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关于物理学史的诗歌

2020-06-22浏览:967

《物理学史》这是一本讨论物理—哲学问题的通俗读物。叙述了从巴比伦时期至1925年物理学发展的重要历史事实。黑格尔有句名言说,熟悉了一门科学的历史,也就熟悉了这门科学本身。全书从头到尾,字里行间,无一处不弥漫着“物理—哲学情绪”并能被这种情绪所感染。漫步其中如同走进了“物理学大厦”----“陶冶性情,感发志意“,翻开它,你就会浸沉在一团浓浓的“物理—哲学情绪”中;能把你从衣食住行、生老病死的日常生活中提升到“物理学境界”。

本书作者总是从日常生活中最简单、最常见的现象去着手观察、分析问题,最后不可避免地引导到抽象、深刻的物理概念。这种“深入浅出”的写法,是本书的一大优点。本书每章都出现“理想实验”这个术语;作者并在多处写道:“这种推理只有通过理想实验的想像才能达到,而理想实验却是永远也无法真正去实施的……”;“让我们设想一下,如果我们……”;“让我们再设想一个理想实验……”等诸如此类的句子,这些句子为我们建立了各式各样的、万能的“物理实验室”。什么是“理想实验”呢

爱因斯坦是这方面的大师。可以说,正是设计、安排了一些关键性的“理想实验”才造就了爱因斯坦的伟大。爱因斯坦从幼年起,就凝神默想,思考过以下两个问题:

1若是有人正在跟着光线跑,并努力去赶上它,将会发生什么

2把一个人关在一个自由下落的升降机上,将会发生什么

这两个问题在本质上都属于“理想实验”,因为我们不可能真正去做这样的实验。

爱因斯坦从头一个问题的答案发展了狭义相对论;从第二个问题的答案提出了广义相对论。对这两个问题的思考反映了爱因斯坦对“理想实验”的偏爱和他的孩子似的怀疑司空见惯、简单事物的能力。在书中,爱因斯坦对伽利略在科学史上的功绩作了中肯的评价:“伽利略的发现以及他所应用的科学的推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一,而且标志着物理学的真正开端。”在另一本书上,爱因斯坦说,伽利略的发现是“物理学的诞生日。“

在作者笔下,从一个旧概念过渡到一个新概念是件自然不可避免的事;前后衔接得平滑,以致于觉察不到中间有什么接缝。读者满怀激-情,在不知不觉中已经跟随作者深入到了“物理学严峻的大厦。”

我也感觉到在我们的物理教学过程中渗透物理学史也可以起到以下效果:

1、能激发学生学习物理的兴趣:

在学习过程中兴趣是最好的老师,在平时的教学中讲一些物理学史中的有关问题,可以使学生对物理产生浓厚的兴趣,从而变被动学习为主动学习,增强学习动机提高学习效率。如:在学习光的本质时,给学生讲托马斯杨的故事。

托马斯杨出生在英国米尔弗顿,他复兴了被忽略了一个世纪之久的光的波动说。这位伟大的科学家有一个非凡的幼年时代。在他两岁的时候就能很流畅地读书,当他4岁的时,他已通读了两遍圣经;当他6岁时,他能整篇地背诵“哥德斯密思的荒村”。他一目数行,贪婪的阅读各种书籍,无论是古典的、文学的或是科学上的著作。书中处处体现了伟大科学家们的一个共同特点,那就是热爱读书,各个博闻强识,不仅仅读科学类的书籍,而且热爱阅读文学、哲学等种类的书籍。

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?

(1)热学的早期时期,17世纪末~19世纪中叶,这个时期积累了大量的实验和观察事实。

(2)19世纪中叶~19世纪70年代末,这一时期发展了唯象热力学和气体动理论。

(3)19世纪70年代末~20世纪初,统计热力学的产生。

(4)20世纪30年代起,出现量子统计物理学和非平衡态理论。

牛顿力学的局限性:

(1)绝对时空:在承认时间和空间的客观性质上是正确的,但把时间和空间看作与物质运动无关。

(2)绝对质量:他认为物体的“质量”具有客观性和永恒性,但同时认为物体的质量是不变的,因而具有历史局限性。

(3)机械决定论:牛顿所总结的运动定律,确立了严格的因果关系。根据初始条件,就可以准确确定体系以往和未来任一时刻的运动状态。所以他认为一切自然现象只能按照机械的必然性发生和进行。

(4)上帝决定论:《原理》之后,牛顿一直致力于《圣经》的研究,并开始写这方面的著作,手稿达150万字之多,绝大部分未发表。关于牛顿在1692~1693年间答复本特莱大主教4封信论造物主(上帝)之存在,最为后人所诟病。所谓神臂就是第一推动出于第四封信中。

牛顿取得成功的历史条件:

(1)生产力发展的需要

航海的发展,需要对天体的运行规律进行研究,对机械加工作物理原理的解释。

(2)物理方面的进展

哥白尼的“日心说”,摧毁了附着在神学上的宇宙观,得到了几乎所有科学家的认同。

伽利略奠定了在运动观上的正确理论,各种力正在被发现。

(3)在英国,政局比较稳定,商业发展使新兴资产阶级从自身的角度,开始注重科学研究。

(4)科学的国际研究联系加强

英法成立了“皇家学会”及“皇家科学院”

牛顿的《自然哲学数学原理》的意义:

(1)它将个别特殊的情况抽象概括为普遍理论,是当时力学规律的伟大综合;

(2)绝对时空观的形成;

(3)机械决定论的形成;

(4)它发挥了科学理论的预言作用,引导人们从已知的现象去预测未来。

万有引力定律建立的意义

(1)人类第一次完成了天体运动与地面物体运动的统一。

(2)建立了天体力学;

(3)是人类科学认识的一次重大综合和飞跃。

牛顿说:“如果说我比别人看得更远些,那是因为我站在了巨人的肩上。”从数学、力学、天文等几个方面列举巨人的名字和主要成就。

数学:欧几里德、笛卡尔、莱布尼兹

力学:达芬奇、伽利略、惠更斯

天文学:哥白尼、第谷、开普勒

总结麦克斯韦的科学方法:类比

麦克斯韦理论的意义:

1经典电磁理论的确立,完成了物理学理论的第二次大综合,

2掀起了第二次工业革命,进一步说明了科学技术是第一生产力。

通过麦克斯韦的科学经历,说明数学在物理学科中的重要作用。

17世纪中叶,以牛顿为代表的光的粒子说学派和以惠更斯为代表的光的波动说学派就已开始对其进行研究。后来,包括爱因斯坦在内的一批杰出的物理学家为之付出了长期的努力。回顾光学发展的历程,不同时代对光本质的认识都有它的时代局限性,从几何光学时代、波动展示光本质的不断深入的认识过程。今天,光学已发展成为一个广阔的研究领域,对光的本性的研究仍然具有理论和现实意义。

卡文迪什实验室作为20世纪物理学的发源地之一,实验室的建设以及它的经验具有哪些重要意义:

始建于1871年,建成于1874年,是英国剑桥大学的前身,麦克斯韦为第一任实验室主任。

卡文迪什实验室,作为世界上最著名的物理学教育和科研中心之一,培养了一大批世界级的著名物理学家,26位诺贝尔奖金获得者。

1885~1919年,由JJ汤姆逊主持实验室工作,在这34年间,主要进行了电学、磁学、光学等方面的基本测量工作。这期间科学研究硕果累累,人才辈出,走在世界的前列,有10位工作人员获得诺贝尔奖。

1919~1937年卢瑟福主持卡文迪什实验室工作,主要进行放射性和核物理研究,先后取得了发现中子、验证了正电子的预言、人工打破原子核的重大成就。尤其在1932~1933年间,卡文迪什实验室达到其科学成就的高峰。在卢瑟福主持工作的18年间,实验室中共有12人获诺贝尔奖,这18年是该实验室的黄金时期,这期间它成为世界实验物理的研究中心。

19世纪的三大发现:

(1)电子的发现

JJ汤姆逊

(2)X射线的发现

伦琴

(3)天然放射性的发现

1铀盐的放射性的发现----贝克勒尔

2钋和镭的发现----------居里夫人

3α、β、γ射线的发现--卢瑟福

上述三大发现打破了几百年来形成的物质不灭、能量守恒、原子不可分等传统观念,揭开了物理学革命的序幕,它标志着物理学的研究由宏观进入到微观。

经典物理学的两朵乌云:

第一朵乌云:“迈克耳逊-莫雷实验”与“以太漂移说”的矛盾,最终导致了相对论革命的爆发。

第二朵乌云——黑体辐射与“紫外灾难”,最终导致了量子论革命的爆发。

爱因斯坦的狭义相对论的意义:

爱因斯坦的狭义相对论和量子论一起,成为物理学革命的标志性成果。其意义正如他自己在1948年在《相对性:相对论的本质》中所指出的:“狭义相对论导致了对空间和时间的物理概念的清楚理解,并且由此认识到运动着的量杆和时钟的行为。它在原则上取消了牛顿所理解的那个即时的超距作用概念。它指出,在处理同光速相比不是小到可忽略的运动时,运动定律必须加以修改。它导致了麦克斯韦电磁场方程的形式上的澄清,特别是导致了对电场和磁场本质上的同一性的理解。它把动量守恒和能量守恒这两条定律统一成一条定律,并且指出了质量同能量的等效性。从形式的观点来看,狭义相对论的成就可以表征如下:它一般指出了普适常数c在自然规律中所起的作用,并且表明以时间作为一方,空间坐标作为另一方,两者进入自然规律的形式之间存在着密切的联系。”

爱因斯坦创立广义相对论的目的:

是要解决两个问题:一是取消惯性系的优越性;二是将引力理论纳入狭义相对论中。

量子力学的发展线索与代表人物:

德布罗意、薛定谔、薛定谔波动方程

海森堡、波恩矩阵力学

玻尔与爱因斯坦的争论:

爱因斯坦和玻尔的争论,使量子力学的意义不断得到澄清,一步步逐渐深入的揭示了量子力学的本质含义。这场争论也是量子力学发展的一个组成部分。这个争论的一个中心论题是:科学规律本质上是因果性的,还是概率性的?

量子力学表明,微观物理实在既不是波也不是粒子,真正的实在是量子态。真实状态分解为隐态和显态,是由于测量所造成的,在这里只有显态才符合经典物理学实在的含义。

微观体系的实在性还表现在它的不可分离性上。量子力学把研究对象及其所处的环境看作一个整体,它不允许把世界看成由彼此分离的、独立的部分组成的。

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