物理科学史备考刍议

2017-03-28 21:08赵俊
试题与研究·高考理综物理 2016年1期
关键词:科学史物理实验

赵俊

高考物理考试大纲指出,“高考物理试题着重考查考生知识、能力和科学素养,注重理论联系实际,注重科学技术和社会、经济发展的联系,注意物理知识在生产、生活等方面的广泛应用”.由此,物理科学史已成为高考的一项重要内容,此类试题在全国与相关省市自主命题的试卷中时有出现.

一、近三年高考物理科学史试题一览

上述物理科学史高考试题,有的仅涉及物理学研究基本史实的判定(如2013年全国新课标2卷第19题、2014年海南卷第7题等);有的还涉及物理学研究的相关内容或方法的分析应用(如2013年全国新课标1卷第14题、2014年安徽卷第14题等);有的则是以物理科学史为背景,考查相关的物理基础知识(如2015年全国新课标2卷第18题、2015年天津卷第2题等).

二、注重物理科学史的归类复习

为适应高考对物理科学史的考查,应注重物理科学史的归类复习,重点关注以下几类问题:

1.物理学科的重要发展历程

物理学科的发展经历了曲折的发展历程.

例如:人类对行星运动规律的认识过程充满着曲折与艰辛.古希腊天文学家托勒密在公元2世纪,提出了地心说宇宙体系.15世纪,以波兰天文学家哥白尼为代表的日心说学派则认为太阳是静止不动的,地球和其他行星都绕太阳运动.日心说大大简化了对行星运动轨道的描述,经过与地心说的长期争论,最终被人们所接受.德国天文学家开普勒仔细整理了丹麦天文学家第谷留下的长期观测资料,并进行了详细的分析,终于发现了后来以他的名字命名的行星运动定律.

再如:人类对光的本质的认识经历了从初级到高级的发展过程.光是一种微粒流的观点起源于古希腊,牛顿是主张微粒说的主要代表.光的波动说与微粒说相伴而生,惠更斯进一步发展了波动说.其后,麦克斯韦提出了光的电磁说.爱因斯坦则针对光电效应现象在普朗克量子假设的基础上又提出了光量子假说,他肯定光具有粒子性,但并不否定光的波动性.光的波粒二象性使人类对光本质的认识大大向前迈进了一步.

复习物理科学史,就要结合物理基础知识的学习,关注人类对相关物理规律的认识历程.

2.物理学家的主要研究成果

在物理学发展历程中,不少物理学家做出了重要贡献.高中物理涉及物理学家的研究成果(或观点)主要有:

必修1——胡克,发现胡克定律;亚里士多德,提出力是维持物体运动原因的错误观点;伽利略,提出力是改变物体运动状态原因的正确观点;牛顿,提出牛顿运动三定律.

必修2——托勒密,提出错误的地心说;哥白尼,提出日心说;开普勒,提出开普勒天体运动三定律;牛顿,发现万有引力定律;卡文迪许,测定引力常量.

选修31——库侖,发现电荷之间相互作用的库仑定律;密立根,测定元电荷的数值;富兰克林,解释摩擦起电,统一天电与地电,发明避雷针;焦耳,研究电流的热效应,得出焦耳定律;奥斯特,发现电流的磁效应;洛仑兹,提出运动电荷产生磁场,得出洛仑兹力的计算公式;安培,提出分子环流假说,得出安培力方向的判定方法及安培力大小的计算公式.

选修32——法拉第,发现电磁感应现象,提出法拉第电磁感应定律;亨利,发现自感现象;楞次,提出判定感应电流方向的楞次定律.

选修33——布朗,发现“布朗运动”;焦耳,测定热功当量,为能量守恒定律的建立提供坚实基础;开尔文,创立热力学温标.

选修34——伽利略,发现摆的等时性;牛顿,支持光的微粒说;惠更斯,提出光的波动说;麦克斯韦,总结电磁场理论,预言电磁波的存在,提出光的电磁说;赫兹,发现电磁波;爱因斯坦,提出相对论,得出质能方程.

选修35——汤姆生,发现电子,证实原子可分;卢瑟福,提出原子的核式结构模型,发现质子,预言中子存在;查德威克,发现中子;玻尔,提出原子结构的玻尔理论;贝克勒尔,发现天然放射现象;玛丽·居里夫妇,发现放射性元素钋和镭;约里奥·居里夫妇,发现放射性同位素;普朗克,提出量子假说,解释黑体辐射;爱因斯坦,提出光子说,解释光电效应.

复习物理科学史,就要熟悉相关史实,掌握相关研究内容.

3.物理学家的有效研究方法

历史上物理学家把握科学发展动态,借鉴前人经验教训,从矛盾的对立中寻找突破口,将理论与实践紧密结合,采用了对比联想、逻辑推理、数学手段和实验探究等种种具体的研究方法.

例如;库仑将静电力与万有引力类比,对电荷之间的相互作用作了富有联想的猜测.为了验证自己的猜想,库仑参照米切尔曾经使用过的扭秤,设计了一台新的扭秤进行实验.当时尚无测量电荷量的方法,库仑则根据对称性,将一个带电金属球跟一个相同的不带电的金属球接触,从而得到了原有电荷量的1/2、1/4、1/8等等的电荷量.联想、类比、猜测与实验验证,以及对称性的运用,这就是库仑在发现库仑定律的过程中所采用的研究方法.

再如;法拉第分析了电流的磁效应后认为,既然电能够产生磁,反过来磁也应该能产生电.为了证实这一点,法拉第经过十年坚持不懈的努力,通过一系列实验终于获得了成功.之前,安培只注意研究线圈中通以恒定电流时的情况,而科拉顿则是错过了观察时机.在发现电磁感应现象的过程中,法拉第通过逆向思维确定了研究课题,运用实验手段进行了有益的探索,而正确的实验研究方法则是导致成功的关键.

复习物理科学史,就要借鉴物理学家的有效研究方法,为我所学,为我所用.

4.举世闻名的经典物理实验

物理学是一门实验科学,物理定律的建立,无一不以实验为基础,并受到实验的检验.

课本中出现的历史经典实验主要有:伽利略的铜球斜面运动实验、伽利略斜面理想实验、库仑扭秤实验、奥斯特电流磁效应实验、法拉第发现电磁感应现象的实验、焦耳的测定热功当量实验、托马斯·杨的双缝干涉实验、赫兹的“电火花”实验、卢瑟福的α粒子散射实验等等.

另外,美国《物理世界》杂志上曾刊登过评出的十大经典实验,它们是:埃拉托色尼测量地球圆周、伽利略的自由落体实验、伽利略的加速度实验、牛顿的棱镜分解太阳光、卡文迪许扭秤实验、托马斯·杨的光干涉实验、让·傅科钟摆实验、罗伯特·密立根的油滴实驗、卢瑟福发现核子、托马斯·杨的双缝演示应用于电子干涉实验.

复习物理科学史,就要重视上述经典历史实验,弄清实验思路,掌握实验方法.

5.我国对物理学的重大贡献

我国是世界上文明发达最早的国家之一.在物理学的研究和应用上,我国有不少项目是走在世界前列的.这些成就,既是中华科学技术之瑰宝,也是整个人类的共同财富.

例如:在电学领域,我国宋代的沈括在其所著的《梦溪笔谈》中,通过雷电对金属和草木的不同作用效果,描述了导体和绝缘体的区别,比西方的格雷研究电的传导现象要早六个多世纪;12世纪末,我国宋代的金章宗制成了名副其实的避雷针,比富兰克林通过著名的“风筝实验”认识雷电的本质而发明避雷针,要早五个半世纪;我国西晋时代的张华在《博物志》一书中记载了两种摩擦起电现象(一种是梳头时梳子与头发摩擦起电,另一种则是脱衣、穿衣时外衣与不同质料的内衣摩擦起电,结果均有微弱的闪光和声响),是世界上最早记录摩擦起电现象的人.

再如,在磁学领域,我国战国时期成书的《管子》中就有磁石和磁性矿的最早记载,我国是最早发现磁现象的国家;指南针被列为我国古代的四大发明之一,其最初形式是公元前3世纪我国战国时期的“司南”,而到12世纪末13世纪初,指南针才从我国经阿拉伯传入欧洲;我国北宋杨惟德所著《茔原总录》中,有发现磁偏角的最早记载,比意大利的哥伦布在发现新大陆的海上探险途中观察到磁偏角,要早400多年;早在1044年以前,我国人民在实践中已发现了磁倾角的存在,并加以了利用,比德国的哈特曼发现磁倾角早了整整500年;我国清代初期的刘献廷已认识到磁屏蔽,他在《广阳杂记》中有世界上最早对磁屏蔽效应的论述.

另外,我国历史上在力学、热学和光学等领域也创造了诸多世界之最.

复习物理科学史,就要关注我国对物理学的重大贡献,激发爱国热情,弘扬民族精神.

当然,对物理科学史进行归类复习,并不能一味地死记硬背,而需将物理科学史与物理基础知识的复习紧密结合,将物理科学史渗透到物理基础知识的复习之中,以物理科学发展的历程引领物理知识的复习.需在物理科学史的复习中加深对物理知识的理解,以物理学家研究方法与经典物理实验过程的分析促成探究能力的提高,以我国对物理学的贡献史实激发自身的爱国情怀,方能取得良好的复习效果.

猜你喜欢
科学史物理实验
只因是物理
科学史上十大革命性理论
——博弈论
人类科学史上的重大发明
做个怪怪长实验
三脚插头上的物理知识
NO与NO2相互转化实验的改进
实践十号上的19项实验
我不是教物理的