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，因而人们无法用真实的实验去验证这些理想化的设想，但是，伽利略的理想实验，不仅让人们觉得合情合理，而且使人们透过了事物的表面现象，看到了事物的本质。
2牛顿的“理想抛体”实验
1685年，牛顿写成了《论物体的运动》的论文，论文中提出了著名的抛体运动的理想实验，说明了行星在向心力的作用下为什么会保持轨道运行，进而阐述万有引力的思想。牛顿在论文中所描绘的说明图如图3，他写道：“由于向心力行星会保持于某一轨道，如果我们考虑抛体运动，这一点就很容易理解：一块石头投出，由于自身的重量的压力，被迫离开直线路径，如果单有初始投掷，理应按直线运动，而这时却在空气中描出曲线，最终落在地面；投掷的速度越大，它在落地前走的越远。于是我们可以假设当速度增大到如此之大，在落地前描出一条1，2，5，10，100，1000英里长的弧线，直到最后超出了地球的限制，进入空间永不触及地球。”
牛顿的抛体理想实验，把地面上的力学和空间的力学统一了起来，是他发现万有引力定律、最终形成以三大定律为基础的力学体系的重要思维历程。
3马赫的“理想水桶”实验
在牛顿的力学体系中，对于时间、空间和运动这些必不可少的基本要素，牛顿都作了明确的叙述，从而构成了他的绝对时空观。
为了证明绝对空间和绝对运动的存在，牛顿提出了著名的水桶实验：“如果用长绳吊一水桶，让它旋转至绳扭紧，然后将水注入，水与桶都暂时处于静止之中。再以另一个力突然使桶沿反方向旋转，当绳子完全放松时，桶的运动还会维持一段时间；水的表面起初是平的，和桶开始旋转时一样。但是后来，当桶逐渐把运动传递给水，使水也开始旋转。于是。可以看到水渐渐地脱离其中心而沿桶壁上升形成凹状。运动越快水升的越高。直到最后，水与桶的转速一致，水面即呈相对静止。水的升高显示它脱离转轴的倾向，也显示了水的真正的、绝对的圆周运动。这个运动是可知的并可从这一倾向测出，跟相对运动正好相反。在开始时，桶中水的相对运动最大，但并无离开转轴的倾向；水既不偏向边缘，也不升高，而是保持平面，所以它的圆周运动尚未真正开始。但是后来，相对运动减小时，水却趋于边缘，证明它有一种倾向要离开转轴。这一倾向表明水的真正的圆周运动在不断增大，直到它达到最大值，这时水就在桶中相对静止。所以，这一倾向并不依赖于水相对周围物体的任何移动，这类移动也无法定义真正的圆周运动。”
从牛顿的描述和分析可以看出，牛顿的水桶实验是很容易实现的，实验现象也是很容易观察到的，因此这是一个实际实验及现象分析。但是，由此而论证的绝对运动却引起后人的许多怀疑与争议。
一般认为，对牛顿的绝对时空、绝对运动观作出最深刻、最有力批判的是奥地利物理学家马赫。19世纪末，马赫完成了他的名著《力学史评》。在书中，马赫指出，世界上一切物体都是相互联系、相互依赖的，与任何变化无关的绝对时间，既然不可能由任何运动来量度，因而也就没有任何实际价值和科学价值。同样的道理，任何人也不能说有什么关于绝对空间和绝对运动的东西。
马赫仍借用牛顿的水桶实验，但把实际的水桶实验抽象为理想实验。他设想，如果桶壁越来越厚，越来越重，最后达到几千米厚，实验能得出什么样的结果呢？
马赫指出：水相对于桶壁的旋转，当然不能引起它表面的凹曲现象，因为桶的质量太小了。但是，如果桶壁变得非常厚，相对转动对于水面的平凹就肯定会起作用。设想一个静止于水面上的观察者，将看到无数天体绕着他旋转，这一拥有巨大质量的天体体系绕着水旋转，必然引起水面凹曲的现象。所以，马赫据此得出结论：这种效应仍然是相对运动引起的，并不是什么绝对运动的证据。
马赫应用理想实验，以明确、直观的形式指出了牛顿的绝对时空、绝对运动观的谬误。在物理学发展的重要关头，他以逻辑思维的方法对旧理论作出令人信服的批判，使人们看到绝对时空观作为牛顿力学的基石是不够牢固的，呼唤物理学在更牢固的基础上建立新的力学体系。
4麦克斯韦的“麦克斯韦妖”理想实验
1865年，克劳修斯引进态函数“熵”，提出了著名的“熵增加原理”，从而得到了热力学第二定律的最普遍的描述。但随后克劳修斯把这一原理当作普适的、绝对的真理外推到无限的宇宙中去，导致了“热寂”说的产生，克劳修斯指出：“宇宙的熵趋向于极大。宇宙越是接近于这个熵极大的极限状态，进一步变化的能力就越小；如果最后完全达到了这个状态，那就任何进一步的变化都不会发生了，这时宇宙就会进入一个死寂的永恒状态。”
“热寂”说的提出，在物理学界和社会上都引起了强烈反响。许多物理学家寻找各种理由来论证“热寂”说是错误的，对“热寂”说进行批判。麦克斯韦当时就隐约地意识到，自然界可能存在着某种与熵增加相反的过程，但由于并不明
白这种相反过程的机理，于是麦克斯韦在他1871年出版的《热学理论》一书中设计了一个有趣而令人迷惑的理想实验：
“热力学中最确凿不移的事实之一是，如果一个封闭的既不允许体积变化，又不允许热量流通的屏障内的系统，而且其中温度和压强处处相等的话，那么在不消耗功的情况下产生出任何温度和压强的不均匀等是不可能的。这就是热力学第二定律。当我们能够处理的只是大块物体而无法看到或处理借以构成物体的分离的分子时，这无疑是正确的；但是，如果我们设想有某个存在物，它的才能如此突出，以致可以在每个分子的行程中追踪每个分子，它的属性仍然如我们自身的属性一样基本上是有限的，但这样一个存在物能做到对现在对我们说来是不可能做的事。我们知道，在一个温度均匀的充满空气的容器里的分子，其运动速度绝不均匀，然而，任意选取的任何大量分子的平均速度几乎是完全均匀的。现在让我们假定把这样一个容器分为A和B两部分，在分界上有一个小孔，再设想一个能见到单分子的存在物，打开或关闭那个小孔，使得只有快分子从A跑向B，而慢分子从B跑向A，这样，它就在不消耗功的情况下，B的温度提高，A的温度降低，而与热力学第二定律发生矛盾。”
麦克斯韦的理想实验，提出了一个违反热力学第二定律的过程，用几乎神奇的方法对第二定律提出了责难。虽然麦克斯韦所设想的过程正是反对和批判“热寂”说的物理学家们所期盼的，因为在他们看来，如果这种过程确实存在，那么“热寂”说就是不可能的，这样就达到了挽救宇宙、挽救我们生存的地球的目的，然而，如果麦克斯韦理想实验中的过程真是可以实现的，则就说明热力学第二定律是可以违反的。第二类永动机是可以造成的。这种结果显然又不是物理学家所愿意看到的，所以麦克斯韦的这个理想实验使物理学家们陷入困惑之中，以至于人们把麦克斯韦在理想实验中提到的“某个存在物”称为“麦克斯韦妖”。
然而，“麦克斯韦妖”理想实验的意义是十分深远的，它促使物理学家们进一步深入探讨热力学第二定律的本质，在更广阔的范围内研究与热有关的物理现象。100多年来，许多杰出的物理学家都对它的研究倾注了很大的热情。
几代物理学家研究的结果表明，“麦克斯韦妖”理想实验客观上是存在的，但它并不违反热力学第二定律。事实上到某前为止，没有发现任何自然过程肯定地违反热力学第二定律，而热力学第二定律也绝非必然导致“热寂”。
5爱因斯坦与理想实验
无论是1905年建立狭义相对论，还是1915年建立广义相对论，爱因斯坦在其物理学研究的过程中，都因运用理想实验而显得深刻、严密和精彩。
5.1“爱因斯坦列车”理想实验
19世纪末，物理学获得了一批新的实验事实和理论研究成果。例如迈克尔逊—莫雷实验的零结果、洛仑兹对实验的理论解释、彭加勒卓有成效的理论研究，都昭示着一个全新的力学体系将要诞生。并且，他们所得到的一些结论，实际上已经超出了旧理论的框架。然而，他们都未彻底摆脱牛顿力学绝对时空观的束缚，无法从根本上取得理论突破。
1905年，年轻的爱因斯坦终于找到了新理论的突破口，即发现相对性原理。爱因斯坦是用一个理想实验来阐述他的发现的。这个理想实验，就是被后人称道的“爱因斯坦列车”：当两道闪电同时下击一条东西方向的铁轨时，对于坐在两道闪电正中间的铁轨旁的第一个观察者来说，两道闪电是同时发生的；但是对于坐在由西向东行驶的列车上正好经过第一个观察者的第二个观察者来说，两道闪电并不是同时下击的，因为第二个观察者正在以一个速度接近东方的闪电而远离西方的闪电，东方的闪电到达他的眼里要比西方的闪电早一点。所以，在第一个静止的观察者看来是同时发生的闪电，运动中的第二观察者却看到东方的闪电先亮而西方的闪电后亮。如果进一步设想火车是以光速前进的，则西方的闪电永远不能追上火车，所以火车上的第二个观察者就只能看到东方的那一道闪电了。由此，我们不能得到这样的结论：在铁轨旁的第一个观察者看来是同时发生的两件事，而在火车上的第二个观察者看来却并不是同时发生的。显然，同时性只能是相对的。事实上，每一个坐标都有它本身的特殊时，脱离参照系而孤立地陈述某一事件的时间是没有意义的。
“爱因斯坦列车”理想实验形象而生动地揭示了同时的相对性，从根本上否定了牛顿的绝对时空观。相对性原理是爱因斯坦建立狭义相对论的基本出发点。
5.2“爱因斯坦电梯”理想实验
狭义相对论建立以后，爱因斯坦并没有止步。他认为狭义相对论还有许多问题没有解决。例如：为什么惯性坐标系在物理学中比其他坐标系更优越？为什么惯性质量随能量变化？为什么一切物体在引力场中下落都具有同样的加速度？
刚刚经受住考验的狭义相对论，为什么一用到引力场中就遇到矛盾？爱因斯坦感到极大的困惑。但他坚信自然界的和谐与统一，认为要么对惯性坐标系为什么特别优越作出解释，要么放弃惯性坐标系的优越地位。
爱因斯坦考虑应该把相对性原理推广到任意参照系中，建立更为普遍的物理理论。他后来写到：“物理学的定律必须具有这样的性质，它们对于以无论哪种方式运动着的参照系都是成立的。沿着这条道路，我们就达到了相对合理的扩充。”“普遍的自然规律是由那些对于一切坐标系都有效的方程来表示的。”
那么，推广应该从哪里入手呢？首先要解决的问题是什么呢？我们知道，只有当系统不受外力或外力为零时才能作为惯性参考系。地球上的物体要受到地球的引力；地球处于太阳系中，要受到银河系各星体的引力……自然界各物体之间普遍存在的引力，说明要把相对论原理推广到任意参照系，引力是不可回避的问题，首先必须研究引力。
问题的决定性突破，是由一个天才的理想实验取得的。用爱因斯坦1922年回忆创建广义相对论过程的话说：“有一天，突破口突然找到了。当时我正坐在伯尔尼专利局办公室里，脑子里突然闪现了一个念头：如果人正在自由下落，他决不会感到他有重量。我吃了一惊，这个简单的理想实验给我的印象太深刻了，它把我引向引力理论。我继续想下去：下落的人正在做加速运动，可是在这个加速参照系中，他有什么感觉？他如何判断面前所发生的事情？”这就是被物理学家称为“爱因斯坦电梯”的理想实验。下面我们具体看一下这个理想实验：爱因斯坦假设，理想电梯中装有各种实验用具，并且有一位实验物理学家在里面安心地进行各种测量。当电梯相对于地球静止的时候，电梯里的实验物理学家将测出电梯里的一切物体都受到一种力。若没有其他的力与这种力相平衡，这种力就会使物体落向电梯的地板，并且所有物体下落时的加速度是相同的。由此，实验物理学家能够得出结论：他所在的这个电梯受到外界的引力作用。
如果让电梯本身做自由下落的运动，实验物理学家将会发现，电梯里的一切物体都不再受到原来那种力的作用，物体的加速度没有了，电梯里的一切都不再表现出任何受引力的迹象。苹果和羽毛皆可以自由地停留在空间，实验物理学家可以在电梯底部行走，也可以在电梯顶部或侧壁行走，各种行走所需的力气完全相同。此时，实验物理学家通过观测任何物体的任何力学现象都不能获得任何引
力存在的迹象。
爱因斯坦进一步指出，在理想电梯中，那位实验物理学家不仅通过力学现象得不到引力存在的迹象，而且通过其他任何物理实验都不能得到引力存在的迹象。这就是说，在这个理想电梯的参照系中，引力被完全消除了。电梯中的实验物理学家既不可能通过物理现象来判断电梯外面是否存在一个地球这样的引力作用源，也不能测量出自己的电梯是否在做加速运动。这就像伽利略设计的萨尔维阿蒂大船，船里的观察者无法通过物理现象判断大船是否运动一样。
通过电梯的理想实验，爱因斯坦发现了引力的最重要的特性：可以在任何一个局部范围内找到一个参照系，使其中的引力作用被全部消除。引力的这一特性是物理学中其他力都没有的。因为电磁力、粒子间的强相互作用力和弱相互作用力，都是不可能用选择适当参照系的方法完全消除的。
“爱因斯坦电梯”理想实验抽象出广义相对论的一个重要原理，即等效性原理：一个相对于惯性系做匀加速运动的非惯性系与存在引力场等效。有了等效性原理这座桥梁，爱因斯坦就能够顺利地把相对性原理从惯性系推广到非惯性系，即推广到任意参照系，于是广义相对论的建立有了关键性的突破。
6玻尔与“爱因斯坦光子箱”理想实验
20世纪20年代末，物理学界爆发了一场关于量子力学完备性注的激烈论战。论战的一方是以玻尔、波恩、海森堡为代表的哥本哈根学派，另一派则以爱因斯坦和薛定谔为首的EPR一派。论战的焦点是爱因斯坦和薛定谔等人不同意波恩提出的波函数的几率解释、海森堡提出的测不准原理和玻尔提出的互补原理。论战的实质就是围绕着量子力学的方法论原理及其哲学诠释。论战中，爱因斯坦常常突发奇想，以出人意料的理想实验提出诘难，而玻尔则通过严格缜密的推理，给对方以有力的反驳。
1930年10月，第六届索尔威会议上，爱因斯坦设计了一个被后人称为“爱因斯坦光子箱”的理想实验，用以批驳测不准原理。
爱因斯坦的设想，如图4的箱子有着理想的反射壁，箱子内部充满辐射。箱子壁上有一快门，通过箱内的钟来控制，快门开启的时间间隔△t可以任意短，刚好允许一个光子通过它逸出。只要测出光子释放前后整个箱子重量的改变，就可以通过质能关系计算出释放光子后，盒子的能量改变△E，即△E可以精确地
确定。这样△t和△E就是可以同时精确测定的，所以，这就证明了测不准原理△E△t＜h是不成立的。
当爱因斯坦以其光子箱理想实验向玻尔等人提出诘难的时候，玻尔等人毫无思想准备，所以无言以对。散会休息时玻尔好像掉了魂一样，嘴里不住地说，如果爱因斯坦对，物理学就完蛋了。然而经过一个不眠之夜的紧张思考，玻尔终于找到了缺口。他发现爱因斯坦没有注意到光相对论的红移效应。第二天，玻尔对爱因斯坦的诘难给出了极为精彩的答复。
玻尔把爱因斯坦提出的光子箱挂在弹簧称下，箱子上安有指针，从标尺上可以读出指针的位置。
玻尔指出，“在给定的精确度下对箱子位置的任一测定，都会给箱子的动量控制带来一个最小不确定量，它同是由关系式联系着的。这一不确定量显然又一定小于引力场的整段时间T中所能给予一个质量为的物体的总冲量，或者其中g是重力加速度。由此可见，指针读数q精确度越高，称量时间就必须越长，如果箱子及其内含物的质量要测到一个给定精确度的话。
“但是根据广义相对论，一个时钟当沿着引力方向移动一段距离时，其快慢就会改变，它的读数在一段时间间隔 T内将差一个，它由下面的关系式给出：
比较以上两式我们就可以看到，在称量过程之后，我们关于时钟校准的知识中将有一个不确定量。这个关系式和公式一起，再次得出，与测不准原理是一致的。”
本来认为胜券在握的爱因斯坦，面对玻尔严密有力的反驳感到十分震惊。他没有想到玻尔竟用相对论的理论如此巧妙地不容置疑地反驳了他，所以爱因斯坦不得不放弃自己的看法，承认量子力学在理论上是自洽的，海森堡的测不准原理是合理的。如此一来，以反驳测不准原理为目的而提出的“爱因斯坦光子箱”，反倒成了证明测不准原理正确的理想实验。
直到爱因斯坦去世后，玻尔仍旧没有放下他和爱因斯坦的争议，甚至在他去世的前一天，还在思考这个问题。玻尔在办公室黑板上画的最后一张图，就是爱因斯坦1930年提出的“爱因斯坦光子箱”理想实验。
“爱因斯坦光子箱”从一个侧面生动地反映了物理学家应用理想实验的高超
艺术，并且它将同爱因斯坦、玻尔这两位20世纪最伟大的物理学家的名字联系在一起，永远载于物理学的史册。
理想实验把理论的思维方法和实验的特定程序有机地结合起来，成为物理学独特的研究方法，在物理学的研究中显示出独特的魅力。
注：关于量子力学完备性的论战。在爱因斯坦提出“爱因斯坦光子箱”理想实验以后，爱因斯坦就转而论证量子力学理论的不完备性。双方各不相让，曲折迂回，高潮迭起，论战持续进行，影响深远，现在正在进行的关于隐参量的辩论就是他们论战的继续。
参考文献：1程九标，张宪魁，陈为友. 物理发现的艺术. 青岛：中国海洋大学出版，2002
2郭奕玲，沈慧君. 物理学史.北京：清华大学出版，1993
爱因斯坦建立的相对论学说，举世公认为物理科学中的伟大革命，是对人类科学技术的划时代贡献．关于他是怎么形成广义相对论观的，他曾回忆说：“一天，我坐在伯尔尼专利局的椅子上突然想起：假设一个人自由落体时，他会不会感到自身的重量．我吃了一惊，这个简单的理想实验，给我打上了一个深深的烙印．这是我创立引力论的灵感．”在自然科学的理论研究中，“理想实验”具有重要的作用．作为一种抽象思维的方法，“理想实验”可以使人们对实际的科学实验有更深刻的理解，可以进一步揭示出客观现象和过程之间内在的逻辑联系，并由此得出重要的结论．在创立引力论时，涉及到惯性质量与引力质量的关系，从伽利略和牛顿以来，经典物理学家普遍认为它们两者相等，但从来没有人作进一步的理论解释，都认为是不言而喻的，而爱因斯坦却不然，他认为两者间的物理本质完全不同，为了解释自己的观点，他设想了下面几个著名的理想实验。
关键词：爱因斯坦,理想实验,中学,物理教学,教学参考,相对论
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
案例： 牛顿第一定律是综合运用了多种方法而总结。其中最主要的是理想实验法。 思路设计如下： 一、提出问题： 力可以使静止的物体运动，也可以使运动物体的速度加快、变慢、或改变方向，那么如果不受力，物体将会怎样？ 用一个真实的实验研究该问题。但是不受力的物体是不存在的，怎么办？（很关键的一个问题） 我们可以先看受力物体运动的情况，然后使物体受到的力尽量减小，观察物体的运动情况（很重要的一个引导） 二、实验研究 教材提供的实验：如图略 1 ．实验：观察小车从斜面上滑下的情况，三次实验条件及实验结果记录如下表 次数实验条件实验结果 ①观察的物体②滑下高度③斜面斜度④平面情况物体滑行的距离 1 小车 A H α毛巾表面约 30cm 2 小车 A（未变）H ( 未变 ) α ( 未变 ) 木板表面约 50cm 3 小车 A（未变）h ( 未变 ) α ( 未变 ) 玻璃表面约 80cm 上述实验条件共有四个，实验过程中，①②③条件未变，只改变了条件④，即平面的状况。 （2）分析实验结果： ①实验结果：小车第 3次前进的距离 >第 2次的距离 >第 1次的距离。 ②利用因果分析方法，分析出现上述结果的原因：
实验的 4个条件中，只有条件④发生了改变，因此，出现上述结果只可能是由发生改变的那个条件引起。 ③三次实验中，条件④有什么不同或发生了什么变化？分析可知，第 3次的平面比第 2、 1次的平面光滑。第 2次比第 1次的平面光滑。说明：同样条件下（同一物体，从同一斜面的同一高度下滑下）物体在光滑的平面上前进的距离远些。 提出问题：如果平面非常光滑，物体的运动将出现什么情况呢？ 引出理想实验 三、理想实验 假设平面越光滑，根据实验，可以推论，物体运动的距离将越远，如果平面非常光滑，绝对光滑，没有摩擦阻力，物体将如何运动呢？ 依据推理：物体将以不变速度永远运动下去。 300 年前，伽利略对类似的实验进行了分析，认识到运动物体受到的阻力越小，它的速度减小得越慢，运动时间越长。他还进一步通过推理得出，在理想情况下，如果表面绝对光滑，物体受到的阻力就为零，它的速度将不变减慢。这里物体将以恒定不变的速度永远运动下去。笛卡儿进一步指出：物体如果不受任何力的作用，不仅它的速度大小不变，而且运动的方向也不变，将沿着原来的方向匀速运动下去。 牛顿总结了伽利略等人的研究成果，概括了一条重要的物理定律：一切物体在没有受到外力作用时，总保持静止状态或匀速直线运动状态。 显然牛顿第一定律在提出问题的基础上，运用控制变量实验法及理想实验法总结出来的。 当然理想实验不是真实的实验，而是一种思维方法，但它建立在真实的实验的基础上。尽管不受力的物体不存在，但是实践是检验真理的标准。自然界没有违背牛顿第一定律的情况，因此牛顿第一定律是正确的
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
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
初中物理常用的实验及科学方法 初中物理常用的主要实验方法： 1.控制变量法 2.等效替代法 3.转换法 4.实验推理法（理想实验法） 5.类比法 6.物理模型法（理想模型法） 一、使用控制变量法的实验 1.探究物体运动的快慢； 2.探究滑动摩擦力与压力大小和接触面粗糙程度的关系； 3.探究物体的动能大小与质量和速度的关系； 4.探究压力的作用效果与压力的大小和受力面积的关系； 5.探究液体的压强与液体的密度和深度的关系； 6.探究液体蒸发的快慢与哪些因素有关； 7.探究电磁铁磁性与线圈的匝数和电流大小的关系； 8.探究导体电阻大小跟导体材料、长度、横截面积关系； 9.探究电流与电压和电阻的关系（即欧姆定律）。 10.探究电流产生的热量与电流、电阻的关系. 二、等效替代法：将某个物理量用另外一个物理量来替代，得到同样的结论的方法。 1、测量不规则小块固体的体积时，用它排开水的体积等效固体的体积； 2、测量摩擦力的大小时，用二力平衡的原理测得拉力，从而得知摩擦力的大小； 3、托里拆利实验中，利用水银柱产生的压强与大气压等效的方法测定大气压的数值； 4、在研究平面镜成像实验中，用两根完全相同的蜡烛，其中一根等效另一根的像； 5、求多个用电器组成的串、并联电路的总电阻。 三、转换法：在研究看不见的物质或现象时，可以通过研究该物质现象或所产生的可见的效果，由此进一步分析物质或现象，这种方法叫转换法。 注意：“等效替代法”虽然也包涵有转换法的思想，但其研究主体已发生转移，而转换法则是通过研究主体所产生的效果来上朔其原因的一种研究方法。 转换法的实验例子： 1、利用小球的振动来判断发声体在振动； 2、根据苹果落地的现象证明重力的存在； 3、利用小桌陷入海绵的深度判断压力的作用效果； 4、根据小球将木块推动的远近来判断小球动能的大小； 5、利用纸片的飘动来判断气体压强的变化； 6、根据马德堡半球实验的现象证明大气压的存在； 7、通过扩散现象研究分子的热运动； 8、判断电路中是否有电流时，可通过电路中的灯泡是否发光去确定； 9、判断磁场是否存在时，可用小磁针放在其中看是否转动来判断；
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，
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
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，
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）
伽利略给我们的启示 摘要 第三学期由刘小兵老师和韩长明老师给我们上的《科学实验方法和实验设计》课涉及到在教学中的真正应用、动手、工艺以及思想方等各个方面，作为跨专业的我眼界大开，收获很大。本文拟从实验方法背后的思所体现的思想之角度谈谈我的认识。 正文 所谓实验，就是重现生活中发生的、需要用已有的或者发展后的科学知识加以解释的现象，由于任何自然界的现象都是错综复杂的，不可避免地会有干扰因素，不可能以纯粹的形态自然地展现在人们面前，力学现象也不例外。因此，人们要从生产和生活中遇到的各种力学现象抽象出客观规律，必定要有相当复杂的提炼、简化、复现、抽象等实验和理论研究的过程[1]。并通过人为控制变量的办法忽略其次要因素，将现象加以放大。而这又是一种理解抽象科学原理，发展科学原理的再好不过的方式。然而我觉得不管实验得如何成功，如何精彩，都离不开思想的指导，那些思想则通过合理巧妙，严谨而又科学的设计体现出来。作为科学实验之始祖的伽利略先生给我们很大的启发。 上课时，刘老师曾不止一次提到伽利略和他对落体运动及斜面问题的研究，而对我影响最大的是他的思想实验。 伽利略（1564——1642），意大利人，是一位伟大的物理学家。为了弄清楚运动的本质，他设计了如下的实验：让一个球沿斜面滚下。这样：球的速度将增大。若是给一个球一个起始的推动力让他沿斜面向上滚，他会慢下来（然后停下来并回头往下滚）。假设斜面近于水平，如果你曾让一个球沿一个小坡度的斜面滚下来过，你就会知道，
它很容易慢下来并停止，即使他是向下滚得。伽利略认识到这种减速是由于斜面和球的表面不光滑造成的，今天我们称其为摩擦。而伽利略关键的一步是通过略去（至少是在他头脑中略去）摩擦的效应而使实验理想化[1],这种事伽利略的伟大之处。更为精彩的是他采取了有特色的令人赞赏的一步：他考虑小坡度平面的极限情形，即理想的水平面，此时小球不会加速也不会减速，这种合理外推的思想是很值得我们借鉴的[2]。伽利略留给我们很多东西，最主要的是科学研究的方法，归纳起来，这些方法包括： 设计实验，以检验特定的假设。虽然细心观察的做法可以追溯到亚里士多德，伽利略最先通过用受控实验来检验特定的假设，从而改变了这一做法。 对现实世界进行理想化，以消除（至少在人的头脑中）任何可能掩盖主要效应的次要效应。 限制探究 范围每次只考察一个问题。伽利略和亚里士多德不同，他更细致的观察水平运动是怎样进行的，她发现没有摩擦力的条件下，物体不会慢下来。 一个好的实验固然精彩，而更可贵的是如何想出来的，能够结合知识进行创作，而这正是韩长明教授的长处，当然有了想法，在付诸行动的过程中需要过硬的基本功，这门课的最后几节是韩老师给我们上的，他从科学实验的创作及其所需的基本功等角度做了讲解并指导学生进行实践，很大程度上给同学们补了一下基本功，这样就可以确保同学们有想法便可以去实施，为接下来的实验设计做了很好的铺垫。 定量方法 伽利略尽最大努力进行测量。他懂得，能做出定量预测的理论更
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
理想实验在物理学中的 作用 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
山西大同大学 题目：理想试验在物理学中的作用 院系：物电学院 专业：物理学 班级：12级物理三班 学号：120702011315 姓名：李青林 指导老师：李萍 完成日期： 理想实验在物理学中的作用 李青林 摘要：“理想试验”是物理学中一种重要的研究方法，它关键词：
1.引言：物理学中常常为了验证一个理论或便于研究，除了建立 “理想模型”，还常常应用“理想试验”。物理实验的构成要素也同其它自然科学实验一样，是实验者、实验对象和实验手段三者组成。物理实验的过程，就是实验者通过自己有目的活动，借助实验手段，观察和研究实验对象,演绎客观变化的过程。理想试验是一种科学的研究方法，对物理学的发展，对新理论的建立，对已有理论的补充和完善起到了重要作用。物理实验论文就是表述这一过程及这一过程的结论。理想实验是人们在以认识的自然规律和科学实验的基础上,运用逻辑推理方法,思维中,把客观的实验条件和研究对象加以理想化和纯化,抽象或塑造出来的理想化过程的“实验”。它属于思想上的实验,不是实际的、真的实验。 理想实验完全克服了实际实验的局限性,超越了当时的科学技术和发展水平。用理想实验研究物理学中的问题,在原有物理科学技术和发展水平。用理想实验研究物理学中的问题,在原有物理科学实验事实基础上,以物理科学理论为指导,发挥人的主观能动性,对研究的物理条件和对象加以理想化,完全排除次要因素和无关因素干扰,使研究对象的主要特性及其运动规律充分暴露出来,抓住主要矛盾,发现和认识事物的本质及其规律具有极其特殊的地位和作用。在物理学发展中,理想实验不论对经典物理学的建立,还是对现代物理学的建立都起了重要的作用。 2.理想试验的概念 所谓“理想实验”，又叫做“假想实验”、“抽象的实验”或“思想上的实验”，它是人们在思想中塑造的理想过程，是一种逻辑推理的思维过程和理论研究的重要方法．是一种逻辑推理的思维过
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
理想实验与真实实验的区别 物理学是一门理论科学，更是一门精确的实验科学。物理学中的许多规律来自于实验，又需要大量实验来验证，最终才能发展为指导实践的依据。而理想实验又是一种什么样的实验呢？它与一般概念上的实验有何区别？在物理学中到底处于什么样的地位呢？ 所谓理想实验，就是并不实际进行实验操作，只是设想一套实验装置，并辅助以一定的假设作为前提和出发点，按照一系列理论进行推演，给出实验过程和状态的逻辑思维想法，采用已被大量事实所检验的物理规律或已被人们所普遍接受的物理理论和结论作为判别的标准，对实验的结论，逻辑性或假设的合理性进行分析，以得到有用的结论。理想实验又叫假想实验、思想实验、思维实验、想象实验或抽象实验，是人们在思想中塑造的理想的实验过程，是物理学中的专利和特有法宝。作为经典力学基础的惯性定律，就是理想实验的一个重要结论。这个结论是不能从实验中直接得出的。1632年伽利略在实验中注意到，当一个球从一个斜面滚下又滚上另一个斜面时，几乎可达到相同的高度。他断定高度上的这一微小差别是由于摩擦而产生的，如果能将摩擦完全消除的话，高度就会完全相等。随后，他又假设说，如果第二个斜面的斜度完全消除了，那么球从第一个斜面滚下后，将以恒定的速度在无限长的光滑斜面上永远不停地运动下去。由此而得到的结论，打破了自亚里士多德以来二千多年间关于“受力运动的物体，当外力停止作用时便归于静止”这一类陈旧观念，这只是一个理想实验，因为摩擦是永远无法消除的。后来这个结论被牛顿总结为牛顿第一定律，为近代力学的建立奠定了基础。 理想实验既不同于真实的科学实验，又有别于纯粹的理论假说或纯粹的理论推演。首先，真实的实验是方法，是加工手段，理想实验决不能替代它。理想实验中的普遍物理规律正是从大量真实实验中得来的。反过来真实实验也不可缺少理想实验的原理化总结。但在实验手段越来越发达的情况下，原来有些被认为只能作理论分析的理想实验逐渐变成可用真实的实验去逼近或实现。真实实验的精度不断提高，也趋近于理想实验中理想化的要求。二者是融会贯通的，不是割裂的，可依具体问题的需求和分析加以取舍，理想实验往往是真实实验的先驱。真实实验也在追逐理想实验。其次,理想实验中理论假说或理论推演的成分是很多