统计物理学的创立
2.8.1 麦克斯韦速度分布律
麦克斯韦（James Clerk Maxwell，1831—1879）发现气体分子速度分布律是分子运动论和统计力学的发展史中的一件大事。他是在1859年开始进行这项工作的，当时他28岁，已是国王学院（King’s College）的教授。1855年他开始研究土星卫环的稳定性时，就曾注意到卫环质量的分布问题，他企图用概率理论处理，但是由于问题过于复杂似乎没有希望解决，所以只好放弃。不过他对概率理论的兴趣并未中断。
概率理论的发展要追溯到十九世纪初，1808年，爱尔兰数学家阿德润（—1843）在分析观测数据的误差中，提出了误差分布的两个实例。1823—1828年，德国数学家高斯（，1777—1855）对概率理论作了系统论述，推出了正则方程，也叫高斯分布律。到了1835年，天文学家魁泰勒特（，1796—1874）发表了论述统计理论的专著，他还因擅长于将统计学推广到社会学领域而闻名。1848年麦克斯韦的老师、爱丁堡大学的佛贝斯（Forbes，1815—1854）曾对1767年一次双星观测的统计结果进行过验算，引起了麦克斯韦对概率的兴趣，当时他刚进入爱丁堡大学，年仅17岁。后来他全面阅读了拉普拉斯（Laplace）等人关于统计学的著作。1850年英国著名物理学家和天文学家赫谢尔（，1792—1871）在《爱丁堡评论》上发表了长篇述评，介绍魁泰勒特的工作。这篇评论给麦克斯韦强烈印象。
1859年4月麦克斯韦偶然地读到了克劳修斯关于平均自由路程的那篇论文，很受鼓舞，重燃了他原来在土星卫环问题上运用概率理论的信念，认为可以用所掌握的概率理论对分子运动论进行更全面的论证。
可是在十九世纪中叶，这种新颖思想却与大多数物理学家的观念相抵触。他们坚持把经典力学用于分子的乱运动，企图对系统中所有分子的状态（位置、速度）作出完备的描述。而麦克斯韦认为这是不可能的，只有用统计方法才能正确描述大量分子的行为。他从分子乱运动的基本假设出发得到的结论是：气体中分子间的大量碰撞不是导致象某些科学家所期望的使分子速度平均，而是呈现一速度的统计分布，所有速度都会以一定的几率出现。1859年麦克斯韦写了《气体动力理论的说明》一文，这篇论文分三部分：第一部分讨论完全弹性球的运动和碰撞，第二部分讨论两类以上的运动粒子相互间扩散的过程，第三部分讨论任何形式的完全弹性球的碰撞。在第一部分他写道①：“如果有大量相同的球形粒子在完全弹性的容器中运动，则粒子之间将发生碰撞，每次碰撞都会使速度变化，所以在一定时间后，活力将按某一有规则的定律在粒子中分配，尽管每个粒子的速度在每次碰撞时都要改变，但速度在某些限值内的粒子的平均数是可以确定的。”
：
接着他用概率方法来求这个速度在某一限值内的粒子的平均数，即速率分布律：
“令N为粒子总数，x，y和z为每个粒子速度的三个正交方向的分量。x在x与x＋dx之间的粒子数为Nf（x）dx，其中f（x）是x的待定函数；y在y与y ＋dy之间的粒子数为Nf（y）dy；z在z与z+dz之间的粒子数为Nf（z）dz，这里f始终代表同一函数。”
在此他作出了关键性的假设，即由于不断碰撞，粒子三个互相垂直的速度分量互相独立，他写道：
“速度x的存在绝不以任何方式影响速度y与z，因为它们互成直角，并且互相独立，所以速度在x与x＋dx，y与y+dy以及z与z＋dz之间的粒子数为
Nf（x）f（y）f（z）dxdydz.
如果假设N个粒子在同一时刻由原点出发，则此数将为经过单位时间以后在体积元（dxdydz）内的粒子数，因此单位体积内的粒子数应是
Nf（x）f（y）f（z）
由于坐标的方向完全是任意的，所以此数仅仅和与原点的距离有关，即
`
f（x）f（y）f（z）=φ（x2+y2+z2）
解此函数方程，可得
f（x）=CeAx2，φ（r2）=C3eAr2
（r2=x2＋y2+z2）
如果取A为正数，则当速度增大时，粒子数随之增大，于是发现粒子的总数将是无穷大。所以，我们取A为负数，并令其等于一1/a2，则x与x＋dx之间的个数为
NCe－（x2/α2）dx
从x=—∞到x=+∞积分，我们得到粒子总数为
&
因为
所以f（x）为
这是分速度x的分布函数。y和z的分布函数与此类似。麦克斯韦进一步得到如下几个推论：
“第一，速度分解在某一方向上的分量x在x与x＋dx之间的粒子数为
第二，速率在v与v+dv之间的粒子数为
~
第三，求v的平均值：可将所有粒子的速率加在一起，除以粒子总数，即第四，求v2的平均值：可将所有粒子的v2的数值加起来再除以N，即
这比平均速率的平方大，正应如此。”
在作了以上推导以后，麦克斯韦作出结论：
。
“由此可见，粒子的速度按照‘最小二乘法’理论中观测值误差的分布规律分布。速度的范围从0到∞，但是具有很大速度的粒子数相当少……”
麦克斯韦的这一推导受到了克劳修斯的批评，也引起其他物理学的怀疑。这是因为他在推导中把速度分解为x，y和z三个分量，并假设它们互相独立地分布。麦克斯韦自己也承认“这一假设似乎不大可靠”，难以令人信服，在以后的几年里他继续研究，例如他曾对热传导的机理进行分析，由于没有得到满意的结果，手稿没有发表。直到1866年，麦克斯韦对气体分子运动理论作了进一步的研究以后，他写了《气体的动力理论》的长篇论文，讨论气体的输运过程。其中有一段是关于速度分布律的严格推导，这一推导不再有“速度三个分量的分布互相独立”的假设，也得出了上述速度分布律①。它不依赖于任何假设，因而结论是普遍的。
在1859年的文章里，还讨论了分子无规则运动的碰撞问题。麦克斯
的平均率）。
1860年麦克斯韦用分子速度分布律和平均自由程的理论推算气体的输运过程：扩散、热传导和粘滞性，取得了一个惊人的结果：“粘滞系数与密度（或压强）无关，随绝对温度的升高而增大。”极稀薄的气体和浓密的气体，其内摩擦系数没有区别，竟与密度无关，这确是不可思议的事。于是麦克斯韦和他的夫人一起，在1866年亲自做了气体粘滞性随压强改变的实验。他们的实验结果表明，在一定的温度下，尽管压强在10mmHg至760mmHg之间变化，空气的粘滞系数仍保持常数。这个实验为分子运动论提供了重要的证据。
麦克斯韦速度分布律是从概率理论推算出来的，人们自然很关心这一规律的实际可靠性。然而，在分子束方法发展之前，对速度分布律无法进行直接的实验验证。首先对速度分布律作出间接验证的是通过光谱线的多普勒展宽，这是因为分子运动对光谱线的频率会有影响。1873年瑞利（Rayleigh）用分子速度分布讨论了这一现象，1889年他又定量地提出多普勒展宽公式。1892年迈克耳孙（）通过精细光谱的观测，证明了这个公式，从而间接地验证了麦克斯韦速度分布律。1908年理查森（）通过热电子发射间接验证了速度分布律。1920年斯特恩（）发展了分子束方法，第一次直接得到速度分布律的证据。直到1955年才由库什（Kusch）和米勒（）对速度分布律作出了更精确的实验验证①。
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2.8.2 玻尔兹曼分布
玻尔兹曼（Ludwig Boltzmann，1844—1906）是奥地利著名物理学家，曾是斯忒藩（）的学生和助教。1876年任维也纳物理研究所所长，他用毕生精力研究分子运动论，是统计物理学的创始人之一。
1866年，年轻的玻尔兹曼刚从维也纳大学毕业，他想从力学原理推导出热力学定律。这年，他发表了一篇论文，企图把热力学第二定律跟力学的最小作用原理直接联系起来，但论据不足，没有成功。正好这时麦克斯韦发表分子速度分布律不久，引起了玻尔兹曼的极大兴趣，但他感到麦克斯韦的推导不能令人满意，于是就开始研究分子运动论。
1868年玻尔兹曼发表了题为《运动质点活力平衡的研究》的论文。他明确指出，研究分子运动论必须引进统计学，并证明，不仅单原子气体分子遵守麦克斯韦速度分布律，而且多原子分子以及凡是可以看成质点系的分子在平衡态中都遵从麦克斯韦速度分布律。
1871年，玻尔兹曼又连续发表了二篇论文，一是《论多原子分子的热平衡》，另一是《热平衡的某些理论》。文中他研究了气体在重力场中的平衡分布，假设分子具有位能mgz，则分布函数应为：
~
玻尔兹曼在他的研究中作出下列结论：“在力场中分子分布不均匀、位能不是最小的那部分分子按指数定律分布”；“在重力作用下，分子随高度的分布满足气压公式，所以气压公式来源于分子分布的普遍规律。”
所谓气压公式是从17世纪末以后许多人研究大气压强经验所得。哈雷分析托里拆利、盖里克（Guericke，1602—1686）和波意耳
拉普拉斯（Laplace，1749—1827）则于1823年第一次用密度的形式表示：
ρ=ρ0e－αh，
α是一常数，当时拉普拉斯未加解释。玻尔兹曼从分子运动论推导出这一结果，对分子运动论当然是一个极有力的证据。
玻尔兹曼又进一步将（2－8）式推广到任意的位场中，得
(
这里U（x，y，z）表示气体分子在位场中的位能，（2-9）式也可
称为玻尔兹曼分布，后来又表述为：
f=αe－E/kT （2－10）
在1871年的论文中，玻尔兹曼还提出另一种更普遍的推导方法，不需要对分子碰撞作任何假设，只假设一定的能量分布在有限数目的分子之中，能量的各种组合机会均等（他假定在动量空间内的能量曲面上作均匀分布），也就是说，能量一份一份地分成极小的但却是有限的份额，于是把这个问题进行组合分析，当份额数趋向无穷大，每份能量趋向无穷小时，获得了麦克斯韦分布。玻尔兹曼这一处理方法有重要意义，后来普朗克（Planck）正是采用这种方法建立量子假说的。
2.8.3 H定理和热力学第二定律的统计解释
：
玻尔兹曼并不满足于推导出了气体在平衡态下的分布律，他接着进一步证明，气体（如果原来不处于平衡态）总有要趋于平衡态的趋势。1872年，他发表了题为《气体分子热平衡的进一步研究》的长篇论文，论述气体的输运过程，在这篇论文中他提出了著名的H定理①。玻尔兹曼证明了，如果状态的分布不是麦克斯韦分布，随着时间的推移，必将趋向于麦克斯韦分布。他引入了一个量
其中x为分子能量。他证明E永不增加，必向最小值趋近，以后保持恒定不变。相应地，f（x，t）的最终值应该就是麦克斯韦分布，即：
h为与绝对温度有关的常数。
后来在1896—1898年玻尔兹曼发表的《气体理论演讲集》中，他用符号H 代替E，并将上式表示成：
&
这就是著名的玻尔兹曼H定理（在19世纪叫做玻尔兹曼最小定理）。这个定理指明了过程的方向性，和热力学第二定律相当，玻尔兹曼的H函数实际上就是熵在非平衡态下的推广。
1877年玻尔兹曼进一步研究了热力学第二定律的统计解释，这是因为H定理的提出引起一些科学家的责难，他们认为：个别分子间的碰撞是可逆的，但由此导出了整个分子体系的不可逆性，实在是不可思议，这就是所谓“可逆性佯谬”。1874年，W.汤姆生首先提出这个问题，接着洛喜密脱（，1821—1895）也提出疑问。玻尔兹曼针对这些责难作了回答，他认为：实际世界的不可逆性不是由于运动方程、也不是由于分子间作用力定律的形式引起的。原因看来还是在于初始条件。对于某些初始条件不寻常的体系的熵也许会减小（H值增加）。只要把平衡状态下分子的所有运动反向，回到平衡态即可获得这样的初始条件。但是玻尔兹曼断言，因为绝大多数状态都是平衡态，所以具有熵增加的初始状态有无限多种。
玻尔兹曼写道：“（热力学）第二定律是关于几率的定律，所以它的结论不能靠一条动力学方程（来检验）。”在讨论热力学第二定律与几率的关系中，他证明熵与几率W的对数成正比。后来普朗克把这个关系写成
S＝klnW
并且称k为玻尔兹曼常数。有了这一关系，其他热力学量都可以推导出来。
这样就可以明确地对热力学第二定律进行统计解释：在孤立系统中，熵的增加对应于分子运动状态的几率趋向最大值（即最可几分布）。熵减小的过程（H 增大）不是不可能，系统达到平衡后，熵值可以在极大值附近稍有涨落。
玻尔兹曼坚决拥护原子论，反对“唯能论”，与马赫（，1838—1916）、奥斯特瓦尔德（Ostwald，1853—1932）进行过长期的论战，为分子运动论建立了完整的理论体系，同时也为分子运动论和热力学的理论综合打下了基础。但是由于当时人们并没有认识到玻尔兹曼工作的意义，反而对他进行围攻。他终因长期孤军论战、忧愤成疾于1906年厌世自杀。
：
2.8.4 统计系综和吉布斯的工作
系综概念的提出和运用标志着分子运动论发展到了统计力学的新阶段。系综是一个虚构的抽象概念，代表了大量性质相同的（力学）体系的集合，每个体系各处于相互独立的运动状态中。研究大量体系在相空间的分布，求其统计平均，就是统计力学的基本任务。
早在1871年，玻尔兹曼就认识到了没有必要把单个粒子作为统计的个体，开始转到研究大量体系在相空间中的分布。他在1877年采用了一种统计方法，不考虑碰撞过程的复杂细节，而直接统计可能有的粒子组态，这实际上就是一种特殊的系综（微正则系综）统计方法。
麦克斯韦也对统计系综有明确的认识。1878年他写道①：
“我发现，这样做是方便的，即不考虑由质点组成的一个体系，而是考虑除了在运动的初始环境各不相同外，彼此在所有方面都相似的大量体系。我们把自己的注意力局限于在某一给定时刻处于某一相的这些体系的数目，这个相是由给定限度内的那些变量规定。”
遗憾的是麦克斯韦没能进一步找到恰当的数学方法加以表述，就于1879年去世了。
玻尔兹曼和麦克斯韦的统计思想，后来在吉布斯（JosiahWillard Gibbs，1839—1903）的工作中得到了发展。吉布斯是美国耶鲁大学数学物理教授，开始研究的是热力学，曾连续发表好几篇开创性的论文。其中《流体热力学中的图示法》创立了几何热力学；《利用曲面对物质的热力学性质作几何描述的方法》解决了异相共存和临界现象的问题；《论非均匀物质的平衡》提出了非均匀体系的热力学基本方程，使热力学能应用于化学、拉伸弹性、表面张力、电磁、电化学等诸多方面的问题。他还引入了化学势、自由能、焓等基本概念，建立了一系列热力学函数之间的热力学方程，使热力学发展成为一门体系严密、应用方便的普遍理论。
—
但是，热力学是唯象的宏观理论，它的参数要通过实验才能测得，对此吉布斯并不满意。他在研究热力学第二定律时，就萌发了用力学定律和统计方法来阐述热力学的思想。例如，1876年他写道：“熵不可能不得到补偿而减小，这种不可能性看来要改成不可几性。”他期望将“热力学的合理基础建立在力学的一个分支上”，这个分支就是由他命名、并且由他创立的统计力学。他认为，“热力学定律能够轻易地从统计力学的原理得出。”他仔细研究过麦克斯韦和玻尔兹曼关于统计方法的论著，经过多年的反复思考和推敲，又在耶鲁大学多次讲授过有关课程，终于在1901年写成了《统计力学基本原理》一书。这本书1902年发表后，影响很大，成了统计力学的经典著作。
在这本书的序中，吉布斯写道①：“如果我们放弃编造物体结构假说的种种企图，把统计的探究当作合理力学的一个分支，我们就可以避免最严重的困难。”
吉布斯就是把大量分子当作一个力学体系，不作任何假设，他把整个体系当作统计的对象，求体系处在相空间各处的几率分布，由此研究体系的统计规律并求相应的宏观量。
吉布斯成功的关键在于把刘维定理当作统计力学的基本方程，有了这一方程，一个系综任何时刻的相密度，因而相几率就可以唯一地确定下来。
刘维（Joseph Liouville，1809—1882）是法国著名数学家，1838年研究哈密顿方程正则变换时，证明相体积元与坐标的选择无关。这个定理在分析力学有广泛应用，例如，在甲可比（Jacobi）的《动力学演讲集》（1866年）中就用到了刘维定理。玻尔兹曼曾给这个定理作过统计解释。吉布斯在留学法国时，曾听过刘维的讲课。
在刘维定理的基础上吉布斯把系综分成三种类型：一种叫微正则系综，即由大量的孤立系统组成，玻尔兹曼研究的就是这种系综。但微正则系综只是一种特殊情况，更普遍的是正则系综。正则系综是由与外界仅有能量交换的大量体系组成。吉布斯认为，这种系综是稳定分布的最简单形式，由此得到的平均值与热力学关系最密切，因而最适于求物质在平衡时的宏观性质。吉布斯再进一步推广，提出了“巨正则系综”的概念，这类系综包括了与外界有粒子交换的体系，可以应用到化学反应问题。
吉布斯通过对上述三种系综的研究，提出并发展了统计平均、统计涨落和统计相似三种方法，建立了逻辑上自洽、而又与热力学经验公式相一致的理论体系，从而完成了热力学与分子运动论两个方面的理论综合。
① Scientific ，，Cambridge，1890，.
①详见沈慧君，物理，15，（1986），.
①详见郭奕玲、沈慧君，《著名经典物理实验》，（北京科技出版社，1991年），第十一章。
①转引自（ed.）Kinetic Theory，，Pergamon，1966，.
① Scientific Papersof . Maxwell，，Cambridge，1890，.
① The Collected Worksof . Gibbs，，Yale，1957，
关于经典力学体系的建立的思索 【摘要】：力学又称经典力学，是物理学发展的最早的分支学科。力学知识最早起源于人们对自然现象和生产劳动的经验。经典力学体系的建立和古代劳动人民日常物理经验和科学家的努力探索精神是分不开的。经典力学的研究对象是天体和地面上物体的机械运动。、现在主要就以下几个方面谈谈本人关于经典力学体系的建立的思索：古希腊对物理学的贡献、中国古代的力学成就、伽利略的运动理论、牛顿与经典力学的建立。 【关键词】：第谷与开普勒奠基人——伽利略牛顿力学 首先谈谈古希腊对物理学的贡献。古希腊人在文化领域取得光辉夺目成就的同时，也对科学做出巨大的贡献。亚里士多德（公元前384～前322年）和阿基米德（前287—前212）是古希腊的伟大学者，是古希腊力学知识的集大成者。 亚里士多德研究了在重力作用下物体的运动，论证了运动、时间和空间的关系，区分了物质方面的运动、量方面的运动和空间方面的运动。他的主要成就有时提出了以下五点：（1）物体的运动：物体永远在运动变化，变化就是运动；（2）将自然界的运动分为自然运动和非自然运动；（3）①力是产生物体运动的原因，②力是维持物体运动的原因；（4）对抛体运动的解释:自然界害怕虚空,填补空虚推动物体；（5）自由落体：物体越重，下落速度应该越大。 在我看来，亚里士多德对经典力学体系的建立，和他的以下几点精神十分不开的：（1）亚里士多德能够摆脱神的意志，并能形成一套自圆其说的体系，在当时是有非常重要意义的；（2）亚里士多德重视近身事物的观察，强调思辨的作用，并总结出结论解释现象，引起众多的讨论与研究。与亚里士多德从小对自然科学特别爱好，也很钻研、好学多问、才华横溢、成绩优异也是分不开的。在那个物理理论贫瘠的年代，亚里士多德的成就是璀璨的，虽然由于他自身的局限性，提出的一些错误的观点，阻碍了物理学的快速发展，但是他对物理的贡献仍然是不可否认的。 阿基米德是古希腊继亚里士多德之后又一科学巨匠，他从生产实践出发，运用数学的方法建立起静力学，被誉为“力学之父”，还有人认为他是近代型的物理学家。阿基米德在力学上的贡献主要是严格地证明了杠杆定律的浮力定律，后
专题复习：物理学史和物理方法 ●物理学史和物理方法是新课标选择题中常出的一种提醒。 ●物理学史包括物理学家发现物理规律的历史进程和物理实验。 ●物理方法：物理学家发现物理规律的思路和方法；物理学中一般研究方法，主要有观察、实验、抽象、理想化、比较、类比、假说、模型、数学方法等等：主要思维方法：类比法、等效法、理想模型法、图象法、合成与分解法、逆向思维法、假设法、微元法、极限法、对称法、外推法、数学（函数、几何、归纳、数列等）法。 【新课标高考试题回练】 1、（20XX年海南卷）．自然界的电、热和磁等现象都是相互联系的，很多物理学家为寻找它们之间的联系做出了贡献。下列说法正确的是 A.奥斯特发现了电流的磁效应，揭示了电现象和磁现象之间的联系 B.欧姆发现了欧姆定律，说明了热现象和电现象之间存在联系 C.法拉第发现了电磁感应现象，揭示了磁现象和电现象之间的联系 D.焦耳发现了电流的热效应，定量得出了电能和热能之间的转换关系 2、（20XX年新课标）1873年奥地利维也纳世博会上，比利时出生的法国工程师格拉姆在布展中偶然接错了导线，把另一直流发电机发出的电接到了自己送展的直流发电机的电流输出端。由此而观察到的现象导致了他的一项重要发明，从而突破了人类在电能利用方中的一个瓶颐．此项发明是 A．新型直流发电机B．直流电动机 C．交流电动机D．交流发电机 3、(2012全国新课标).伽利略根据小球在斜面上运动的实验和理想实验，提出了惯性的概念，从而奠定了牛顿力学的基础。早期物理学家关于惯性有下列说法，其中正确的是 A.物体抵抗运动状态变化的性质是惯性 B.没有力作用，物体只能处于静止状态 C.行星在圆周轨道上保持匀速率运动的性质是惯性 D.运动物体如果没有受到力的作用，将继续以同一速度沿同一直线运动 4、（20XX年新课标）在力学理论建立的过程中，有许多伟大的科学家做出了贡献。关于科学家和他们的贡献，下列说法正确的是 A. 伽利略发现了行星运动的规律 B. 卡文迪许通过实验测出了引力常量 C．牛顿最早指出力不是维持物体运动的原因 D．笛卡尔对牛顿第一定律的建立做出了贡献 5、（2011新课标理综第14题）.为了解释地球的磁性，19世纪安培假设：地球的磁场是由绕过地心的轴的环形电流I引起的。在下列四个图中，正确表示安培假设中环形电流方向的是（B） 【复习巩固题】 1、(2013上海徐汇测试))伽利略为了研究自由落体的规律，将落体实验转化为著名的“斜面
物理学史结课论文 ———物理在现代科技中的应用 班级： 学号： 姓名：
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信，随着物理学尤其是高能物理研究的不断深入发展，宇宙的起源和演化过程将逐步被认识、理解，宇宙学将被推进到一个崭新的阶段。 物理学对地球科学的影响是深远的。地球物理学就是地学受物理学的影响而产生的一门交叉学科，正是由于对电磁波传播机制的研究而发现了大气电离层，对宇宙线的研究而发现了地球内辐射带并从而导致太阳风的发现；而对洋底岩石磁性的研究，则是确定板块构造学说——这一地球科学的革命性进展——的关键因素。地球科学所需要的实验测量技术也在很大程度上依赖于现代物理学。近年来，电子自旋共振、质子激发荧光分析技术和氡测量技术等核分析技术的研究对地质学正在产生越来越重要的影响。高压物理研究则对解决深部地质问题具有重要意义。随着地质学研究范围的扩大和核探测技术的不断提高，地质学的发展与核物理学的关系将日益密切。地质科学的前沿与尖端技术融为一体，它们所开辟的科研领域和所达到的知识深度已超过了以往任何时代。现代地质学将沿纵向和横向交叉的方向发展，核物理与地质学的衔接日益紧密，它们的交叉点将可能成为学科或新方向的生长点。 物理学与化学之间的关系也愈来愈密切。物理学发展中出现的理论工具和实验方法，使化学科学得以如虎添翼般的飞速发展。传统的物理化学就是着重应用物理理论和实验方法去处理化学问题而形成的一门化学分支学科，并已成为化学科学的理论核心之一。化学物理是由物理学与化学之间的密切结合而产生的一门正在蓬勃发展中的交叉学科，它以化学和物理学的新成就及近代实验方法来研究原子、
历史上最伟大的物理学家排名 最伟大的物理学家Top10 PhysicsWeb曾经搞过历史上最伟大的物理学家的投票，结果如下表： 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
近代物理学史小论文 浅谈大学教育 关键词:大学教育知识问题 摘要:通过对现今大学教育的了解～加上自己所处学校的教育情况～提出一些小小的看法,同时对大学的教育方法与方式就自己的认为讲述一下自己的见解～并且对现今的大学教育中存在的问题结合自己的所见略微加以提出。 大学教育是每一个学子都渴望经历的一个过程，在中国，学生对大学特别是名牌大学更是趋之若鹜，都希望上一个好的大学，接受好的教育。这是无可厚非的。然而，就现今的大学教育，虽然是那么的让人向往，但是有些方面还是有必要去做深深地思考。 就我的看法而言，大学之所以区别于高中，主要在一个“大”字上,这里的“大”有几层含义，最表面也是最简单的那就是因为大学的校园之大，面积之广，建筑之多;其次，深一层次，是因为大学所涉及的知识面之广和全，所传授的知识是直接运用于各个领域的;最后，“大”字再某种层次还可以理解为“高”的意思，即大学里所学的知识不再像以前那样，以前学的基本都是一些表面的浅显的知识，重在的是了解而不是深究，然而在大学里，我们更注重的是有深入知识的内部层面，要知其然并知其所以然。举个例子，就我们理科生而言，在中学时代，像有些课程，比如物理，我们只是简单的套用课本上的一些物理公式用来解题，只要知其然已达要求，不必深究这么东西是从何而来，在大学就不一样了，对于物理专业的学生，也许一个简单的公式就需要大量的时间来推演与深究，每个细节都必不可少。还有，在中学数学课程上有些内容，例如微积分，只是提出，给些公式并一笔带过，很少就其具体的推导方法，在大学，却几乎要用一到两个学期都不能系统的
学完这门课。总之，我们在大学我们更注重的是对知识更深一层次的剖析，究其本质来说明问题。正因为如此，我们才说大学教育是一种高等教育。 大学教育不仅在教育的内容上有所不同，同时在教育的方法和手段上与中学更是大不相同。我们知道，在中学阶段，大都数学生都是在被动的学习，接受知识。是因为有强大的压制力和学校老师的监督管理，学生才不得不去学习，努不努力那就另当别论了。而在大学，我们倡导的是学习自主自觉，没有人再会太大的干预你的学习，一切都是自主，只不过最后通过学期末的考试来检查你的学习情况。也许有时候在某门课没通过，最大的“处罚”就是重修及取消一切评优资格，最后只要过了就达到了要求。至于你做的好不好，并不受限制，只要过了最低标准就行。所以，人们常说，大学是很轻松的。其实不然。 在大学里，虽然学校或者是学院对学生的学习的要求并不是那么的严格，但是在某些方面还是有一些强制性的规定。比如说，学校规定每个在校生必须按照要求完成大学四年内所需的学分，不仅仅在与自己的专业有关课程上，而且在公共选修课程上。这就需要学生规定的时间内尽可能学到更多的知识，即扩大知识面，这不仅仅局限于自己的专业方面。这也许就大学教育的一个较大的特点。 就我自己这个专业来讲，要求大体上和学校规定的一样，在前两个学年这个阶段，主要是学习一些通识课加上必要的专业基础课，并没有更加全面的接触专业课程，所以学习要求基本和全校其他各学院系同届的学生一样，所以我觉得大学更重要的时期是在接受专业课程教育的阶段，虽然只有一年，但在我认为，这应该是大学四年的核心内容。所以，在大学，最能凸显各个专业特点的时期就应在这宝贵的一年。同时，要想在大学里学有所得，重要的是把我专业课的这一年，这也是以后能够融入社会参加工作的保证。 国家对教育事业的关注应该是很重视的，因为一个国家要发展，必须要有技术人才，而高等院校正是国家所需各行各业的人才的来源地，教育事业得不到发展，
高中物理中出现的所有物理学史资料的总结 1、胡克：英国物理学家；发现了胡克定律（F 弹=kx） 2、伽利略：意大利的著名物理学家；伽利略时代的仪器、设备十分简陋，技术也比较落后，但伽利略巧妙地运用科学的推理，给出了匀变速运动的定义，导出S 正比于t2 并给以实验检验；推断并检验得出，无论物体轻重如何，其自由下落的快慢是相同的；通过斜面实验，推断出物体如不受外力作用将维持匀速直线运动的结论。后由牛顿归纳成惯性定律。伽利略的科学推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一。 3、牛顿：英国物理学家；动力学的奠基人，他总结和发展了前人的发现，得出牛顿定律及万有引力定律，奠定了以牛顿定律为基础的经典力学。 4、开普勒：丹麦天文学家；发现了行星运动规律的开普勒三定律，奠定了万有引力定律的基础。 5、卡文迪许：英国物理学家；巧妙的利用扭秤装置测出了万有引力常量。 6、布朗：英国植物学家；在用显微镜观察悬浮在水中的花粉时，发现了“布朗运动”。 7、焦耳：英国物理学家；测定了热功当量J= 焦/卡，为能的转化守恒定律的建立提供了坚实的基础。研究电流通过导体时的发热，得到了焦耳定律。 8、开尔文：英国科学家；创立了把－273℃作为零度的热力学温标。 9、库仑：法国科学家；巧妙的利用“库仑扭秤”研究电荷之间的作用，发现了“库仑定律”。 10、密立根：美国科学家；利用带电油滴在竖直电场中的平衡，得到了基本电荷e 。 11、欧姆：德国物理学家；在实验研究的基础上，欧姆把电流与水流等比较，从而引入了电流强度、电动势、电阻等概念，并确定了它们的关系。 12、奥斯特：丹麦科学家；通过试验发现了电流能产生磁场。 13、安培：法国科学家；提出了著名的分子电流假说。 14、汤姆生：英国科学家；研究阴极射线，发现电子，测得了电子的比荷e/m；汤姆生还提出了“枣糕模型”，在当时能解释一些实验现象。 15、劳伦斯：美国科学家；发明了“回旋加速器”,使人类在获得高能粒子方面迈进了一步。 16、法拉第:英国科学家；发现了电磁感应，亲手制成了世界上第一台发电机，提出了电
问答题 1、布鲁诺于1548年1月出生在意大利那不勒斯附近诺拉镇的一个贫苦家庭，受文艺复兴思想的影响，他极力倡导思想自由，宣扬无神说，哥白尼学说的革命精神强烈地感染了他，布鲁诺的激进思想使天主教会暴跳如雷、恼羞成怒，1600年2月17日被活活烧死在罗马鲜花广场上。据说，当教会判他火刑，在听到判词后，布鲁诺说：“我走向火堆，但是你们比我更恐惧!”你能理解布鲁诺为什么这么说吗? 人们会因为科学真理否定了有神论，让统治着人们的教会感到害怕。他们由于害怕而烧死了布鲁诺，但他们却阻止不了人们发现真理，故他们比更会一直处于恐惧之中，并将一直持续到人们否定并推翻他们。 2、甲同学说：哥白尼比较聪明，懂得“留得青山在，不怕没烧的道理。”作为一个科学家，讲究策略，保全性命，才有时间对人类作出更大的贡献。乙同学说：我认为布鲁诺做得对，这才是科学家应有的品质。 你的观点呢？ 两者都有一定道理，我个人比较认同哥白尼。科学家应有的品质认真对待科学的态度，不被封建迷信和恶势力的影响而改变对科学客观负责的态度，显然两位科学家都有这种精神。不同的是，一个为了宣传真理而果断地选择牺牲，另一个用暂时的逃避来赢得机会来传播真理。但是你的牺牲并不能带来什么，只能是匹夫之勇，应当明智的选择活下来，再做努力，如果你说我是懦夫，那你以死亡来结束你未完成的事业又何尝不是一种懦弱。 3、在1923年的领奖演说中，密立根公开承认自己曾长期对爱因斯坦的“光量子”观点和光电方程抱怀疑态度。他在演说中说道：“与我自己预料的相反，这项工作终于在1914年成了爱因斯坦方程在很小实验误差范围内精确有效的第一次直接实验证据，并且第一次直接从光电效应测定普朗克常数h。”如何理解密立根精神？ 密立根公开承认爱因斯坦的理论，是本着尊重事实，事实求是的原则和对科学认真负责的态度。他敢于承认自己以前的错误，不是出于个人荣辱，而是对真理的肯定态度和作为一个科学家必须有的素质，正是由于他对科学认真负责的的态度，他才有了成功的可能。 4、麦克斯韦对类比法的论述：“为了不用物理理论而得到物理思想，我们必须熟悉物理类比的存在。所谓物理类比，我指的是一种科学定律与另一种科学定律之间的部分相似性。它使得这两种科学可以相互说明。”但有时简单的类比也会导致错误的结果。请你列举几个用类比法成功和失败的例子。 失败的： 天王星是1781年由赫希尔发现的。当时，天文学家根据牛顿万有引力定律推算其轨道，总是与观测结果不符。有的人开始怀疑万有引力定律，有的人则深信不疑，却猜测天王星还受到另一颗尚未发现的巨星的引力作用。巴黎天文台的勒威
物理历史上的十大经典实验 2002 年，美国两位学者在全美物理学家中做了一次调查，请他们提名有史以来最出色的十大物理实验，其中多数都是我们耳熟能详的经典之作。令人惊奇的是十大经典物理实验的核心是他们都抓住了物理学家眼中最美丽的科学之魂：由简单的仪器和设备，发现了最根本、最单纯的科学概念。十大经典物理实验犹如十座历史丰碑，扫开人们长久的困惑和含糊，开辟了对自然界的崭新认识。从十大经典物理实验评选本身，我们也能清楚地看出2000 年来科学家们最重大的发现轨迹，就像我们“鸟瞰”历史一样。 排名第一：托马斯·杨的双缝演示应用于电子干涉实验 在20世纪初的一段时间中，人们逐渐发现了微观客体(光子、电子、质子、中子等)既有波动性，又有粒子性，即所谓的“波粒二象性”。“波动”和“粒子”都是经典物理学中从宏观世界里获得的概念，与我们的直观经验较为相符。然而，微观客体的行为与人们的日常经验毕竟相差很远。如何按照现代量子物理学的观点去准确认识、理解微观世界本身的规律，电子双缝干涉实验为一典型实例。 杨氏的双缝干涉实验是经典的波动光学实验，玻尔和爱因斯坦试图以电子束代替光束来做双缝干涉实验，以此来讨论量子物理学中的基本原理。可是，由于技术的原因，当时它只是一个思想实验。直到1961 年，约恩?孙制作出长为50mm、宽为0.3mm、缝间距为1mm 的双缝，并把一束电子加速到50keV，然后让它们通过双缝。当电子撞击荧光屏时显示了可见的图样，并可用照相机记录图样结果。电子双缝干涉实验的图样与光的双缝干涉实验结果的类似性给人们留下了深刻的印象，这是电子具有波动性的一个实证。更有甚者，实验中即使电子是一个个地发射，仍有相同的干涉图样。但是，当我们试图决定电子究竟是通
近代物理进展作业物理学发展永无止境 班级： 学号: 姓名： 日期：
物理学发展永无止境 摘要： 经典力学，经典电动力学，经典热力学形成物理世界三大支柱。它们紧紧结合在一块，构建起一座华丽而雄伟的殿堂。物理学家甚至相信：这个世界的基本原理都已被发现，物理学已尽善尽美，已经走到了尽头，再也不可能有任何突破性的进展，如果说还有什么要做的事，那就是在一些细节上进行补充与修正。新的物理结论代替旧的物理结论也是必然，没有一种理论可以说绝对完美，即使我们提出的理论在完美，也终会有受局限的一天，所以我们没有必要一定要提出十分完美，别人永远攻不破的理论，我们要做的只是使物理大厦更加完善，所以我们要做只是努力向前看！ 物理学的开端源溯深远，但若说物理学真正意义上的征服世界还是在19世纪末，他的力量控制着一切人们所未知的现象。古老的牛顿力学城堡历经岁月磨砺风雨吹打依旧屹立不倒，反而更凸显他的伟大与坚固。从天上的行星到地上的石头，万物皆毕恭毕敬的遵循它的规律。1846年海王星的发现更是它取得的伟大胜利之一。光学方面，波动论统一天下，神奇的麦式方程完美的诠释了这个理论并将其扩大到整个电磁领域。热学方面，热力学三大定律已基本建立，而在克劳修斯，范德瓦尔斯的努力下，分子动理论和统计热力学成功建立。
当然，更令人惊奇的是这一切似乎都彼此包含，形成了以经典物理联盟。经典力学，经典电动力学，经典热力学形成物理世界三大支柱。它们紧紧结合在一块，构建起一座华丽而雄伟的殿堂。 那当然是一段伟大而光荣的日子，是经典物理的黄金时代。科学的力量从这一时期开始才真正变得如此强大，如此令人神往。我们认为自己已掌握了上帝造物的奥秘，在没有遗漏，我们所熟知的一切物理现象几乎都可以从现成的物理理论里得到解释。力，热，声，光，电等等一切的一切，似乎都被同一种手法控制。物理学家甚至相信：这个世界的基本原理都已被发现，物理学已尽善尽美，已经走到了尽头，再也不可能有任何突破性的进展，如果说还有什么要做的事，那就是在一些细节上进行补充与修正。一位著名的科学家说：“物理学的未来，将在小数点第六位后面去寻找.。”而普朗克的导师甚至劝他不要浪费时间去研究这个已经高度成熟的体系。 但历史再次体现了他惊人的不确定性，致使19世纪物理世界所闪烁的金色光芒注定只是昙花一现，而那喧嚣一时的空前繁盛的经典物理终究要像泡沫那样破败凋零！ 其实，今天回头来看，赫兹1887年的电磁波实验的意义远比实际得出的结论复杂而深远。它一方面彻底的建立了电磁理论，为经典物理的繁荣添加了浓重的一笔；另一方面，它又埋下了促使经典自身毁灭的武器，孕育了革命的种子。当赫兹在卡尔斯鲁厄大学的那件实验室里通过铜环接收器的缺口爆发的电火花证明电磁波存在时，还发现了一个奇怪的现象：当有光照射到这个缺口上时，似乎火花出现
2016届呼和浩特市段考物理圈题 题组4 物理学史和物理方法 （一）考法解法 命题特点分析 段考选取物理学史上一些重要事件、典型思想和科学研究方法，这些学史中所包含的艰辛探索、研究方法、创造性思想及其对物理学发展的影响、对社会的推动等无不深深地影响着考生的情感态度价值观。 解题方法荟萃 物理学史和物理方法类选择题由于比较简单，通常直接课本上知识点，应加强识记。一、直接判断法：对于科学家的突出贡献、对重要实验的研究方法，只要加强识记，可以直接判断正误。 附：常考物理学史人物与事件 力学： 1、1638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和轻物体下落一样快；并在比萨斜塔做了两个不同质量的小球下落的实验，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：质量大的小球下落快是错误的）； 2、1654年，德国的马德堡市做了一个轰动一时的实验--马德堡半球实验； 3、1687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（即牛顿三大运动定律）。 4、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：如果没有其它原因，运动物体将继续以同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。 5、英国物理学家胡克对物理学的贡献：胡克定律；经典题目：胡克认为只有在一定的条件下，弹簧的弹力才与弹簧的形变量成正比（对） 6、1638年，伽利略在《两种新科学的对话》一书中，运用观察－假设－数学推理的方法，详细研究了抛体运动。 17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一条直线运动，既不会停下来，也不会偏离原来的方向。 7、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。 8、17世纪，德国天文学家开普勒提出开普勒三大定律； 9、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； 10、1846年，英国剑桥大学学生亚当斯和法国天文学家勒维烈（勒维耶）应用万有引力定律，计算并观测到海王星，1930年，美国天文学家汤苞用同样的计算方法发现冥王星。
物理学史上的三次大综合 Three large comprehensive history of physics [Abstract]Four major comprehensive history of physics, every time a comprehensive realization of all physical theories make a big step forward. [Keyword]Classical mechanics; electromagnetic wave;electromagnetic induction; quantum mechanics In promoting the development of production and scientific experiments, physics continue to accumulate, development and integration, through the germination period, a different period of classical physics and modern physics during the development stage. Since the 16th century, physics theory theoretically achieve four large integrated. Every time a comprehensive realization, have made a major step forward in physics theory. 1 第一次伟大的综合 17世纪，牛顿力学构成了完整的体系。可以说，这是物理学第一次伟大的综合。牛顿将天上行星的运动与地球上苹果下坠等现象概括到一个规律里面去了，建立了所谓的经典力。至于苹果下坠启发了牛顿的故事究竟有无历史根据，那是另一回事，但它说明了人们对于形象思维的偏爱。 他在哥自尼、伽利略、开普勒、惠更斯、笛卡尔等前人工作的基础上，对大量丰富的资料进行了系统的整理和理论的概括，得到了万有引力定律和牛顿运动三定律。这三条定律是我们认识一切力学现象的依据，是整个经典力学的基础。经典力学成熟的另一个标志是万有引力定律的建立。 牛顿运动三定律和万有引力定律的提出，使经典力学成为一个完整的理论体系，标志着经典力学已经成熟，实现了宇宙中宏观低速物体的运动规律的统一。 2 第二次伟大的综合 麦克斯韦是电磁理论的集大成者。他总结了奥斯特到法拉第的工作，以安培定律、法拉第电磁感应定律和他自己引入的位移电流概念为基础，进行抽象的概念，并用数学分析方法加以整理，建立了麦克斯韦方程组，提出电磁波的概念，并证明了光是一种电磁波，从而把电、磁、光等现象统一起来，实现了物理学上的第二次大综合。 1820年奥斯特通过大量实验发现了电流的磁效应，安培得到了安培定律和安培定则。1831年，法拉第又发现了变化的磁场可以产生感应电流，得到电磁感应定律，并提出“场”的概念和力线图象。但由于数学水平的限制，无法使他的定性理论上升为精确的定量理论，无法用数学的方法描述电场和磁场。 麦克斯韦继承和发展了法拉第思想，自1858年开始，他系统地考察了自库仑、奥斯特以来的电学成就，认为应该把电流的规律与电场和磁场的规律统一起来。为此，他引进了位移电流和涡旋场及电磁波的概念。为了定量的刻画电磁场的转化和电磁波的传播规律，麦克斯韦于1826年引进了偏微分方程，并采用拉格朗日和哈密顿创立的数学方法由方程直接导出了电场和磁场的波动方程，其波的传播速度正好等于光速，因此他预言光是一种电磁波。1888年德国物理学家赫兹用实验证明了电磁波的存在及其具有反射、折射和干涉等性质，证明了麦克斯韦的预言。 麦克斯韦的理论揭示了电、磁和光的统一性，实现了人类对自然界认识的又一次综合，
近代物理进展作业 物理学发展永无止境 物理学发展永无止境 摘要： 经典力学，经典电动力学，经典热力学形成物理世界三大支柱。它们紧紧结合在一块，构建起一座华丽而雄伟的殿堂。物理学家甚至相信：这个世界的基本原理都已被发现，物理学已尽善尽美，已经走到了尽头，再也不可能有任何突破性的进展，如果说还有什么要做的事，那就是在一些细节上进行补充与修正。新的物理结论代替旧的物理结论也是必然，没有一种理论可以说绝对完美，即使我们提出的理论在完美，也终会有受局限的一天，所以我们没有必要一定要提出十分完美，别人永远攻不破的理论，我们要做的只是使物理大厦更加完善，所以我们要做只是努力向前看！ 物理学的开端源溯深远，但若说物理学真正意义上的征服世界还是在19世纪末，他的力量控制着一切人们所未知的现象。古老的牛顿力学城堡历经岁月磨砺风雨吹打依旧屹立不倒，反而更凸显他的伟大与坚固。从天上的行星到地上的石头，万物皆毕恭毕敬的遵循它的规律。1846年海王星的发现更是它取得的伟大胜利之一。光学方面，波动论统一天下，神奇的麦式方程完美的诠释了这个理论并将其扩大到整个电磁领域。热学方面，热力学三大定律已基本建立，而在克劳修斯，范德瓦尔斯的努力下，分子动理论和统计热力学成功建立。当然，更令人惊奇的是这一切似乎都彼此包含，形成了以经典物理联盟。经典力学，经典电动力学，经典热力学形成物理世界三大支柱。它们紧紧结合在一块，构建起一座华丽而雄伟的殿堂。 那当然是一段伟大而光荣的日子，是经典物理的黄金时代。科学的力量从这一时期开始才真正变得如此强大，如此令人神往。我们认为自己已掌握了上帝造物的
奥秘，在没有遗漏，我们所熟知的一切物理现象几乎都可以从现成的物理理论里得到解释。力，热，声，光，电等等一切的一切，似乎都被同一种手法控制。物理学家甚至相信：这个世界的基本原理都已被发现，物理学已尽善尽美，已经走到了尽头，再也不可能有任何突破性的进展，如果说还有什么要做的事，那就是在一些细节上进行补充与修正。一位著名的科学家说：“物理学的未来，将在小数点第六位后面去寻找.。”而普朗克的导师甚至劝他不要浪费时间去研究这个已经高度成熟的体系。 但历史再次体现了他惊人的不确定性，致使19世纪物理世界所闪烁的金色光芒注定只是昙花一现，而那喧嚣一时的空前繁盛的经典物理终究要像泡沫那样破败凋零！ 其实，今天回头来看，赫兹1887年的电磁波实验的意义远比实际得出的结论复杂而深远。它一方面彻底的建立了电磁理论，为经典物理的繁荣添加了浓重的一笔；另一方面，它又埋下了促使经典自身毁灭的武器，孕育了革命的种子。当赫兹在卡尔斯鲁厄大学的那件实验室里通过铜环接收器的缺口爆发的电火花证明电磁波存在时，还发现了一个奇怪的现象：当有光照射到这个缺口上时，似乎火花出现的更容易一些。 显然赫兹是伟大的，他甚至为这个现象写了专门的论文，但不幸的是这并没有一起太多人的注意，更没有人会想到这样一篇论文的真正意义。或许甚至连赫兹自己都不知道，量子存在的证据就在他眼前，几乎触手可得！不过，或许是量子的概念太过爆炸性，太过革命性，命运冥冥之中将它安排在新世纪出现。只可惜赫兹走得太早，没能亲眼看到它的诞生，也没能目睹它究竟给这个世界带来怎样的变化！ 但该来的终究会来，在经典物理还没来得及多多体味一下自己的盛世前，一连串意想不到的事情在19世纪的最后几年连续发生，仿佛是一个不祥的预兆： 1895年，伦琴发现了X射线。
经典物理学时期标志与现代物理学时期标志？ 经典物理学时期： 经典物理学时期(17世纪初—19世纪末) 这时资本主义生产促进了技术与科学的发展，形成了比较完整的经典物理学体系。系统的观察实验和严密的数学推导相结合的方法，被引进物理学中，导致了17世纪主要在天文学和力学领域中的“科学革命”。 发展达到了它的顶峰。 现代物理学时期： 现代物理学时期(20世纪初至今) 十九世纪末叶物理学上一系列重大发现，使经典物理学理论体系本身遇到了不可克服的危机，从而引起了现代物理学革命。由于生产技术的发展，精密、大型仪器的创制以及物理学思想的变革，这一时期的物理学理论呈现出高速发展的状况。研究对象由低速到高速，由宏观到微观，深入到广垠的宇宙深处和物质结构的内部，对宏观世界的结构、运动规律和微观物质的运动规律的认识，产生了重大的变革。 举例说明近代物理学的研究方法、现代物理学的研究方法： 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。这一时期的物理学有如下特征：在研究方法上采用实验与数学相结合、分析与综合相结合和归纳与演绎相结合等方法；在知识水平上产生了比较系统和严密科学理论与实验；在内容上形成比较完整严密的经典物理学科学体系；在发展速度上十分迅速，社会功能明显，推动了资本主义生产与社会的迅速发展。这一时期的物理学又可细分为三个阶段。〖1〗草创阶段（16世纪至17世纪）。主要在天文学和力学领域中爆发了一场“科学革命”，牛顿力学诞生。〖2〗消化和渐进阶段（18世纪）。建立了分析力学，光学、热学和静电学也取得较大的发展。〖3〗鼎盛阶段（19世纪）。相继建立了波动光学、热力学与分子运动论、电磁学，使经典物理学体系臻于完善。 现代物理学时期：这一时期是从19世纪末至今，是现代物理学的诞生和取得革命性发展时期。物理学的研究领域得到巨大的拓展，实验手段与设备得到前所未有的增强，理论基础发生了质的飞跃。这一时期的物理学有如下特征：在研究方法上更加依赖大规模的实验、高度抽象的理性思维和国际化的合作与交流；在认识领域上拓展到微观（10-13）与宇观（200亿光年）和接近光速的高速运动新领域，变革了人类对物质、运动、时空、因果律的认识；在发展速度上非常迅猛，社会功能十分显著，推动了社会的飞速发展。这一时期的物理学又可大致地分为两个阶段。〖1〗革命与奠基阶段（1895年至1927年）。建立了相对论和量子力学，奠定了现代物理学的基础。〖2〗飞速发展阶段（1927年至今）产生了量子场论、原子核物理学、粒子物理学、半导体物理学、现代宇宙学、现代物理技术等分支学科。 学习物理学史的意义 （1）加深对概念和理论的理解，启迪科学新思想的萌发和产生。 （2）物理学史可以使我们认识到“科学是最高意义上的革命力量”。 （3）物理学史可以培养我们的科学思维，掌握科学研究的方法，加深对科学研究的认识，可以活跃思想，开阔眼界，使我们的知识立体化。 （4）可以使我们认识到思想观念转变的意义。 (5)物理学史可以培养同学们的爱国主义精神 （6）通过学习科学家的精神，培养同学们追求真理，献身科学的崇高思想境界。 热学发展史实际上就是热力学和统计物理学的发展史，可以划分为哪四个时期？
物理学史 ★伽利略（意大利物理学家）对物理学的贡献： ①发现摆的等时性 ②物体下落过程中的运动情况与物体的质量无关 ③伽利略的理想斜面实验：在1683年出版的《两种新科学的对话》一书中，运用观察—假设—数学推理的方法，详细地研究了落体运动。将实验与逻辑推理结合在一起探究科学真理的方法为物理学的研究开创了新的一页（发现了物体具有惯性，同时也说明了力是改变物体运动状态的原因，而不是使物体运动的原因） 经典题目1 伽利略根据实验证实了力是使物体运动的原因（错） 伽利略认为力是维持物体运动的原因（错） 伽俐略首先将物理实验事实和逻辑推理（包括数学推理）和谐地结合起来（对） 伽利略根据理想实验推论出，如果没有摩擦，在水平面上的物体，一旦具有某一个速度，将保持这个速度继续运动下去（对） ★胡克（英国物理学家） 对物理学的贡献：胡克定律 经典题目2 胡克认为只有在一定的条件下，弹簧的弹力才与弹簧的形变量成正比（对） ★牛顿（英国物理学家）对物理学的贡献 ①牛顿在伽利略、笛卡儿、开普勒、惠更斯等人研究的基础上，采用归纳与演绎、综合与分析的方法，总结出一套普遍适用的力学运动规律——牛顿运动定律和万有引力定律，建立了完整的经典力学（也称牛顿力学或古典力学）体系，物理学从此成为一门成熟的自然科学 ②经典力学的建立标志着近代自然科学的诞生 经典题目3 牛顿发现了万有引力，并总结得出了万有引力定律，卡文迪许用实验测出了引力常数（对） 牛顿认为力的真正效应总是改变物体的速度，而不仅仅是使之运动（对）牛顿提出的万有引力定律奠定了天体力学的基础（对） ★卡文迪许 贡献：测量了万有引力常量 典型题目4 牛顿第一次通过实验测出了万有引力常量（错）卡文迪许巧妙地利用扭秤装置，第一次在实验室里测出了万有引力常量的数值（对） ★亚里士多德（古希腊） 观点： ①重的物理下落得比轻的物体快 ②力是维持物体运动的原因 经典题目5 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才会运动（对） ★开普勒（德国天文学家） 对物理学的贡献开普勒三定律 经典题目6 开普勒发现了万有引力定律和行星运动规律（错）★托勒密（古希腊科学家） 观点：发展和完善了地心说 ★哥白尼（波兰天文学家）观点：日心说 ★第谷（丹麦天文学家）贡献：测量天体的运动 ★库仑（法国物理学家） 贡献：发现了库仑定律——标志着电学的研究从定性走向定量 典型题目7 库仑总结并确认了真空中两个静止点电荷之间的相互作用（对） 库仑发现了电流的磁效应（错） ★密立根贡献：密立根油滴实验——测定元电荷通过油滴实验测定了元电荷的数值。 e=1.6×10－19C ★昂纳斯（荷兰物理学家）发现超导 ★欧姆：贡献：欧姆定律（部分电路、闭合电路）★奥斯特（丹麦物理学家） 电流可以使周围的磁针偏转的效应，称为电流的磁效应（电流能够产生磁场）
物理学史上的著名“理想实验”
物理学史上的著名理想实验 在物理学发展的历史中，理想实验以其独特方式在物理学发展的许多关键时刻发挥了重要作用，直接或间接地导致了许多物理规律的发现和物理理论的建立。下面我们一起欣赏物理学史上的著名理想实验，感怀物理学家的睿智。 1伽利略的“理想斜面”实验 力与物体的运动的关系是力学的一个最基本的问题。亚里士多德认为：物体的运动是由于外力的作用，当外力的作用停止时，运动的物体就会静止，所以力是维持物体运动的原因。亚里士多德这一观点与人们的一些生活经验相一致，正是由于这样的原因，亚里士多德的观点易于被人们接受，以至于长期以来被人们奉为真理。 彻底推翻亚里士多德错误观点的是伽利略。伽利略凭借的有力武器不是数学推导，不是真实的实验，而是理想实验。伽利略设想：如图1在A点悬一单摆，拉至AB时放开，在忽略空气阻力的情况下，摆球会沿着弧线升至对面的C 处。如果在摆线经过的E或F处钉上小钉子，可以使摆球沿不同的弧线上升至同一水平高度G、H，由此得到单摆的等高性结论。 以单摆的等高性为基础，伽利略进一步设想，如图2中从A点释放一个光滑坚硬的小球，让它沿坚硬光滑的斜面AB下落。到达B点后，小球将以获得的速度沿对面的BC、BD或BE中的某一斜面上升至通过A点的水平面，比较斜面BC、BD和BE，倾角越来越小，斜面越来越长，即小球在斜面上走过的距离越来越远，运动的时间越来越长。当斜面的倾角为零而成为水平面BF时，物体由于不可能达到A点的高度而永远地运动下去。至此，伽利略得出结论：“任何速度一旦施加给一个运动着的物体，只要除去加速或减速的外因，此速度就可以保持不变……”伽利略的结论从根本上否定了亚里士多德的“力是维持物体运动的原因”的错误论断，指出力与运动的正确关系是：力是改变物体运动状态的原因。 伽利略从单摆等高性的理想实验到理想斜面实验，忽略了空气阻力和摩擦力，而这些忽略在现实中都是无法真正实现的。在真实的实验中，人们可以用各种方法减小空气阻力和摩擦力，但永远也无法彻底消除它们，因而人们无法
高中物理学史总结 1638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和轻物体下落一样快；并在比萨斜塔做了两个不同质量的小球下落的实验，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：质量大的小球下落快是错误的）；伽利略时代的仪器、设备十分简陋，技术也比较落后，但伽利略巧妙地运用科学的推理，给出了匀变速运动的定义，最早研究“匀加速直线运动”，导出S正比于t2并给以实验检验；伽利略的科学推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一。17世纪，伽利略通过构思的斜面理想实验指出：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：如果没有其它原因，运动物体将继续以同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。1638年，伽利略在《两种新科学的对话》一书中，运用观察－假设－数学推理的方法，详细研究了抛体运动。另外他还发现了“摆的等时性”。 1687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（即牛顿三大运动定律）。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实验装置比较准确地测出了引力常量（微小形变放大思想）；另外牛顿还发现了光的色散原理；创立了微积分、发明了二项式定理；研究光的本性并发明了反射式望远镜。历史上关于光的本质有两种学说：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；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。 爱因斯坦，德籍犹太人，后加入美国籍，20世纪最伟大的科学家，他提出了“光子”理论及光电效应方程，建立了狭义相对论及广义相对论。提出了“质能方程E=mc2”。经典力学不适用于微观粒子和高速运动物体。1905年爱因斯坦：受到普朗克的启发在德国物理学家赫兹首先发现“光电效应”实验（注：实验做法）的基础上提出了“光子说”，成功地解释了光电效应规律，提出著名的爱因斯坦光电效应方程：E k=hv—W）因此获得诺贝尔物理奖。 1905年爱因斯坦：提出狭义相对论，有两条基本原理： ①相对性原理——不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的； ②光速不变原理——不同的惯性参考系中，光在真空中的速度一定是c不变。 狭义相对论的其他结论： ①时间和空间的相对性——长度收缩和动钟变慢（或时间膨胀） ②相对论速度叠加：光速不变，与光源速度无关；一切运动物体的速度不能超过光速，即光速是物质运动速度的极限。 ③相对论质量：物体运动时的质量大于静止时的质量。 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，提出能量子假说：物质发射或吸收能量时，能量不是连续的，而是一份一份的，每一份就是一个最小的能量单位，即能量子，把物理学带进了量子世界；E与频率υ成正比，即E=hv；另外其在热力学方面也有巨大贡献。 1913年，丹麦物理学家玻尔把普朗克的量子理论应用到原子系统上，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；玻尔最先得出氢原子能级表达式。十九世纪末以前建立的物理学通常称为经典物理学，按照经典物理学理论，如果带电粒子做变速运动，包括振动和圆周运动，粒子一定以电磁波的形式向外辐射能量，辐射的频率等与振动或圆周运动的频率。为了解释与经典物理学的一系列矛盾，玻尔提出了自己的原子结构假说，即玻尔理论。 英国物理学家汤姆生发现电子，说明原子是可分的，有复杂的内部结构，并提出原子的枣糕模型，在当时能解释一些实验现象。并测得了电子的比荷e/m；研究了阴极射线，并指