20世纪最伟大的物理发现
19世纪末页，牛顿定律在各个领域里都取得了很大的成功：在机械运动方面不用说，在分子物理方面，成功地解释了温度、压强、气体的内能。在电磁学方面，建立了一个能推断一切电磁现象的Maxwell方程。另外还找到了力、电、光、声----等都遵循的规律---能量转化与守恒定律。（1. 经典力学：伽利略、牛顿、拉格朗日……，2、热力学与统计物理学：
玻耳兹曼、克劳修斯、卡诺……3. 波动光学：惠更斯、菲涅尔、阿拉果……4. 电磁学：高斯、安培、法拉弟、麦克斯韦……
当时许多物理学家都沉醉于这些成绩和胜利之中。他们认为物理学已经发展到头了。1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上,著名物理学家开尔文勋爵作了展望新世纪的发言: “科学的大厦已经基本完成，后辈的物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。”
--开尔文-- 也就是说：物理学已经没有什么新东西了，后一辈只要把做过的实验再做一做，在实验数据的小数点后面在加几位罢了！
但开尔文毕竟是一位重视现实和有眼力的科学家，就在上面提到的文章中他还讲到：“但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云，----”
一朵与黑体辐射有关（维恩方程，短波适应，瑞利金斯长波适应，紫外灾难）
另一朵与迈克尔逊实验有关。（在不同的惯性参考系里，光速相同）
然而, 事隔不到一年(1900年底)，就从第一朵乌云中降生了量子论。1900年12月14日，普朗克在柏林宣读了他关于黑体辐射的论文，宣告了量子的诞生。那一年他42岁。普朗克把能量子引入物理学,正确地破除了”能量连续变化”的传统观念,成为现代物理学思想的基石之一, 为我们打开了量子之门,普朗克黑体辐射的研究卓有成效地展现在人们的眼前，紫外灾难的疑点找到了，为人类解决了一大难题。使热爱科学的人们又一次倍感欣慰，但真理与谬误之争就此平息了吗？
就在1900年，一个名叫爱因斯坦(Albert Einstein)的青年从苏黎世联邦工业大学(ETH)毕业，正在为将来的生活发愁。5年后他受量子化启发提出了光量子,成功的解释了光电效应. 就在那一年,在丹麦，15岁的玻尔(Niels Bohr)正在哥本哈根的中学里读书。玻尔有着好动的性格。学习方面，他在数学和科学方面显示出了非凡的天才，但是他的笨拙的口齿和惨不忍睹的作文却是全校有名。13年后他提出了原子轨道量子化.
德布罗意(Louis de Broglie)当时8岁，还正在家里接受良好的幼年教育。后来他提出了物质波.
再过12个月，维尔兹堡(Wurzberg)的一位著名希腊文学教授就要喜滋滋地看着他的宝贝儿子小海森堡(Werner Karl Heisenberg)呱呱坠地。
(1905年)从第二朵乌云中降生了相对论。经典物理学的大厦被彻底动摇，物理学发展到了一个更为辽阔的领域。
经典物理学的疑难:
1.、X射线1895年伦琴
2、放射性1896年贝克勒尔
3、电子的发现1897年汤姆生
4、αβ
射线1898年卢瑟福
5.、热辐射偏离维恩分布1899年鲁本斯等
6.、γ
射线1900年维拉德
7、电子质量随速度增加1901年考夫曼
光电效应、塞曼效应、氢原子的线状光谱……
物理学发展简史 摘要：物理学的发展大致经历了三个时期：古代物理学时期、近代物理学时期（又称经典物理学时期）和现代物理学时期。物理学实质性的大发展，绝大部分是在欧洲完成，因此物理学的发展史，也可以看作是欧洲物理学的发展史。 关键词：物理学；发展简史；经典力学；电磁学；相对论；量子力学；人类未来发展 0 引言 物理学的发展经历了漫长的历史时期，本文将其划分为三个阶段：古代、近代和现代，并逐一进行简要介绍其主要成就及特点，使物理学的发展历程显得清晰而明了。 1 古代物理学时期 古代物理学时期大约是从公元前8世纪至公元15世纪，是物理学的萌芽时期。 物理学的发展是人类发展的必然结果，也是任何文明从低级走向高级的必经之路。人类自从具有意识与思维以来，便从未停止过对于外部世界的思考，即这个世界为什么这样存在，它的本质是什么，这大概是古代物理学启蒙的根本原因。因此，最初的物理学是融合在哲学之中的，人们所思考的，更多的是关于哲学方面的问题，而并非具体物质的定量研究。这一时期的物理学有如下特征：在研究方法上主要是表面的观察、直觉的猜测和形式逻辑的演绎；在知识水平上基本上是现象的描述、经验的肤浅的总结和思辨性的猜测；在内容上主要有物质本原的探索、天体的运动、静力学和光学等有关知识，其中静力学发展较为完善；在发展速度上比较缓慢。在长达近八个世纪的时间里，物理学没有什么大的进展。 古代物理学发展缓慢的另一个原因，是欧洲黑暗的教皇统治，教会控制着人们的行为，禁锢人们的思想，不允许极端思想的出现，从而威胁其统治权。因此，在欧洲最黑暗的教皇统治时期，物理学几乎处于停滞不前的状态。 直到文艺复兴时期，这种状态才得以改变。文艺复兴时期人文主义思想广泛传播，与当时的科学革命一起冲破了经院哲学的束缚。使唯物主义和辩证法思想重新活跃起来。科学复兴导致科学逐渐从哲学中分裂出来，这一时期，力学、数学、天文学、化学得到了迅速发展。 2 近代物理学时期 近代物理学时期又称经典物理学时期，这一时期是从16世纪至19世纪，是经典物理学的诞生、发展和完善时期。 近代物理学是从天文学的突破开始的。早在公元前4世纪，古希腊哲学家亚里士多德就已提出了“地心说”，即认为地球位于宇宙的中心。公元140年，古希腊天文学家托勒密发表了他的13卷巨著《天文学大成》，在总结前人工作的基础上系统地确立了地心说。根据这一学说，地为球形，且居于宇宙中心，静止不动，其他天体都绕着地球转动。这一学说从表观上解释了日月星辰每天东升西落、周而复始的现象，又符合上帝创造人类、地球必然在宇宙中居有至高无上地位的宗教教义，因而流传时间长达1300余年。
第一章走进物理世界 1.1 希望你喜爱物理 一、情景引入 电闪雷鸣是常见的现象，是传说中“雷公”在发怒吗？是“电母”在施法吗？长大后听哥哥姐姐说，这是物理现象，并没有“雷公”“电母”。那什么是物理学？它研究雷电等现象吗？ 是的，今天我们开始跨进物理世界大门，到奇妙的物理世界中去探究一番，感受她带给我们的乐趣…… 二、教材研究 问题1——光为什么会偏折？ 阅读课本P2图1—1中的“蓬莱海面奇特日出”，用激光棒或手电筒斜射入水槽，完成活动1后填空。 ○1当光由一种透明介质斜射入另外一种透明介质时，传播方向会。因此阳光在大气层中传播时，由于大气层的密度并不均匀，光会发生，就会形成如图中的海面奇特现象。 问题2——闪电是怎样产生的？ 查阅资料或在因特网上查阅有关雷电知识。课堂上观察老师演示“模拟闪电”，搜集气体打火机中的打火装置，观察按压按钮时，能否看到轻微的火花，并听到“啪啪”的响声。○2想想看，在生活当中，你有没有观察到过类似这种闪电的现象？ 。 问题3——为什么说物理学推动了社会的发展？ 阅读课本物理学推动了社会的发展部分，然后给同学们讲述为什么说物理学的发展推动了社会的发展？有兴趣查阅资料了解近代物理学的发展，对现代社会有什么促进作用？ 问题4——我们学习科学家的什么精神？ 阅读课本内容，并上网查阅有关三位物理巨人对物理学的贡献及个人的成就，向同学们讲述他们的趣闻趣事。我们应该学习他们的什么精神？ 三、典例分析 例：你还能举出类似“蓬莱海面奇特日出”生活中的现象？ 答案：类似于这种现象的有：插入水中的筷子看起来感觉会向上偏折；走到河边向河水看去，感觉到河水变浅了；鱼夫叉鱼时，铁叉要往看到的“鱼”再往下点叉。…… 四、达标训练
21世纪物理学的25个难题 大卫·格罗斯1[①] 编者按：1900年，在巴黎国际数学家代表大会上，德国数学家大卫·希尔伯特（David Hilbert，1864－1943）根据19世纪数学研究成果和发展趋势，提出了新世纪数学家应该致力解决的23个数学问题。希尔伯特的演讲，对20世纪的数学发展，产生了极大的影响。100余年之后的2004年，另一个大卫，因发现量子色动力学中的“渐近自由”现象而荣获2004年诺贝尔物理学奖的美国物理学家大卫·格罗斯教授，同样就未来物理学的发展，提出了25个问题。也许人们会说，在物理学领域提出问题要比数学领域容易得多，因为物理学就像大江大河，而数学则像尼罗河三角洲中纵横交错的河网。但若是反过来想一想，既然物理学界对前沿问题具有更广泛的共识，我们就不难明白，格罗斯教授所提出的问题对未来物理学发展的重要意义。有趣的是，这25个问题中，有1/3落在物理学的边缘地带，其中3个与计算机科学相关，3个与生物学相关，4个与哲学和社会学相关。格罗斯教授的演讲，最初是为美国加州大学卡维利理论物理研究所成立25周年庆典而准备的，该庆典云集了物理学各领域的世界一流学者。此后数月，格罗斯教授先后在欧洲核子中心（CERN）、中国科学院理论物理研究所、浙江大学等地作过内容相近的讲演。这里的译文，系根据格罗斯教授所提供的讲稿译出，中科院理论物理所网站有免费下载的讲演录相（https://www.doczj.com/doc/3610006302.html,/ Video/2005/000.asf），读者也可以参考。 作者简介：大卫·格罗斯（David Gross），美国国家科学院院士，加州大学圣巴巴拉分校（University of California at Santa Barbara）卡维利理论物理研究所（Kavli Institute for Theoretical Physics ）所长。格罗斯教授是量子色动力学的奠基人之一，当代弦理论专家，因发现强相互作用中的渐近自由现象2004年与弗兰克·维尔切克（Frank Wilczek）和戴维·波利策（David Politzer）分享了当年度的诺贝尔物理学奖。 这份讲稿来自于我在2004年10月7日卡维利理论物理研究所（KITP）25周年庆祝会议上所作的演讲。在这次会议中，与会者被邀请提出一些可能引导物理学研究的问题，广泛地说，在未来25年可能引导物理学研究的问题，讲稿中的一部分内容就来自于与会者所提出的问题。 1、宇宙起源 第1个问题关于宇宙的起源。这个问题不仅对于科学而且对于哲学和宗教都是一个永久的问题。现在它是理论物理学和宇宙学亟待解决的问题：“宇宙是如何开始的？” 根据最新的观察，我们知道宇宙正在膨胀。因此，如果我们让时光倒流，宇宙将会收缩。如果我们应用爱因斯坦方程和我们关于粒子物理学的知识，我们可以或多或少对哪儿会出现“初始奇点”做出近似的推断。在“初始奇点”，宇宙收缩成为一种难以置信的高密度和高能量的状态——即通常所称的“大爆炸”。我们不知道在大爆炸点（at the big bang）发生了什么，我们所知的基础物理的所有方法——不仅是广义相对论和标准模型，甚至包括我所知的弦理论——都失灵了。 1[①]作者简介：大卫·格罗斯（David Gross），美国国家科学院院士，加州大学圣巴巴拉分校（University of California at Santa Barbara）卡维利理论物理研究所（Kavli Institute for Theoretical Physics ）所长。格罗斯教授是量子色动力学的奠基人之一，当代弦理论专家，因发现强相互作用中的渐近自由现象2004年与弗兰克·维尔切克（Frank Wilczek）和戴维·波利策（David Politzer）分享了当年度的诺贝尔物理学奖。
十九世纪末二十世纪初，经典物物学的各个分支学科均发展到了完善、成熟的阶段，随着热力学和统计力学的建立以及麦克斯韦电磁场理论的建立，经典物理学达到了它的顶峰，当时人们以系统的形式描绘出一幅物理世界的清晰、完整的图画，几乎能完美地解释所有已经观察到的物理现象。因为经典物理学的巨大成就，当时很多物理学家产生了这样一种思想：认为物理学的大厦已经建成，物理学的发展基本上已经完成，人们对物理世界的解释已经达到了终点。物理学的一些基本的、原则的问题都已经解决，剩下来的仅仅进一步精确化的问题，即在一些细节上作一些补充和修正，使已知公式中的各个常数测得更精确一些。不过，在十九世纪末二十世纪初，正当物理学家在庆贺物理学大厦落成之际，科学实验却发现了很多经典物理学无法解释的事实。首先是世纪之交物理学的三大发现：电子、X射线和放射性现象的发现。其次是经典物理学的万里晴空中出现了两朵“乌云”：“以太漂移”的“零结果”和黑体辐射的“紫外灾难”。 [1]这些实验结果与经典物理学的基本概念及基本理论有尖锐的矛盾，经典物理学的传统观点受到巨大的冲击，经典物理发生了“严重的危机”。由此引起了物理学的一场伟大的革命。爱因斯坦创立了相对论；海林堡、薛定谔等一群科学家创立了量子力学。现代物理学诞生了！ 把物理学发展的现状与上一个世纪之交的情况作比较，能够看到两者之间有相似之外，也有不同之处。在相对论和量子力学建立起来以后，现代物理学经过七十多年的发展，已经达到了成熟的阶段。人类对物质世界规律的理解达到了空前的高度，用现有的理论几乎能够很好地解释现在已知的一切物理现象。能够说，现代物理学的大厦已经建成。在这个点上，当前有情况与上一个世纪之交的情况很相似。所以，有少数物理学家认为今后物理学不会有革命性的进展了，物理学的根本性的问题、原则问题都已经解决了，今后能做到的仅仅在现有理论的基础上在深度和广度两方面发体现代物理学，对现有的理论作一些补充和修正。不过，因为有了一百年前的历史经验，多数物理学家并不赞成这种观点，他们相信物理学迟早会有突破性的发展。另一方面，虽然在微观世界和宇宙学领域中有一些物理现象是现代物理学的理论不能很好地解释的，但是这些矛盾并不是严重到了非要彻底改造现有理认纱可的水准。在这方面，当前的情况与上一个世纪之交的情况不同。在上一个世纪之交，经典物理学发生了“严重的危机”；而在本世纪之交，现代物理学并无“危机”。所以，我认为当前发生现代物理学革命的条件似乎尚不成熟。 虽然在微观世界和宇宙学领域中有一些物理现象是现代物理学的理论不能很好地解释的，但是这些矛盾并不是严重到了非要彻底改造现有理认纱可的水准。在这方面，当前的情况与上一个世纪之交的情况不同。在上一个世纪之交，经典物理学发生了“严重的危机”；而在本世纪之交，现代物理学并无“危机”。所以，我认为当前发生现代物理学革命的条件似乎尚不成熟。客观物质世界是分层次的。一般说来，每个层次中的体系都由大量的小体系（属于下一个层次）构成。从一定意义上说，宏观与微观是相对的，宏观体系由大量的微观系统构成。物质世界从微观到宏观分成很多层次。物理学研究的目的包括：探索各层次的运动规律和探索各层次间的联系。
世纪之交的物理学革命 19世纪理论科学的巅峰状态以及其中隐含的危机以物理学最为典型。海王星的发现显示了牛顿力学无比强大的理论威力，光学、电磁学与力学的统一使物理学显示出一种形式上的完整，被誉为“一座庄严雄伟的建筑体系和动人心弦的美丽的庙堂”有一个故事很可以说明在人们心目中，古典物理学的完善程度。德国著名的物理学家普朗克年轻时曾向他的老师表示要献身于理论物理学，老师劝他说：“年轻人，物理学是一门已经完成了的科学，不会再有多大的发展了，将一生献给这门学科，太可惜了。” 1900年4月27日，英国著名的物理学家开尔文勋爵作了题为《热和光的动力理论上空的19世纪之乌云》的长篇讲演，指出古典物理学本来十分晴朗的天空上出现了两朵乌云。实际上，物理学天空上的乌云何止两朵。大量新现象与已成完美体系的古典理论之间的矛盾日渐突出，酿成了深刻的危机。正是这朵朵乌云带来了世纪之交的一场物理学革命，在这场革命中诞生了相对论和量子力学。 1、第一朵乌云：以太漂移实验 开尔文所称第一朵乌云指的是以太漂移实验。古典物理学统一诸种物理现象的主要方式，是找出该类物理现象的一个力学模型。例如，当我们把声音看成是声源振动在物质媒介中的纵向传播时，我们就将声学统一在关于振动的力学之中；当我们把热看成是细微分子的运动之后，我们就将热学统一在关于大量分子运动的力学之中。电磁学似乎与力学距离较远，但也有统一它们的方式。比如，我们同样可以将电磁波看成是某种电磁振荡在某种物质媒介中的传播，如果这种模型是成立的，那么，电磁学与力学之间也可以统一起来了。事实上，物理学家们就是这么做的，因为在他们看来，“一切物理现象都能够从力学的角度来说明，这是一条公理，整个物理学就建造在这条公理之上”。开尔文也说：“我的目标就是要证明，如何建造一个力学模型，这个模型在我们所思考的无论什么物理现象中，都将满足所要求的条件。在我没有给一种事物建立起一个力学模型之前，我是永远也不会满足的。如果我能够成功地建立起一个模型，我就能理解它，否则我就不能理解”。 用力学振荡模型来理解电磁现象面临的一个主要问题是，它是在什么物质媒介中振荡传播的。我们知道，声音的媒介可以是许多物质，如空气、水、铁轨等，没有这些东西，声音便不能传播。可是人们一直没有搞清楚电磁振荡靠的是什么媒介。有实验表明；它在真空中也能传播，这就说明，这种媒介不是我们所能看得见、摸得着的物质。法国哲学家笛卡尔曾经借用希腊词“以太”，提出过一种处处充满以太的宇宙模型。在他那里，以太正好就是看不见膜不着的一种新物质。物理学家们于是认为，电磁传播的媒介是以太。 问题在于以太将具有什么样的物理性质。比如，它有重量吗？它对物体的运动会产生阻力吗？它的密度有多大？但这些问题都非常难于回答。电磁波是一种横波，为了能传播这样一种波，以太媒介必得很硬，但行星运动中又看不出受到阻力的迹象，这使物理学家们感到十分为难。 更困难的问题是以太漂移问题。如果确实有以太存在，那么最好是假定它相对于太阳静止而相对于地球运动，因为只有这样才能很好地解释光行差现象。如果以太相对于地球运动，那么我们就应该可以通过某种方式探测出来。1879年，著名物理学家麦克斯韦提出了一种探测方法：让光线分别在平行和垂直于地球运动的方向等距离地往返传播，平行于地球运动方向所花的时间将会略大于垂直方向的时间：1881年，美国实验物理学家迈克尔逊（1852～1931）依此原理设计了一个极为精密的实验，未发现任何时间差。1887年，迈克尔逊再度与美国化学家莫雷（1838～1923）合作，以更高精度重复实验，得到的依然是“零结果”。作为一名以“探测以太漂移”为目的的实验物理学家，迈克尔逊认为自己的实验是失败的。 为了解释“零结果”，1889年爱尔兰物理学家菲兹杰拉德（1851～1901）提出了物体在以太风中的收缩假说。他认为，在运动方向上，物体长度将会缩短，以致我们无法在光学实验中探测出以太漂移的迹象。1892年，荷兰物理学家洛伦兹（1853—1928）也独立地提出了收缩假说，并且给出了著名的洛伦兹变换。该变换使得相对于以太运动以及相对于以太静止的两种坐标系均满足同样形式的麦克斯韦方程，使经典物理学得以消除乌云，保全形式上的完美。但洛伦兹的工作已经大大修改了许多传统的观念，例如，运动粒子的质量不再是不变的，速度均以光速为上限等。 法国数学家、物理学家、哲学家彭加勒（185—1912）是相对论的重要先驱。1895年，在《谈谈拉摩
物理知识点复习 第一章走进物理世界 1、物理学就是研究声、光、力、热、电等各种物理现象的规律和物质结构的一门科学。 2、物理学推动社会的发展，人类的文明： ①远古人类，刀耕火种，简单机械的发明和应用；②17—18世纪，蒸汽时代；③19—20世纪，电与磁的发展（法拉第和麦克斯韦），人类进入电气时代；④20世纪，信息时代，太空技术的发展。 3、观察和实验是进行科学探究的基本方法，也是认识自然规律的重要途径。 4、比较分为定性比较和定量比较两种，测量是一种定量比较。 5、长度和时间的测量是物理学中最基本的两种测量。刻度尺测量长度的基本工具；秒表是测量时间的常用工具。 6、在国际单位制（SI）中，长度的基本单位是米，符号是m；常用单位:千米（km）、分米(dm)、厘米(cm)、 毫米(mm)、微米(μm)和纳米(nm)。 单位换算关系 长度单位面积单位体积单位1km=1000m=103m 1km2=1000000m2=106m21cm3=1mL=10-6m3 1dm=0.1m=10-1m 1dm2=0.01 m2 =10-2m2L=1dm3 1cm=0.01m=10-2m 1m2=100 m2 =102m21dm3=1L=10-3m3 1mm=0.001m=10-3m 1cm2= 0.0001 m2 =10-4m21m3=1000L=103dm3 1m=1000mm=103mm 1m2=10000cm2=104cm21m3=1000000mL=106cm3 1μm=10-6m；1m=106μm 1nm=10-9m;1m=109nm 7、时间的基本单位是秒，符号是s；常用单位有小时（h）、分（min）、毫秒（ms）、微秒(μs)和纳秒 (ns) 时间单位换算 1h=3600s=3.6×103s 1min=60s 1ms=0.001s=10-3s；1s=103ms 1μs=10-6s 1s=106μs1ns=10-9s; 1s=109ns 8、秒表 （停表）的 读数：
历史上最伟大的物理学家排名1：牛顿(经典力学、光学) 牛顿（Sir Isaac NewtonFRS, 1643年1月4日--1727年3月31日）爵士，英国皇家学会会员，是一位英国物理学家、数学家、天文学家、自然哲学家和炼金术士。他在1687年发表的论文《自然哲学的数学原理》里，对万有引力和三大运动定律进行了描述。这些描述奠定了此后三个世纪里牛顿像(21张)物理世界的科学观点，并成为了现代工程学的基础。他通过论证开普勒行星运动定律与他的引力理论间的一致性，展示了地面物体与天体的运动都遵循着相同的自然定律；从而消除了对太阳中心说的最后一丝疑虑，并推动了科学革命。在力学上，牛顿阐明了动量和角动量守恒之原理。在光学上，他发明了反射式望远镜，并基于对三棱镜将白光发散成可见光谱的观察，发展出了颜色理论。他还系统地表述了冷却定律，并研究了音速。在数学上，牛顿与戈特弗里德·莱布尼茨分享了发展出微积分学的荣誉。他也证明了广义二项式定理，提出了“牛顿法”以趋近函数的零点，并为幂级数的研究作出了贡献。在2005年，英国皇家学会进行了一场“谁是科学史上最有影响力的人”的民意调查，牛顿被认为比阿尔伯特·爱因斯坦更具影响力。 2：爱因斯坦(相对论、量子力学奠基人) 爱因斯坦（Albert Einstein，1879年3月14日-1955年4月18日），举世闻名的德裔美国科学家，现代物理学的开创者和奠基人。爱因斯坦1900年毕业于苏黎世工业大学，1909年开始在大学任教，1914年任威廉皇家物理研究所所长兼柏林大学教授。后因二战爆发移居美国，1940年入美国国籍。
十九世纪末期是物理学的变革时期，爱因斯坦从实验事实出发，从新考查了物理学的基本概念，在理论上作出了根本性的突破。他的一些成就大大推动了天文学的发展。他的量子理论对天体物理学、特别是理论天体物理学都有很大的影响。理论天体物理学的第一个成熟的方面——恒星大气理论，就是在量子理论和辐射理论的基础上建立起来的。爱因斯坦的狭义相对论成功地揭示了能量与质量之间的关系，解决了长期存在的恒星能源来源的难题。近年来发现越来越多的高能物理现象，狭义相对论已成为解释这种现象的一种最基本的理论工具。其广义相对论也解决了一个天文学上多年的不解之谜，并推断出后来被验证了的光线弯曲现象，还成为后来许多天文概念的理论基础。 爱因斯坦对天文学最大的贡献莫过于他的宇宙学理论。他创立了相对论宇宙学，建立了静态有限无边的自洽的动力学宇宙模型，并引进了宇宙学原理、弯曲空间等新概念，大大推动了现代天文学的发展。 3：麦克斯韦(经典电动力学、经典统计力学) 詹姆斯·克拉克·麦克斯韦，英国物理学家、数学家。麦克斯韦主要从事电磁理论、分子物理学、统计物理学、光学、力学、弹性理论方面的研究。尤其是他建立的电磁场理论，将电学、磁学、光学统一起来，是19世纪物理学发展的最光辉的成果，是科学史上最伟大的综合之一。他预言了电磁波的存在。这种理论遇见后来得到了充分的实验验证。他为物理学树起了一座丰碑。造福于人类的无线电技术，就是以电磁场理论为基础发展起来的。麦克斯韦大约于1855年开始研究电磁学，在潜心研究了法拉第关于电磁学方面的新理论和思想之后，坚信法拉第的新理论包含着真理。于是他抱着给法拉第的理论“提供数学方法基础”的愿望，决心把法拉第的天才思
自然科学刚跨入20世纪，物理学领域内首先掀起了革命的浪潮。19世纪末，物理学实验上的一系列重大发现，冲击着经典物理学的连续观念、绝对时空观念和原子不可再分的观念，使原有的经典理论显得无能为力。这一冲击，对当时的物理学家们的影响是很大的。因为19世纪40年代以后，由伽利略和牛顿奠定基础的古典物理学理论，由于海王星和能量守恒原理的发现，法拉第、麦克斯韦电磁理论的辉煌成就以及分子运动论的建立，在科学的各个领域中所向披靡，包罗了大至日月星辰，小至原子、分子的物理世界，从而使当时不少物理学家认为物理理论已接近最后完成，今后只需在细节上作些补充和发展，在小数点第六位上做文章。著名的德国物理学家基尔霍夫（1824—1887）说：“物理学将无所作为了，至少也只能在已知规律的公式的小数点后面加上几个数字罢了。”世界著名物理学家开尔文（1824—1907）也认为：“在已经建成的科学大厦中，后辈物理学家只能做一些零碎的修补工作了。”但是，他又敏锐地发现，在物理学晴朗的天空里，还有两朵小小的令人不安的乌云，这就是迈克耳逊-莫雷实验和黑体辐射实验。它们的存在引起许多著名的物理学家的不安。 世纪之交的新挑战 19世纪80年代以后，物理学的经典理论不断完善，与此同时，物理学实验上却陆续发现一些重大的结果。至少有7个重大发现，不但旧理论无法解释，有的还导致观念上的更新。
第一个实验是1887年赫兹（1857—1894）在验证麦克斯韦（1831—1879）预言电磁波存在的实验过程中，发现了光电效应。按照经典理论，从金属表面逸出电子的数目与光的强度有关，而与光的频率无关。这一矛盾，赫兹无法解释，但他仍以“论紫外光对放电现象的效应”为题发表论文，描述了这一现象和结果，向物理学经典理论发起了挑战。 第二个实验是1887年的迈克耳逊-莫雷实验。这一结果使持有光是“以太”中的波动这一观点的人大失所望，连迈克耳逊本人也不了解这一实验结果的重要意义。 第三个实验是1895年伦琴（1845—1923）发现了X射线。这一发现是对“不可入性是物质的固有属性”观念的挑战，也是对建筑在这一观念基础上的经典物理学的有关理论的挑战。 第四个实验是1896年贝克勒尔（1852—1908）发现了放射性辐射（参阅本书第50页）。这一实验结果表明化学元素是能蜕变的，它会变成其他元素，改变了人们一成不变的观念。 第五个实验是1897年汤姆孙（1856—1940）发现了电子。电子的发现和证实，表明比原子小的粒子是存在的，原子并不是最小的客体，指出了经典的物质结构理论的局限性。 第六个实验是1898年居里夫妇发现放射性元素。这一重要发现，同样证明化学元素是要蜕变的，而原子并不是不可分的，它会放射出更小的粒子而改变自己的性质，再次说明经典理论的局限性。
对物理学的认识 物理学的主要研究对象就是力、光、电等。物理学可以分为力学、光学、热学、量子力学、核物理学等。物理学所研究的内容与人类的生活息息相关。在人类社会的发展历程中,物理学起着非常重要的作用。物理学的发展推动了社会的进步,可以说:物理学不就是一切,但就是一切都离不开物理学。物理学的终极目标就就是来量化解释世界。(法国皮埃尔·迪昂在她的《物理理论的目的与结构》中提出的观点) 牛顿建立了经典力学以后带来了第一次工业革命,因此人类进入了近代化。而蒸汽机的发明与应用就是第一次工业革命的标志,可以瞧出物理学的作用就是巨大的。随着物理学的发展,电学得到了应用,带来了第二次工业革命,电学的应用拉近了人们之间的距离,电力、汽车工业蓬勃发展。在第二次世界大战的刺激下,原子能技术、计算机技术与航天技术发展迅速,并成为第三次技术革命兴起的标志.随着 量子力学相对论等理论的建立,在20世纪,以核能、电子计算机等的应用为标志,人类社会开始进入现代化。20世纪前半期科学技术的重大突破又引起社会经济、产业结构、生活方式等方面的重大变化,并为战后第三次技术革命的深入发展奠定了基础。 从原始社会到现代社会,物理学始终不停地演进。过去大家相信太阳绕着地球转,十六世纪时哥白尼提出地球绕着太阳转,十七世纪 时布鲁诺发扬此学说,便被罗马教廷处死了。这可以说就是物理学上的一次革命。后来牛顿继承地动说,发展出她的运动定律。大家本以为此定律无懈可击。可就是到了二十世纪,又被爱因斯坦的相对论将
它涵盖过去。由此可知,一切理论都就是人为创造来解释自然的现象,充满了各种可能性。但就是必须要能够解释已经发生的事实,并且要能够预测未发生的事件,才算就是一个经得起考验的理论。科学便就是在不断的探索中,寻找最圆满的答案。过去的物理学偏重于对观察物的研究,把观察者忽略。但自从“测不准原理”提出后,观察者对被观察物的影响便受到重视,未来对于“人”与“物”关系的研究将引起另一场科学的革命。 物理学就是实验的科学,就是透过种种的仪器来研究宇宙万象。物理学上的实验结果具备一致性,但就是在解释上就是可以提出各式理论模型的。然而各种理论模型就是由物理学家建立起来的,也就就是依靠人的心智创造出来的,也因此受限于人的心智。 物理学就是古老而前沿的学科。在天体物理学当中有两个非常重要的概念,一个就是新星,一个就是超新星,新星的亮度大概就是太阳 亮度的几万倍,超新星的亮度就是太阳亮度的百万万倍。这两个都就是在中国发现的。对宇宙的探索,未知多于已知,我们已知的物质大约只占5%,还有95%就是暗物质与暗能量。从引力场我们知道暗物质的存在,从宇宙膨胀的加速度我们判断有暗能量、李政道认为,之所以有暗能量就是因为天外有天,我们的宇宙之外可能还有宇宙！暗物质暗能量的研究就是物理学研究最大的挑战。 物理学就是理论与实验紧密联系的科学,就是一门应用学科。物理学就是严密严谨的科学。物理学追求真理、造福人类、引领未来、支撑发展。物理学就是认识世界的先锋,物理学引领世界！
义务教育课程标准实验教科书(沪粤版) 物理教学设计方案 八年级（上册） 执教人：周志 黄麓镇中心学校 二○一三年九月
目录 第一章走近物理世界 1．1 希望你喜爱物理 1．2 测量长度和时间 1．3 长度和时间测量的应用 1.4 尝试科学探究 第二章声音与环境 2.1 我们怎样听见声音 2.2 我们怎样区分声音 2.3 我们怎样区分声音（续） 2.4 让声音为人类服务 第三章光和眼睛 3.1 光世界巡行 3.2 探究光的反射定律 3.3 探究平面镜成像特点 3.4 探究光的折射定律 3.5 奇妙的透镜 3.6 探究凸透镜成像规律 3.7眼睛与光学仪器 第四章物质的形态及其变化 4.1 从全球变暖谈起 4.2 探究汽化和液化的特点 4.3 探究熔化和凝固的特点 4.4 升华和凝华 4.5水循环与水资源 第五章我们周围的物质 5.1 物体的质量 5.2 探究物质的密度 5.3 密度知识的应用 5.4 认识物质的一些物理属性 5.5 点击新材料 教学进度表 八年级物理制定人：周志
沪粤版物理《第一章走进物理世界》教材分析 一、《课标》的要求 1、能保持对自然界的好奇，初步领略自然现象中的美妙与和谐，对大自然有亲近、热爱、和谐相处的情感。 2、有对科学的求知欲，乐于探索自然现象和日常生活中的物理学道理。 3、初步体验科学探究的乐趣。 4、认识交流与合作的重要性，有主动与他人合作的精神。 5、初步认识科学及其相关技术对于社会发展、自然环境及人类生活的影响。 6、能根据日常经验或自然现象粗略估测时间，会使用适当的工具测量时间。 7、能通过日常经验或物品粗略估测长度，会选用适当的工具测量长度。 二、本章编写思路与特点 1、编写思路 本章教材安排了三节内容。基本思路如下： 第一节的主要目标是让学生喜爱物理。首先通过一些有趣的力、热、声、光、电等自然现象，向学生展示物理学特别是经典物理学的基本内容，让学生初步感受物理学的多姿多彩，使学生认识到物理学是非常有趣的；接着，根据人类社会生产发展的几个典型时期，向学生介绍物理学对社会生产力发展的促进作用，使学生知道物理学十分有用。 第二节的主要目标是让学生知道学习物理要做些什么事情。教材安排了几个学生人人动手的小实验，让每一个学生都感受到奇妙、有趣的物理现象就在身边，并从动手做实验的过程中学会测量长度和时间的一些基本方法。这样可让学生知道学习物理就需要仔细观察、认真动手实验和进行测量。 第三节的主要目标是让学生初步尝试进行物理问题的科学探究。教材设计了一个科学探究的案例，让学生初步经历科学探究的完整过程，从中领悟到科学探究的几个基本要素，体验科学探究的乐趣。 本章教学的重点：培养学生学习物理的兴趣、正确使用测量工具、合理选择测量方法、初步体验科学探究。 本章教学的难点：测量工具的正确使用、测量方法的合理选择、体验科学探究。 2、本章特点 本章为教材的“入门篇”，对学生学习物理具有重要的导向作用。全章篇幅不多，但内容丰富，立意颇高。从诱发学生喜爱物理开始，让他们尝试动手做实验，到初步体验科学探究的全过程，无不体现着《课程标准》的“三维目标”。本章利用一些散文诗、小实验、物理学史等，渗透科学的人文精神，并使学生在亲身经历的活动中对物理进行体验，从而使学生在一开始学习物理时，就注重培养自己良好的学习态度、习惯和方法。 全章密切联系自然界的一些生动有趣的物理现象，从而在学生面前展示一幅生机盎然的物理画面；让学生亲自动手做实验，体现“物理学是一门以实验为基础的科学”，也体现本书“做物理”的教材理念；学生自主探究“摆的奥秘”，从中体验科学探究的过程，使学生从一开始学习物理就认识和体验到科学探究的重要性及其过程，体现教材把“科学探究作为学习内容和目标”的编写意图。让学生认识科学的核心是探究，学习物理就是要学会科学探究。 本章是学生踏入物理世界的第一步，教材采用了大量的与物理有关的图片，其目的是通过观察生动有趣的插图培养学生对物理的学习兴趣，从图中挖掘物理问题。图片既能增加学生阅读的兴趣，又能帮助学生构建物理图景。 3、课时安排
物理学史 地球年龄的确定 ———20世纪最伟大的物理学成果之一 杨庆余 (徐州师范大学物理系,江苏徐州 221009) (收稿日期:2001212231) “地有多久?”这一千古难题迷住了古今中外的多少思想大家,很多人为此冥思苦想耗尽心血.最早对地球年龄作出论断的是《圣经》,它认为地球距今不过有6,000年的历史.由于欧洲大多数知识分子接受了带有浪漫色彩的犹太教和基督教的创世说,并从灵魂深处束缚了一代又一代的思想大家,就连最伟大的科学家艾萨克?牛顿也成了《圣经》的受害者;随着近代地质学和生物进化论的产生,开始对“上帝创世”的日期提出挑战. 1896年,法国物理学家亨利?贝克勒尔发现了铀的天然放射性,这一发现使地球年龄的准确确定成为可能;物理学家们大约经过近60年的努力,在20世纪50年代给出了地球的年龄约45亿年的准确论断,终于解决了困惑人类达2,000多年之久的千古谜底,这被人们一致公认为20世纪最伟大的物理学成果之一. 1 近代哲人的理性思考 几千年来,由于没有任何有效地测定长的时间间隔方法,从而使基督教的创世说误导着包括伟大的思想家们.影响最大的早期关于地球年龄的解释是阿菲利加努斯(Alfeligluth)在公元3世纪所著的《年历学》一书中认为,地球年龄大约有6,000年的历史,这一观点一直持续到了中世纪.1520年,伟大的宗教改革家马丁?路德(Martin Luther)再次作出论断:地球是在公元前4000年形成的.后来继任者的厄舍尔(Essher)大主教把这一数值精确到公元前4004年,距今也不过6,000年而已. 对这一年龄首先作出思考的是有史以来最伟大的物理学家牛顿(Isaac Newton),他以他特有的思考方式,首先观察了一系列热星是如何冷却下来的,并把他发现的冷却定律用于地球.他假定地球全部由铁组成,在形成时可能是处于火红状态,牛顿估计要冷却到现在的表面温度那将需要花费50,000年时间.当然这一观点与《圣经》说格格不入而未被人们接受;他遗憾地说道:“我真希望用实验证实地球冷却前后真正的温度比例”. 18世纪杰出的科学家孔特?德?布丰(Comte de.Buffon)接受牛顿的观点,并敢于反对阿菲利加努斯所想象的宇宙学,他进行了一系列不同成分不同体积球体的冷却实验,然后计算出各种星体从炽热冷却到生物可以生存的温度所需要的时间.并在1745年作出结论:地球需要100,696年才能冷却到现在的温度.然后,他考虑到石灰质材料比铁质材料冷却所需时间短,又对此作了修正:太阳的热效应最终需要74,832年.布丰估计,生命在37,849年以前在地球上出现,当时地球表面温度已经很低,足以允许生命的存在.他还指出,由于月球冷却极快,所以月球上的生命已经在2,318年前绝迹.我们现在已经知道,孔特的计算远不准确,但重要的是他取得了历史性的突破,打破了《圣经》的权威,并应用现代已知的物理学定律估计地球的年龄. 同时,大哲学家伊曼纽尔?康德在《自然通史和宇宙论》中描述了关于宇宙的一个非常惊人的现代观点:“宇宙在时间和空间上是
物理学发展简史 专业：物流工程１１１ 学生：吴建平 学号：２０１１２１６０３１ 老师：代群
摘要：物理学的发展大致经历了三个时期：古代物理学时期、近代物理学时期（又称经典物理学时期）和现代物理学时期。物理学实质性的大发展，绝大部分是在欧洲完成，因此物理学的发展史，也可以看作是欧洲物理学的发展史。 关键词：物理学；发展简史；经典力学；电磁学；相对论；量子力学；人类未来发展
引言 物理学的发展经历了漫长的历史时期，本文将其划分为三个阶段：古代、近代和现代，并逐一进行简要介绍其主要成就及特点，使物理学的发展历程显得清晰而明了。 一古代物理学时期 古代物理学时期大约是从公元前8世纪至公元15世纪，是物理学的萌芽时期。 物理学的发展是人类发展的必然结果，也是任何文明从低级走向高级的必经之路。人类自从具有意识与思维以来，便从未停止过对于外部世界的思考，即这个世界为什么这样存在，它的本质是什么，这大概是古代物理学启蒙的根本原因。因此，最初的物理学是融合在哲学之中的，人们所思考的，更多的是关于哲学方面的问题，而并非具体物质的定量研究。这一时期的物理学有如下特征：在研究方法上主要是表面的观察、直觉的猜测和形式逻辑的演绎；在知识水平上基本上是现象的描述、经验的肤浅的总结和思辨性的猜测；在内容上主要有物质本原的探索、天体的运动、静力学和光学等有关知识，其中静力学发展较为完善；在发展速度上比较缓慢。在长达近八个世纪的时间里，物理学没有什么大的进展。 古代物理学发展缓慢的另一个原因，是欧洲黑暗的教皇统治，教会控制着人们的行为，禁锢人们的思想，不允许极端思想的出现，从而威胁其统治权。因此，在欧洲最黑暗的教皇统治时期，物理学几乎处于停滞不前的状态。 直到文艺复兴时期，这种状态才得以改变。文艺复兴时期人文主义思想广泛传播，与当时的科学革命一起冲破了经院哲学的束缚。使唯物主义和辩证法思想重新活跃起来。科学复兴导致来，这一时期，力学、数学、天文学、化学得到了迅速发展。 二近代物理学时期 近代物理学时期又称经典物理学时期，这一时期是从16世纪至19世纪，是经典物理学的诞生、发展和完善时期。 近代物理学是从天文学的突破开始的。早在公元前4世纪，古希腊哲学家亚里士多德就已提出了“地心说”，即认为地球位于宇宙的中心。公元140年，古希腊天文学家托勒密发表了他的13卷巨著《天文学大成》，在总结前人工作的基础上系统地确立了地心说。根据这一学说，地为球形，且居于宇宙中心，静止不动，其他天体都绕着地球转动。这一学说从表观上解释了日月星辰每天东升西落、周而复始的现象，又符合上帝创造人类、地球必然在宇宙中居有至高无上地位的宗教教义，因而流传时间长达1300余年。 公元15世纪，哥白尼经过多年关于天文学的研究，创立了科学的日心说，写出“自然科学的独立宣言”——《天体运行论》，对地心说发出了强有力的挑战。16世纪初，开普勒通过从第谷处获得的大量精确的天文学数据进行分析，先后提出了行星运动三定律。开普勒的理论为牛顿经典力学的建立提供了重要基础。从开普勒起，天文学真正成为一门精确科学，成为近代科学的开路先锋。 近代物理学之父伽利略，用自制的望远镜观测天文现象，使日心说的观念深入人心。他提出落体定律和惯性运动概念，并用理想实验和斜面实验驳斥了亚里士多德的“重物下落快”的错误观点，发现自由落体定律。他提出惯性原理，驳斥了亚里士多德外力是维持物体运动的说法，为惯性定律的科学逐渐从哲学中分裂出建立奠定了基础。伽利略的发现以及他所用的科学推理方法是人类思想史上
《第一章走进物理世界》单元测试题 一、单项选择题（每题 3 分，共 21 分） 1、下列各物体的长度接近10 厘米的是（） A. 篮球的直径 B.乒乓球的直径 C.手掌的宽度 D.物理课本的长度 2、下面几个有趣的物理现象中，属于热现象的是： A、在地热喷泉架一个锅，能煮熟食物 B、1988 年在我国山东蓬莱海面出现一次奇特的日出景象，双日重叠，蔚为壮观 C、下雨时，天上先出现闪电而后听到雷声 D、每年八月，钱塘江口出现大潮，此时海水像千军万马，以排山倒海之势扑来 3、小轩用刻度尺测量铁块的长度（图１－１所示），方法正确的是〔〕 4、一次课堂计 算比赛中，四 位同学的计算 过程中正确的 是 〔〕 A．7.27.2 mm10 3 = 7.2 10 3 m B．15m=1510 67 mm==1.5 × 10 μ m C．2.5 2.5 km10 4 cm=2.5 10 4 cm D．3.010 6 cm=3.010 6 10 2 m=3.0 10 4 m km= 5、小玲用分度值为 1mm的刻度尺测物体，记录中正确的是：（） A、184cm B、18.4cm C、 1.84cm D、 184.0cm 6、某刻度尺的刻度大于标准刻度，用它测量长度时，测量值和真实值相比较： A、偏大 B、偏小 C、一样大 D、无法判断 7、小新三次测量课桌的宽度，结果分别为48.17cm，48.15cm,48.15cm, 则测量结果应记为： A．48.14cm B．48.17cm C． 48.15 cm D．48.16cm 二、多项选择题（每题有二个或三个选项是正确的，全对得 3 分，选对但不全得 2 分，选错 或不选得0 分，共 9 分） 8、下面关于误差的说法正确的是： A．测量值和真实值之间的差异，叫误差。 B．误差可以减少，但不能避免。 C．测量工具越精密，实验方法越合理，误差就越小。 D．用多次测量取平均值的方法可以避免误差。 9、下列单位换算中正确的是() A、20cm=0.2m B、 50m=0.005km C、357mm=3.57m D、 1h=3600S 10、日常生活中，下列估测接近实际的是： A、一页纸的厚度大约90μm B、一支钢笔的长度大约14dm C、正常人的脉搏跳动70 次所需时间大约1min D、 初中学生步行 1km的路程经历的时间大约 50s 三、填空题（每空 1 分，共 40 分） 11、在国际单位制中，长度的主单位是，时间的主单位是，实验中，测量长度常用的工具是，测量时间的工具是。
20世纪最伟大的物理发现 19世纪末页，牛顿定律在各个领域里都取得了很大的成功：在机械运动方面不用说，在分子物理方面，成功地解释了温度、压强、气体的内能。在电磁学方面，建立了一个能推断一切电磁现象的Maxwell方程。另外还找到了力、电、光、声----等都遵循的规律---能量转化与守恒定律。（1. 经典力学：伽利略、牛顿、拉格朗日……，2、热力学与统计物理学： 玻耳兹曼、克劳修斯、卡诺……3. 波动光学：惠更斯、菲涅尔、阿拉果……4. 电磁学：高斯、安培、法拉弟、麦克斯韦…… 当时许多物理学家都沉醉于这些成绩和胜利之中。他们认为物理学已经发展到头了。1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上,著名物理学家开尔文勋爵作了展望新世纪的发言: “科学的大厦已经基本完成，后辈的物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。” --开尔文-- 也就是说：物理学已经没有什么新东西了，后一辈只要把做过的实验再做一做，在实验数据的小数点后面在加几位罢了！ 但开尔文毕竟是一位重视现实和有眼力的科学家，就在上面提到的文章中他还讲到：“但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云，----” 一朵与黑体辐射有关（维恩方程，短波适应，瑞利金斯长波适应，紫外灾难） 另一朵与迈克尔逊实验有关。（在不同的惯性参考系里，光速相同） 然而, 事隔不到一年(1900年底)，就从第一朵乌云中降生了量子论。1900年12月14日，普朗克在柏林宣读了他关于黑体辐射的论文，宣告了量子的诞生。那一年他42岁。普朗克把能量子引入物理学,正确地破除了”能量连续变化”的传统观念,成为现代物理学思想的基石之一, 为我们打开了量子之门,普朗克黑体辐射的研究卓有成效地展现在人们的眼前，紫外灾难的疑点找到了，为人类解决了一大难题。使热爱科学的人们又一次倍感欣慰，但真理与谬误之争就此平息了吗？ 就在1900年，一个名叫爱因斯坦(Albert Einstein)的青年从苏黎世联邦工业大学(ETH)毕业，正在为将来的生活发愁。5年后他受量子化启发提出了光量子,成功的解释了光电效应. 就在那一年,在丹麦，15岁的玻尔(Niels Bohr)正在哥本哈根的中学里读书。玻尔有着好动的性格。学习方面，他在数学和科学方面显示出了非凡的天才，但是他的笨拙的口齿和惨不忍睹的作文却是全校有名。13年后他提出了原子轨道量子化. 德布罗意(Louis de Broglie)当时8岁，还正在家里接受良好的幼年教育。后来他提出了物质波. 再过12个月，维尔兹堡(Wurzberg)的一位著名希腊文学教授就要喜滋滋地看着他的宝贝儿子小海森堡(Werner Karl Heisenberg)呱呱坠地。 (1905年)从第二朵乌云中降生了相对论。经典物理学的大厦被彻底动摇，物理学发展到了一个更为辽阔的领域。 经典物理学的疑难: 1.、X射线1895年伦琴 2、放射性1896年贝克勒尔 3、电子的发现1897年汤姆生 4、αβ 射线1898年卢瑟福 5.、热辐射偏离维恩分布1899年鲁本斯等 6.、γ 射线1900年维拉德 7、电子质量随速度增加1901年考夫曼