拉格马尔西用三棱镜演示色散成功。不过他解释错了。他认为红色是浓缩了光，蓝色是稀释了光；之所以会出现五颜六色，是因为光受物质不一样作用，因而展现各种不一样颜色。终究各种色彩产生是因为光与物质作用，还是光所含有本性，牛顿用一系列试验作出了回答。（详见光盘）电影片段第35页托马斯•杨双缝干涉试验

18托马斯·杨描述了他双缝试验.他写道：“使一束单色光照射一块屏，屏上面开有两个小洞或狭缝，可认为这两个洞或缝就是光发散中心，光经过它们向各个方向绕射。在这种情况下，当新形成两束光射到一个放置在它们前进方向上屏上时，就会形成宽度近于相等若干条暗带。……图形中心则总是亮。”（详见光盘）第36页丁铎尔全反射试验

光全反射能够导光，1870年英国物理学家J.丁铎尔就已经提出来了。他做过一个演示试验如左图。这正是纤维光学基本原理。同学们能够从这个试验深入探讨怎样利用全反射传输光线，看看要有什么条件。第37页赫兹电磁波试验

1887年赫兹用各种方法证实了电磁波存在引自人教版《高中物理》（详见光盘）第38页赫兹光电效应试验

石英片无效为了便于观察，赫兹偶然把接收器用暗箱罩上，结果发觉接收电极间火花变短了。赫兹工作非常认真，用各种材料放在两套电极之间，证实这种作用既非电磁屏蔽