關(guān)于怎樣學(xué)好物理和力學(xué)發(fā)展史一、怎樣學(xué)好物理第2頁,共55頁，2024年2月25日，星期天生活中物理頤和園。北京頤和園和昆明湖畔、萬壽山麓有一座銅亭。從長廊前往銅亭的山路穿過一個石牌坊。那牌坊上有一幅對聯(lián)，我們把它的下聯(lián)是物含妙理總堪尋。下面以它作為本節(jié)課的標(biāo)題。第3頁,共55頁，2024年2月25日，星期天境自遠(yuǎn)塵皆入詠物含妙理總堪尋

這妙理便是真.尋就是去求索

乾隆題北京頤和園寶云閣第4頁,共55頁，2024年2月25日，星期天（一）物含妙理總堪尋各位同學(xué)，你到過萬綠湖，黃山嗎?原天地之美，而達萬物之理?！f子第5頁,共55頁，2024年2月25日，星期天俯視萬綠湖的千頃碧波，初秋的早晨，湖面上繚繞著裊裊輕煙，……物含妙理總堪尋波上寒煙翠，——那是詩人的感嘆！仰望萬里云空，彩云朵朵，鋪花錦繡，織成美麗的圖案，第6頁,共55頁，2024年2月25日，星期天物含妙理總堪尋黃山云海第7頁,共55頁，2024年2月25日，星期天物含妙理總堪尋黃山雪景忽如一夜春風(fēng)至，千樹萬樹梨花開。第8頁,共55頁，2024年2月25日，星期天物含妙理總堪尋上面的這些例子，全都是一種簡單的物質(zhì)，是什么？——水第9頁,共55頁，2024年2月25日，星期天（二）物理學(xué)——人類文明進步的階梯（一）.物理學(xué)與自然科學(xué)——人類文明進步的基石（二）.物理學(xué)與現(xiàn)代技術(shù)——人類文明進步的推動力

物理學(xué)的基礎(chǔ)性、技術(shù)性、思想性使之成為推動人類文明進步的重要力量。第10頁,共55頁，2024年2月25日，星期天

基礎(chǔ)性物理學(xué)是基礎(chǔ)自然科學(xué)。物理學(xué)的研究成果和研究方法直接應(yīng)用于化學(xué)、生物、地理、氣象等自然科學(xué)，大大加速了自然科學(xué)的發(fā)展和分化獨立，甚至形成了新的獨立學(xué)科或分支學(xué)科。如天體物理學(xué)、空間物理學(xué)、地球物理學(xué)，流體力學(xué)、生物物理，物理化學(xué)、量子化學(xué)等等。使人們更全面地探索、認(rèn)識自然界的規(guī)律。物理學(xué)對人類文明的影響第11頁,共55頁，2024年2月25日，星期天2．技術(shù)性物理學(xué)幾乎是一切工程科學(xué)的基礎(chǔ)。物理學(xué)的成就直接發(fā)展了各種各樣的工程技術(shù)，形成了今天門類齊全、多樣的工業(yè)體系。今天的許多高新技術(shù)也仍然是以物理學(xué)的研究成果為基礎(chǔ)的。這些工程技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，極大地提高了社會生產(chǎn)力水平，改變了人類的生活、生產(chǎn)方式，創(chuàng)造了輝煌的物質(zhì)文明。比如，機械、建筑科學(xué)就是經(jīng)典力學(xué)原理的實際運用，今天的電力、電子工業(yè)是電磁學(xué)發(fā)展的結(jié)果，光學(xué)特別是激光技術(shù)使得光纖通信、互聯(lián)網(wǎng)、激光醫(yī)學(xué)等蓮勃發(fā)展。在萬有引力定律基礎(chǔ)上發(fā)展起來的航天技術(shù)使得人類的足跡不斷地向宇宙深處延伸。物理學(xué)對人類文明的影響第12頁,共55頁，2024年2月25日，星期天思想性物理學(xué)在自身的發(fā)展進步中積累的思想方法是人類思想領(lǐng)域的瑰寶。這些思想方法和物理學(xué)的研究成就一道在改善人們的生產(chǎn)、生活條件的同時，也改變著人們的思維方式。指引著人們破除迷信、消除愚昧、尊重客觀事實、尊重科學(xué)，不斷追求真、善、美，推動人類文明的車輪該滾向前。人類社會歷史上的幾次工業(yè)革命都足以物理學(xué)的重大成果為基礎(chǔ)的。牛頓力學(xué)、熱學(xué)的發(fā)展導(dǎo)致了第一次工業(yè)革命，使人類進入蒸汽機時代，解放了人的體力。電磁技術(shù)的突破性成就迎來了第二次工業(yè)革命。人類進入了電氣化時代。量子理論、相對論使得核物理學(xué)取得重大突破，引發(fā)了第三次工業(yè)革命，人類進入了原子能時代。物理學(xué)對人類文明的影響第13頁,共55頁，2024年2月25日，星期天物含妙理總堪尋三、學(xué)習(xí)物理的重要性：1、物理學(xué)在社會發(fā)展中地位決定了其作用。2、為相關(guān)專業(yè)的專業(yè)課服務(wù)。第14頁,共55頁，2024年2月25日，星期天四、怎樣學(xué)好高中物理？物含妙理總堪尋1，明確目的端正態(tài)度2，注意觀察，重視實驗3、認(rèn)真聽講重在理解4、學(xué)會運用做好練習(xí)第15頁,共55頁，2024年2月25日，星期天

總結(jié)物含妙理總堪尋一要，二專，三多，四到，五善于，六用。第16頁,共55頁，2024年2月25日，星期天一要：勤奮物含妙理總堪尋二專：專心學(xué)習(xí)，專心聽講三多：多思，多練，多動手。四到：心到，手到，眼到，口到。五善于：善于聯(lián)想，善于對比，善于思考，善于記憶，善于總結(jié)。第17頁,共55頁，2024年2月25日，星期天六用：用眼仔細(xì)觀察，用耳認(rèn)真聽講，用腦積極思考，用心理解記憶，用口和筆準(zhǔn)確表達，用手及時記錄、練習(xí)、實驗。物含妙理總堪尋第18頁,共55頁，2024年2月25日，星期天二、力學(xué)發(fā)展簡史第19頁,共55頁，2024年2月25日，星期天（一）、古代力學(xué)（公元前5世紀(jì)－1600）代表人：亞里士多德和阿基米德

主要觀點：（1）物體只有在外力推動下才運動，外力停止，運動也就停止；（2）兩種運動：自然運動和強迫運動；（3）物體下落的速度同它的重量成正比。重的比輕的下落得快。（4）“給我一個支點，我能推動整個地球。”

第20頁,共55頁，2024年2月25日，星期天亞里士多德生平前384前367

前343前334前322落寞離世御醫(yī)之子求學(xué)雅典學(xué)園精英逍遙學(xué)派創(chuàng)立學(xué)園王子之師

著名學(xué)者海德格爾用三句話評亞里士多德的生平：“亞里士多德出生，思考，而后死去。”

阿塔爾尼亞城專注科研第21頁,共55頁，2024年2月25日，星期天22在伽利略之前一千多年，歐洲關(guān)于物體運動規(guī)律的認(rèn)識始終是由亞里斯多德學(xué)說統(tǒng)治著。亞里斯多德在《論天》（Ontheheven）中說：“一定的重量在一定的時間內(nèi)運動一定的距離，一較重的重量在較短的時間內(nèi)走過同樣的距離，即時間同重量呈反比，比如，如果一物的重量為另一物重量的二倍，則它走過一給定的距離只需一半的時間?！盵1]這就是亞里斯多德著名的落體下落速度與重量成比例的錯誤結(jié)論。

[1]苗力田主編，《亞里斯多德全集》II，中國人民大學(xué)出版社，1911年，第281頁第22頁,共55頁，2024年2月25日，星期天(二）近代力學(xué)（1600－1900）代表人：意大利的伽利略和英國的牛頓

主要觀點伽俐略（1564－1642）①關(guān)于運動的描述：提出參照物問題。②將運動分成勻速運動和變速運動兩種。③提出單擺等時性。④運動不需要力來維持。否定了亞里士多德的只有物體才會運動觀點。⑤重物不一定比輕物下落得快。否定了亞里士多德重物比輕物下落快的觀點。

第23頁,共55頁，2024年2月25日，星期天亞里士多德的教條伽利略的觀測結(jié)果地上的物體不是完美的而且是有生有滅的，而天體則是完美而且永恒的。天空只有太陽、月亮、水星、金星、火星、木星和土星七個行星。宇宙中只有一個中心，那就是地球，一切都圍繞著它而旋轉(zhuǎn)。月球的表面并不光滑，而是有廣大的凹陷和雄偉的大山，太陽的表面有神秘的斑點。看起來只是一條寬的光帶的銀河由成千上萬顆星星組成，每一顆都放出光芒。木星像哥白尼日心體系中的地球一樣也擁有衛(wèi)星，有四個衛(wèi)星圍繞著木星旋轉(zhuǎn)。第24頁,共55頁，2024年2月25日，星期天需要新的運動理論按照亞里士多德的運動理論，如果地球是運動的，那么由于它比地面上的物體重會更快的“下落”，因而會把其他物體拋在后面。地球沒有把地面上的物體拋在后面，亞里士多德的運動理論無法協(xié)調(diào)這一事實與地球是運動的觀點。伽利略要為日心說辯護，就必須建立全新的運動理論。第25頁,共55頁，2024年2月25日，星期天亞里士多德用一種先驗的觀點去論證日常生活中的一些現(xiàn)象，他的運動理論是一種常識性的看法；他沒能意識到摩擦力和重力的存在。要建立不同于亞里士多德的運動理論需要一種全新的科學(xué)方法。第26頁,共55頁，2024年2月25日，星期天運動的量度亞里士多德把運動分為“自然運動”和“受迫運動”（地面上物體的水平運動就是靠外力來維持的受迫運動），這種模糊而籠統(tǒng)的分類是與他對運動的解釋聯(lián)系在一起的；伽利略則是用精確的數(shù)學(xué)語言來描述物體的運動。第27頁,共55頁，2024年2月25日，星期天運動的量度速度：單位時間內(nèi)走過的距離叫做速率，它反映了物體運動的快慢；而速度是速率加方向。加速度：單位時間內(nèi)速度的變化叫做加速度；速度的變化包括：速率的增加和減?。ㄍǔＲ饬x下的加速和減速），以及速度方向的改變。第28頁,共55頁，2024年2月25日，星期天落體定律：重物和輕物下落一樣快若亞里士多德的觀點正確，即重物比輕物下落得快：那么把一個輕物和一個重物捆在一起，讓它們自由下落，則重物會被輕物拖慢，而輕物會被重物拉快，也就是說下落速度應(yīng)介于單獨輕物和單獨重物下落的速度之間；然而，從另一個角度看，兩物體捆在一起后更重了，它應(yīng)該比兩物體中重的那個下落得還要快。從亞里士多德的觀點得到了互相矛盾的兩個結(jié)論，因此可以證明他的觀點是不正確的。要克服這個邏輯上的矛盾必須認(rèn)為重物和輕物下落得一樣快。第29頁,共55頁，2024年2月25日，星期天斜面上的小球通過實驗，伽利略發(fā)現(xiàn)小球的加速度與小球的重量無關(guān)，只與斜面的陡度有關(guān)（斜面與地面夾角越大，小球的加速度越大）。伽利略設(shè)想，實驗發(fā)現(xiàn)在確定陡度的斜面上小球的加速度與其重量無關(guān)，那么對于完全豎立起來的斜面這一結(jié)果也應(yīng)當(dāng)成立，而此時小球的運動是自由落體。落體定律：在沒有空氣阻力時，物體下落的加速度與物體的重量無關(guān)。第30頁,共55頁，2024年2月25日，星期天自由落體運動是一種勻加速直線運動自由落體是初速度為零的勻加速直線運動；速度與時間成正比，而下落距離應(yīng)該時間的平方成正比，這在伽利略的斜面實驗中得到了證實。第31頁,共55頁，2024年2月25日，星期天落體定律的證實：第32頁,共55頁，2024年2月25日，星期天伽利略的理想實驗在理想情況下，小球在左方斜面上滾下來，將在右方的斜面上爬上相同的高度；如果減小右方斜面與水平面的夾角，那么小球為了到達相同高度要經(jīng)過更長的距離，而如果夾角減為零，則小球?qū)⒃谒矫嫔弦恢边\動下去。第33頁,共55頁，2024年2月25日，星期天慣性定律小球沿著向下的斜面會加速，而沿著向上的斜面會慢下來；水平面是介于上坡與下坡的中間情形，因而在一個沒有摩擦的水平面上，小球既不會加速也不會減速。慣性定律：不受外力作用的物體速度將保持不變。物體之所以運動并不是因為力，而是因為慣性，力是產(chǎn)生加速度的原因。第34頁,共55頁，2024年2月25日，星期天相對性原理“在船靜止不動時，我們看到這些有翅膀的小動物如何以同樣的速度飛向房間各處；看到魚如何毫無差別地向各個方向游動；又看到滴水如何全部落到下面所放的瓶子中。而當(dāng)你把什么東西扔向你的朋友時，只要他和你的距離保持一定，你向某個方向扔時不必比向另一個方向要用更大的力。如果你在跳遠(yuǎn)，你向各個方向會跳得同樣遠(yuǎn)。第35頁,共55頁，2024年2月25日，星期天盡管看到這一切細(xì)節(jié)，但是沒有人懷疑，如果船上情況不變，當(dāng)船以任意速度運動時這一切應(yīng)當(dāng)照樣發(fā)生。只要這運動是均勻的，不在任何方向發(fā)生搖擺，你不能辨別得出上述這一切結(jié)果有絲毫變化，也不能靠其中任何一個結(jié)果來推斷船是在運動還是靜止不動。”相對性原理表明，所有慣性系都是等價的。第36頁,共55頁，2024年2月25日，星期天不愧為近代科學(xué)之父尋求物理現(xiàn)象的量化描述。將現(xiàn)象中最基本的性質(zhì)分離出來度量。理想實驗。在基本物理原理的基礎(chǔ)上演繹的建立科學(xué)理論。第37頁,共55頁，2024年2月25日，星期天（2）牛頓（1642－1727）①第一定律：②第二定律：③第三定律：④萬有引力定律.

第38頁,共55頁，2024年2月25日，星期天1661年(19歲)進入劍橋大學(xué)，成為三一學(xué)院的減費生;1665年,獲得文學(xué)學(xué)士學(xué)位;1665-1666回到鄉(xiāng)下;在劍橋求學(xué)期間大量接觸自然科學(xué)著作,師從巴羅教授,將其引導(dǎo)到數(shù)學(xué)前沿;1669年(27歲)成為數(shù)學(xué)教授(直至1701年).1672年,成為皇家學(xué)會會員;1703年,成為皇家學(xué)會會長;1706年受英國女王封爵;1727年3月20日逝世,享年84歲.(晚年,興趣轉(zhuǎn)向神學(xué),寫了近200萬言的著作.)IsaacNewton.(1642~1727)人生歷程第39頁,共55頁，2024年2月25日，星期天（一）牛頓的主要科學(xué)成就領(lǐng)域

成就數(shù)學(xué)提出二項式定理、發(fā)明微積分。物理學(xué)光學(xué)1）制作折射望遠(yuǎn)鏡，對太陽光進行反射實驗，證明日光由七色光組成，說明物體顏色的形成原理；2）在《關(guān)于光和色的新理論》中提出了光的“微粒說”。力學(xué)創(chuàng)立了物體運動三定律和萬有引力定律；1687年《自然哲學(xué)中的數(shù)學(xué)原理》建立了經(jīng)典力學(xué)理論體系。天文學(xué)制作了世界上第一架反射望遠(yuǎn)鏡考察行星運動，解釋了潮汐現(xiàn)象、地球的圓扁形狀等問題。使人類對天體觀察進入一個新階段。第40頁,共55頁，2024年2月25日，星期天牛頓科學(xué)成就對人類文明發(fā)展的影響——牛頓的發(fā)現(xiàn)表明，自然界中一切在引力作用下產(chǎn)生的運動均可從物質(zhì)自身的原因得到說明，因此無需借助于超自然因素的作用；一切力學(xué)事件不再是孤立的、偶然的事件，而是一系列運動變化中的一個環(huán)節(jié)，人們只要通過運用力學(xué)三定律，便可以從物體在某一給定時刻的運動狀態(tài)推知其在此之前或之后某一時刻的運動狀態(tài)?！妒澜缥拿魇泛喚帯肥谷祟愓J(rèn)識擺脫了神學(xué)的束縛。完成了人類對自然界認(rèn)識史上的第一次理論大綜合。

牛頓力學(xué)體系的建立，使人類對自然界的認(rèn)識方式上出現(xiàn)了什么變化？第41頁,共55頁，2024年2月25日，星期天牛頓……確立了充分尊重經(jīng)驗事實的理性化或科學(xué)化的思維傳統(tǒng)。……牛頓革命還告訴人們，科學(xué)研究最好的方法有綜合與分析兩種?！桥ｎD，以他的巨大成功為動力，推動了這種科學(xué)思維方式在知識界的迅速普及?！幌盗袑W(xué)科領(lǐng)域的飛躍發(fā)展，匯同牛頓革命一起，構(gòu)成了人類歷史上第一個科學(xué)革命時代。

——馬克思《世界文明史》牛頓力學(xué)體現(xiàn)的科學(xué)思維和研究方法帶動了各門科學(xué)的發(fā)展，引起了巨大的科學(xué)革命。牛頓科學(xué)成就對人類文明發(fā)展的影響——牛頓力學(xué)在什么方面，為近代科學(xué)的整體發(fā)展提供了啟示？第42頁,共55頁，2024年2月25日，星期天牛頓的思想在英國和全歐洲出版的許多大眾讀物中傳播。迄1784年，關(guān)于牛頓的書的就有40本，法文的17本，德文的3本，拉丁文的11本，葡萄牙文和意大利文的各1本。啟蒙運動的史學(xué)家們相當(dāng)嚴(yán)格地認(rèn)識到牛頓作為某種象征的重要性。

——《科學(xué)與啟蒙運動》

牛頓科學(xué)成就對人類文明發(fā)展的影響——啟蒙思想家們在牛頓革命啟發(fā)、激勵下所進行的種種思考，在歷史上曾起過非常積極的作用，有力地推動了現(xiàn)代文明的發(fā)展和人類社會的進步。

——馬克垚《世界文明史》第43頁,共55頁，2024年2月25日，星期天在瓦特研制蒸汽機之前的一個世紀(jì)里，正是歐洲歷史上一個科學(xué)鼎盛的時期。從17世紀(jì)中期開始，近代科學(xué)在一批巨人的推動下產(chǎn)生。在這批科學(xué)巨人當(dāng)中排在最中心位置的是一位婦孺皆知的人，他就是艾薩克·牛頓。許多歷史學(xué)家認(rèn)為，如果從近代科學(xué)的角度看，正是牛頓開啟了工業(yè)革命的大門?！洞髧绕?工業(yè)先聲》

牛頓的科學(xué)成就為英國工業(yè)革命提供科學(xué)理論。第44頁,共55頁，2024年2月25日，星期天（三）、現(xiàn)代力學(xué)（1900－）代表人：阿爾伯特·愛因斯坦（Albert．Einstein）（1879－1955）主要觀點：（1）時空觀相對性：時間和空間是相對的，不是絕對的，否定了經(jīng)典力學(xué)時間、空間的絕對性。（2）質(zhì)能方程：質(zhì)量和能量是可以相互轉(zhuǎn)化的，為人類進入原子能提供了理論依據(jù)。（3）建立狹義相對論和廣義相對論。(4)光電效應(yīng)

第45頁,共55頁，2024年2月25日，星期天量子說光子說愛因斯坦解釋光電效應(yīng)1905第46頁,共55頁，2024年2月25日，星期天愛因斯坦生平（Ⅰ）1879.3.14誕生于德國烏爾姆中，小學(xué)時代德國慕尼黑1895-1896瑞士阿勞中學(xué)一年1896-1900蘇黎士工業(yè)大學(xué)學(xué)習(xí)1900-1902艱辛求職，四面碰壁第47頁,共55頁，2024年2月25日，星期天

愛因斯坦對學(xué)校教育持批評態(tài)度，一生中除了在阿勞中學(xué)那一年的補習(xí)班外，對學(xué)校教育沒有好印象。他高度評價阿勞中學(xué)的教學(xué)：

“這個中學(xué)用它的自由精神和那些不仗外界權(quán)勢的教師的純樸熱情，培養(yǎng)了我的獨立精神和創(chuàng)造精神。正是阿勞中學(xué)，成為了孕育相對論的土壤”第48頁,共55頁，2024年2月25日，星期天1902-1909伯爾尼發(fā)明專利局工作初期科研情況：1901-------1篇論文

1902-------2篇論文

1903-------1篇