
力学史心得体会
力学史心得体会 篇一:力学的发展历程 力学的发展历程 古代力学的发展 古代最早的物理学体系是亚里士多德系,物理学者这门学科的名称就是由亚里士多德创立的。
在亚里士多德的《物理学》中,主要讨论运动(及产生和消灭)、空间和时间以及事物变化的原因等物理世界的根本原理,应该说,亚里士多德是比较系统和深入研究运动及有关的时间、空间的第一人。
关于运动,亚里士多德认为,物体永远在运动变化,“运动是永恒的,不能在一个时候曾经存在,在另一个时候不存在”,这种运动永恒的观点具有唯物主义思想,包含辩证法的因素,至今仍是积极而有价值的。
对物理学的发展来说,亚里士多德初步提出以物质运动及其与时间、空间、周围物体的关系为研究对象,以形成一门独立的自然学科,重视对近身事物的具体观察,强调思维逻辑的作用,首先引用数学方法来考虑具体物理定律,从而引起众多的讨论与研究等。
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”。
阿基米德在力学上的贡献主要是严格地证明了杠杆定理和浮力定律。
这是从经验知识走向定律建立的重大飞跃。
阿基米德不仅是个理论家,也是个实践家,他一生热衷于将其科学发现应用于实践,一生创造发明了许多机构和机器。
经典力学的发展 伽利略对亚里士多德的运动理论进行检验和批判,成为经典力学的先驱,是近代实验物理学的奠基人,
对经典力学发展过程的感想
20世纪物理学发生了深刻的变化。
人过从“经典”或“牛顿”物理学跨入“近代”物理学,从而促进了物理学的发展。
如此说来,19世纪的物理学似乎是一个在“经典”和“近代”的“夹缝中求生存”的阶段。
19世纪的物理学究竟发展到了什么程度
它与“近代”物理学的产生和发展究竟有什么样的、多大的联系呢
《19世纪物理学概念的发展——能量,力和物质》([英]彼得·迈克尔·哈曼 著,龚少明 译 ,复旦大学出版社 出版)是《剑桥科学史》系列丛书中的一本。
作者哈恩教授简洁地为我们说明了19世纪物理学的理论框架,着重讲述了当时的物理学家在机械论基础上千方百计地建立他们的理论的过程。
虽然就我目前的物理学知识而言,对整本书的理解只能是一个大而化之的粗浅印象,可是,我觉得,当我们对两大物理学“支柱”虔诚地膜拜,耗尽心力的学习和研究其理论知识,钻研于其中的大量习题的同时,常识性地了解19世纪物理学——这一完善和孕育着两大物理学支柱的关键时期的知识,不仅必要,而且必须。
至少对我而言,感觉收益非浅。
整本书可以说是19世纪物理学的编年史。
全书的阐述是从19世纪上半叶物理学的范围如何进一步拓展入手,重点构架了19世纪的几个重大的概念问题——能量物理学和热力学的出现,发光以太和电磁以太的理论,场论的概念,分子物理学和统计热力学以及力学解释纲领的主导地位。
全书多的是较为平直枯燥的理论解释,很多涉及到了我们还未接触过的物理知识。
比如以太,分子物理学等等,可是总有一种意念使我坚持看完了此书。
因为真正吸引我的已经不止是这些理论、公式,更重要的是这些物理学家们在这个物理学从“经典”走向“近代”的过渡时期的思考的痕迹,我渴望了解:19世纪物理学概念究竟发展到了一个什么样的高度,贯穿与19世纪物理学的核心问题又到底是什么呢
19世纪的物理——物理与数学的完美结合起初在读这本书的时候,我常常惊奇地发现,为什么在这本物理学读物中,出现了这么多的耳熟能详的数学家的名字——这些名字是我们正在学习的高等数学书中的常客——拉普拉斯、傅里叶、拉格朗日……他们演算的一系列数学公式我们都要花上好长的时间才能消化领会其中的凤毛麟角,没想到他们还到物理学领域“插一脚”。
随着内容的深入,我的认识才逐渐丰满起来:19世纪,“物理学”这个术语的含义发生了新的重大变化。
尽管这个术语从传统意义上有时仍被用来泛指自然科学,但在19世纪的早期,“物理学”已以近代的更加专门的意义,用来表示采用数学方法和实验方法来研究力学、电学和光学的科学。
而当时的物理研究方法,也主要是采用定量描述,以寻求数学规律为普遍目标,以建立能量守恒定律为统一原理,以力学解释纲领作为物理理论的支柱。
[i]在19世纪的物理理论中,力学现象就是在数学基础上加以分析研究的。
可以说物理现象的数学处理在力学研究中达到了登峰造极的地步。
主要体现在下述四方面的进展。
它们为建立统一的物理学奠定了可靠的基础:1.P.S德.拉普拉斯(P.S.de Laplace)及其追随者,建立了一种既适用于力学又适用于热学和光学现象的关于粒子之间的力的普遍的数学理论。
尽管在1815-1825年的10年间,随着热学和光学的最新进展,这一理论已经被抛弃了,但是拉普拉斯的数学化和公式化对统一的物理世界观,乃至对以后物理学理论的发展都产生了深刻的影响。
2.1822年的约瑟夫.傅里叶(Joseph Fourier)关于热的数学理论的发表1,把原先只适用于力学问题的数学分析方法,应用到热学的研究之中。
在磨合这种概念上的传统差别及强调数学表述和物理表述的差别时,傅里叶的工作对建立统一的物理学产生了深远和广泛的影响。
正是在这种影响下,19世纪40年代,威廉.汤姆孙(William.Thomson)受到了其热理论和静电学理论两者数学类似的启发,一方面,研究出了热学定律和电学定律两者间的数学类似性和物理类似性,另一方面又探索了质点力学同流体力学及弹性力学之间的数学相似性。
汤姆孙通过这种物理比较方法,亦通过同一数学形式所反映不同现象之间的概念联系方法,加深了人们对物理现象的统一性的认识。
3.A.J.菲涅耳(A.J.Fresnel)关于光的波动说,假定光是依靠力学以太的振动实现传播的,因而光学又纳入到力学自然观的范畴之中了。
大约19世纪30年代,光的波动说已被普遍接受,物理学家试图寻找一种合乎逻辑的光学机械论,为此探索了多种多样的物理理论和数学理论。
光学以太的机械论又为力学解释提供了一个典型的普遍性事例。
4.19世纪40年代,能量守恒定律的建立又加强了物理学的统一性,使热、光、电、磁的现象都归并到力学原理框架之中。
赫尔曼.冯.亥姆霍兹(Hermann von Helmholtz)在1847年发表的一篇极有创意的论文中2,把这些现象表示为能量的不同形式,从而说明了力学、热学、光学、电学和磁学之间的关系。
他还强调指出,能量的概念是力学自然观的另一种表述方式,他所建立的能量守恒定律也是数学和力学的一个定理。
尽管有不少物理学家曾采取了各种尝试,试图从数学上解决一些问题并没有取得成功,可是,总的来说,19世纪物理发展是物理学和数学完美结合。
正是数学和物理学双管齐下的完美结合,才使的“物理学”的学科范围以及学科内容的协调性都极为美妙,物理学作为一门完整的学科,不仅外延和内涵有了进一步的补充和完善,而且已经达到了概念准确、逻辑统一的新阶段。
19世纪的物理学——力学世界观的衰落回顾19世纪的物理学,在1850年左右,当时物理学的最重大的根基已经明确了:物理现象都可以用一种统一的框架来解释,即以力学解释为原理的出发点,通过数学描述对物理现象作模拟并导出描述现象的数学方程式,再冠之以普遍的定律——能量守恒定律。
有了经典力学的支持,加之能量守恒定律的建立,人们对力和能量的认识已经达到了一个较高的高度。
可是,当物理学家们试图完善这种以力学为主体的物理体系,并期望依赖这种体系解释自然规律的时候,困难和矛盾出人意料的发生了。
一切的一切就好比W.汤姆孙在1900年的一次题为‘漂浮在热和光学的动力学上空的19世纪乌云’的演讲中所指出的:力学自然观面临着两大难题,一是不能解释地球穿过以太的运动机制;二是能量均分概念提不出分子模型的构造。
汤姆孙强调指出,正是这两朵‘乌云’妨碍他对物理现象提出力学模型。
但是由于这两大难题所涉及的范围比较广泛,留给物理学家围绕力学自然观的概念基础所能现象的空间也比较大。
其实我觉得传统的力学解释纲领在19世纪80年代和90年代就已引起了物理学家的多种多样的反响。
可是在解释过程中又不可避免的捉襟见肘或困难重重。
这似乎成了当时物理研究的瓶颈。
比如汤姆孙的以太模型3和波尔兹曼关于场论的演讲,都是尽量把物理现象的模型精雕细琢,千方百计的维护力学纲领。
波尔兹曼尽心尽力地对他的电磁场的力学模型的结构和运动做出了及其细致的描述;而汤姆孙指出,现象的力学模型结构如何是关系到对该现象易于理解的重要判据;但是与力学模型相关的概念困难已被深刻理解4。
赫兹也相信力学解释纲领,强调他的以太概念是建立在以太各局部之间由机械结构相连的模型之上的,但由于他把电磁学的形式同由力学模型小心的区别开来,这就促使他产生了电磁场不具有力学性质的观点。
在他的关于电子论的首次描述中,他把电磁场想像为动力学系统,可他最后还是放弃了与解析动力学相关的形式,朝着非力学原理范畴建立电子和电磁以太本体论的反方向前进,而他的电磁以太理论不是建立在力学纲领的基础上。
洛伦兹从自己的电磁学自然观出发,解释了地球通过以太的运动,这也是回避弹性以太的力学理论所面临的困难的一种表述方式。
围绕场论机制的争论于围绕热力学的争论如出一辙。
波尔兹曼竭尽全力要维护力学自然观地位不可动摇,用分子的统计原理建立起熵和不可逆性的概念后,又用力学自然观的本体论解释了热力学第二定律。
普朗克并没有完全否定机械论的本体论,但他试图以纯热力来解释熵。
总之,他们都希望把原子论的概念从物理理论的范畴中清除掉。
由于均分原理和以太模型结构等相关问题,也就是汤姆孙所谓的力学自然观上空的两朵‘乌云’的出现,围绕着物理学大厦基本框架的争论就越来越突出了。
无论是在关于力学纲领是否由电磁学本体论替换,还是关于使能量均分原理符合气体运动论,或者是在为熵寻求纯力学解释的过程中,种种失败都加快了力学纲领的衰亡。
这种消亡作为物理学理论演变的一个范例,深受对力学解释进行哲学批判者的支持.5我不想在这里讨论这种哲学批判,至少现在我们知道汤姆孙的两朵‘乌云’终于消散了,而且当然并不是通过他对力学物理机制的修正实现的。
在19世纪的下半叶,随着物理学探索者们的认识的不断深入,力学纲领的消亡促成了新的物理体系的萌芽,也完成了从依赖力学纲领的经典物理学到近代物理学的过渡。
19世纪的物理学——贯穿“经典”和“近代”的纽带这里,我只想站在一个物理学初学者的角度说说我对19世纪物理学发展的感性认识。
一直惊叹于由“经典物理学”和“近代物理学”所支撑构架的物理学的宏伟宫殿;一直以为,从“经典力学”到“近代物理学”之间的跨越是为数不多的几个物理天才的灵光一闪——一切好比牛顿的墓志铭上的描述:“Nature and Nature’s law lay hid in night.God said:‘Let Newton be.’and all was light.”6上帝创造了牛顿,又创造了这只落到牛顿头上的苹果,于是诞生了牛顿三大力学定律——天才爱因斯坦也是偶然的灵光一闪,拍脑袋想出了游离于“绝对空间”之外的“相对空间”,构造了一系列被人们奉为经典的时空观。
殊不知,当物理学与人类文明滚滚向前的车轮从18世纪驶来,又滚滚而去的这100年间,物理学观念、理论、概念发生了多么巨大的变化。
在这犹如沧海一粟般的100年里,物理学探索者们竟要在截然不同的思维中迂回穿梭,找到得以平衡的支点。
无论力学解释纲领所发挥的主导地位如何突出,也不管偶然求助“牛顿”理论的实际情况如何强烈,19世纪时,当把术语“牛顿的”应用到物理学中时,常被人误解了。
19世纪物理学概念涵义——能量守恒、物理场理论、电磁以太震荡和发光理论、熵的概念——都不可能再执意地表示为“牛顿”的了。
真理似乎成了谬误,而新的理论又好似飘忽于灯火阑珊处。
一切似乎都混沌了,茫茫然了无头绪。
网上讨论时,有同学有这样的疑问:如果有一天,物理学发展到以前的所有理论都必须推翻,那该怎么办
我们的回答都是乐观的、轻描淡写的“重头再来”等等,可试想一下,当时的物理学探索者们所面对的不就是与此类似的情况吗
—— 一些不寻常形式的物理学与长期以来被奉为真理的牛顿的自然观相饽,谁能体会其中的迷茫和惶惑
是因循守旧还是开拓创性
—— 一边是苦苦维系的传统准则,一边又是呼之欲出的新兴理念,谁能想象两种意念的碰撞和摩擦
是保留还是摈弃
—— 当新的思路开始锋芒毕露时,又有谁能想象这一过程中所必须经历的怀疑、挑剔、审视的眼睛
而为了维持这些萌芽的观点,又有谁能想象其间需要的大胆构想和缜密推论
……19世纪的物理发展,虽然没有能与“三大力学定律”或“相对论”等相提并论的理论的出现,但是,我觉得用“百花齐放、百家争鸣”来形容是不为过的。
因为,它犹如一个充满生机的襁褓,在去伪存真,总结完善“经典力学”体系的同时,又为新的,同样伟大的理论蓄势;它犹如一条贯穿与经典物理与近代物理的纽带,是物理学发展的重要而特殊的阶段。
16和17世纪,力学和天文学索取得的智力胜利,使人们对科学革命的历史留下了清晰的印象,但是也使人们对“经典”物理留下了坚如磐石的统一世界观的十分错误的印象;20世纪,爱因斯坦在相对论中抛弃了绝对时空观,量子力学中又否定了因果性和决定论;爱因斯坦和普朗克的工作——即相对论和量子论的发展,是对传统物理理论的一次重大突破,标志着20世纪初期物理学方向的重大变革。
一直以来,我们习惯上总是将目光关注于“经典力学”和“量子力学”这两根“擎天柱”所支撑的物理学殿堂,却并没有很好地意识到这两大支柱是由19世纪物理学所紧密维系的。
19世纪的物理学对于经典力学体系的发展和进一步完善以及量子力学和相对时空观的产生和兴起,无疑起到了承前启后,抛砖引玉,去伪存真的重要作用。
感谢哈恩教授,带领我们领略19世纪物理的发展史的同时,更让我体会到了深藏于科学探索者心中矢志不渝的科学精神。
力学史的经典力学
量子相干助力光合作用 光合作用是植物、藻类利用叶绿素和某些细菌利用其细胞本身,在可见光的照射下,将二氧化碳和水(细菌为硫化氢和水)转化为有机物,并释放出氧气(细菌释放氢气)的生化过程。
这个过程对于生物界的几乎所有生物来说都是至关重要、不可或缺的,因此,光合作用历来也是科学家们关注的焦点。
研究人员一直怀疑,在光合作用内发生着一些非同寻常的事情。
自从上世纪30年代开始,科学家们就已经认识到,这个过程必须由量子力学来描述。
量子力学认为,诸如电子等粒子常常表现出波一样的行动。
击中一个天线分子的光子会激起一波一波带能量的粒子——应激子,就像石头落入池塘会激起波纹一样。
这些应激子接着会从一个分子“旅行”到另一个分子,直到到达反应中心,但是,它们的“旅行”路径是由随机的、未受指导的跳跃组成还是其行动更富有组织性
很多现代科学家已经指出,这些应激子可能是相干的,它们的波纹会延展到多个分子那儿,然而,与此同时,它们也会保持同步并且互相加强。
科学家们因此得出了一个很简单的结论:相干量子波同时能以两种或多种状态存在,因此,具有相干性的应激子一次能以两种或多种路径穿越天线分子组成的“森林”。
事实上,它们能同时探测到多个可能的选择,并自动选择最有效的方式到达反应中心。
四年前,两个科研团队在美国加州大学伯克利分校的化学家格拉汉姆·弗莱明的领导下试图获得能支持这种假设的实验证据。
其中一个团队使用一系列极短的激光脉冲来探测绿色硫细菌的光合作用器官。
尽管科学家们不得不使用固态氮将样本冷却到77K(-196摄氏度),但激光中探测到的数据清晰地显示出了相干应激态存在的证据。
第二个团队以紫细菌为研究对象进行了同样的实验,并在180K(-93摄氏度)下操作时,发现了同样的量子相干性。
高中物理学史总结 按人物成就
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、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。
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、20世纪初建立的量子力学和爱因斯坦提出的狭义相对论表明经典力学不适用于微观粒子和高速运动物体。
5、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。
6、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。
7、17世纪,德国天文学家开普勒提出开普勒三大定律; 8、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; 9、1846年,英国剑桥大学学生亚当斯和法国天文学家勒维烈应用万有引力定律,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。
10、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; 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。
11、1957年10月,苏联发射第一颗人造地球卫星; 1961年4月,世界第一艘载人宇宙飞船“东方1号”带着尤里加加林第一次踏入太空。
二、电磁学 12、1785年法国物理学家库仑利用扭秤实验发现了电荷之间的相互作用规律——库仑定律,并测出了静电力常量k的值。
13、16世纪末,英国人吉伯第一个研究了摩擦是物体带电的现象。
18世纪中叶,美国人富兰克林提出了正、负电荷的概念。
1752年,富兰克林在费城通过风筝实验验证闪电是放电的一种形式,把天电与地电统一起来,并发明避雷针。
14、1913年,美国物理学家密立根通过油滴实验精确测定了元电荷e电荷量,获得诺贝尔奖。
15、1837年,英国物理学家法拉第最早引入了电场概念,并提出用电场线表示电场。
16、1826年德国物理学家欧姆(1787-1854)通过实验得出欧姆定律。
17、1911年,荷兰科学家昂纳斯发现大多数金属在温度降到某一值时,都会出现电阻突然降为零的现象——超导现象。
18、19世纪,焦耳和楞次先后各自独立发现电流通过导体时产生热效应的规律,即焦耳定律。
19、1820年,丹麦物理学家奥斯特发现电流可以使周围的小磁针发生偏转,称为电流磁效应。
20、法国物理学家安培发现两根通有同向电流的平行导线相吸,反向电流的平行导线则相斥,并总结出安培定则(右手螺旋定则)判断电流与磁场的相互关系和左手定则判断通电导线在磁场中受到磁场力的方向。
21、荷兰物理学家洛伦兹提出运动电荷产生了磁场和磁场对运动电荷有作用力(洛伦兹力)的观点。
22、汤姆生的学生阿斯顿设计的质谱仪可用来测量带电粒子的质量和分析同位素。
23、1932年,美国物理学家劳伦兹发明了回旋加速器能在实验室中产生大量的高能粒子。
(最大动能仅取决于磁场和D形盒直径,带电粒子圆周运动周期与高频电源的周期相同) 24、1831年英国物理学家法拉第发现了由磁场产生电流的条件和规律——电磁感应定律。
25、1834年,俄国物理学家楞次发表确定感应电流方向的定律——楞次定律。
26、1835年,美国科学家亨利发现自感现象(因电流变化而在电路本身引起感应电动势的现象),日光灯的工作原理即为其应用之一。
三、热学 27、1827年,英国植物学家布朗发现悬浮在水中的花粉微粒不停地做无规则运动的现象——布朗运动。
28、1850年,克劳修斯提出热力学第二定律的定性表述:不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响,称为克劳修斯表述。
次年开尔文提出另一种表述:不可能从单一热源取热,使之完全变为有用的功而不产生其他影响,称为开尔文表述。
29、1848年 开尔文提出热力学温标,指出绝对零度是温度的下限。
30、19世纪中叶,由德国医生迈尔、英国物理学家焦尔、德国学者亥姆霍兹最后确定能量守恒定律。
21、1642年,科学家托里拆利提出大气会产生压强,并测定了大气压强的值。
四年后,帕斯卡的研究表明,大气压随高度增加而减小。
1654年,为了证实大气压的存在,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。
四、波动学 22、17世纪,荷兰物理学家惠更斯确定了单摆周期公式。
周期是2s的单摆叫秒摆。
23、1690年,荷兰物理学家惠更斯提出了机械波的波动现象规律——惠更斯原理。
24、奥地利物理学家多普勒(1803-1853)首先发现由于波源和观察者之间有相对运动,使观察者感到频率发生变化的现象——多普勒效应。
五、光学 25、1621年,荷兰数学家斯涅耳找到了入射角与折射角之间的规律——折射定律。
26、1801年,英国物理学家托马斯•杨成功地观察到了光的干涉现象。
27、1818年,法国科学家菲涅尔和泊松计算并实验观察到光的圆板衍射——泊松亮斑。
28、1864年,英国物理学家麦克斯韦发表《电磁场的动力学理论》的论文,提出了电磁场理论,预言了电磁波的存在,指出光是一种电磁波,为光的电磁理论奠定了基础。
29、1887年,德国物理学家赫兹用实验证实了电磁波的存在,并测定了电磁波的传播速度等于光速。
30、1894年,意大利马可尼和俄国波波夫分别发明了无线电报,揭开无线电通信的新篇章。
31、1800年,英国物理学家赫歇耳发现红外线; 1801年,德国物理学家里特发现紫外线; 1895年,德国物理学家伦琴发现X射线(伦琴射线),并为他夫人的手拍下世界上第一张X射线的人体照片。
32、激光——被誉为20世纪的“世纪之光”。
六、波粒二象性 33、1900年,德国物理学家普朗克为解释物体热辐射规律提出能量子假说:物质发射或吸收能量时,能量不是连续的(电磁波的发射和吸收不是连续的),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E=hν,把物理学带进了量子世界; 受其启发1905年爱因斯坦提出光子说,成功地解释了光电效应规律,因此获得诺贝尔物理奖。
34、1922年,美国物理学家康普顿在研究石墨中的电子对X射线的散射时——康普顿效应,证实了光的粒子性。
35、1913年,丹麦物理学家玻尔提出了自己的原子结构假说,最先得出氢原子能级表达式,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。
36、1885年,瑞士的中学数学教师巴耳末总结了氢原子光谱的波长规律——巴耳末系。
37、1924年,法国物理学家德布罗意大胆预言了实物粒子在一定条件下会表现出波动性; 1927年美、英两国物理学家得到了电子束在金属晶体上的衍射图案。
电子显微镜与光学显微镜相比,衍射现象影响小很多,大大地提高了分辨能力,质子显微镜的分辨本能更高。
七、相对论 38、物理学晴朗天空上的两朵乌云:①迈克逊-莫雷实验——相对论(高速运动世界), ②热辐射实验——量子论(微观世界); 39、19世纪和20世纪之交,物理学的三大发现:X射线的发现,电子的发现,放射性的发现。
40、1905年,爱因斯坦提出了狭义相对论,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。
41、爱因斯坦还提出了相对论中的一个重要结论——质能方程式:E=mc2。
八、原子物理学 42、1858年,德国科学家普吕克尔发现了一种奇妙的射线——阴极射线(高速运动的电子流)。
43、1897年,汤姆生利用阴极射线管发现了电子,指出阴极射线是高速运动的电子流。
说明原子可分,有复杂内部结构,并提出原子的枣糕模型。
1906年,获得诺贝尔物理学奖。
44、1909-1911年,英国物理学家卢瑟福和助手们进行了α粒子散射实验,并提出了原子的核式结构模型。
由实验结果估计原子核直径数量级为10 -15 m 。
45、1896年,法国物理学家贝克勒尔发现天然放射现象,说明原子核有复杂的内部结构。
天然放射现象:有两种衰变(α、β),三种射线(α、β、γ),其中γ射线是衰变后新核处于激发态,向低能级跃迁时辐射出的。
衰变快慢与原子所处的物理和化学状态无关。
46、1919年,卢瑟福用α粒子轰击氮核,第一次实现了原子核的人工转变,发现了质子, 并预言原子核内还有另一种粒子——中子。
47、1932年,卢瑟福学生查德威克于在α粒子轰击铍核时发现中子,获得诺贝尔物理奖。
48、1934年,约里奥-居里夫妇用α粒子轰击铝箔时,发现了正电子和人工放射性同位素。
49、1896年,在贝克勒尔的建议下,玛丽-居里夫妇发现了两种放射性更强的新元素——钋(Po)镭(Ra)。
50、1939年12月,德国物理学家哈恩和助手斯特拉斯曼用中子轰击铀核时,铀核发生裂变。
51、1942年,在费米、西拉德等人领导下,美国建成第一个裂变反应堆(由浓缩铀棒、控制棒、减速剂、水泥防护层等组成)。
52、1952年美国爆炸了世界上第一颗氢弹(聚变反应、热核反应)。
人工控制核聚变的一个可能途径是:利用强激光产生的高压照射小颗粒核燃料。
53、粒子分三大类:媒介子-传递各种相互作用的粒子,如:光子; 轻子-不参与强相互作用的粒子,如:电子、中微子; 强子-参与强相互作用的粒子,如:重子(质子、中子、超子)和介子。
54、1964年盖尔曼提出了夸克模型,认为介子是由夸克和反夸克所组成,重子是由三个夸克组成。
网上摘的,不是安人物成就,不过很全。
关于经典力学的论文
经典与时代的批判 ----------经典力学的成就与局限性 摘要:论述经典力学的成就,批判经典力学的绝对时间、绝对空间、引力本质、质量不变等观点,说明其应用范围及其与经典物理学的矛盾。
关键词:空间 时间 引力的本质 质量 速度 能量 矛盾 一、经典力学的成就 经典力学的理论体系是以牛顿运动三定律为基础的。
牛顿系统地总结了伽利略、开普勒和惠更斯等人的工作,得到了和牛顿运动三定律,于 1687年出版了。
这是牛顿的一部代表作,也是力学的一部经典著作。
牛顿在这部书中,从力学的基本概念(质量、动量、惯性、力等)和基本定律(运动三定律)出发,运用他所发明的微积分这一锐利的数学工具,建立了经典力学的完整而严密的体系,把天体力学和地面上的物体的力学统一起来,这是物理学史上第一次大的综合。
所以,牛顿的的出版,标志着经典力学体系的建立。
这对科学发展的进程以及后代科学家们的思维方式产生了极其深刻的影响。
牛顿力学的建立标志着近代理论自然科学的诞生,并成为其他各门自然科学的典范。
二、经典力学的局限性 创造历史的人们总是不可避免地要受到历史的制约,牛顿当然也不例外。
由于受到时代的局限,牛顿创立的经典力学的基本概念和基本原理存在着固有的局限性,主要表现在以下几个方面: 第一,引入了绝对时间、绝对空间等基本概念。
按照牛顿的说法,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、与任何其他外界事物无关地流逝着。
绝对空间就其本性而言,是与任何外界事物无关而永远是相同的和不动的。
绝对运动是一个物体从某一绝对的处所向另一绝对的处所的移动。
莱布尼兹、贝克莱、马赫等先后都对绝对空间、时间观念提出过有价值的异议,指出过,没有证据能表明牛顿绝对空间的存在。
推广了上述的相对性原理,提出狭义相对论。
在狭义相对论中,长度和时间间隔也变成相对量,运动的尺相对于静止的尺变短,运动的钟相对于静止的钟变慢。
在广义相对论中,时空的性质不是与物体运动无关的:一方面,物体运动的性质要决定于用怎样的空间时间参照系来描写它另一方面时空的性质也决定于物体及其运动本身。
量子论的发展,对时间概念提出了更根本的问题。
量子论的结论之一就是:对于一个体系在过去可能存在于什么状态的判断结果,要决定于在现今的测量中做怎样的选择。
这种现在与过去之间的相互关系,是与因果顺序概念十分不同的,暗含于时间概念中的因果序列要求过去的存在应是不依赖现在的。
因此,用时间来描述事件发生的顺序,可能并不总是合用的。
空间与时间是事物之间的一种次序,但并不一定是最基本的次序,它可能是更基本的次序的一种近似。
第二,牛顿虽然对引力的本质持审慎态度,但最终还是对它作了抽象的、纯粹数学形式的概括,把它实际看作是一种直接的、即时传递的超距作用力。
的广义相对论对万有引力做出一种解释,就是时空本身是有弹性的,可以弯曲、伸展。
当一个有质量的物体置于某一空间时,空间就会弯曲变形,质量越大,空间弯曲变形就越严重。
那么,空间为什么会在有质量的物体周围弯曲呢
也没能给出答案。
所以,爱因斯坦的弯曲空间理论也没有说明引力的本质是什么。
量子力学关于电荷间的电磁力和强子间的的传递原理的解释也没有说明引力的本质是什么。
认为引力是通过引力场或引力子来传递的观点也未得到肯定,因为,至今科学家也没有找到传递万有引力作用的引力子。
第三、 在经典力学中物体的质量是恒定不变的,它与物体的速度或能量无关。
在相对论中质量这一概念的外延就被大大地扩展了。
.爱因斯坦著名的质能方程使到原来在经典力学中彼此独立的质量守恒和能量守恒定律结合起来,成了统一的“质能守恒定律”,它充分反映了物质和运动的统一性。
质能方程说明,质量和能量是不可分割而联系着的.一方面,任何物质系统既可用质量m来标志它的数量,也可用能量E来标志它的数量;另一方面,一个系统的能量减少时,其质量也相应减少,另一个系统接受而增加了能量时,其质量也相应地增加. 爱因斯坦从力学的观点出发,考虑两个球体的弹性碰撞,利用动量守恒定理和相对论速度相加定理能够导出著名的质速度公式 该式说明,物体的质量不再是与其运动状态无关的量,它依赖于物体的运动速度。
运动物体速度为v时的质量为 ,式中m0为物体的静质量,当物体的速度趋于光速时,物体的质量趋于无穷大。
第四,经典力学定律只适用于宏观低速世界,对于可与光速相比的高速情况和的适用问题,当时没有涉及也不可能涉及。
第五,经典物理学与经典力学的潜在矛盾 在经典物理学中,最难使人满意之处恐怕莫过于对光的描述了。
如果微粒说是正确的,那么人们不禁要问,当光被吸收的时候,组成光的粒子变成了什么呢
而且为了既表示可称量物质又表示光,必须在讨论中引入不同的实体,这无论如何也不能使人心安理得。
同样,纳入力学框架中的光的波动论也难以自圆其说。
按照波动论,光被解释为充满宇宙空间的以太的振动。
由于光是横波,因此以太必须具有承受切应力而不承受压应力的能力,又由于以太对可称量物质并不产生可观察到的阻力,它又必须具有极小的密度。
为此,人们绞尽脑汁,臆想出种种以太模型。
这种无所不能、无奇不有的以太反倒使人如堕五里雾中。
经典力学的基本概念和基本原理在热力学中也遇到了一些麻烦。
1865年,克劳修斯确立了,该定律揭示出与热现象有关的物理过程具有不可逆性。
在经典力学中,从来也未发现类似的情况,力学过程的可逆性是由普遍的力学原理做保证的。
可是也是普遍成立的,因此,这个矛盾是无法用力学的基本观念予以解释的。
三、总结 牛顿用自己毕生的精力,建起了一座科学丰碑,他的研究推动了人类文明的进程,它在宏观物理学的各方面所取得的成就就是极其广泛和辉煌的。
然而创造历史的人们总是不可避免地要受到历史的制约,牛顿当然也不例外。
由于受到时代的局限,牛顿在否定以来有关错误论述和含糊概念、创立牛顿力学的同时,也在其中隐含了自我否定的潜在因素。
诚如恩格斯所说的:“凡在人类历史领域中是现实的,随着时间的推移,都会成为不合理的;因而按其本性来说已经是不合理的,一开始就包含着不合理性”。
(第四卷) 由于牛顿尽力把他的体系表现为由经验必然性所决定的,特别是由于经典力学在实践上的巨大成就,足以阻碍后人去思考那些基本概念和基本原理的先验特征,以至于在相当长的时期内,无论谁也没有想到,整个物理学的基础可能需要从根本上加以改造。
事实上,物理学在每一个历史时期都有它自己的基本概念和基本原理,而继后的时期人们又往往夸大它们的作用,不适当地把它们误用到其所能及的范围之外。
为了消除这种误用,每—个历史时期都需要一种新的启蒙,正是这种永不止息的启蒙精神,才使科学不致变为僵化的教条。
参考文献: [1]经典场论 张启仁著 北京:,2003 [2]量子力学 井孝功著 哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2004 [3]空间:从相对论到M理论的历史 关洪著 北京:清华大学出版社,2004 [4]时间 保罗•贝内特著;苏福忠译 上海:上海人民美术出版社,2003 [5]狭义相对论 G.司蒂文逊;C.W.凯尔密司特 上海:上海科学技术出版社,1963 [6]相对论导引 赵展岳著 北京:清华大学出版社,2002 [7]热力学 王竹溪著 北京:北京大学出版社,2005 [8]物理学史 郭奕玲,沈慧君编著 北京:清华大学出版社,1993 [9]大学物理.下 钟江帆主编 北京:高等教育出版社,2004
求数学发展史研究性学习报告的总结
王见授对发展世界数学作出了围的原创工作 1983年王见定在世界上首次提出半函数理论,1988年又首次提出并系统建立了共轭解析函数理论;并将这两项理论成功地应用于电场.磁场.流体力学.弹性力学等领域。
此两项理论受到众多专家.学者的引用和发展,并由此引发双解析函数.复调和函数.多解析函数(k阶解析函数).半双解析函数.半共轭解析函数以及相应的边值问题.微分方程.积分方程等一系列新的数学分支的产生,而且这种发展势头强劲有力,不可阻挡。
这是中国学者对发展世界数学作出的前所末有的大范围的原创工作。
参考资料: 1.中国专家技术网. 2.半解析函数、共轭解析函数. 北京工业大学出版社 1988 3 .数学家 百度百科. 4 .数学家 搜搜百科. 5 .数学家 互动百科. 6 .数学家 名人资料网. 7 .部分数学家简介 百度文库. 8 .部分数学家简介 豆丁网. 解读:半解析函数.共轭解析函数理论; 微积分是解析函数的特例,解析函数是半解析函数的特例;共轭解析函数和解析函数是姐妹篇,在应用上共轭解析函数比解析函数更直观。
共轭作为一个符号早年早有,但作为一个“共轭解析函数类”,王见定教授世界首次提出。
任何一个学过复变函数的人都知道,复变函数的求导.积分都是仿实变函数的求导.积分形式推导出来的。
解析函数之所以有价值,就在于它在电场.磁场.流体力学.弹性力学等方面的应用。
但仔细考查,以上的应用都是共轭解析函数的直接应用,而非解析函数。
共轭导数.共轭积分都有明确的物理.力学上直接含义(而解析函数没有)。
仅这一点王见定教授使西方数学大家示弱。
共轭解析函数是和解析函数完全对称的一类函数,这使得复变函数变得完美,众人皆知对称是科学的一个普遍的美。
再者由于有了共轭解析函数类的提出,解析函数与共轭解析函数的不同组合才形成了复调和函数.双解析函数.多解析函数...及相应的微分方程.积分方程等一系列新的数学分支的产生。
这是王见定教授对世界数学作出的巨大贡献。
牛顿,伽利略对经典力学贡献
在物理学方面,牛顿取得了力学、热学、光学等多方面的巨大成就。
牛顿是经典力学理论的开创者。
他在伽利略等人工作的基础上,进行了深入研究,经过大量的实验,总结出了运动三定律,创立了经典力学体系。
牛顿所研究的机械运动规律,首先是建立在绝对时空观基础之上的。
绝对化的时间和绝对化的空间是指不受物体运动状态影响的时间和空间。
在两个匀速运动状态下的观察者,对机械运动具有相同的测量结果。
在高速运动状态下,这种时空观已不能采用,这时(运动速度与光速可以比拟),牛顿力学将被相对论力学所代替。
在微观情况下,由于粒子的波动性已明显表现出来,牛顿力学将被量子力学所代替。
牛顿在力学方面另一巨大贡献是在开普勒等人工作的基础上,发现了万有引力定律。
牛顿认为:太阳吸引行星,行星吸引卫星,以及吸引地面上一切物体的力都是具有相同性质的力。
牛顿用微积分证明了,任何一曲线运动的质点,如果半径指向静止或匀速直线运动的点,且绕次点扫过与时间成正比的面积,则此质点必受指向该点的向心力的作用,如果环绕的周期之平方与半径的立方成正比,则向心力与半径的平方成反比。
牛顿还在力学发展中,首先确定了一系列的基本概念,如质量、动量、惯性和力等。
经过牛顿的工作,力学已形成了严密、完整、系统的科学体系。
在力学上,伽利略是第一个把实验引进力学的科学家,他利用实验和数学相结合的方法确定了一些重要的力学定律。
1582年前后,他经过长久的实验观察和数学推算,得到了摆的等时性定律。
接着在1585年因家庭经济困难辍学。
离开比萨大学期间,他深入研究古希腊学者欧几里得、阿基米德等人的著作。
他根据杠杆原理和浮力原理写出了第一篇题为《天平》的论文。
不久又写了论文《论重力》,第一次揭示了重力和重心的实质并给出准确的数学表达式,因此声名大振。
与此同时,他对亚里士多德的许多观点提出质疑。
----在1589~1591年间,伽利略对落体运动作了细致的观察。
从实验和理论上否定了统治千余年的亚里士多德关于“落体运动法则”确立了正确的“自由落体定律”,即在忽略空气阻力条件下,重量不同的球在下落时同时落地,下落的速度与重量无关。
根据伽利略晚年的学生V.维维亚尼的记载,落体实验是在比萨斜塔上公开进行的,但在伽利略的著作中并未明确说明实验是在比萨斜塔上进行的。
因此近年来对此存在争议。
----伽利略对运动基本概念,包括重心、速度、加速度等都作了详尽研究并给出了严格的数学表达式。
尤其是加速度概念的提出,在力学史上是一个里程碑。
有了加速度的概念,力学中的动力学部分才能建立在科学基础之上,而在伽利略之前,只有静力学部分有定量的描述。
伽利略曾非正式地提出过惯性定律(见牛顿运动定律)和外力作用下物体的运动规律,这为牛顿正式提出运动第一、第二定律奠定了基础。
在经典力学的创立上,伽利略可说是牛顿的先驱。
----伽利略还提出过合力定律,抛射体运动规律,并确立了伽利略相对性原理。
----伽利略在力学方面的贡献是多方面的。
这在他晚年写出的力学著作《关于两门新科学的谈话和数学证明》中有详细的描述。
在这本不朽著作中,除动力学外,还有不少关于材料力学的内容。
例如,他阐述了关于梁的弯曲试验和理论分析,正确地断定梁的抗弯能力和几何尺寸的力学相似关系。
他指出,对长度相似的圆柱形梁,抗弯力矩和半径立方成比例。
他还分析过受集中载荷的简支梁,正确指出最大弯矩在载荷下,且与它到两支点的距离之积成比例。
伽利略还对梁弯曲理论用于实践所应注意的问题进行了分析,指出工程结构的尺寸不能过大,因为它们会在自身重量作用下发生破坏。
他根据实验得出,动物形体尺寸减小时,躯体的强度并不按比例减小。
他说:“一只小狗也许可以在它背上驮两三只同样大小的狗,但我相信一匹马也许连一匹和它同样大小的马也驮不起。
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