高中物理科学家实验及发现

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1、一、力学： 11638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 重物体不会比轻物体下落得快；他研究自由落体运动程序如下： 提出假说：自由落体运动是一种对时间均匀变化的最简单的变速运动； 数学推理：由初速度为零、末速度为v 的匀变速运动平均速度和 得出 ；再应 用 从上式中消去 v，导出 即 。 实验验证： 由于自由落体下落的时间太短，直接验证有困难， 伽利略用铜球在阻 力很小的斜面上滚下，上百次实验表明：；换用不同质量的小球沿同一斜面运 动，位移与时间平方的比值不变， 说明不同质量的小球沿同一斜面做匀变速直线 运动的情况相同； 不断增大斜面倾角， 重复上述实验， 得出该比值随

2、斜面倾角的 增大而增大，说明小球做匀变速运动的加速度随斜面倾角的增大而变大。 合理外推：把结论外推到斜面倾角为90的情况，小球的运动成为自由落体， 伽利略认为这时小球仍保持匀变速运动的性质。（用外推法得出的结论不一定都 正确，还需经过实验验证） 注：伽利略对自由落体的研究，开创了研究自然规律的一种科学方法。（回忆理 想斜面实验） 21683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。 317 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

3、一条直线运动，既不会停下来， 也 不会偏离原来的方向。 420 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。 517 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。 6我国宋朝发明的火箭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） ；多级火箭一般都是三级火箭，我国已成为掌握

4、载人航天技术的第三 个国家。 717 世纪荷兰物理学家惠更斯确定了单摆的周期公式。周期是2s 的单摆叫秒 摆。 8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） 二、热学： 11827 年英国植物学家布朗发现悬浮在水中的花粉微粒不停地做无规则运动的 现象布朗运动。 219 世纪中叶，由德国医生迈尔、英国物理学家焦尔、德国学者亥姆霍兹最后 确定能量守恒定律。 31850年，克劳修斯提出热力学第二定律的定性表述：不可能把热从低温物体 传到高温物体而不产生其他影响，称为克劳

5、修斯表述。 次年开尔文提出另一种表述：不可能从单一热源取热， 使之完全变为有用的功而不产生其他影响，称为开 尔文表述。 41848年开尔文提出热力学温标，指出绝对零度（- 273.15）是温度的下 限。T=t+273.15K 热力学第三定律：热力学零度不可达到。 三、电磁学： 11785 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。（转化） 21752年，富兰克林在费城通过风筝实验验证闪电是电的一种形式，把天电与 地电统一起来，并发明避雷针。 31826年德国物理学家欧姆（ 1787-1854）通过实验得出欧姆定律。 41911 年荷兰科学家昂尼斯发现大多数金属在温度

6、降到某一值时，都会出现电 阻突然降为零的现象超导现象。 518411842 年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，称为焦耳楞次定律。 61820年，丹麦物理学家奥斯特发现电流可以使周围的磁针偏转的效应，称为 电流的磁效应。 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。 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。 7 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。 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

7、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。 81831 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 应现象； 1834年楞次发表确定感应电流方向的定律。 91832年亨利发现自感现象，即在研究感应电流的同时，发现因电流变化而在 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。 101864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 了电磁场的基

8、本方程组， 后称为麦克斯韦方程组， 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（注意第二册 P243的图）。 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。 四、光学： 1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。 21849 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） 31621 年荷兰数学家斯涅耳找

9、到了入射角与折射角之间的规律折射定律。 4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。 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 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。 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 年由赫兹证实。 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

10、人体照片。 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。（量子力学的说明在第三册 P56） 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） 光具有波粒二象性， 光是电磁波、概率波、横波（光的偏振说明光是一种横波） 。 光的电磁说中要注意电磁波谱（第三册P31）, 还要注意原子光谱（涉及光谱分 析第三册 P50） 51913年，丹麦物理学家玻尔

11、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。（明确其局限性） 61924 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； 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。（第三册P54） 五、原子物理学： 11897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。 21909 年-1911 年，英国物理学家卢瑟福和助手们进行了 粒子散射实验， 并 提出了原子

12、的核式结构模型。由实验结果估计原子核直径数量级为10 -15 m 。 31896年，法国物理学家贝克勒尔发现天然放射现象，说明原子核也有复杂的 内部结构。 天然放射现象有两种衰变（、），三种射线（ 、），其中 射线 是衰变后新核处于激发态，向低能级跃迁时辐射出的。衰变的快慢（半衰期）与 原子所处的物理和化学状态无关。 41919年，卢瑟福用 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 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。 51939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）。 61952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。 7现代粒子物理： 1932年发现了正电子， 1964 年提出夸克模型； 粒子分为三大类：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质子、中子；强子由更基本的 粒子夸克组成，夸克带电量可能为元电荷的13 或23 。