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8－4物理学史和重要思想方法一、高中物理的重要物理学史1．力学部分(1)1638年，意大利物理学家伽利略用科学推理论证重物体和轻物体下落一样快，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)。(2)1687年，英国科学家牛顿提出了三条运动定律(即牛顿三大运动定律)。(3)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，如果没有其他原因，运动物体将继续以同一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。(4)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。(5)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。(6)17世纪，德国天文学家开普勒提出开普勒三大行星运动定律。(7)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。(8)1846年，英国剑桥大学学生亚当斯和法国天文学家勒维耶应用万有引力定律，计算并观测到海王星，1930年，美国天文学家汤博用同样的计算方法发现冥王星。2．电磁学部分(1)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。(2)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。(3)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的电荷量，获得诺贝尔奖。(4)1826年德国物理学家欧姆(1787—1854)通过实验得出欧姆定律。(5)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，即焦耳定律。(6)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，称为电流的磁效应。(7)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，通有反向电流的平行导线则相斥，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。(8)荷兰物理学家洛伦兹提出运动电荷产生了磁场和磁场对运动电荷有作用力(洛伦兹力)的观点。(9)汤姆孙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。(10)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)(11)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。(12)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。3．原子物理部分(1)英国物理学家汤姆孙利用阴极射线管发现电子，并指出阴极射线是高速运动的电子流，获得1906年诺贝尔物理学奖。汤姆孙还提出原子的枣糕模型。(2)英国物理学家卢瑟福和助手们进行了α粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型，并用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。(3)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，并得出氢原子能级表达式。获得1922年诺贝尔物理学奖。(4)查德威克用α粒子轰击铍核时发现中子，获得1935年诺贝尔物理学奖。(5)法国物理学家贝可勒尔发现天然放射现象，说明原子核有复杂的内部结构，获得1903年诺贝尔物理学奖。(6)爱因斯坦提出了质能方程式，并提出光子说，成功地解释了光电效应规律，因此获得1921年诺贝尔物理学奖。(7)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，获得1918年诺贝尔物理学奖。(8)1922年，美国物理学家康普顿在研究石墨中的电子对X射线的散射时发现康普顿效应，证实了光的粒子性。获得1927】年诺贝尔物理学奖。(9)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。二、高中物理的重要思想方法1．理想模型法：为了便于进行物理研究或物理教学而建立的一种抽象的理想客体或理想物理过程，突出了事物的主要因素、忽略了事物的次要因素。理想模型可分为对象模型(如质点、点电荷、理想变压器等)、条件模型(如光滑表面、轻杆、轻绳、匀强电场、匀强磁场等)和过程模型(在空气中自由下落的物体、抛体运动、匀速直线运动、匀速圆周运动、恒定电流等)。2．极限思维法：就是人们把所研究的问题外推到极端情况(或理想状态)，通过推理而得出结论的过程，在用极限思维法处理物理问题时，通常是将参量的一般变化，推到极限值，即无限大、零值、临界值和特定值的条件下进行分析和讨论。如公式v＝ΔxΔt中，当Δt→0时，v是瞬时速度。3．理想实验法：也叫做实验推理法，就是在物理实验的基础上，加上合理的科学的推理得出结论的方法就叫做理想实验法，这也是一种常用的科学方法。如伽利略斜面实验推导出牛顿第一定律等。4．微元法：微元法是指在处理问题时，从对事物的极小部分(微元)分析入手，达到解决事物整体目的的方法。它在解决物理学问题时很常用，思想就是“化整为零”，先分析“微元”，再通过“微元”分析整体。5．比值定义法：就是用两个基本物理量的“比”来定义一个新的物理量的方法，特点是：A＝BC，但A与B、C均无关。如a＝ΔvΔt、E＝Fq、C＝QU、I＝qt、R＝UI、B＝FIL、ρ＝mV等。6．放大法：在物理现象或待测物理量十分微小的情况下，把物理现象或待测物理量按照一定规律放大后再进行观察和测量，这种方法称为放大法，常见的方式有机械放大、电放大、光放大。7．控制变量法：决定某一个现象的产生和变化的因素很多，为了弄清事物变化的原因和规律，必须设法把其中的一个或几个因素用人为的方法控制起来，使它保持不变，研究其他两个变量之间的关系，这种方法就是控制变量法。比如探究加速度与力、质量的关系，就用了控制变量法。8．等效替代法：在研究物理问题时，有时为了使问题简化，常用一个物理量来代替其他所有物理量，但不会改变物理效果。如用合力替代各个分力，用总电阻替代各部分电阻等。9．类比法：也叫“比较类推法”，是指由一类事物所具有的某种属性，可以推测与其类似的事物也应具有这种属性的推理方法。其结论必须由实验来检验，类比对象间共有的属性越多，则类比结论的可靠性越大。如研究电场力做功时，与重力做功进行类比；认识电流时，用水流进行类比；认识电压时，用水压进行类比。三级练·四翼展一练固双基——基础性考法1．[多选]为了认识复杂的事物规律，我们往往从事物的等同效果出发，将其转化为简单的、易于研究的事物，这种方法称为等效替代法，下列哪些物理概念的建立使用了等效替代思想()A．惯性B．重心C．平均速度D．合力与分力解析：重心是将物体各部分所受重力等效为集中于一点；平均速度是将变速运动过程等效为匀速运动过程，匀速运动的速度则为变速运动的平均速度；合力与分力是使力的作用效果相同。答案：BCD2．在人类对物质运动规律的认识过程中，许多物理学家大胆猜想、勇于质疑，取得了辉煌的成就，下列有关科学家及他们的贡献描述正确的是()A．卡文迪许在牛顿发现万有引力定律后，进行了“月—地检验”，将天体间的力和地球上物体的重力统一起来B．在公式F＝GMmr2中，G称为引力常量，单位是N·m2/kg2C．开普勒潜心研究第谷的天文观测数据，提出行星绕太阳做匀速圆周运动D．万有引力定律只适用于天体，不适用于地面上的物体解析：牛顿在发现万有引力定律过程中，进行了“月—地检验”，将天体间的力和地球上物体的重力统一起来，A错误；利用分式中各物理量的单位推导可知，B正确；开普勒潜心研究第谷的天文观测数据，提出行星绕太阳运动的开普勒三定律，行星绕太阳做椭圆运动，C错误；万有引力定律既适用于天体，也适用于地面上的物体，适用于宇宙万物，故D错误。答案：B3．关于原子结构的认识历程，下列说法正确的有()A．汤姆孙发现电子后猜想出原子内的正电荷集中在很小的核内B．α粒子散射实验中少数α粒子发生了较大偏转是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据C．卢瑟福的原子核式结构模型能够很好地解释光谱的分立特征和原子的稳定性D．玻尔原子理论无法解释较复杂原子的光谱现象，说明玻尔提出的原子定态概念是错误的解析：汤姆孙发现电子后，猜想出原子内的正电荷均匀分布在原子内，提出了枣糕式原子模型，故A错误；卢瑟福根据α粒子散射实验中少数α粒子发生了较大偏转，提出了原子核式结构模型，故B正确；卢瑟福提出的原子核式结构模型，无法解释原子的稳定性和原子光谱的分立特征，故C错误；玻尔原子理论无法解释较复杂原子的光谱现象，由于原子是稳定的，故玻尔提出的原子定态概念是正确的，故D错误。答案：B4．下列说法中错误的是()A．胡克认为弹簧的弹力与弹簧的形变量成正比是有条件的B．牛顿第一定律是利用逻辑思维对事实进行分析的产物，不可能用实验直接验证C．库仑总结并确认了真空中任意两个电荷之间的相互作用的规律D．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时才会运动答案：C解析：根据胡克定律，在弹性限度内，弹簧的弹力与弹簧的形变量成正比，A正确；牛顿第一定律是利用逻辑思维对事实进行分析的产物，不可能用实验直接验证，B正确；库仑用库仑扭秤实验研究总结并确认了真空中两个静止点电荷之间的相互作用的规律，C错误；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时才会运动，D正确。5．[多选]在物理学发展过程中，观察、实验、假说和逻辑推理等方法都起到了重要作用。下列叙述符合史实的是()A．奥斯特在实验中观察到电流的磁效应，该效应揭示了电和磁之间的联系B．安培根据通电螺线管的磁场和条形磁铁的磁场的相似性，提出了分子电流假说C．法拉第在实验中观察到，在通有恒定电流的静止导线附近的固定导线圈中，会出现感应电流D．楞次在分析了许多实验事实后提出，感应电流应具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化答案：ABD解析：奥斯特在实验中观察到电流的磁效应，揭示了电和磁之间的联系，故A正确；安培根据通电螺线管的磁场和条形磁铁的磁场的相似性，提出了分子电流假说，很好地解释了软铁磁化现象，故B正确；在通有恒定电流的静止导线附近的固定导线圈中，不会出现感应电流，故C错误；楞次在分析了许多实验事实后提出楞次定律，即感应电流应具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化，故D正确。6．[多选]在科学发展史上，每一位科学家的成果无一例外的都是在前人成果及思想方法的启迪下，点燃了自己智慧的火花，并加之自己的实践及对理论的创新归纳总结而得出的。下列叙述符合物理史实的是()A．伽利略传承了亚里士多德关于力与运动关系的物理思想，开创了某些研究物理学的科学方法B．牛顿在归纳总结伽利略、笛卡儿等科学家的结论的基础上得出了经典的牛顿第一定律答案：BCC．库仑在前人研究的基础上通过扭秤实验研究得出了库仑定律D．楞次在对理论基础和实验资料进行严格分析后，提出了电磁感应定律解析：伽利略不是传承而是否定了亚里士多德的关于力与运动关系的物理思想，A错；法拉第提出了电磁感应定律，D错；B、C符合历史事实，B、C对。7．下列关于物理学研究方法的叙述中正确的是()A．电学中引入了点电荷的概念，突出了带电体的带电荷量，忽略了带电体的质量，这里运用了理想化模型的方法B．在推导匀变速直线运动位移公式时，把整个运动过程划分成很多小段，每一小段近似看作匀速直线运动，再把各小段位移相加，这里运用了假设法C．用比值法定义的物理概念在物理学中占有相当大的比例，例如电容C＝QU，加速度a＝Fm都是采用比值法定义的D．根据速度定义式v＝ΔxΔt，当Δt非常小时，ΔxΔt就可以表示物体在t时刻的瞬时速度，该定义运用了极限思维法解析：点电荷的概念，突出了带电体的带电荷量，忽略了带电体的体积大小和形状，而不是忽略了带电体的质量，运用了理想化模型的方