物理学史题

第一章1、哥白尼提出日心说的科学根源、哲学根源和历史根源是什么？科学根源：随着天文学观察数据越来越多，为了给予解释，托勒密的地心说不断修补，越来越复杂，难以使人信服。

哲学根源：他接受毕达哥拉斯学派提出的“宇宙是和谐的，可用简单的数学关系来表达宇宙规律”的基本思想。

他也赞同柏拉图哲学，同柏拉图一样，高度赞美太阳，给予太阳“宇宙正中”的位置。

历史根源：在意大利留学10年，受到文艺复兴运动影响，思想解放，投身科学革命。

5. 牛顿的科学研究方法有什么特点？他的机械论观点表现在那些方面？牛顿在《原理》中写出4条“哲学的推理法则”，高度概括了他的研究方法法则一：寻求自然事物的原因时，除了真实的及解释不可少的以外，不必寻求其它原因；法则二：对于相同的自然现象，必须尽可能地寻求相同的原因；法则三：物体的属性，若不能增加也不能减少，且在实验所能达到的范围内为所有物体的属性，则应视为一切物体的普遍属性；法则四：在实验哲学中，我们必须将由现象所归纳出的命题看作是完全正确的或基本正确的，虽然可以想象出任何相反的假设，但是直到出现其他现象足以使其正确或出现例外之前，仍应如此看待。

（1）物质的粒子性。

物质是由不变的、不可入的、不可分割和具有惯性的原子组成的，物体的质量是不变的。

（2）时间的绝对性。

绝对的、真正的和数学的时间自身在流逝着，而且由于其本性而均匀地与任何外界事物无关地流逝着。

（3）空间的绝对性。

绝对的空间，就其本性而言，是与任何外界事物无关而永远相同和不动的。

（4）运动的绝对性。

绝对运动是一个物体从某一绝对的处所向另一绝对处所的移动。

1．为什么说牛顿《自然哲学的数学原理》一书是人类自然科学的奠基性著作，是自然科学史上最重要的著作之一？答：它把地面物体的运动和太阳系内行星的运动统一在相同的物理定律之中，从而完成了人类文明史上第一次自然科学的大综合。

它不仅标志着16—17世纪科学革命的顶点，也是人类文明进步划时代的象征。

它不仅总结了前人物理学的主要成果，而且也是后来所有科学著作和科学方法的楷模。

《原理》一书对后来300年自然科学和自然哲学的发展产生了极其深远的影响。

第二1、试简述能量守恒原理建立的科学渊源。

答：一、定律诞生的前提条件：1、认识热的本质，伦福德和戴维的实验为热的运动说提供了有力的支持，成了建立能量转化与守恒定律的前奏。

19世纪40年代以前，自然科学的发展为能量转化与守恒定律的建立奠定了基础：2、力学方面，早已发现了机械运动在一定条件下的不灭性（动量守恒、“活力”守恒）3、发现了各种“自然力”相互转化的现象4、永动机不可能实现的历史教训，从反面提供了能量守恒的例证；5、建立了能量的初步概念；6、在一些特殊情况下接触到能量守恒与转化定律，如楞次定律、赫斯定律7、蒸汽机的发明与不断改进。

二、迈尔的贡献1842年发表了题为《热的力学的几点说明》的论文，叙述了普遍的“力”（即能）的转化与守恒的概念，所以一般都承认迈尔是建立热力学第一定律（即能量守恒定律）的第一人。

三、焦耳对热功当量的测定焦耳对电和磁的研究很感兴趣。

他通过测定热功当量为建立能量守恒定律提供了实验依据。

焦耳通过实验得出结论：热功当量是一个普适常量，与作功的方式无关。

他证实了自然界的能量是等量转换的，是不会被消灭的，哪里消耗了机械能或电磁能，总可以在某些地方得到相当的能量。

焦耳的实验工作为热力学第一定律的建立奠定了实验基础，由此能量守恒定律牢固地确立起来。

四、亥姆霍兹的工作从多方面论证能量守恒和转化定律的人是德国的海曼.亥姆霍兹。

1847年，26岁的亥姆霍兹写了一篇重要的论文《力的守恒》这篇论文在热力学的发展中占有重要的地位。

6、麦克斯韦建立电磁场理论的基本过程是什么？第一次飞跃（第一阶段）：1855~1856年，他发表了第一篇关于电磁理论的论文：《论法拉第的力线》。

在这篇论文中，采用数学推理和类比方法，用数学语言表述法拉第的力线概念。

他用不可压缩的流体的流线类比电场线，从而得到一个物理现象的几何图象。

并对电磁感应作出理论解释，他的目标是统一已知的电学和磁学定律。

第二次飞跃（第二阶段）：1861~1863年，他发表了《论物理的力线》的论文。

这时他已突破了仅靠几何上类比的方法，转用模型来建立假说。

他创造性地提出了两个重要的假设：位移电流和涡旋电场。

利用他构造的电磁以太模型，不仅说明法拉第磁感应的应力性质，还建立了主要电磁想象之间的联系，预言了电磁波的存在。

第三次飞跃（第三阶段）：1865年，他发表了《电磁场的动力学理论》的论文：全面论述了电磁场理论，提出了电磁场的普遍方程组，共20个方程，包含20个变量，后经赫兹和亥维赛的整理和约简，就成了经典电动力学主要基础的麦克斯韦方程组。

在这部著作中，他明确论述了光与电磁现象的同一性，奠定了光的电磁理论基础。

2．19~20世纪之交的三大发现指哪三大发现，什么年代由谁作出，三大发现有什么重要意义？答：Ｘ射线的发现具有十分重大的意义，它是１９世纪末２０世纪初发生的物理学革命的开端。

它的发现对于化学的发展也有重要意义：１９１３年，根据对各种元素的特征Ｘ射线光谱的研究发现的莫斯莱定律，确定了元素的原子序数等于核电荷数，这对元素周期律的发展和原子结构理论的建立起了重要作用。

以Ｘ射线晶体衍射现象为基础建立起来的Ｘ射线晶体学，是现代结构化学的基石之一。

伦琴射线的发现对物理学进一步的发展产生深远的影响，它展示了物理学尚有亟待探索的未知领域，并为认识物质的微观结构提供了重要的途径。

天然放射性的发现，标志着原子核物理学的开端。

电子的发现，证实了电子是物质更基本的组成部分。

它的发现打破了原子不可再分的传统观念。

而且电子是人类发现的第一个基本粒子，在物理学上具有非常重要的意义。

第六章2、广义相对论的基本原理是什么？（1）等效原理：即一个存在着引力场的惯性系与一个不存在引力场但作加速运动的非惯性系是等价的，是无法加以区别的（2）广义相对性原理：即自然规律同参考系的状态无关，相对性运动原理对于相互作加速运动的参考系仍然成立。

3、爱因斯坦的科学研究方法有何特点？1、爱因斯坦坚持了自然科学的唯物主义传统。

2、爱因斯坦坚信物质世界的统一性。

3、哲学的思考是引导他前进的重要因素。

少年时代的他就对哲学产生浓厚的兴趣。

4、他具有追求真理的探索精神。

爱因斯坦善于运用思维的洞察力，深入揭露事物的本质，他往往在别人习以为常的现象中看出了不平常，在别人认为没有问题的地方看出问题5、他善于将直觉思维和理性思维紧密结合。

在物质世界统一性和唯物主义认识论的基础上，形成了自己独特的科学研究方法，即直觉- 演绎法，他称之为探索性的演绎法。

他具有丰富的想象力，善于把思想方法和实验结合起来，利用逻辑思维设计出许多著名的理想实验。

6、他将公理化方法作为构建科学理论体系的基本方法。

从古至今许多著名的科学家运用公理化方法建立自己的理论体系，爱因斯坦在创建狭义相对论和广义相对论体系时，也将公理化方法作为构建科学理论体系的基本方法之一。

7、爱因斯坦注意发展创造性思维能力和独立思考能力。

第七1、玻尔是如何提出他的原子结构理论的？为了建立适合于微观过程的量子理论，1913年，英国剑桥大学的学生N·Bohr在卢的核式结构模型基础上，应用库仑定律和牛顿定律，同时将普朗克的量子化理论运用于原子系统，提出了三个基本假设，成功解释了氢原子光谱的规律性。

1）量子化定态假设原子处在一系列能量不连续的状态，在这些状态中，电子虽然绕核作加速运动，但不辐射能量，这些状态称为定态。

2）轨道角动量量子化假设电子绕核作圆周运动中，不同的可能的稳定状态决定于下一条件，轨道角动量是量子化的，即L=mvr n=nh/2pi3）量子化跃迁的频率法则原子从一个能量为En的定态跃迁到另一个能量为Ek的定态时，发出或吸收单色光的频率满足：hv=|En-Ek|玻尔运用库仑定律和牛顿定律，并引入量子化条件，推出了原子的玻尔半径的大小，并得到了氢原子各定态的能量公式，还推出了原子的里德伯常数R，与光谱实验得到的数值符合的相当好。

2、玻尔原子结构理论的建立对量子物理的发展有何重大意义？玻尔理论对氢原子光谱的解释获得了巨大的成功，同时他关于稳定运动状态的概念和光谱线频率的假设，在原子结构分子结构的现代理论中，仍然是有用的概念，玻尔的创造性工作对现代量子力学的建立有着深远的影响。

但玻尔理论无法计算光谱的强度，不能解释多电子原子的光谱，只能说明氢原子及类氢离子（外层只有一个电子的离子）光谱的规律性,对于塞曼效应（光谱线在磁场中分裂的现象），光谱的精细结构等实验现象，玻尔理论更是无能为力。

逻辑上的缺陷玻尔把微观粒子看成遵循牛顿力学规律的经典粒子并强加量子化条件。

故玻尔理论只能说是一个半经典半量子的理论。

5、玻尔与爱因斯坦关于量子力学完备性的争论主要是围绕那些问题进行的，从这场大论战中你得到那些启示和教益？围绕对于量子力学的物理诠释和哲学意义。

函数的几率解释、测不准原理和互补原理。

量子力学建立以后，对于量子力学的物理诠释和哲学意义，一直存在严重的分歧和激烈的争论。

以玻尔为代表的哥本哈根学派提出量子力学的诠释后，遭到爱因斯坦等人的批评，他们不同意对方提出的波函数的几率解释、测不准原理和互补原理。

20世纪两位最伟大的物理学家爱因斯坦和玻尔展开了一场大论战，许多物理学家卷入了论战，长达数十年之久，直到这两位物理大师去世仍然没有结束。

这场争论大致分为三个阶段：第一阶段：1927年以前，量子力学初步建立，其基本特征——不连续性和统计性逐步明确，哥本哈根学派系统的解释尚未作出，爱因斯坦与玻尔开始了个别的直接或间接的争论，核心是所谓的“因果性”问题。

第二阶段：1927与1930年两次索尔维国际会议上，1927年以玻尔为代表的哥本哈根学派提出波函数的几率解释与测不准原理和互补原理，对量子力学的理论本质和形式体系进行系统解释。

爱因斯坦在会上公开提出挑战，力图通过揭示这种解释在逻辑上的不一致来推翻它们。

1930年爱因斯坦在会上又企图用“光子箱”的理想实验来说明时间与能量同时精确测量的可能性，证明测不准原理不可靠第三阶段：1930年以后，由于在第六届索尔维国际会议上，大多数物理学家接受了哥本哈根学派对量子力学的解释，量子力学体系已经更趋完善。

这时，爱因斯坦又与玻尔对量子力学的完备性进行论战，双方公开发表文章进行争论，争论的焦点是对量子力学理论的基本特征——不连续性和统计性的解释。

启示：首先，它们说明学术上争论有益于促进科学理论的发展；其次，学术争论的唯一正确态度就是坚持百家争鸣；第三，自然科学需要正确的哲学作为指导。