物理学科文化墙设计Word文件下载.docx
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光的色散
太阳发出的光,照亮了地球,使万物生辉。
17世纪以前,人们一直认为白色是最单纯的颜色。
直到1666年,英国物理学家牛顿
(1643年~1727年)用玻璃三棱镜分解了太阳光,这才揭开了光的颜色之谜。
彩虹就是太阳光在传播中遇到空气中的水滴,经反射、折射后产生的现象。
伏打电池
1800年3月20日,伏打(1745年~1827年)写信给那时伦敦皇家学会会长约瑟夫·
班克斯,在这封信中他描述了伏打电池。
伏打写了这封值得纪念的信以后6个星期,第一个伏打电池在英国被尼科尔逊和卡莱斯勒爵士制成。
在伏打之前,人们只能应用摩擦发电机,运用旋转以发电,再将电存放在莱顿瓶中,以供使用。
这种方式相当麻烦,所得的电量也受限制。
伏打电池的发明改进了这些缺点,为人们获得稳定的持续的电流提供了一个方法,使得电的取得变得非常方便。
电气所带来的文明,伏打电池是一个重要的起步,他带动了后续电气相关研究的蓬勃发展。
欧姆定律
欧姆(1787年~1854年),德国物理学家,对电流跟电阻和电压之间的关系进行了大量实验研究,并于1826年归纳出了今天所称的欧姆定律。
1827年欧姆出版了他的著作《伽伐尼电路:
数学研究》。
在这本书中,包括了欧姆定律的理论推导。
电磁波
1820年奥斯特发现了电流的磁效应,1831年法拉第发现了电磁感应现象,1865年麦克斯韦提出了麦克斯韦方程组来揭秘电与磁,1888年赫兹通过实验证明了电磁波的存在,后来,马可尼利用电磁
波进行通信,最终于1901年实现了跨越大西洋的无线电通信。
“实践
——理论——实践——应用”,这就是物理学的魅力所在。
杠杆原理
阿基米德(公元前287年~公元前212年)在他的《板的平衡》中论证了杠杆原理——动力×
动力臂=阻力×
阻力臂。
他对杠杆效率的评价反映在他的(据说)警句中:
“给我一个可依靠的支点,我就能把地球撬动。
”
阿基米德原理
阿基米德(公元前287年~公元前212年)在他的《浮体》一书中,建立了以他的名字命名的重要的原理——阿基米德原理,即:
浸在液体中的物体受到向上的浮力,浮力的大小等于它排开的液体所
受的重力。
叙拉古国王艾希罗曾请阿基米德鉴别皇冠是否用纯金制成的。
你能帮阿基米德鉴别一下吗?
你能想到几种方法?
自由落体运动
落体的运动是司空见惯的,但人类对它的认识却经历了差不多两千年的时间。
是什么因素决定一个物体下落的快慢呢?
亚里士多德
(公元前384年~公元前322年)认为物体下落的快慢是由他们的重量决定的。
他的这一论断符合人们的常识,以至于其后两千年的时间里,大家都奉为经典。
16世纪末,意大利比萨大学的青年学者伽利略(1564年~1642年)对亚里士多德的论断表示了怀疑。
根据亚里士多德的论断,一块大石头的下落速度要比一块小石头的下落速度大。
假定大石头的下落速度为8,小石头的下落速度为4,当我们把两块石头捆在一起时,大石头会被小石头拖着而减慢,结果整个系统的下落速度应该小于8;
但两块石头捆在一起,总的重量比大石头还要重,因此整个系统下落的速度要比8还大。
这样,就从“重物比轻物落得快”的前提推断出了互相矛盾的结论,这使亚里士多德的理论陷入了困境。
为了摆脱这种困境,伽利略认为只有一种可能:
重物与轻物应该下落得同样快。
伽利略理想斜面实验
著名物理学家伽利略(1564年~1642年)曾设计过如图所示的斜面实验,让小球沿一个斜面从静止状态开始向下运动,小球将“冲”上另一个斜面,如果没有摩擦,小球将上到原来的高度。
减小第二个斜面的倾角,小球在这个斜面上仍将达到同一高度,但这时它要运动得远些。
继续减小第二个斜面的倾角,球达到同一高度时就会离得更远。
于是他问道:
若将第二个斜面放平,球会到达多远的位置?
结论显然是:
球将永远运动下去,却不再需要什么力去推动。
这就是说,
力不是维持物体运动的原因。
牛顿运动定律
动力学的奠基者是英国科学家牛顿(1643年~1727年)。
他在1687年出版的《自然哲学的数学原理》中提出了三条运动定律,后人把它们总称为牛顿运动定律。
它们是整个动力学的核心。
牛顿第一定律:
一切物体在没有受到力的作用时,总保持静止状态或匀速直线运动状态。
牛顿第二定律:
物体加速度的大小跟它受到的作用力成正比、
跟它的质量成反比,加速度的方向跟作用力的方向相同。
牛顿第三定律:
两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相
等,方向相反,作用在同一条直线上。
人们对宇宙的认识
公元140年前后,古希腊天文学家托勒密(约90年~168年)发表了他的巨著《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”理论。
托勒密的地心说
公元1543年,波兰天文学家哥白尼(1473年~1543年)在临终时发表了一部具有历史意义的著作——《天体运行论》,完整地提出了“日心说”理论。
但“日心说”理论危及到了教会的统治,罗马教廷于公元1616年把《天体运行论》列为禁书。
哥白尼的日心说
德国天文学家开普勒(1571年~1630年)用了20年的时间研究了丹麦天文学家第谷(1546年~1601年)用尽毕生时间所观测的行星记录,发现行星绕太阳运行的轨道不是圆,而是椭圆。
开普勒分
别于1609年和1619年发表了他发现的行星运动的规律,后人称为开
普勒行星运动定律。
万有引力定律
自然界中任何两个物体都相互吸引,引力的方向在它们的连线上,引力的大小与物体的质量m1和m2的乘积成正比,与它们之间距离r的二次方成反比。
这就是万有引力定律。
它于1687年发表在牛顿(1643年~1727年)的传世之作《自然哲学的数学原理》中。
万有引力定律清楚地向人们揭示,复杂运动的后面隐藏着简洁的科学规律。
它明确地向人们宣告,天上和地上的物体都遵循着完全相同的科学法则。
科学史上哈雷彗星、海王星、冥王星的发现,都是应用万有引力定律取得重大成就的例子。
经典物理学晴空的两朵乌云
迈克尔逊-莫雷实验原理图 黑体辐射空腔示意图
19世纪的最后一天,在英国皇家学会的新年庆祝会上,著名物
理学家威廉·
汤姆生(开尔文爵士,1824年~1907年)发表了新年
祝词。
他在回顾物理学所取得的伟大成就时说,物理大厦已经落成,
所剩只是一些修饰工作。
但是,他还讲到:
“在物理学晴朗天空的远
处,还有两朵令人不安的乌云, ”。
威廉·
汤姆生在1900年4
月曾发表过题为《19世纪热和光的动力学理论上空的乌云》的文章。
他所说的第一朵乌云,主要是指迈克尔逊-莫雷实验结果和以太漂移
说相矛盾;
他所说的第二朵乌云,主要是指热学中的能量均分定则在
气体比热以及热辐射能谱的理论解释中得出与实验不等的结果,其中
尤以黑体辐射理论出现的“紫外灾难”最为突出。
物理学发展的历史表明,正是这两朵小小的乌云,终于酿成了
一场大风暴。
汤姆生所说的第一朵乌云,导致相对论的产生;
第二朵乌云,导致了量子论的出现。
这“两朵乌云”恰恰是世纪之交
物理学革命的导火线,发展起了全新的物理学理论。
第五届索尔维会议合影
后排左起:
A.皮卡尔德(A.Piccard) E.亨利厄特(E.Henriot)
P.埃伦费斯特(P.Ehrenfest) Ed.赫尔岑(Ed.Herzen)Th.德唐德(Th.deDonder) E.薛定谔(E.Schrö
dinger)E.费尔夏费尔特(E.Verschaffelt) W.泡利(W.Pauli)
W.海森堡(W.Heisenberg) R.H.富勒(R.H.Fowler)L.布里渊(L.Brillonin)
中排左起:
P.德拜(P.Debye) M.克努森(M.Knudsen)W.L.布拉格(W.L.Bragg) H.A.克莱默(H.A.Kramers)P.A.M.狄拉克(P.A.M.Dirac) A.H.康普顿(A.H.Compton)L.德布罗意(L.deBroglie) M.波恩(M.Born)
N.波尔(N.Bohr)
前排左起:
I.朗繆尔(I.Langmuir) M.普朗克(M.Planck)M.居里夫人(MmeCurie) H.A.洛仑兹(H.A.Lorentz)A.爱因斯坦(A.Einstein) P.朗之万(P.Langevin)
Ch.E.古伊(ch.E.Guye) C.T.R.威尔逊(C.T.R.Wilson)
O.W.理查森(O.W.Richardson)
索尔维会议是20世纪初一位比利时的实业家欧内斯特·
索尔维创立的物理、
化学领域讨论的会议。
1911年,第一届索尔维会议在布鲁塞尔召开,以后每3年举行一届。
1927年,第五届索尔维会议在比利时布鲁塞尔召开了,因为阿尔伯特·
爱因斯坦与尼尔斯·
玻尔两人的大辩论,这次索尔维峰会被冠之以“最著名”的称号。
一张汇聚了物理学界智慧之脑的“明星照”则成了这次会议的见证,数十个涵盖了众多分支的物理学家都留下了他们的身影,爱因斯坦、玻尔更是照片的灵魂人物。
照片的前排,坐着的都是当时老一辈的科学巨匠,中间那位是爱因斯坦,他其实应该算一个“跨辈份”的人物。
左起第三位那个白头发老太太就是居里夫人,她是这张照片里唯一的女性。
在爱因斯坦和居里夫人当中那位老者是真正的元老级人物洛伦兹,电动力学里的洛伦兹力公式,是与麦克斯韦方程组同等重要的基本原理,爱因斯坦狭义相对论里的“洛伦兹变换”也是他最先提出的。
左起第二位则是量子论的奠基者普朗克,他在解释黑体辐射问题时第一次提出了“量子”的概念。
这一排里还有提出原子结合能理论的郎之万、发明云雾室的威尔逊等,个个堪称德高望重。
第二排右起第一人是与爱因斯坦齐名的“哥本哈根学派”领袖尼尔斯·
玻尔,玻尔第一个提出量子化的氢原子模型,后来又提出过互补原理和哲学上的对应原理,他与爱因斯坦的世纪大辩论更是为人们津津乐道。
玻尔旁边是德国大物理学家玻恩,他提出了量子力学的概率解释。
再往左,是法国“革命王子”德布罗意,他提出了物质波的概念,确立了物质的波粒二象性,为量子力学的建立扫清了道路。
德布罗意左边,是因发现了原子的康普顿效应而著称的美国物理学家康普顿。
再左边,则是英国杰出的理论物理学家狄拉克,他提出了量子力学的一般形式以及表象理论,率先预言了反物质的存在,创立了量子电动力学。
这一排里,还有发明粒子回旋加速器的布拉格等。
第三排右起第三人,就是量子力学的矩阵形式的创立者海森堡,测不准原理也是他提出来的。
他的左边,是他的大学同学兼挚友泡利,泡利是“泡利不相容原理”和微观粒子自旋理论(泡利矩阵)的创始者。
两人同在索末菲门下学习时,经常不按老师的要求循序渐进,而是自搞一套,老师竟也完全同意并鼓励他们这样做。
右起第六人,就是量子力学的波动形式的创立者薛定谔,量子力学里薛定
谔方程,就像经典力学里的牛顿运动方程一样重要。
薛定谔还是最早提出生物遗
传密码的人。
以上这些人物,是二十世纪物理科学的最杰