物理学史世纪之交相对论
第六讲 20世纪的物理学：相对论的建立
1902年前后爱因斯坦和几位好友组建了一
个俱乐部—讨论物理学、哲学和文学。
1905：爱因斯坦的奇迹年
1905年，爱因斯坦一连发表了五篇重要论文，分别在辐射
理论、分子运动论和力学与电动力学的基础理论等三个不
同的领域提出了新的见解。
1905：爱因斯坦的奇迹年
论文1：论分子大小的新测定（苏黎世大学哲学博士论文，1905年4 月30日，伯尔尼） 论文2：热的分子运动论所要求的静止液体中悬浮小粒子的运动 (Annalen der Physik 17[1905]:549-560) 论文3：论动体的电动力学(Annalen der Physik 17[1905]:891-921)—
狭义相对论是爱因斯坦伟大的一生中取得的第一项重大成果，是他
在前人的基础上经过长期的酝酿和探索才取得的。可是为什么是爱
因斯坦而不是别人创建了狭义相对论？ 爱因斯坦受到过哪些启发，抓住了什么关键，找到了什么突破口，
才取得如此重大的成果的呢？
狭义相对论的创建过程
追光少年 早在16岁(1895年)时，爱因斯坦就开始思考这样一个问题：‚如果我 以速度c(真空中的光速)追随光线运动，我应当看到这样一条光线就好
他很欣赏洛仑兹方程不但适用于真空中的参照系，而且适用于运动物体 的参照系。 当时他坚信麦克斯韦和洛仑兹电动力学方程是正确的，但是进一步推算， 发现要保持这些方程对动体参照系同样有效，必然导致光速不变性的概 念，而光速的不变性明显地与力学的速度合成法则相抵触。
狭义相对论的创建过程
‚为什么这两个观念会相互矛盾呢？我感到这一难题相当不好解决。我
“以太漂移”的探索
麦克斯韦：地球就像一 艘没有摩擦力的船穿过 海水一样穿过‚以太‛
论述19世纪末物理学三大发现对物理学发展的意义
论述19世纪末物理学三大发现对物理学发展的意义----6c445423-7164-11ec-be0b-7cb59b590d7d叙述十九世纪末物理学三大发现的时间、人物和历史意义。
学院：专业：学号：姓名：日期：19世纪末，物理学上出现了三大发现，即x射线、放射性和电子。
这些新发现猛烈地冲击了道尔顿关于原子不可分割的观念，从而打开了原子和原子核内部结构的大门，揭露了微观世界中更深层次的奥秘。
1895年11月8日至12月28日，德国物理学家伦琴在研究阴极射线时发现了具有惊人穿透能力的X射线。
19世纪末，阴极射线是物理学中的一个研究课题，许多物理实验室在这一领域进行了研究。
1984年11月8日，伦琴将阴极射线管放入一个黑色纸袋中，并关闭了实验室光源。
他发现，当放电线圈的电源打开时，涂有氰铂酸钡的荧光屏发出荧光。
在放电管和荧光屏之间插入一本厚书、2-3厘米的木头或几厘米的硬橡胶，你仍然可以看到荧光。
他还用水、二硫化碳或其他液体进行了实验。
实验结果表明，它们也是“透明的”。
铜、银、金、铂和铝等金属也可以让这种射线通过，只要它们不太厚。
伦琴意识到这可能是一种从未被观察到的特殊射线，它具有特别强的穿透力。
他把自己关在实验室里好几天，把全部精力集中在彻底的研究上。
六周后，伦琴证实这确实是一种新的射线。
1895年12月22日，伦琴和他的妻子拍下了第一张X光照片。
天然放射性的发现与x射线的发现直接相关。
1895年末，伦琴发现x射线后，把他的论文的预印本和一些x射线照片分别寄给了欧洲各国著名的物理学家，其中包括法国科学家庞加莱。
在1896年1月20日的法国科学院每周例会上，庞加莱展示了伦琴的论文和照这部电影立刻引起了贝克勒尔的极大兴趣。
贝克勒尔知道X射线是从管面对阴极的区域发射的，也就是玻璃管壁发射荧光的区域，他推测X射线和荧光之间可能有某种联系，能够发射荧光的物质也可能同时发射X射线。
1896年，法国物理学家贝克勒尔在研究铀盐的实验中首次发现了铀核的天然放射性。
世纪之交的物理学革命
自然科学刚跨入20世纪，物理学领域内首先掀起了革命的浪潮。
19世纪末，物理学实验上的一系列重大发现，冲击着经典物理学的连续观念、绝对时空观念和原子不可再分的观念，使原有的经典理论显得无能为力。
这一冲击，对当时的物理学家们的影响是很大的。
因为19世纪40年代以后，由伽利略和牛顿奠定基础的古典物理学理论，由于海王星和能量守恒原理的发现，法拉第、麦克斯韦电磁理论的辉煌成就以及分子运动论的建立，在科学的各个领域中所向披靡，包罗了大至日月星辰，小至原子、分子的物理世界，从而使当时不少物理学家认为物理理论已接近最后完成，今后只需在细节上作些补充和发展，在小数点第六位上做文章。
著名的德国物理学家基尔霍夫（1824—1887）说：“物理学将无所作为了，至少也只能在已知规律的公式的小数点后面加上几个数字罢了。
”世界著名物理学家开尔文（1824—1907）也认为：“在已经建成的科学大厦中，后辈物理学家只能做一些零碎的修补工作了。
”但是，他又敏锐地发现，在物理学晴朗的天空里，还有两朵小小的令人不安的乌云，这就是迈克耳逊-莫雷实验和黑体辐射实验。
它们的存在引起许多著名的物理学家的不安。
世纪之交的新挑战19世纪80年代以后，物理学的经典理论不断完善，与此同时，物理学实验上却陆续发现一些重大的结果。
至少有7个重大发现，不但旧理论无法解释，有的还导致观念上的更新。
第一个实验是1887年赫兹（1857—1894）在验证麦克斯韦（1831—1879）预言电磁波存在的实验过程中，发现了光电效应。
按照经典理论，从金属表面逸出电子的数目与光的强度有关，而与光的频率无关。
这一矛盾，赫兹无法解释，但他仍以“论紫外光对放电现象的效应”为题发表论文，描述了这一现象和结果，向物理学经典理论发起了挑战。
第二个实验是1887年的迈克耳逊-莫雷实验。
这一结果使持有光是“以太”中的波动这一观点的人大失所望，连迈克耳逊本人也不了解这一实验结果的重要意义。
物理学史
物理学史一、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。
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。
11.我国宋朝发明的火箭是现代火箭的鼻祖，与现代火箭原理相同。
但现代火箭结构复杂，其所能达到的最大速度主要取决于喷气速度和质量比(火箭开始飞行的质量与燃料燃尽时的质量比)。
俄国科学家齐奥尔科夫斯基被称为近代火箭之父，他首先提出了多级火箭和惯性导航的概念。
高中历史必修3第11课《物理学的重大进展》练习题与答案
高中历史必修3第11课〔物理学的重大进展〕练习题与答案高考资料〔重点讲解〕经典力学体系的建立、特点和历史地位经典力学是物理学中开展较早的一个分支。
古希腊著名的哲学家亚里士多德曾对“力和运动〞提出过许多观点，他的著作一度被当作古代世界学术的百科全书，在西方有着极大的影响，以致他的很多错误观点在长达2022年的岁月中被大多数人所接受。
16世纪以后，人们开始通过科学实验，对力学现象进行X的研究。
许多物理学家、天文学家如哥白尼、布鲁诺、伽利略、开普勒等，做了很多艰巨的工作，力学逐渐摆脱传统观念的束缚，有了很大的进展。
英国科学家牛顿在前人研究和实践的根底上，经过长期的实验观测、数学计算和深刻思考，提出了力学三大定律和万有引力定律，把天体力学和地球上物体的力学统一起来，建立了系统的经典力学理论。
产生的原因是受到文艺复兴运动的影响，科学逐渐从神学的桎梏中解放出来，进入到实验科学的时代。
以伽利略为代表的科学家奠定了经典力学的理论根底。
17世纪英国资本主义经济的迅速开展。
工场手工业时期经济上的需要。
经典力学的重要奠基者──伽利略的主要奉献是觉察落体定律，为经典力学的建立奠定了根底。
制造天文望远镜觉察许多星体，证明了哥白尼“日心说〞的正确性。
开创了以实验事实为依据并具有严密逻辑体系的近代科学，标志着物理学的真正开端，被誉为“近代科学之父〞。
经典力学建立的标志是牛顿确立的万有引力定律和运动三大定律〔惯性定律、加速度的比例定律、作用力和反作用力定律〕。
〔自然哲学的数学原理〕一书的出版标志着经典力学的成熟。
其显著特征之一是注重实验，之二是它的数学化。
经典力学的建立，凝聚着许多科学家的心血，牛顿〔微积分的创立者之一〕则是其中的集大成者，故经典力学又称牛顿力学。
牛顿力学是经典物理学和天文学的根底，也是现代工程力学以及与之有关的工程技术的理论根底。
牛顿力学的创立标志着人类科学时代的开始。
牛顿力学和热学的应用，引发了以英国工业革命为起点的第—次技术革命，使人类社会进入蒸汽时代。
物理学的伟大发现相对论与量子力学的革命
物理学的伟大发现相对论与量子力学的革命物理学的伟大发现：相对论与量子力学的革命物理学是研究自然界基本规律和物质本质的科学。
在物理学的发展历程中，有两个伟大的理论意义重大，并对世界观产生了巨大影响，分别是相对论和量子力学。
本文将对这两个理论进行探讨。
一、相对论的革命性突破相对论是由物理学家爱因斯坦提出的，分为狭义相对论和广义相对论两个阶段。
狭义相对论是在1905年提出的，主要探讨了高速运动物体的行为规律。
它颠覆了牛顿力学中的时间、空间观念，指出时间和空间是相对的，与观察者的状态相关。
狭义相对论推翻了牛顿力学中的绝对时空观念，提出了事件同时性的相对性。
它揭示了关于时间和空间的奇妙规律，如时间膨胀和长度收缩。
爱因斯坦通过理论计算和实验证实了相对论的正确性，为物理学建立了全新的基础。
广义相对论是爱因斯坦于1915年提出的，它进一步推动了相对论的发展。
广义相对论阐述了物体通过引力场相互作用的规律，解释了引力的本质和星体运动的规律。
它通过引力弯曲时空的概念，预测了黑洞和宇宙膨胀等现象，对宇宙学作出了巨大贡献。
相对论的革命性突破不仅在于对牛顿力学的否定，更在于对整个物理学框架的改变。
它从根本上颠覆了人们对时间、空间和引力的认知，影响了各个学科领域的发展。
二、量子力学的突破与挑战相对论的提出在物理学历史上是一次革命，而随后的量子力学的发展也对物理学产生了深远的影响。
量子力学是上世纪20年代诞生的，它主要研究微观领域的物质和辐射现象。
量子力学从能量的离散性和波粒二象性入手，提出了著名的不确定性原理和波函数的概念。
量子力学通过波函数描述微观粒子的状态，建立了统计学的物理学基础，推动了原子和分子物理学的发展。
量子力学的发展给物理学带来了挑战，突出的问题是如何解释微观粒子的运动和测量结果的不确定性。
波粒二象性的存在使科学家们对微观世界的本质有了全新的认识，微观粒子的行为不再符合常识，它们既具有粒子的特性又具有波动的特性。
物理学史19世纪与20世纪之交的三大发现
密立根
测定电荷量的密立根油滴实验得出： 电荷量总是元电荷的整数倍 （基本电荷e=1.6021892×10^-19库仑 ）
约瑟夫约翰汤拇逊jj汤姆逊早期科学家普遍认为阴极射线放出的是一种辐射的式而thomson从阴极射线实验发现会因电场而偏折所以推论他是一种带电荷的粒子而不是辐射并计算出其质量约为氢原子的11800倍
X射线的发现
伦琴 （全名威廉· 康拉德· 伦琴）（1845~1923） 德国实验物理学家
1869年从苏黎世大学获得哲学博士学位，并担任了物理学教授孔脱的助手。 1871年随孔脱到德国维尔茨堡大学 。 1895年伦琴在维尔茨堡大学发现了X射线。
1900年，多恩发现新惰性气体氡；克鲁克斯发现铀X。 1901年，德马凯发现鑀(后证实是同位素钍230)。 1902年，卢瑟福和索迪发现新放射性元素钍。
英国物理学家卢瑟福在1899年就发现，放射性物质放出 的射线不是单一的，而可以分出带正电荷的 α（氦核）射线和带负电荷的β（电子）射线， 前者穿透性较弱，后者穿透性较强。 后来又分出一种穿透性很强的不带电荷的γ（中子）射线。 如果让射线通过磁场或电场，那么这三种射线就分得一清二楚了： 偏转角度很大的是β射线；偏向另一方、偏转角度较小的是α射线； 不发生偏转的是γ射线。 1900年，多恩在镭制剂中发现惰性气体氡， 这是一件非同寻常的事。根据这一事实， 卢瑟福和索迪于1902年提出了一个大胆的假说。 他们认为，放射性现象是一种元素的原子自发地 转变为另一种元素的原子的结果，这个假说很快 就得到了证实。1903年，索迪等做了一个实验： 将氡焊封在细颈玻璃管内，然后用光谱法测量。 他们观测到管内的氡不断消失，而氦则逐渐增加。 原子衰变理论就这样建立起来了， 它动摇了多少世纪以来作为经典化学基石的 “原子不可分、化学元素不可变”的观念。
第二讲系统自然观
（“世界的物质统一性”）
（“自然界物质形态的统一性”——各种 特殊的物质形态之间有密切的相互联系和其 他方面的共同点） 宇宙物质化学上的同一性 场与实物 能量守恒与转化原理；“质量亏损
24
自然界物质的系统性
从该片讲 起
（系统是自然界物质的普遍存在方式和物
质之间普遍联系的基本方式）
物质系统
物质系统的基本特征
物质系统层次的有限性：对于每一个具体 层次的物质系统来说，其在质量范围、空间尺 度、结构和功能等方面都是有限的； 物质系统层次的无限性：对于整个自然界 来说，对自然界物质系统的层次的认识是不可 穷尽的。任何一个具体的物质系统层次，都只 不过是无限的自然界物质系统层次系列上的一 个“关节点”。
38
辩证唯物主义自然观的发展
——系统自然观
1
系统自然观的基本思想 自然界的系统存在图景 自然界的演化图景
2
系统自然观产生的现代自然科学前提
（现代科技对辩证唯物主义自然观的丰富与发展）
世纪之交的物理学革命 相对论 量子力学 分子生物学
系统论
非线性自组织理论 混沌理论
辨析:自然界物质系统演化的周期性表明了事
物发展的有限性。
答：错
周期性是指事物沿时间轴变化经过一段时
间后，又向其原来的出发点复归的一种运动、
发展的属性。其本质是一种螺旋式上升的确发
展的无限过程。周而复始的运动本身就从无限
循环方面显示了事物发展的无限性。
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3、层次结构的因果链
上向因果链：低层次物质系统作为原因，可以
42
非线性自组织理论
耗散结构理论（普利高津，《结构、耗
物理学的革命
放射性
1. 结果大出所料，底片上有很多的阴影。 结果大出所料，底片上有很多的阴影。 2. 显然，这阴影与太阳无关、与荧光无关， 显然，这阴影与太阳无关、与荧光无关， 而与晶体本身有关。 而与晶体本身有关。 3. 贝克勒尔用的晶体是一种铀的化合物— 贝克勒尔用的晶体是一种铀的化合物— —硫酸双氧铀钾，这样他便发现了铀能 硫酸双氧铀钾， 自发辐射出能量。 自发辐射出能量。
两朵乌云
1. 但在展望20世纪物理学前景时，开尔文若 但在展望20世纪物理学前景时 世纪物理学前景时， 有所思地讲道： 有所思地讲道：动力理论肯定了热和光是运 动的两种方式，现在， 动的两种方式，现在，它的美丽而晴朗的天 空却被两朵乌云笼罩了， 空却被两朵乌云笼罩了，第一朵乌云出现在 光的波动理论上， 光的波动理论上，第二朵乌云出现在关于能 量均分的麦克斯韦-玻尔兹曼理论上。 量均分的麦克斯韦-玻尔兹曼理论上。 2. 正是这“两朵乌云”和“三大实验发现” 正是这“两朵乌云” 三大实验发现” 引起了“物理学革命” 引起了“物理学革命”。
两个诺贝尔奖
居里夫妇在1903年获得的诺贝尔奖证书 居里夫妇在1903年获得的诺贝尔奖证书 1903
著名学者爱因斯坦曾经这样评价居里夫人： 著名学者爱因斯坦曾经这样评价居里夫人： 在我所认识的所有著名人物里面， “在我所认识的所有著名人物里面，居里夫人 是唯一不为盛名所颠倒的人。 是唯一不为盛名所颠倒的人。” 居里夫人的大半生都是清贫的， 居里夫人的大半生都是清贫的，提取镭的艰苦 过程是在简陋的条件下完成的。 过程是在简陋的条件下完成的。居里夫人拒绝 为他的任何发明申请专利， 为他的任何发明申请专利，把诺贝尔奖金和其 奖金都用到了以后的研究中去了。 奖金都用到了以后的研究中去了。居里夫妇发 现镭以后，当百万法郎、 现镭以后，当百万法郎、灿灿的金质奖章向她 微笑的时候；当成功、荣誉、 微笑的时候；当成功、荣誉、祝贺象潮水般涌 来的时候，表现了他们具有高贵的品质： 来的时候，表现了他们具有高贵的品质：毫不 夸耀，谦虚忘我！ 夸耀，谦虚忘我！
物理学史高中总结2017
物理学史高中总结2017物理学作为自然科学的重要分支，其发展历史可以追溯到古希腊时期。
在这漫长的发展过程中，物理学经历了许多重大的理论突破和实验发现，为人类认识自然界提供了重要的支持和指导。
在高中物理学习中，了解物理学史对于理解物理学的基本概念和原理有着重要的意义。
因此，本文将对物理学史进行总结，帮助高中学生更好地理解物理学的发展历程。
古希腊时期，著名的哲学家和科学家亚里士多德提出了许多关于自然界的观点，他认为万物都是由四种元素构成，分别是地、水、火、气。
这些观点虽然在今天看来已经过时，但是亚里士多德对物质的研究和思考为后世的物理学研究奠定了基础。
随着科学技术的发展，人们对自然界的认识不断深化。
在17世纪，伽利略通过实验和观察，提出了地球和其他行星围绕太阳运动的日心说，推翻了地心说的观点，这一理论突破对于天文学和物理学的发展具有重要的意义。
另一位伟大的物理学家牛顿在17世纪末提出了经典力学的三大定律，为后来的物理学研究奠定了基础。
牛顿的力学理论不仅在当时引起了轰动，而且对后世的物理学发展产生了深远的影响。
19世纪末20世纪初，爱因斯坦提出了相对论理论，颠覆了牛顿力学的观点，开创了现代物理学的新纪元。
相对论理论不仅在理论物理学领域有着重大的影响，而且在实际应用中也有着重要的意义。
20世纪，量子力学的发展为人们对微观世界的认识提供了新的视角。
量子力学理论的提出和发展，不仅解释了许多微观粒子的行为，而且在信息技术和材料科学等领域有着广泛的应用。
物理学史的发展，不仅是对自然界认识的不断深化，而且也是人类智慧和创造力的结晶。
在高中物理学习中，了解物理学史对于理解物理学的基本概念和原理有着重要的意义。
希望本文对于高中学生了解物理学史有所帮助，激发学生对物理学的兴趣和热爱。
高校物理专业相对论科学思想发展脉络梳理
高校物理专业相对论科学思想发展脉络梳理物理学是探究自然界基本规律的科学，而相对论则是现代物理学的重要分支之一。
高校物理专业教育在培养学生的科学思维和研究能力方面起着至关重要的作用。
本文将梳理高校物理专业中相对论科学思想的发展脉络。
一、相对论的起源相对论的基础可以追溯到19世纪末的狭义相对论和广义相对论。
狭义相对论是由爱因斯坦于1905年提出的，它推翻了牛顿力学的绝对时空观念，首次将相对性原理引入物理学。
广义相对论则是爱因斯坦于1915年提出的，它建立了一种新的理论框架，用引力推导出时空的几何性质。
二、相对论的基本原理狭义相对论主要包括两个基本原理：相对性原理和光速不变原理。
相对性原理认为物理学中的自然定律在不同参考系中具有相同的形式，而光速不变原理则认为光在真空中的速度是恒定不变的。
这两个原理为相对论的发展奠定了基础。
三、相对论的重要概念相对论涉及的重要概念有闵可夫斯基时空、洛伦兹变换、时空间隔和四维动量等。
闵可夫斯基时空是指一个由三个空间坐标和一个时间坐标组成的四维时空。
洛伦兹变换描述了物理量如时间、空间坐标和速度在不同参考系中的变换规律。
时空间隔是指在闵可夫斯基时空中两个事件之间的间隔，它在不同参考系中保持不变。
四维动量则是质点的能量和动量在闵可夫斯基时空中的表示形式。
四、相对论的实验验证相对论的发展离不开实验的验证。
例如，著名的迈克尔逊-莫雷实验通过测量光的传播速度的一致性，验证了光速不变原理。
同时，引力透镜效应和时间膨胀效应的观测也为广义相对论的正确性提供了强有力的支持。
五、相对论的应用领域相对论在现代物理学中有着广泛的应用。
它不仅解释了高速物体的运动规律，还影响了宇宙学、黑洞物理学、粒子物理学等领域的研究。
相对论的研究也为现代科技的发展提供了理论指导，如全球定位系统（GPS）的精确度就需要考虑相对论修正。
六、高校物理专业中对相对论的教学在高校物理专业中，相对论是一门重要的课程。
教学内容包括相对论的基本原理、数学表述、洛伦兹变换以及相对论力学等内容。
相对论的发展历史
相对论的发展历史
相对论是现代物理学的一项基础理论，在很大程度上改变了人们
的物理学观念。
它的发展历史可以追溯到19世纪末期，那时候人们已
经开始意识到牛顿力学与实验结果之间的矛盾。
19世纪后半期，电磁学的发展成为革命性的科学发展，但是它也
引发了一些问题。
其中，光速在空气、水和玻璃等介质中传播的速度
似乎与光的波动理论相矛盾。
这个问题被称为“以太漂移”的问题。
为了解决这个问题，物理学家们提出了一些假说，例如以太的存在，
但是这些假说都没有被实验所证实。
爱因斯坦于1905年发表了他的狭义相对论，该理论基于两个假设：光速在任何参考系中都是不变的，以及物理定律在所有参考系中都是
一样的。
这两个假设引发了我们对空间和时间的看法的变化，以及我
们对质量和能量关系的看法的更深入认识。
1915年，爱因斯坦又发表了广义相对论，这项理论解释了引力是
由质量曲率引起的，而不是牛顿的万有引力法则，从而改变了我们对
时间、空间和引力的看法。
该理论还由爱因斯坦的其他一些思想贡献，例如光线受物体质量的影响，导致了引力透镜的效应。
相对论引发了物理学和哲学的深入探讨。
它还导致了一些重要的
后果，例如原子能的开发和武器的制造。
此外，它还促进了量子力学
的发展。
总的来说，相对论的发展历史对于我们更好地理解自然世界、技术和哲学上的思想变革至关重要。
大学物理学史,物理学史
大学物理学1、简述墨家在光学上的研究成就。
墨子是第一个进行光学实验，并对几何光学进行系统研究的科学家。
墨子细致地观察了运动物体影像的变化规律，提出了“景不徙”的命题。
墨子指出，光源如果不是点光源，由于从各点发射的光线产生重复照射，物体就会产生本影和副影；如果光源是点光源，则只有本影出现。
墨子明确指出，光是直线传播的，物体通过小孔所形成的像是倒像。
墨经》中论述了光的反射，包括平面镜、凹面镜、凸面镜的反射情况。
2、阿基米德对物理学的贡献有哪些？力学：1．系统总结并严格证明了杠杆定律，为静力学奠定了基础。
此外，阿基米德利用这一原理设计制造了许多机械。
2、他在研究浮体的过程中发现了浮力定律，也就是有名的阿基米德定律。
天文学：1、他发明了用水利推动的星球仪，并用它模拟太阳、行星和月亮的运行及表演日食和月食现象；2、他认为地球是圆球状的，并围绕着太阳旋转，这一观点比哥白尼的“日心地动说”要早一千八百年。
限于当时的条件，他并没有就这个问题做深入系统的研究。
3、伽利略的科学研究方法有何特点？1.把实验与数学结合起来，既注意逻辑推理，又依靠实验检验，构成了一套完整的科学研究方法。
（2）有意识地在实验中抛开一些次要因素，创造理想化的物理条件。
既要力求使实验条件尽可能符合数学要求，以便获得超越这一实验本身的特殊条件的认识，又要设法改变实验测量的条件，使之易于测量。
（3）用实验去验证理论。
伽利略认为科学实验是为了证明理论概念（或观察规律）而去做的，不应该是盲目的、无计划的，而理论（数学）又必须服从实验判决。
（4）把实验与理论联系起来。
4、说明牛顿三定律基本思想的历史渊源。
（第三章）牛顿第一定律的发现及总结300多年前，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，他的运动速度减小得就越慢，他运动的时间就越长。
他还进一步通过进一步推理得出，在理想情况下，如果水平表面绝对光滑，物体受到的阻力为零，它的速度讲不会减慢，这是将以恒定不变的速度永远运动下去。
高一物理物理学史试题答案及解析
高一物理物理学史试题答案及解析1.万有引力定律的发现实现了物理学上第一次大统一“地上物理学”和“天上物理学”的统一。
它表明天体运动和地面上物体的运动遵从相同的规律。
牛顿在发现万有引力定律的过程中将行星的椭圆轨道假想成圆轨道，另外还应用到了其他的规律和结论。
以下的规律和结论没有被用到的是（）A．牛顿第二定律B．牛顿第三定律C．开普勒的研究成果D．卡文迪许通过扭秤实验得出的引力常数【答案】D【解析】牛顿在发现万有引力定律的过程中首先利用了开普勒对行星运动的究成果，然后应用牛顿第二定律推导了恒星对行星的引力大小，再利用牛顿第三定律推导了行星对恒星的引力大小，然后推广到任意两个物体之间，总结出了万有引力定律，后来卡文迪许才通过扭秤实验得出的引力常数，所以总结万有引力定律没有被用到的是D.【考点】有关万有引力定律的物理学史。
2.伽利略是经典力学的开创者，下列有关他的叙述正确的是 ()．A．伽利略对运动进行了描述和分类，对自由落体运动规律进行了探索，得到了惯性原理，研究了抛体运动的轨迹B．伽利略提出了运动的相对性原理，开创了实验科学C．伽利略的研究，无论是在动力学的基本原理上，还是在动力学的研究方法上，都做出了奠基性的重要贡献D．伽利略发现了小振幅摆动的等时性【答案】ABCD【解析】伽利略是经典力学的开创者，上述皆为其科学贡献，故A、B、C、D均正确．3.以下说法与事实相符的是A．根据亚里士多德的论断，两物体从同一高度自由下落，重的物体和轻的物体下落快慢相同；B．根据亚里士多德的论断，物体的运动不需要力来维持；C．伽利略通过理想斜面实验，总结出了牛顿第一定律；D．根据牛顿第一定律可知，物体运动的速度方向发生了变化，必定受到外力的作用。
【答案】D【解析】A、B选项中都应是根据伽利略的论断，而不是根据亚里士多德的论断，故选项A、B错误；牛顿根据理想斜面实验总结出了牛顿第一定律，不是伽利略，故C错误；根据牛顿第一定律，物体若不受力则保持原来的运动状态，若速度方向发生了变化即运动运动状态发生了变化，则必定受外力作用，故D正确。
世纪之交的物理学革命
世纪之交的物理学革命19世纪理论科学的巅峰状态以及其中隐含的危机以物理学最为典型。
海王星的发现显示了牛顿力学无比强大的理论威力，光学、电磁学与力学的统一使物理学显示出一种形式上的完整，被誉为“一座庄严雄伟的建筑体系和动人心弦的美丽的庙堂”有一个故事很可以说明在人们心目中，古典物理学的完善程度。
德国著名的物理学家普朗克年轻时曾向他的老师表示要献身于理论物理学，老师劝他说：“年轻人，物理学是一门已经完成了的科学，不会再有多大的发展了，将一生献给这门学科，太可惜了。
”1900年4月27日，英国著名的物理学家开尔文勋爵作了题为《热和光的动力理论上空的19世纪之乌云》的长篇讲演，指出古典物理学本来十分晴朗的天空上出现了两朵乌云。
实际上，物理学天空上的乌云何止两朵。
大量新现象与已成完美体系的古典理论之间的矛盾日渐突出，酿成了深刻的危机。
正是这朵朵乌云带来了世纪之交的一场物理学革命，在这场革命中诞生了相对论和量子力学。
1、第一朵乌云：以太漂移实验开尔文所称第一朵乌云指的是以太漂移实验。
古典物理学统一诸种物理现象的主要方式，是找出该类物理现象的一个力学模型。
例如，当我们把声音看成是声源振动在物质媒介中的纵向传播时，我们就将声学统一在关于振动的力学之中；当我们把热看成是细微分子的运动之后，我们就将热学统一在关于大量分子运动的力学之中。
电磁学似乎与力学距离较远，但也有统一它们的方式。
比如，我们同样可以将电磁波看成是某种电磁振荡在某种物质媒介中的传播，如果这种模型是成立的，那么，电磁学与力学之间也可以统一起来了。
事实上，物理学家们就是这么做的，因为在他们看来，“一切物理现象都能够从力学的角度来说明，这是一条公理，整个物理学就建造在这条公理之上”。
开尔文也说：“我的目标就是要证明，如何建造一个力学模型，这个模型在我们所思考的无论什么物理现象中，都将满足所要求的条件。
在我没有给一种事物建立起一个力学模型之前，我是永远也不会满足的。
物理学中的相对论理论
物理学中的相对论理论物理学中的相对论是一个重要的学科领域，由爱因斯坦于20世纪初提出。
相对论理论对于我们理解宇宙的运动、时间和空间的结构都有深远的影响。
本文将从相对论的起源、基本原理和应用等几个方面进行介绍。
1. 相对论的起源相对论的起源可以追溯到19世纪末的电磁理论的研究。
当时科学家们已经发现了麦克斯韦方程组，描述了电磁波的传播速度为光速，但却无法和牛顿的经典力学一致。
爱因斯坦通过对电磁波传播的思考，提出了光速是一个不变量的观点，进而形成了相对论的基本原理。
2. 相对论的基本原理相对论的基本原理包括了狭义相对论和广义相对论两个方面。
狭义相对论主要研究的是在惯性参考系下的物理规律。
它引入了时间和空间的相对性，即不同参考系下的时间和空间测量结果可能不同。
狭义相对论还提出了著名的等效质量概念，即物体在高速运动时其质量会增加。
广义相对论则进一步扩展了狭义相对论的基础。
它引入了引力的概念，将引力看作是时空弯曲的结果。
通过爱因斯坦场方程，可以计算出物体在引力场中的运动轨迹。
3. 相对论的应用相对论在实际应用中有着广泛的领域，包括宇宙学、粒子物理学和导航系统等。
在宇宙学中，相对论被用于解释宇宙的起源和演化。
宇宙的膨胀可以通过广义相对论的方程组得到，而黑洞和宇宙奇点等概念也是相对论在宇宙学中的应用成果。
在粒子物理学中，相对论的概念被广泛应用于描述微观粒子的相互作用。
粒子加速器和探测器等设备的设计与运行都依赖于相对论的原理。
此外，相对论在导航系统中也有重要影响。
由于相对论的存在，卫星定位系统需要考虑到信号传播速度受到地球引力的影响，从而进行修正计算。
4. 相对论的未解之谜尽管相对论在物理学中得到了广泛的应用和验证，但它仍然存在一些未解之谜。
例如，关于黑洞内部的物理过程以及相对论与量子力学的统一等问题都需要进一步的研究和探索。
总结物理学中的相对论理论是现代理论物理学的基石之一。
它为我们提供了一种全新的描述宇宙和微观世界的方式。
第四章-世纪之交的物理学
马赫对牛顿绝对时空和绝对运动进行了批判，马赫认为： “时间是一种抽象”，时间是不能独立自存的。绝对时间 “既无实践价值，也无科学价值，没有一个人提出证据说他 知道关于绝对时间的任何东西，绝对时间是一种形而上学的 概念”。同样，马赫认为：空间不能脱离我们对物体的知觉 而存在。如果宇宙中没有物体，谈论空间就毫无意义。如果 宇宙中只有一个物体，这唯一的物体也无运动可言。我们实 际观察到的仅仅是相对于参照系的运动，而参照系是被相对 的确定的。
二 经典物理学与经典力学之间的矛盾
经典物理学是运用经典力学的基本概念和原理建立起 来的理论体系，但是，随着经典物理学的深入发展，却越 来越显露出他们与经典力学之间的裂痕，从而动摇了经典 力学的基础地位。
1.与光学的不调和性：
主要表现在两个方面，一是对光的认识一直存在两种互 相矛盾的观点：微粒说和波动说；二是对于作为绝对空间和波 的载体的“以太”究竟是什么，如何对它进行检测？它到底具 有哪些性质？如从光速的巨大数值来看，“以太”应具有极大 的刚性。又由于天体不受阻碍的在太空中穿行，“以太”必须 极其稀薄且没有质量，等等。这些性质不但难以理解，有些甚 至相互矛盾。
⑤证明电子存在的普遍性：
J.J.汤姆逊用不同材料做阴极，并用不同的气体做 实验，结果荷质比具有同一数量级，证明各种条件下得 到的都是同样的带负电的粒子流，与电极材料无关，与 气体成分也无关。
1897年发表论文《论阴极射线》，“阴极射线的载 荷子比起电解的氢离子，m/e小的多。原因可能是m小或e 大或兼有之”。
J.J.汤姆逊设计了一系列实验，以无可辩驳的事实确证了 阴极射线是带负电的粒子流。
①实验一 阴极射线传播速度的测量：
1894年汤姆逊用旋转镜法测得阴极射线的速度为1.9×107 cm/s，远小于他曾测得过的电脉冲在低压气体中传播的速度 (1.6×1010cm/s)，排斥了阴极射线是一种电磁辐射的可能。
物理学史6.1 相对论历史背景
6.1历史背景相对论是现代物理学的重要基石。
它的建立是20世纪自然科学最伟大的发现之一，对物理学、天文学乃至哲学思想都有深远影响。
相对论是科学技术发展到一定阶段的必然产物，是电磁理论合乎逻辑的继续和发展，是物理学各有关分支又一次综合的结果。
在第五章中我们已经介绍了以太漂移实验的否定结果。
这些结果促使人们对以太和绝对坐标系的存在产生怀疑。
表6－1列举了1908年以前著名的一些以太漂移实验。
19世纪后半叶，光速的精确测定为光速的不变性提供了实验依据。
与此同时，电磁理论也为光速的不变性提供了理论依据。
1865年麦克斯韦在《电磁场的动力学理论》一文中，就从波动方程得出了电磁波的传播速度。
并且证明，电磁波的传播速度只取决于传播介质的性质。
1890年赫兹把麦克斯韦电磁场方程改造得更为简洁。
他明确指出，电磁波的波速（即光速）c，与波源的运动速度无关。
可见，从电磁理论出发，光速的不变性是很自然的结论。
然而这个结论却与力学中的伽利略变换抵触。
为了解决这些矛盾，洛仑兹在1892年一方面提出了长度收缩假说，用以解释以太漂移的零结果；另一方面发展了动体的电动力学。
他假设以太是绝对静止的，从他的电磁理论推出了菲涅耳曳引系数。
随后，又在1895年与1904年先后建立一阶与二阶变换理论，他力图使电磁场方程适用于不同的惯性坐标系。
然而尽管他的理论能够解释一些理象，（例如能解释为什么探测不到地球相对于以太的运动），但却是在保留以太的前提下，采取修补的办法，人为地引入了大量假设，致使概念繁琐，理论庞杂，缺乏逻辑的完备性和体系的严密性。
表6－1 著名的以太漂移实验①法国著名科学家彭加勒（Henri Poincarè）对洛仑兹理论起过积极作用。
他在1895年就对用长度收缩假说解释以太漂移的零结果表示不同看法。
他提出了相对性原理的概念，认为物理学的基本规律应该不随坐标系变化。
他的批评促使洛仑兹提出时空变换的方程式。
1904年彭加勒正式表述了相对性原理。
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构提供了重要的途径，研究晶体结构的 有力工具，展示了物理学倘有极待探索 的未知领域,给物理学的发展打开了新的 局面。
19世纪与20世纪之交物理学的发展/§6.2放射性的发现
• 1、贝克勒尔的发现（1852—1909法国）
• 公路桥梁学校学习、工程师、从事光学方 面的工作，祖、父辈从事荧光研究。
• 荧光物质发荧光发出X射线？
• 1896年2月：
• 阳光下：底片感光
• 抽屉里：底片感光
铀盐
• “这种射线不依赖于
底片
• 任何激发方式……”
19世纪与20世纪之交物理学的发展/§6.2放射性的发现
2、居里夫妇的功绩 玛丽亚—斯可罗多夫斯卡 （1867—1934波兰） 1891年到巴黎攻读物理 1892年获硕士学位 皮埃尔—居里（1855-1906） 巴黎大学教授、发现压电效应、 磁学的居里点、著名的物理学 家 （1）证明了贝克勒尔关于铀 盐的幅射强度与化合物中铀的 含量成正比
普朗克的老师约利给普朗克的信：
理论物理学实际上已经完成了，所 有的微分方程都已经解出来了，青年 人不应该毁掉自已的一生，不值得选 择一种将来不会有任何发展前景的事 去做。
19世纪与20世纪之交物理学的发展/§6.1 X射线的发现
一，伦琴实验（1845—1923德 国）
维尔茨大学校长、物理所所长
苏黎士大学 数学、机械学
阴极
阳极 1m
屏幕
19世纪与20世纪之交物理学的发展/§6.1 X射线的发现
• 1895年12月28日向维尔茨 堡物理学医学学会递交论文： “论一种新的射线”
• 实验的装置、实验的方法， 并初步说明了X射线的性质
• 引起了人们的极大的兴趣 • 论文五次再版，译成英、法、 • 意、德、俄等国文字。 • 夫人的手骨像参展、见报 • 1月13日：因表演X射线效应
19世纪与20世纪之交物理学的发展/§6.2放射性的发现
（2）证实钍也具有放射性
• 1898年4月在一篇给理科 博士学院的报告中：在铀 沥青矿中，有一种新的物 质，且有很强的放射 性……
（3）1898年7月，宣布发 现“钋”放射性物质
• 1898年12月，宣布发现 “镭”放射性物质，且射 线强度比铀强200多万倍。
版权所有, 1997 (c) Dale Carnegie & Associates, Inc.
第六讲：19与20世纪之交物理学的发展/§6.1 X射线的发现
经典物理学经过约三百多年的发展，19 世纪未已建立完整的理论：
牛顿力学三定律 、万有引力定律 麦克斯韦方程 热力学三定律、分子运动论、统计物理学 物理学的骨架已经完成
19世纪与20世纪之交物理学的发展/§6.2放射性的发现
19世纪与20世纪之交物理学的发展/§6.2放射性的发现
19世纪与20世纪之交物理学的发展/§ห้องสมุดไป่ตู้.3 电子的发现
一、电子学说的发展 夫兰克林：电是一种“电的流体”“电火” 1759年：“两流体学说” 二、J、J汤姆孙（1856-1940美国） 卡文迪许实验室第三任主任 曾任：英皇家学会会长、剑桥大学三一学院院长 1906年获诺贝尔物理学奖 在科研、教育的组织形式、研究方法和民主学 风上采取了一系列新的重大措施
19世纪与20世纪之交物理学的发展/§6.3 电子的发现
方法一：
设m 为粒子的质量，粒子的带电量为e；N 为一定时间内通过某截面的粒子数，则
总电量：Q=Ne （通过静电计测出）
射线照射固体升温动能为W，设粒子的速 度为V
被授予二等普鲁士王冠勋章。
19世纪与20世纪之交物理学的发展/§6.1 X射线的发现
• 1896年3月伦琴第二 篇：
• “一种新的射线”继篇 • 1897年3月第三篇： • “关于X射线性质的
进一步观察”
• 1901年12月3日获第 一个诺贝尔物理奖
• X射线发现的意义：
19世纪与20世纪之交物理学的发展/§6.1 X射线的发现
19世纪与20世纪之交物理学的发展/§6.2 放射线的发现
（4）居里夫妇经过四年艰苦卓绝的工作，从8 吨铀沥青矿渣提取了0.1g的纯镭 （5）提出放射性现象的实质假设： 辐射过程是一种物质的发射过程，它伴随着放 射性物质重量的减少，同时也是一个能量递减 的过程，这个过程可能和元素的演化有联系。 1903年贝克勒尔、居里夫妇共获诺贝尔物理 奖 1911年居里夫人获诺贝尔化学奖 献身科学- - - - -
第六讲：19与20世纪之交物理学的发展/§6.1 X射线的发现
威廉.汤姆逊（英国著名物理学家w Thomson）
1855年威廉.汤姆逊发表了海底电缆信号衰 减理论。并在实践中解决了这个难题，英国政 府因而于1866年封他为爵士，1907年又加封 他为开耳文勋爵。
第6讲：19与20世纪之交物理学的发展/§6.1 X射线的发现
起先：研究晶体的热传导、 压电特性和光化学特性
19世纪与20世纪之交物理学的发展/§6.1 X射线的发现
• 1876年哥尔德施太因（1850—1930德国）实验 中发现“阴极射线”
阴极
阳极
• 从阴极发出粒子飞向阳极，会发出荧光。
• 阴极射线是什么？当时的研究热点。
• 伦琴1895年11月8日：
• 黑纸包放电管--------1米远屏幕有绿光---新的射线？
第六讲：19与20世纪之交物理学的发展/§6.1 X射线的发现
1899年新年的除夕之夜，欧洲著名 科学家新年聚会，大会主席开耳芬新 年贺词：
19世纪已将物理大厦全部建成，今 后物理学家的任务只是修饰和完善这 座大厦，- - - - -当然，物理学晴朗的 天空还存在两朵小小的乌云，一朵是 热幅射中所谓“紫外灾难”，另一朵 是迈克尔逊莫雷实验的以太零结果。
19世纪与20世纪之交物理学的发展/§6.3 电子的发现
19世纪与20世纪之交物理学的发展/§6.3 电子的发现
三、汤姆孙的阴极射线实验
1886—1930—近50年从事放电实验 1897年4月30日向英皇家学会报告：“阴极 射线” 1、实验证明阴极射线是从阴极发出的； 2、射线在静电场中偏转，偏转的方向表明， 形成阴极射线的那些粒子带负电。 进一步的思考：粒子是什么？原子？分子？ 微粒？