2019版高考物理通用版二轮复习讲义：第二部分 第一板块 第7讲 “前挂后连”巧记物理学史和重要思想方法

第7讲 |
“前挂后连”巧记物理学史和重要思想方法
物理学史记录了人类对自然规律的研究历程，物理思想方法是研究物理问题的重要“思维工具”。

历年高考对这部分知识时有考查，考查难度虽然不大，但因为知识点比较分散，学生平时重视程度不够，得分反而不高。

因此复习本部分内容时要侧重对知识和事件的识记、理解。

提能点(一) 高中物理的重要物理学史⎣⎢⎢⎡⎦
⎥⎥⎤基础保分类考点练练就能过关 [知能全通]————————————————————————————————
1．力学部分
(1)1638年，意大利物理学家伽利略用科学推理论证重物和轻物下落一样快，推翻了古希腊学者亚里士多德的观点(物体下落的快慢由重量决定)。

(2)1687年，英国科学家牛顿提出了三条运动定律(即牛顿三大运动定律)。

(3)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。

同时代的法国科学家笛卡儿进一步指出，如果没有其他原因，运动物体将继续以同一速度沿着同一条直线运动，既不会停下来，也不会偏离原来的方向。

(4)20世纪初建立的量子力学和爱因斯坦提出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物体。

(5)人们根据日常的观察和经验，提出“地心说”，古希腊天文学家托勒密是代表；而波兰天文学家哥白尼提出了“日心说”，大胆反驳“地心说”。

(6)17世纪，德国天文学家开普勒提出开普勒三大定律。

(7)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的数值。

(8)1846年，英国剑桥大学学生亚当斯和法国天文学家勒维耶应用万有引力定律，计算并观测到海王星；1930年，美国天文学家汤博用同样的计算方法发现冥王星。

2．电磁学部分
(1)1785年法国物理学家库仑利用库仑扭秤实验发现了电荷之间的相互作用规律——库 仑定律。

(2)1837年，英国物理学家法拉第最早引入了电场概念，并提出用电场线表示电场。

(3)1913年，美国物理学家密立根通过油滴实验精确测定了元电荷e 的电荷量，获得诺
贝尔奖。

(4)1826年德国物理学家欧姆(1787—1854)通过实验得出欧姆定律。

(5)19世纪，焦耳和楞次先后各自独立发现电流通过导体时产生热效应的规律，即焦耳定律。

(6)1820年，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，称为电流的磁效应。

(7)法国物理学家安培发现两根通有同向电流的平行导线相吸，反向电流的平行导线则相斥，并总结出安培定则(右手螺旋定则)判断电流与磁场的相互关系和左手定则判断通电导线在磁场中受到磁场力的方向。

(8)荷兰物理学家洛伦兹提出运动电荷产生了磁场和磁场对运动电荷有作用力(洛伦兹力)的观点。

(9)汤姆孙的学生阿斯顿设计的质谱仪可用来测量带电粒子的质量和分析同位素。

(10)1932年，美国物理学家劳伦兹发明了回旋加速器，能在实验室中产生大量的高能粒子(最大动能仅取决于磁场和D形盒直径，带电粒子圆周运动周期与高频电源的周期相同)。

(11)英国物理学家法拉第发现了由磁场产生电流的条件和规律——电磁感应定律。

(12)俄国物理学家楞次发表确定感应电流方向的定律——楞次定律。

3．原子物理部分
(1)英国物理学家汤姆孙利用阴极射线管发现电子，并指出阴极射线是高速运动的电子流，获得1906年诺贝尔物理学奖。

汤姆孙还提出原子的枣糕模型。

(2)英国物理学家卢瑟福和助手们进行了α粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型，并用α粒子轰击氮核，第一次实现了原子核的人工转变，发现了质子，并预言原子核内还有另一种粒子——中子。

(3)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辐射电磁波谱，并得出氢原子能级表达式，获得1922年诺贝尔物理学奖。

(4)查德威克用α粒子轰击铍核时发现中子，获得1935年诺贝尔物理学奖。

(5)法国物理学家贝可勒尔发现天然放射现象，说明原子核有复杂的内部结构，获得1903年诺贝尔物理学奖。

(6)爱因斯坦提出了质能方程式，并提出光子说，成功地解释了光电效应规律，获得1921年诺贝尔物理学奖。

(7)1900年，德国物理学家普朗克解释物体热辐射规律提出能量子假说，获得1918年诺贝尔物理学奖。

(8)1922年，美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时发现康普顿效应，证实了光的粒子性，获得1927年诺贝尔物理学奖。

(9)1924年，法国物理学家德布罗意大胆预言了实物粒子在一定条件下会表现出波动性。

4．选考部分
(1)热学
英国植物学家布朗发现悬浮在水中的花粉微粒不停地做无规则运动的现象——布朗运动。

(2)机械振动机械波
奥地利物理学家多普勒(1803—1853)首先发现由于波源和观察者之间有相对运动，使观察者感到频率发生变化的现象——多普勒效应。

(3)光现象电磁波
①英国物理学家托马斯·杨成功地观察到了光的干涉现象。

②英国物理学家麦克斯韦发表《电磁场的动力学理论》的论文，提出了电磁场理论，预言了电磁波的存在，指出光是一种电磁波，为光的电磁理论奠定了基础。

③德国科学家赫兹用实验证实了电磁波的存在，并测定了电磁波的传播速度等于光速。

④1895年，德国物理学家伦琴发现X射线(伦琴射线)，获得1901年诺贝尔物理学奖。

(4)相对论
1905年，爱因斯坦提出了狭义相对论，有两条基本原理：
相对性原理——在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的。

光速不变原理——真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，光速与光源、观察者间的相对运动没有关系。

[题点全练]————————————————————————————————1．[多选]下列说法中正确的是()
A．胡克认为弹簧的弹力与弹簧的形变量成正比是有条件的
B．牛顿第一定律是利用逻辑思维对事实进行分析的产物，不可能用实验直接验证
C．库仑总结并确认了真空中任意两个电荷之间的相互作用的规律
D．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时才会运动
解析：选ABD根据胡克定律，在弹性限度内，弹簧的弹力与弹簧的形变量成正比，A正确；牛顿第一定律是利用逻辑思维对事实进行分析的产物，无法用实验直接验证，B正确；库仑用库仑扭秤实验研究总结并确认了真空中两个静止点电荷之间的相互作用的规律，C错误；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时才会运动，D 正确。

2．[多选]在物理学发展过程中，观测、实验、假说和逻辑推理等方法都起到了重要作用。

下列叙述符合史实的是()
A．奥斯特在实验中观察到电流的磁效应，该效应揭示了电和磁之间存在联系
B．安培根据通电螺线管的磁场和条形磁铁的磁场的相似性，提出了分子电流假说
C．法拉第在实验中观察到，在通有恒定电流的静止导线附近的固定导线圈中，会出现感应电流
D．楞次在分析了许多实验事实后提出，感应电流应具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化
解析：选ABD奥斯特在实验中观察到电流的磁效应，该效应揭示了电流能够产生磁场，电和磁之间存在联系，选项A正确；安培根据通电螺线管的磁场和条形磁铁的磁场的相似性，提出了分子电流假说，选项B正确；法拉第在实验中观察到，在通有恒定电流的静止导线附近的固定导线圈中，不会产生感应电流，选项C错误；楞次在分析了许多实验事实后提出，感应电流应具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化，这就是楞次定律，选项D正确。

3．[多选]在科学发展史上，每一位科学家的成果无一例外的都是在前人成果及思想方法的启迪下，点燃了自己智慧的火花，并加之实践及对理论的创新归纳总结而得出的。

下列叙述符合物理史实的是()
A．伽利略传承了亚里士多德关于力与运动关系的物理思想，开创了某些研究物理学的科学方法
B．牛顿在归纳总结伽利略、笛卡儿等科学家的结论的基础上得出了经典的牛顿第一定律
C．库仑在前人研究的基础上通过库仑扭秤实验研究得出了库仑定律
D．楞次在对理论基础和实验资料进行严格分析后，提出了电磁感应定律
解析：选BC伽利略不是传承而是否定了亚里士多德的关于力与运动关系的物理思想，A错；法拉第提出了电磁感应定律，D错；B、C符合物理史实。

4．在物理学的发展史上，许多物理学家做出了卓越的贡献。

下列说法中符合史实的是()
A．伽利略猜想自由落体运动的速度与下落时间成正比，并直接用实验进行了验证
B．麦克斯韦提出了电磁场理论并预言了电磁波的存在，赫兹用实验证明了电磁波的存在
C．安培首先提出了场的概念并发现了通电导线在磁场中受力方向的规律
D．楞次发现了电磁感应现象并总结出了判断感应电流方向的规律
解析：选B 伽利略猜想自由落体运动的速度与下落时间成正比，但没有直接用实验进行验证，选项A 错误；麦克斯韦提出了电磁场理论并预言了电磁波的存在，赫兹用实验证明了电磁波的存在，选项B 正确；法拉第首先提出了场的概念，安培发现了通电导线在磁场中受力方向的规律，选项C 错误；法拉第发现了电磁感应现象，楞次总结出了判断感应电流方向的规律，选项D 错误。

5．物理学的发展极大地丰富了人类对物质世界的认识，推动了科学技术的创新和革命，促进了人类文明的进步，关于物理学发展过程中的认识，下列说法中正确的是( )
A ．法拉第根据电流的磁效应现象得出了法拉第电磁感应定律
B ．卡文迪许利用扭秤测出了引力常量，被誉为能“称出地球质量的人”
C ．牛顿第一定律虽然是利用逻辑思维对事实进行分析的产物，但可用实验直接验证
D ．伽利略利用理想斜面实验，使亚里士多德“重的物体比轻的物体下落得快”的结论陷入困境
解析：选B 奥斯特发现了电流的磁效应现象，纽曼和韦伯通过对理论和实验资料进行严格分析，先后总结出法拉第电磁感应定律，故选项A 错误；卡文迪许通过扭秤实验测出了引力常量，使万有引力定律有了实际的应用价值，如测天体质量，故选项B 正确；现实生活中不存在不受力的运动物体，因此牛顿第一定律不可以直接用实验验证，故选项C 错误；伽利略在理想斜面实验的基础之上，用逻辑推理的方法使得“重的物体比轻的物体下落得快”的结论陷入困境，故选项D 错误。

提能点(二) 高中物理的重要思想方法⎣⎢⎢⎡⎦
⎥⎥⎤基础保分类考点练练就能过关 [知能全通]————————————————————————————————
1．理想模型法：为了便于进行物理研究或物理教学而建立的一种抽象的理想客体或理想物理过程，突出了事物的主要因素、忽略了事物的次要因素。

理想模型可分为对象模型(如质点、点电荷、理想变压器等)、条件模型(如光滑表面、轻杆、轻绳、匀强电场、匀强磁场等)和过程模型(如空中自由下落的物体、抛体运动、匀速直线运动、匀速圆周运动、恒定电流等)。

2．极限思维法：就是把所研究的问题外推到极端情况(或理想状态)，通过推理而得出结论的过程。

在用极限思维法处理物理问题时，通常是将参量的一般变化，外推到极限值，
即无限大、零值、临界值和特定值的条件下进行分析和讨论。

如公式v ＝Δx Δt
中，当Δt →0时，v 是瞬时速度。

3．理想实验法：也叫实验推理法，就是在物理实验的基础上，加上合理的科学推理得出结论的方法，这也是一种常用的科学方法。

如根据伽利略斜面实验推导出牛顿第一定律等。

4．微元法：在处理问题时，从对事物的极小部分(微元)分析入手，达到研究事物整体目的的方法。

它在解决物理学问题时很常用，思想就是“化整为零”，先分析“微元”，再通过“微元”分析整体。

5．比值定义法：就是用两个基本物理量的“比”来定义一个新的物理量的方法，特点
是：A ＝B C ，但A 与B 、C 均无关。

如a ＝Δv Δt
、E ＝F q 、C ＝Q U 、I ＝q t 、R ＝U I 、ρ＝m V 等。

6．放大法：在物理现象或待测物理量十分微小的情况下，把物理现象或待测物理量按照一定规律放大后再进行观察和测量的方法，常见的方式有机械放大、电放大、光放大。

7．控制变量法：对于多因素的问题，每次只改变其中的某一个因素，控制其余几个因素不变，进而研究被改变的这个因素对问题的影响，对其他因素按照此方法分别加以研究，最后综合解决问题的方法。

如探究加速度与力、质量的关系，就用了控制变量法。

8．等效替代法：在研究物理问题时，为了使问题简化，在不改变物理效果的情况下，用一个物理量来替代其他所有物理量的方法。

如用合力替代各个分力，用总电阻替代各部分电阻等。

9．类比法：也叫“比较类推法”，是指由一类事物所具有的某种属性，可以推测与其类似的事物也具有这种属性的推理方法。

其结论必须由实验来检验，类比对象间共有的属性越多，类比结论的可靠性越大。

如研究电场力做功时，与重力做功进行类比；认识电流时，用水流进行类比；认识电压时，用水压进行类比。

[题点全练]————————————————————————————————
1．[多选]下列关于物理学研究方法的叙述中正确的是( )
A ．电学中引入了点电荷的概念，突出了带电体的带电量，忽略了带电体的质量，这里运用了理想模型法
B ．“总电阻”、“交流电的有效值”等应用了等效替代的方法
C ．用比值法定义的物理概念在物理学中占有相当大的比例，如电容C ＝Q U 、加速度 a ＝F m 都是采用比值法定义的
D ．根据速度定义式v ＝Δx Δt ，当Δt 趋近于零时，Δx Δt
就可以表示物体在t 时刻的瞬时速度，该定义运用了极限思维法
解析：选BD 点电荷的概念，突出了带电体的带电量，忽略了带电体的体积大小和形状，而不是忽略了带电体的质量，运用了理想模型法，A 项错误；“总电阻”、“交流电的有效值”等应用了等效替代的方法，B 项正确；电容的定义式C ＝Q U 是采用比值法定义的，
加速度a ＝F m 是牛顿第二定律的表达式，a ＝Δv Δt
才是采用比值法定义的，C 项错误；根据速度定义式v ＝Δx Δt
，当Δt 趋近于零时，表示瞬时速度，该定义运用了极限思维法，D 项正确。

2．“曹冲称象”是妇孺皆知的故事，当众人面临大象这样的庞然大物，且在缺少有效的称量工具的时候，他称量出大象的体重，体现了他的智慧，被世人称道。

下列物理学习或研究中用到的方法与“曹冲称象”的方法相同的是( )
A ．“质点”的概念
B ．合力与分力的关系
C ．“瞬时速度”的概念
D ．研究加速度与合力、质量的关系
解析：选B “曹冲称象”故事中用等重量的石头替代等重量的大象，采用的是等效替代的思想；研究合力与分力的关系，采用的是等效替代的思想，故B 正确；建立“质点”的概念，采用的是理想模型法，故A 错误；建立“瞬时速度”的概念，采用的是极限思维法，故C 错误；研究加速度与合力、质量的关系，采用的是控制变量法，故D 错误。

3．下列说法中不正确的是( )
A ．理想模型法就是把实际问题理想化，忽略次要因素，突出主要因素
B ．万有引力和电磁相互作用都是随距离的增大而减小，所以强相互作用与万有引力的作用规律相同
C ．物理学的一般探索过程是通过观察和实验积累经验，在经验事实的基础上建立物理模型，提出简洁的物理规律，用它们去预言未知现象，再用新的实验去检验这些物理模型和物理规律，去否定或进一步修正它们
D ．万有引力定律清楚地向人们揭示，复杂运动的背后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
解析：选B 万有引力和电磁相互作用都随距离的增大而减小，但万有引力是普遍存在的，强相互作用是在一定条件下发生的，它们的作用规律不同，故选项B 错误。

4．物理学是培养学生科学思想、科学方法和科学精神的一门自然科学。

研究下列物理问题时采用的方法对应正确的是( )
A ．在相同的时间内比较物体通过的路程和通过相同的路程比较所用的时间来比较物体运动的快慢——比较法
B ．用磁感线表示磁场——理想模型法
C ．如果电场线与等势面不垂直，那么电场强度沿着等势面方向就有一个分量，在等势面上移动电荷时静电力就要做功——归纳法
D ．“探究求合力的方法”实验——控制变量法
解析：选B 在相同的时间内比较物体通过的路程和通过相同的路程比较所用的时间来比较物体运动的快慢，运用的是控制变量法，故A 错误；用磁感线表示磁场，运用的是理想模型法，故B 正确；如果电场线与等势面不垂直，那么电场强度沿着等势面方向就有一个分量，在等势面上移动电荷时静电力就要做功，运用的是反证法，故C 错误；“探究求合力的方法”实验中运用的是等效替代法，故D 错误。

5．如图所示是力学中的三个实验装置，这三个实验应用的共同的物理思想方法是( )
A ．极限的思想方法
B ．放大的思想方法
C ．控制变量的方法
D ．猜想的思想方法
解析：选B 题图所示三个实验应用的共同的物理思想方法是把微小量进行放大，使之能够观察和测量，即放大的思想方法，选项B 正确。

6．(2018·湖南师大附中检测)下列说法正确的是( )
A ．电荷的周围既有电场也有磁场，反映了电和磁是密不可分的
B ．电容公式
C ＝Q U 采用的是比值定义法，但电容器的电容并不由Q 、U 决定
C ．库仑力的公式和万有引力的公式在形式上非常相似，说明这两种力的性质相同
D ．能量守恒定律是最普遍的自然规律之一，爱因斯坦对能量守恒定律的建立做出了突出贡献
解析：选B 静止的电荷的周围存在电场，运动的电荷周围才能存在磁场，故A 错误；公式C ＝Q U 采用了比值定义法，但C 并不由Q 、U 决定，而是取决电容器本身，以平行板电
容器为例，决定式为C ＝εr S 4πkd
，故B 正确；尽管库仑力的公式和万有引力的公式在形式上非常相似，但以目前的科技认知，它们仍是性质不同的两种力，故C 错误；能量守恒定律确立于19世纪中叶，早于爱因斯坦的生辰，故D 错误。

[专题强训提能]
1．[多选]为了认识复杂的事物规律，我们往往从事物的等同效果出发，将其转化为简单的、易于研究的事物，这种方法称为等效替代法。

下列哪些物理概念的建立采用了等效替代思想( )
A ．惯性
B ．重心
C ．平均速度
D ．合力与分力
解析：选BCD 惯性概念的建立没有采用等效替代思想，A 错误；重心是将物体各部分所受重力等效为集中于一点，B 正确；平均速度是将变速运动过程等效为匀速运动过程，变速运动的平均速度等效为匀速运动的速度，C 正确；合力与分力是采用等效替代思想，使力的作用效果相同，D 正确。

2．在人类对物质运动规律的认识过程中，许多物理学家大胆猜想、勇于质疑，取得了辉煌的成就。

下列有关科学家及他们的贡献描述正确的是( )
A ．卡文迪许在牛顿发现万有引力定律后，进行了“月—地检验”，将天体间的力和地球上物体的重力统一起来
B ．在公式F ＝G Mm r 2中，G 称为引力常量，单位是N·m 2/kg 2
C ．开普勒潜心研究第谷的天文观测数据，提出行星绕太阳做匀速圆周运动
D ．万有引力定律只适用于天体，不适用于地面上的物体
解析：选B 牛顿在发现万有引力定律过程中，进行了“月—地检验”，将天体间的力和地球上物体的重力统一起来，A 错误；利用公式中各物理量的单位推导可知，B 正确；开普勒潜心研究第谷的天文观测数据，提出行星绕太阳运动的开普勒三定律，行星绕太阳沿椭圆轨道运动，C 错误；万有引力定律既适用于天体，也适用于地面上的物体，适用于宇宙万物，D 错误。

3．[多选]物理学是一门以实验为基础的学科，许多物理定律就是在大量实验的基础上归纳总结出来的。

有关下面四个实验装置，描述正确的是( )
A．牛顿利用装置(1)测出了引力常量的数值
B．库仑利用装置(2)总结出了点电荷间的相互作用规律
C．奥斯特利用装置(3)发现了电流的磁效应
D．牛顿利用装置(4)总结出了自由落体运动的规律
解析：选BC卡文迪许利用装置(1)测出了引力常量的数值，故A错误；库仑利用装置(2)总结出了真空中静止点电荷间的相互作用规律，故B正确；奥斯特利用装置(3)发现了电流的磁效应，故C正确；伽利略利用装置(4)总结出了自由落体运动的规律，故D错误。

4．物理学中用到大量的科学研究方法，在建立下列物理概念时，都用到“等效替代”方法的是()
A．质点、电场强度B．平均速度、点电荷
C．弹力、电势D．合力与分力、合运动与分运动
解析：选D等效替代方法是在保证某种效果(特性和关系)相同的前提下，将实际的、复杂的物理问题和物理过程转化为等效的、简单的、易于研究的物理问题和物理过程，来研究和处理的方法。

比较各选项中的概念易知，选项D正确。

5．下列说法符合事实的是()
A．焦耳首先发现了电流的磁效应
B．安培发现了电磁感应现象
C．伽利略将斜面实验观察到的现象经过合理外推，找到了力和运动的本质关系
D．牛顿提出了万有引力定律，并测得了引力常量G的数值
解析：选C奥斯特首先发现了电流的磁效应，选项A错误；法拉第发现了电磁感应现象，选项B错误；牛顿提出了万有引力定律，卡文迪许测得了引力常量G，选项D错误；选项C符合事实。

6．[多选]关于原子结构和原子核的结构，经过不断的实验探索，我们已经有了一定的认识。

对于这个探索的过程，下列描述正确的是()
A．卢瑟福根据α粒子轰击金箔时发生散射，提出了原子的核式结构模型
B．为了解释原子的稳定性和辐射光谱的不连续性，玻尔提出了氢原子结构模型。