知識拓展：物理學(xué)的重大發(fā)展相關(guān)史料解讀

1、PAGE14物理學(xué)的重大發(fā)展相關(guān)史料解讀經(jīng)典力學(xué)1伽利略對物理學(xué)的貢獻(xiàn)材料一外力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因：一個(gè)運(yùn)動(dòng)的物體假如有了某種速度以后，只要沒有增加或減小速度的外部原因，便會始終保持這種速度這個(gè)條件只有在水平的平面上才有可能，因?yàn)榧偃缭谘匦泵孢\(yùn)動(dòng)的狀況里，朝下運(yùn)動(dòng)則已經(jīng)有了減速的起因。由此可知，只有水平的平面上的運(yùn)動(dòng)才是不變的，運(yùn)動(dòng)既不會減小或減弱，更不會消滅。伽利略關(guān)于兩門新科學(xué)的對話材料二加速度概念的確定：正如勻速運(yùn)動(dòng)被解釋為相等時(shí)間中保持相等的速度，所以我們也可以用類似的方法，設(shè)想在一段相等的時(shí)間中，速度的增加并不會復(fù)雜，這樣我們可以認(rèn)為速度是平衡的、連續(xù)的變化著，在任意相等的時(shí)間

2、間隔中，速度的增加總是確定的。伽利略關(guān)于兩門新科學(xué)的對話【解讀】關(guān)于兩門新科學(xué)的對話是伽利略關(guān)于自然運(yùn)動(dòng)科學(xué)和材料強(qiáng)度科學(xué)的一部重要著作，為物理學(xué)的發(fā)展作出卓越的貢獻(xiàn)。伽利略對于力學(xué)的研究，在他的科學(xué)活動(dòng)中占有極為重要的地位，他所建立的擺的定律、慣性定律、落體運(yùn)動(dòng)定律，以及對拋體運(yùn)動(dòng)的研究和他提出的相對性原理，奠定了動(dòng)力學(xué)的重要基礎(chǔ)。以后經(jīng)牛頓的發(fā)展完善，建立了現(xiàn)代經(jīng)典力學(xué)的系統(tǒng)理論。2伽利略捍衛(wèi)發(fā)展哥白尼的日心說材料薩：如果世界的中心確是所有天層以及星體（即行星）環(huán)繞運(yùn)行的中心點(diǎn)，那就完全可以肯定，處于宇宙中心的是太陽，而不是地球。因此，作為第一個(gè)普遍概念而言，中心的地點(diǎn)就是太陽的地點(diǎn)，而地

3、球離開中心的距離就是它離開太陽的距離。辛：你是怎樣引申出行星環(huán)繞的中心是太陽而不是地球呢薩：這是根據(jù)最明顯，因而也是最具有說服力的許多觀察而引申出來的。在這些把地球從中心排除出去，而把太陽放在中心的觀察中，一個(gè)最確實(shí)可靠的觀察是，我們發(fā)現(xiàn)所有的行星在某一個(gè)時(shí)候靠近地球，而在另一個(gè)時(shí)候又距地球較遠(yuǎn)。關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體系對話【解讀】關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體系對話一書，是伽利略天文學(xué)研究成果總集。在天文學(xué)方面，伽利略的貢獻(xiàn)是極其巨大的。他的宇宙觀的核心是維護(hù)和堅(jiān)持、發(fā)展了哥白尼學(xué)說。他的日心說觀點(diǎn)是完全建立在對天文的長期觀測所獲得的大量新發(fā)現(xiàn)的可靠事實(shí)基礎(chǔ)之上的。3伽利略的科學(xué)研究方法

4、材料一哲學(xué)被寫在宇宙這本大書中，正一頁一頁的為我們展開。但我們只有先學(xué)懂它的語言，認(rèn)識組成語言的字母，才能讀懂這本書。這本書是用數(shù)學(xué)的語言寫成的，它的字母就是三角形、圓和其他幾何圖形，沒有這些字母，人類就不能懂得書里的任何一個(gè)單詞：沒有這些字母，人類只能迷失在黑暗的迷宮中。伽利略的發(fā)現(xiàn)與見解轉(zhuǎn)引自S德雷克著唐云江譯伽利略材料二拋射體45度時(shí)射程最遠(yuǎn)僅用數(shù)學(xué)便得到如此嚴(yán)格的證明，這使我心中充滿又驚又喜的感覺。大炮和破擊炮轟擊時(shí)，最大射程（即炮彈發(fā)射的最遠(yuǎn)距離），是在仰角45度時(shí)獲得的但是要理解為什么發(fā)生這種情況，這比從別人那里得到證據(jù)甚至反復(fù)實(shí)驗(yàn)得到的證據(jù)重要的多通過探索原因而達(dá)到對某一效應(yīng)的理

5、解會使人頓開茅塞，從而使理解和確證其他事實(shí)無須再借助實(shí)驗(yàn)，目前的例子恰好證明了這一點(diǎn)伽利略關(guān)于兩門新科學(xué)的對話材料三伽利略的發(fā)現(xiàn)以及他所應(yīng)用的科學(xué)的推理方法是人類思想史上最偉大的成就之一，而且標(biāo)志著物理學(xué)的真正開端。英費(fèi)爾德物理學(xué)的進(jìn)化材料四意大利一直是古典學(xué)術(shù)復(fù)興的舞臺。也是在意大利，伽利略和他的追隨者為近代科學(xué)奠定了基礎(chǔ)。沃爾夫16、17世紀(jì)科學(xué)、技術(shù)和哲學(xué)史【解讀】伽利略是近代科學(xué)史上劃時(shí)代的人物。他對近代科學(xué)的主要貢獻(xiàn)表現(xiàn)在三個(gè)方面：一是奠定了經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)；二是捍衛(wèi)和發(fā)展了哥白尼的日心說；三是創(chuàng)立了實(shí)驗(yàn)與數(shù)學(xué)相結(jié)合的科學(xué)研究方法。在觀察實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過推理和計(jì)算對現(xiàn)象提出假定性的說

6、明和描述，并用數(shù)學(xué)公式表示出來，然后再用實(shí)驗(yàn)方法去考核推理的結(jié)果是否正確。這是近代科學(xué)研究的一般程序和經(jīng)典方法。伽利略是這種科學(xué)研究方法和傳統(tǒng)的奠基人。這種研究方法既推動(dòng)了經(jīng)典力學(xué)的發(fā)展，也推動(dòng)了數(shù)學(xué)的發(fā)展。人們稱伽利略是近代實(shí)驗(yàn)科學(xué)之父，近代科學(xué)方法的奠基人。4牛頓對物理學(xué)基本概念的定義材料定義1物質(zhì)的量是物質(zhì)的度量，可由其密度和體積共同求出。定義2運(yùn)動(dòng)的量是運(yùn)動(dòng)的度量，可由速度和物質(zhì)的量共同求出。定義3物質(zhì)固有的力，是一種起抵抗作用的力，它存在于每一物體當(dāng)中，大小與該物體相當(dāng)，并使其保持現(xiàn)有的狀態(tài)，或是靜止，或是勻速直線運(yùn)動(dòng)。定義4外力是一種對物體的推動(dòng)作用，使其改變靜止的或勻速直線運(yùn)動(dòng)的

7、狀態(tài)。定義5向心力使物體受到指向一個(gè)中心點(diǎn)的吸引，或推斥任何傾向于該點(diǎn)的作用。定義6以向心力的絕對度量量度向心力，它正比于中心導(dǎo)致向心力產(chǎn)生并通過周圍空間傳遞的作用源的性能。定義7以向心力的加速度度量量度向心力，它正比于向心力在給定時(shí)間里所產(chǎn)生的速度部分。定義8以向心力的運(yùn)動(dòng)度量量度向心力，它正比于向心力在給定時(shí)間里所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)部分。牛頓自然哲學(xué)之?dāng)?shù)學(xué)原理【解讀】自然哲學(xué)之?dāng)?shù)學(xué)原理一書，是牛頓經(jīng)典力學(xué)研究成果匯編。這部重要著作被稱為17世紀(jì)物理科學(xué)的百科全書。自然哲學(xué)之?dāng)?shù)學(xué)原理由四部分組成：前言：說明了研究理論物理的目的和方法。他指出：從物理的全部任務(wù)看來就在于從各種運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象來研究各種自然力

8、，然后再用這些力去論證其他現(xiàn)象。第一、二編定義并分析了質(zhì)量、動(dòng)量、慣性、力、向心力、時(shí)間、空間等一系列奠定力學(xué)基礎(chǔ)的概念，提出了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奶祗w力學(xué)理論，討論了物體在有阻力的介質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)問題，敘述了牛頓力學(xué)三條基本運(yùn)動(dòng)定律和萬有引力定律，以及流體動(dòng)力學(xué)的有關(guān)定律。第三編運(yùn)用前兩編推導(dǎo)出的運(yùn)動(dòng)定律來解釋自然界的實(shí)際問題，如月球的運(yùn)動(dòng)、潮汐、二分點(diǎn)的歲差和彗星的運(yùn)動(dòng)等。5經(jīng)典力學(xué)理論材料一牛頓物體運(yùn)動(dòng)三大定律定律1每個(gè)物體都保持其靜止，或勻速直線運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，除非有外力作用于它迫使它改變那種狀態(tài)。定律2運(yùn)動(dòng)的變化正比于外力，變化的方向沿外力作用的直線方向。定律3每一種作用都有一個(gè)相等的反作用，或者，兩個(gè)物

9、體間的相互作用總是相等的，而且指向相反。牛頓自然哲學(xué)之?dāng)?shù)學(xué)原理材料二萬有引力定律命題76如果若干球體（就其物質(zhì)密度和吸引力而言）相互間由其中心到表面的同類比值完全不相似，但各球在其到中心給定距離處是相似的，而且各點(diǎn)的吸引力隨其到被吸引物體的距離的平方而減?。粍t這些球體中的一個(gè)吸引其他球體的全部的力反比于球心距離的平方。推論3一個(gè)球相對于另一個(gè)球的運(yùn)動(dòng)吸引，或二者見的相對重量，在相同的球心距離處，共同正比于吸引的與被吸引的球，即正比于這兩個(gè)球的乘積。推理4在不同的距離處，正比于該乘積，反比于二球心距離的平方。牛頓自然哲學(xué)之?dāng)?shù)學(xué)原理【解讀】經(jīng)典力學(xué)理論體系由牛頓力學(xué)三大運(yùn)動(dòng)定律和萬有引力定律組成。

10、牛頓第一定律即慣性定律，是繼承和發(fā)展了伽利略的成果。伽利略根據(jù)斜面實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了水平方向的慣性運(yùn)動(dòng)。牛頓把它擴(kuò)大到任意方向。任何物體沒有外力作用，將永遠(yuǎn)保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。牛頓第二定律也是繼承和發(fā)展了伽利略的工作。伽利略糾正了亞里士多德力與速度有關(guān)的傳統(tǒng)觀念，指出力不是同速度有關(guān)而是與加速度有關(guān)。牛頓進(jìn)一步指出，力與加速度和質(zhì)量的乘積有關(guān)。牛頓在研究碰撞與動(dòng)量問題的基礎(chǔ)上，又總結(jié)出運(yùn)動(dòng)第三運(yùn)動(dòng)定律，即作用與反作用定律。牛頓力學(xué)三大定律深刻揭示了機(jī)械運(yùn)動(dòng)的普遍規(guī)律，萬有引力定律則把天體的運(yùn)動(dòng)和地球上物體的運(yùn)動(dòng)聯(lián)系起來了，最后完成經(jīng)典力學(xué)理論體系。6牛頓提出哲學(xué)中的推理規(guī)則材料規(guī)則1尋求自然事

11、物的原因，不得超出真實(shí)和足以解釋其現(xiàn)象者。因此對于相同的自然現(xiàn)象，必須盡可能地尋求相同的原因。物體的特征，若其程度既不能增加也不能減少，且在實(shí)驗(yàn)所及范圍內(nèi)為所有物體所共有；則應(yīng)視為一切物體的普遍屬性。在實(shí)驗(yàn)哲學(xué)中，我們必須將由現(xiàn)象所歸納出的命題視為完全正確的或基本正確的，而不管想象所可能得到的與之相反的種種假說，直到出現(xiàn)了其他的或可排除這些命題，或可使之變得更加精確的現(xiàn)象之時(shí)。牛頓自然哲學(xué)之?dāng)?shù)學(xué)原理【解讀】牛頓的自然哲學(xué)之?dāng)?shù)學(xué)原理不僅是一本劃時(shí)代的科學(xué)著作，它在科學(xué)方法上也有重要意義。牛頓發(fā)展了從經(jīng)驗(yàn)事實(shí)概括為自然科學(xué)原理的方法。牛頓指出，在自然科學(xué)里，應(yīng)該像在數(shù)學(xué)里一樣，在研究困難的時(shí)候，總

12、是應(yīng)當(dāng)先用分析的方法，然后采用綜合的方法。這種分析包括做實(shí)驗(yàn)和觀察，用歸納法從中做出普遍結(jié)論，并且不使這些結(jié)論遭到異議，除非這些異議來自實(shí)驗(yàn)或其他可靠的真理方面。用這樣的分析方法，我們就可以從復(fù)合物論證到它們的成分，從運(yùn)動(dòng)到產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的力，一般地說，從結(jié)果到原因，從特殊原因到普遍原因，一直論證到最普遍的原因?yàn)橹?，這就是分析的方法；而綜合的方法則假定原因已經(jīng)找到，并且把它們立為原理，再由這些原理去解釋由它們發(fā)生的現(xiàn)象，并證明這些解釋的正確性。相對論的創(chuàng)立1愛因斯坦提出狹義相對論材料一絕對靜止這概念，不僅在力學(xué)中，而且在電動(dòng)力學(xué)中也不符合現(xiàn)象的特性，倒是應(yīng)該認(rèn)為，凡是對力學(xué)方程適用的一切坐標(biāo)系，對于

13、上述電動(dòng)力學(xué)和光學(xué)的定律也一樣適用，對于第一級微量來說，這是已經(jīng)證明了的。我們要把這個(gè)猜想（它的內(nèi)容以后就稱之為“相對性原理”）提升為公設(shè)，并且還要引進(jìn)另一條在表面上看來和它不相容的公設(shè)：光在空虛空間里總是以一確定的速度V傳播著，這速度與發(fā)射體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)。由這兩條公設(shè)，根據(jù)靜體的麥克斯韋理論，就可以得到一個(gè)簡單而又不自相矛盾的動(dòng)體電動(dòng)力學(xué)。愛因斯坦論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)材料二狹義相對論是以下面的公設(shè)為基礎(chǔ)的（而伽利略牛頓的力學(xué)也滿足這個(gè)公設(shè)）：如果這樣來選取一個(gè)坐標(biāo)系K，使物理定律參照于這個(gè)坐標(biāo)系得以最簡單的形式成立，那么對于任何另一個(gè)相對于K做勻速平移運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)系K，這些定律也同樣成立。這條公

14、設(shè)我們叫它“狹義相對性原理”?！蔼M義”這個(gè)詞表示這條原理限制在K對K做勻速運(yùn)動(dòng)的情況，但K同K的等效性并沒有擴(kuò)充到K對K做非勻速運(yùn)動(dòng)的情況。愛因斯坦論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)【解讀】愛因斯坦在物理學(xué)的許多領(lǐng)域中都有重大的貢獻(xiàn)，其中最重要的是創(chuàng)立了相對論和發(fā)展了量子論。愛因斯坦在1905年6月完成的論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)一文中，提出了狹義相對論。這一理論告訴我們，如果我們承認(rèn)光在真空中的速度傳播速度是恒定的，而且在一切慣性參照系中自然定律都是相同的，那么就可以確定，時(shí)間和物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識，發(fā)生了革命性的變化，具有劃時(shí)代的意義。2廣義相對論的兩條公設(shè)材料（等效原理）物理學(xué)的定律必須具有這樣的性質(zhì)，它們對于以無論哪種

15、方式運(yùn)動(dòng)著的參照系都是成立的。（廣義協(xié)變原理）普遍的自然規(guī)律是由那些對一切坐標(biāo)系都有效的方程來表示的，也就是說，它們對于無論哪種變換都是協(xié)變的（廣義協(xié)變）。廣義相對論的基礎(chǔ)【解讀】1916年，愛因斯坦廣義相對論的基礎(chǔ)的論文，建立了廣義相對論。狹義相對論主要論述電磁現(xiàn)象及其在時(shí)間和空間中的傳播；廣義相對論主要研究引力理論。這個(gè)理論的中心思想是引力的實(shí)質(zhì)是由于質(zhì)量的存在而引起的時(shí)空連續(xù)場的彎曲。他根據(jù)廣義相對論，作出光線在引力場作用下會發(fā)生彎曲、水星近日發(fā)生運(yùn)動(dòng)和引力場中的光譜線向紅端移動(dòng)的三大預(yù)言，以后都被實(shí)驗(yàn)觀察所證實(shí)。1919年，英國物理學(xué)家湯姆生曾激動(dòng)地說，愛因斯坦創(chuàng)立的相對論是“人類思想

16、史上最偉大的成就之一”。3科學(xué)應(yīng)造福于人類材料如果你們想使你們一生的工作有益于人類，那么，你們只懂得應(yīng)用科學(xué)是不夠的。關(guān)心人的本身，應(yīng)當(dāng)始終成為一切技術(shù)上奮斗的主要目標(biāo)；關(guān)心怎樣組織人的勞動(dòng)和產(chǎn)品分配這樣一些尚未解決的重大問題，用以保證我們科學(xué)思想的成果會造福于人類，而不致成為禍害。紀(jì)念愛因斯坦譯文集【解讀】愛因斯坦的歷史地位，不僅僅因?yàn)樗目茖W(xué)貢獻(xiàn)，還有他對世界的人文關(guān)懷。他不僅是一位偉大的科學(xué)家，還是一位和平主義者。他目睹了兩次世界大戰(zhàn)對人類的摧殘，認(rèn)為和平是人類的首要問題。1955年4月，彌留之際的愛因斯坦簽署了羅素愛因斯坦宣言，呼吁人們團(tuán)結(jié)起來，防止新型的世界大戰(zhàn)的爆發(fā)。愛因斯坦要求科

17、學(xué)要造福于人類，而人類也從愛因斯坦的研究成果中獲益匪淺。后世得益于愛因斯坦理論的重大發(fā)明。太陽能電池、防盜報(bào)警器和照相機(jī)的測光表都是以光電效應(yīng)為基礎(chǔ)的。核能利用了這樣一個(gè)物理現(xiàn)象：當(dāng)鈾原子發(fā)生裂變時(shí)，總質(zhì)量的微量損失可以轉(zhuǎn)變成能量，其依據(jù)正是愛因斯坦的著名等式E=MC2。如今，核能為英國提供了25%的電力。狹義相對論與量子理論相結(jié)合，指出了反物質(zhì)的存在。科學(xué)家們利用正電子，即反物質(zhì)“電子”，通過X射線層析照相術(shù)研究大腦活動(dòng)。愛因斯坦1916年至1917年對光子的研究為人類40年后發(fā)現(xiàn)激光奠定了基礎(chǔ)。量子論的誕生與發(fā)展1愛因斯坦對普朗克發(fā)現(xiàn)的評價(jià)材料這一發(fā)現(xiàn)成為二十世紀(jì)物理學(xué)研究的基礎(chǔ)，從那個(gè)時(shí)

18、候起幾乎完全決定了物理學(xué)的發(fā)展。要是沒有這一發(fā)現(xiàn)，那就不可能建立起分子、原子以及支配它們變化的能量過程的有用理論。諾貝爾物理獎(jiǎng)金獲得者【解讀】普朗克在物理學(xué)上最主要的成就是提出著名的普朗克輻射公式，創(chuàng)立能量子概念。普朗克從1896年開始對熱輻射進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。他經(jīng)過幾年艱苦努力，終于導(dǎo)出了一個(gè)和實(shí)驗(yàn)相符的公式。他于1900年10月下旬在德國物理學(xué)會通報(bào)上發(fā)表一篇只有三頁紙的論文，題目是論維恩光譜方程的完善，第一次提出了黑體輻射公式。12月14日，在德國物理學(xué)會的例會上，普朗克作了論正常光譜中的能量分布的報(bào)告。在這個(gè)報(bào)告中，他激動(dòng)地闡述了自己最驚人的發(fā)現(xiàn)。他說，為了從理論上得出正確的輻射公式，必須假定物質(zhì)輻射（或吸收）的能量不是連續(xù)地，而是一份一份地進(jìn)行的，只能取某個(gè)最小數(shù)值的整數(shù)倍。這個(gè)最小數(shù)值就叫能量子，輻射頻率是的能量的最小數(shù)值=h。其中h，普朗克當(dāng)時(shí)把它叫做基本作用量子，現(xiàn)在叫做普朗克常數(shù)。普朗克常數(shù)是現(xiàn)代物理學(xué)中最重要的物理常數(shù)，它標(biāo)志著物理學(xué)從“經(jīng)典幼蟲”變成“現(xiàn)代蝴蝶”。1906年普朗克在熱輻射講義一書中，系統(tǒng)地總結(jié)了他的工作，為開辟探索微觀物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律新途徑提供了重要的基礎(chǔ)。2愛因斯坦