物理学史的发展史
在这个时代，包含所谓“自然哲学”(也就是物理学)的哲学，关注的是试图在亚里士多德的理论前提下，为自然界中的现象发展出解释手段(而不仅仅是描述性的)的问题。根据亚里士多德和后来的苏格拉底的哲学，物体运动是因为运动是物体的基本自然属性之一。天体的运行轨迹恰好是圆的，因为完美的圆轨道运动被认为是神圣天球中物体运动的固有属性。冲量理论作为惯性和动量概念的原始祖先，也来源于这些哲学传统，并在中世纪由当时的哲学家菲洛普洛斯、伊本·西纳、布里丹等人发展而来。古代中国和印度的体育传统也是高度哲学化的。在17世纪的欧洲，自然哲学家逐渐对中世纪经院哲学发起了攻击。他们认为，从力学和天文学研究中抽象出来的数学模型将适合于描述整个宇宙的运动。意大利物理学家、数学家和天文学家伽利略·伽利雷，被誉为“现代自然科学之父”(或按当时地理称为托斯卡纳大公)，是这场变革的领军人物。伽利略生活在文艺复兴之后不久的时代，在此之前，达芬奇的物理实验、尼古拉斯·哥白尼的日心说以及弗朗西斯·培根强调实验经验的科学方法论都是促使伽利略深入研究自然科学的重要因素，而哥白尼的日心说直接推动了伽利略尝试用数学描述宇宙中天体的运动。伽利略意识到这个数学描述的哲学价值。他注意到哥白尼对太阳、地球、月球和其他行星运动的研究工作，认为这些当时激进的分析很可能会被用来证明经院哲学家对自然的描述与实际情况不符。伽利略进行了一系列力学实验，阐述了他对运动的看法，包括用斜面实验和自由落体实验反驳亚里士多德关于落体速度与重量成正比的观点，总结出自由落体距离与时间平方的关系，以及著名的斜面理想实验来思考运动。他在1632年出版的《托勒密与哥白尼的对话》一书中提到:“只要斜面继续，球就会继续无限运动并加速，因为这就是运动重量的本质。”这个思想被认为是惯性定律的前身。但真正的惯性概念是笛卡尔在1644年完成的。他明确指出，“除非一个物体受到外界因素的影响，否则它将永远保持静止或运动状态”，“一切运动本质上都是线性的”。
伽利略对天文学最著名的贡献是在1609年改进了折射望远镜，通过它他发现了木星的四颗卫星、太阳黑子和类似月亮的金星相位。伽利略对自然科学的杰出贡献，体现在他对机械实验的兴趣，以及他用数学语言描述物体运动的方法，为后世建立了以实验研究为基础的自然哲学传统。这一传统，连同培根的实验归纳法，深刻影响了后世的一批自然科学家，包括伊万杰斯塔·托里切利、马林·梅森内和布莱斯·帕斯卡、克里斯蒂安·惠更斯、罗伯特·胡克和罗伯特·波义耳。三大定律和万有引力定律
[人名]艾萨克·牛顿(英格兰物理学家、数学家、天文学家、自然哲学家和炼金术士)
1687年，英国物理学家、数学家、天文学家、自然哲学家艾萨克·牛顿出版了《自然哲学的数学原理》一书，这标志着经典力学体系的正式建立。牛顿在人类历史上第一次用一套普适的基本数学原理——牛顿运动三定律和万有引力定律——来描述宇宙中所有物体的运动。牛顿放弃了物体运动轨迹是自然的想法(比如开普勒认为行星运动轨迹本质上是椭圆的)。相反，他指出，任何现在可以观测到的运动，以及任何未来将要发生的运动，都可以利用它们已知的运动状态、物体质量和外力进行数学推导和计算。
伽利略和笛卡尔对动力学的研究(“地上”力学)，开普勒和法国天文学家布莱恩对天文学的研究(“地上”力学)，都影响了牛顿对自然科学的研究。(布莱恩曾指出，太阳对行星的作用力应该与距离的平方成反比，尽管他本人并不认为这种作用力真的存在)。1673年，惠更斯独立提出了圆周运动的离心力公式(牛顿在1665年通过数学手段得到了类似的公式)，使科学家们能够从当时的开普勒第三定律中大致推导出平方反比定律。罗伯特·胡克、埃德蒙·哈雷等人由此考虑了平方反比力场中物体运动轨道的形状。1684年，哈雷向牛顿提出了这个问题，牛顿随后在一篇长达9页的论文中作出了回答(后来俗称《论运动》)。牛顿在文中讨论了中心平方反比力场中物体的运动，推导出开普勒的行星运动三定律。后来，牛顿发表了他的第二篇论文《论物体的运动》，在论文中他阐述了惯性定律，详细论述了引力与质量成正比、与距离的平方成反比的性质，以及引力在整个宇宙中的普遍性。这些理论最终被总结在牛顿1687年出版的《原理》一书中，牛顿在书中以公理化的形式列出了三个运动定律和推导出的六个推论(推论1和2描述了力的合成和分解以及运动叠加的原理；推论3和4描述了动量守恒定律；推论5和6描述了伽利略的相对论原理)。于是，牛顿统一了“天上的”和“地上的”力学，建立了以运动三定律为基础的力学体系。
牛顿的原理(不包括他的数学方法)引起了欧洲大陆哲学家的争议，他们认为牛顿的理论缺乏对物体运动和引力的形而上学解释，因此是不可接受的。大约从1700年开始，大陆哲学和英国传统哲学的矛盾开始升级，裂痕开始加大，这主要根源于牛顿和莱布尼茨的追随者之间关于谁最先发展了微积分的口水战。起初，莱布尼茨的理论在欧洲大陆占了上风(在当时的欧洲，除了英国，其他地方主要使用莱布尼茨的微积分符号)，而牛顿本人也为缺乏一种对引力的哲学解释而苦恼，但他在笔记中坚持认为，引力的实在性不需要添加任何东西就可以推断出来。18世纪以后，中国大陆的自然哲学家逐渐接受了牛顿的观点，开始放弃本体论的形而上学解释，转而用数学来描述运动。牛顿的理论体系是建立在他的绝对时间和绝对空间的假设之上的。牛顿对时间和空间有如下的理解:“绝对的、真实的、数学的时间本身正在消逝，并且由于它的性质，它正在均匀地消逝，而不考虑任何外在的东西。”“绝对空间，就其本质而言，与外界的任何事物都无关，总是一成不变，一动不动。”牛顿，自然哲学的数学原理牛顿从绝对时空的假设出发，进一步定义了“绝对运动”和“绝对静止”的概念。为了证明绝对运动的存在，牛顿还在1689年构思了一个理想实验，即著名的水桶实验。在水桶实验中，装满水的水桶起初是保持静止的。当它开始旋转时，桶内的水起初保持静止，但随后会随着桶一起旋转，所以可以看到水逐渐离开其中心，沿着桶壁上升，形成凹形，直到最后与桶的转速重合，水面相对静止。牛顿认为水面的上升表明了水离开旋转轴的趋势，这种趋势不依赖于水相对于周围物体的任何运动。牛顿的绝对时空观，作为他理论体系的基本假设，在接下来的两百年里受到质疑。尤其是19世纪末，奥地利物理学家恩斯特·马赫在《机械史评论》中尖锐地批评了牛顿的绝对时空观。
新课标高考:高中物理学史概要。这个题目一定会出现在2013高考物理综合试题中，一般以小题的形式出现。这方面大家一定要注意。这个比较简单，背下来就行了！一、必考部分:(必修1，必修2，选修3-1，3-2) 1。力学:1.1638，意大利物理学家伽利略在两个新科学的对话中，用科学推理证明了重物体下落的速度和轻物体一样快。两个质量不同的球在比萨斜塔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(即质量大的球下落快是错误的)。2.1654，进行了一个轰动的实验——德国马德堡半球实验。3.1687，英国科学家牛顿在《自然哲学的数学原理》一书中提出了运动三定律(牛顿运动三定律)。4.17世纪，伽利略通过一个理想实验指出，一个在水平面上运动的物体，如果没有摩擦力，会一直以这个速度运动。得出力是改变物体运动的原因的结论，推翻了亚里士多德认为力是维持物体运动的原因的观点。当代法国物理学家笛卡尔进一步指出，如果没有其他原因，运动的物体会以同样的速度继续沿直线运动，既不停止，也不偏离原来的方向。5.英国物理学家胡克对物理学的贡献:胡克定律。经典题目:虎克认为只有在一定条件下，弹簧的弹力与弹簧的变形量成正比(右)6.1638。在《两种新科学的对话》一书中，伽利略用观察-假设-数学推理的方法详细研究了抛体运动。人们根据日常观察和经验，提出“地心说”，古希腊科学家托勒密是代表。波兰天文学家哥白尼提出“日心说”，大胆批驳地心说。8.17世纪，德国天文学家开普勒提出开普勒三定律。9.牛顿在1687年正式发表了万有引力定律。1798年，英国物理学家卡文迪许利用扭秤实验装置精确测量了引力常数。10.1846年，英国剑桥大学学生亚当姆斯和法国天文学家勒维烈(列维)应用万有引力定律计算并观测了海王星。1930年，美国天文学家汤宝用同样的计算方法发现了冥王星。11.中国宋代发明的火箭是现代火箭的鼻祖，原理和现代火箭一样。但现代火箭结构复杂，能达到的最大速度主要取决于喷流速度和质量比(火箭开始飞行时的质量比与燃料燃尽时的质量比)。俄罗斯科学家齐奥尔科夫斯基被誉为现代火箭之父。他首先提出了多级火箭和惯性导航的概念。多级火箭一般是三级火箭，中国成为第三个掌握载人航天技术的国家。12.1957年6月，苏联发射了第一颗人造地球卫星。1961 4月，世界上第一艘载人飞船“东方1”首次将尤里·加加林送入太空。20世纪初建立的量子力学和爱因斯坦的狭义相对论表明，经典力学不适用于微观粒子和高速运动的物体。2.电磁学:13.1785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定律，测得了静电常数k的值，14.1752年富兰克林在费城通过风筝实验验证了闪电是一种放电形式，统一了天地电，发明了避雷针。15.1837年，英国物理学家法拉第首先引入了电场的概念，提出用电场线来表示电场。16.1913年，美国物理学家密立根通过油滴实验精确测量了单质电荷e的电荷量，获得了诺贝尔奖。17.1826德国物理学家欧姆(1787 ~ 1854)通过实验得出欧姆定律。在18.1911中，荷兰科学家Anis(或Annas)发现，当大多数金属的温度下降到一定值时，电阻会突然降到零——超导现象。19.19世纪，焦耳和冷慈独立发现了电流通过导体时的热效应规律，即焦耳-楞次定律。20.1820，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，这种现象称为电流磁效应。21.法国物理学家安培发现电流相同的两根平行导线相互吸引，电流相反的导线相互排斥，提出了安培分子电流假说。总结出安培定则(右手螺旋定则)来判断电流与磁场的关系，总结出左手定则来判断磁场中带电导线上磁场力的方向。22.荷兰物理学家洛伦兹提出了运动电荷产生磁场，磁场对运动电荷有作用力(洛伦兹力)的观点。23.英国物理学家唐慕孙发现了电子，并指出阴极射线是高速运动的电子流。24.汤慕孙的学生阿斯顿设计的质谱仪，可以用来测量带电粒子的质量，分析同位素。25.1932，美国物理学家洛伦茨发明了回旋加速器，可以在实验室产生大量高能粒子。最大动能仅取决于磁场和D盒的直径。带电粒子圆周运动的周期与高频电源的周期相同。但当粒子动能较大，速度接近光速时，根据狭义相对论，粒子质量随速度显著增加，粒子在磁场中的回旋周期发生变化，因此很难进一步提高粒子的速度。26.1831年，英国物理学家法拉第发现了磁场产生电流的条件和规律——电磁感应定律。27.1834，俄罗斯物理学家冷慈发表了决定感应电流方向的定律——楞次定律。28.1835，美国科学家亨利发现了自感现象(由于电流的变化在电路本身产生感应电动势的现象)，荧光灯的工作原理是其应用之一，双绕组法制作的精密电阻是消除其影响的应用之一。二。选修部分:(选修3-3，3-4，3-5)三。热学(选修3-3):29.1827年，英国植物学家布朗发现了悬浮在水中的花粉颗粒保持不规则运动的现象——布朗运动。30.19世纪中叶，由德国医生迈耶。英国物理学家乔尔。德国学者亥姆霍兹最终确定了能量守恒定律。在31.1850中，克劳修斯提出了热力学第二定律的定性表述:热量不可能从一个低温物体传递到一个高温物体而没有其他影响，这就是所谓的克劳修斯表述。次年，开尔文提出了另一个表达式:不可能从单一热源获取热量，并在没有其他效应的情况下将其转化为有用功，这一表达式被称为开尔文表达式。32.1848，开尔文提出热力学温标，指出绝对零度(-273.15℃)是温度的下限。热力学温标与摄氏温度换算的关系为t = t+273.438+05 K热力学第三定律:热力学零度高不可攀。四。波动理论、光学和相对论(3-4选考):33.17世纪，荷兰物理学家惠更斯确定了单摆的周期公式。周期为2s的单摆称为二摆。34.1690，荷兰物理学家惠更斯提出机械波波动定律——惠更斯原理。35.奥地利物理学家多普勒(1803 ~ 1853)最早发现了由于波源与观察者的相对运动，观察者感受到频率变化的现象——多普勒效应(相互靠近，f增大。彼此远离，f减小)。36.1864、英国物理学家麦克斯韦发表论文《电磁场的动力论》，提出电磁场理论，预言电磁波的存在，指出光是电磁波，奠定了光的电磁理论的基础。电磁波是一种横波。37.1887，德国物理学家赫兹通过实验证实了电磁波的存在，并确定电磁波的传播速度等于光速。38.1894，意大利人马可尼和俄罗斯人波波夫分别发明了无线电报，开启了无线电通信的新篇章。39.1800，英国物理学家赫歇尔发现红外线。1801年，德国物理学家里特发现了紫外线。1895年，德国物理学家伦琴发现了X射线(伦琴射线)，并为妻子的手拍摄了世界上第一张X射线人体照片。40.1621年，荷兰数学家斯奈尔发现了入射角与折射角之间的定律——折射定律。在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，法国科学家菲涅耳和泊松计算并实验观测了光的圆板衍射——泊松亮斑。43.1864、英国物理学家麦克斯韦预言了电磁波的存在，并指出光是电磁波。1887年，赫兹通过实验证明了电磁波的存在。光是一种电磁波。44.1905、爱因斯坦提出了狭义相对论，狭义相对论有两个基本原理:①相对性原理——在不同的惯性参考系中，所有的物理定律都是相同的。(2)光速不变原理——在不同的惯性参考系中，真空中的光速一定是不变的。45.爱因斯坦还提出了相对论中的一个重要结论——质能方程E=mc2。46.从公元前468年到公元前376年，翟墨和他的弟子们在墨经中记录了光的直线传播。阴影的形成。光的反射。平面镜和球面镜成像现象是世界上最早的光学作品。47.1849法国物理学家斐索首先在地面上测量了光速，后来很多科学家采用了更精密的方法来测量光速，比如迈克尔逊的旋转棱镜法。(注意它的测量方法)48。关于光的本质:17世纪，明确形成了两种理论:一种是牛顿倡导的粒子理论，认为光是一种由光源发出的物质粒子。另一个是荷兰物理学家惠更斯提出的波动理论，他认为光是一种在空间传播的波。这两种理论都不能解释当时观察到的所有光现象。49.物理学晴空中的两朵乌云:①迈克尔逊-莫雷实验——相对论(高速运动的世界)；②热辐射实验——量子理论(微观世界)。50.65438+9世纪与20世纪之交，物理学有三大发现:X射线的发现、电子的发现和放射性同位素的发现。51.1905年，爱因斯坦提出了狭义相对论，狭义相对论有两个基本原理:①相对论原理——在不同的惯性参考系中，所有的物理定律都是相同的。(2)光速不变原理——在不同的惯性参考系中，真空中的光速一定是不变的。52.1900，德国物理学家普朗克解释了物体的热辐射定律，提出了能量量子假说:当一种物质发射或吸收能量时，能量不是连续的，而是一个拷贝，每个拷贝是最小的能量单位，即能量量子。53.激光被誉为20世纪的“世纪之光”。5.动量、波粒二象性、原子物理(3-5选考):54.1900、德国物理学家普朗克提出电磁波的发射和吸收不是连续的，而是一个接一个的，把物理学带入了量子世界。受其启发，爱因斯坦在1905年提出了光子理论，成功解释了光电效应定律，因此获得了诺贝尔物理学奖。55.1922，美国物理学家康普顿在研究石墨中的电子散射X射线时的康普顿效应(说明动量守恒定律和能量守恒定律同时适用于微观粒子)时，证实了光的粒子性。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电磁光谱，为量子力学的发展奠定了基础。57.1924，法国物理学家德布罗意大胆预言，物理粒子在一定条件下会呈现涨落。58.1927美颜。英国和英国物理学家获得了电子束在金属晶体上的衍射图样。与光学显微镜相比，电子显微镜受衍射现象的影响要小得多，大大提高了分辨率，质子显微镜具有更高的分辨率本能。59.1858，德国科学家普里卡发现了一种奇妙的射线——阴极射线(高速电子流)。60.1906，英国物理学家汤姆逊发现电子，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量了单质电荷e的电荷量，获得了诺贝尔奖。62.1897、汤姆逊用阴极射线管发现了电子，说明原子是可以分裂的，具有复杂的内部结构，提出了原子的枣饼模型。63.1909 ~ 1911年，英国物理学家卢瑟福及其助手进行了α粒子的散射实验，提出了原子的核结构模型。根据实验结果，估计原子核直径在10m～15m数量级。1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，首次实现了原子核的人工蜕变，发现了质子。预言原子核中还有另一种粒子，是他的学生查德威克在1932年α粒子轰击铍原子核时发现的，人们由此认识到原子核是由质子和中子组成的。64.1885，瑞士中学数学老师巴尔末总结了氢原子光谱的波长定律——巴尔末体系。65.1913、丹麦物理学家玻尔首次得到氢原子能级的表达式。66.1896，法国物理学家贝克雷尔发现了自然辐射现象，表明原子核具有复杂的内部结构。自然辐射现象:有两种衰变(α，β)和三种射线(α，β，γ)，其中γ射线是新核在衰变后处于激发态并跃迁到低能级时辐射出来的。衰变率与原子的物理化学状态无关。67.1896在贝克雷尔的建议下，玛丽-居里发现了两种放射性更强的新元素——钋(Po)镭(Ra)。68.1919、卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，第一次实现了原子核的人工转变，发现了质子，并预言了原子核中还有另一种粒子——中子。69.1932，查德威克，卢瑟福学生，因在α粒子轰击铍原子核时发现中子而获诺贝尔物理学奖。70.1934年，约里奥-居里夫妇用α粒子轰击铝箔时，发现了正电子和人造放射性同位素。71.1939 65438+2月，德国物理学家哈恩和他的助手斯特拉斯曼用中子轰击铀核时，铀核发生了分裂。费米中的72.1942。在西拉德等人的领导下，美国建成了第一座裂变反应堆(由浓缩铀棒、控制棒、中子慢化剂、水泥保护层、热交换器等组成。).73.1952，美国爆炸世界第一颗氢弹(聚变反应，热核反应)。人工控制核聚变的一种可能方式是用强激光产生的高电压照射小型核燃料。74.1932年发现正电子，1964年提出夸克模型。粒子分为三类:介体——传递各种相互作用的粒子，比如光子。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。强子由更多的基本粒子夸克组成，夸克的电荷可能是元电荷。