中国古代的物理学史研究性论文

物理学是研究物质运动和相互作用的规律的科学，是除数学外最基本的一门学科。 物理运动是自然界最普遍的一种现象。 因此物理学研究的对象和内容就是宇宙间各种物质的性质、存在状态、各种物理运动形式及其转化现象、物质的内部结构及这些内部结构的组成部分，物理领域的各种基本相互作用及其规律。由于一切物理现象都在时间、空间中表现出来和发生运动和转化，所以物理学也要研究时间和空间的性质、联系等。 进行物理学研究，首先是观察各种客观物理现象；或是进行试验，通过变革研究对象以观察因而产生的运动和转化状况中，找出规律；再从许多表象性的规律中，揭示基本规律，建立较为系统的理论。 物理学研究除了要依靠好的科学方法外，还要取决于认知工具。工具越先进，研究效率越高，成果越显著。 物理学在发展过程中形成了一套完整的科学方法，它对其他学科的研究，乃至哲学发展，都有重要意义. 物理学发展史(从1638年至1962年) 公元1638年，意大利科学家伽利略的《两种新科学》一书出版，书内载有斜面实验的详细描述。伽利略的动力学研究与1609～1618年间德国科学家开普勒根据天文观测总结所得开普勒三定律，同为牛顿力学的基础。 公元1643年，意大利科学家托利拆利作大气压实验，发明水银气压计。 公元1646年，法国科学家帕斯卡实验验证大气压的存在。 公元1654年，德国科学家格里开发明抽气泵，获得真空。 公元1662年，英国科学家波义耳实验发现波义耳定律。十四年后，法国科学家马里奥特也独立的发现此定律。 公元1663年，格里开作马德堡半球实验。 公元1666年，英国科学家牛顿用三棱镜作色散实验。 公元1669年，巴塞林那斯发现光经过方解石有双折射的现象。 公元1675年，牛顿作牛顿环实验，这是一种光的干涉现象，但牛顿仍用光的微粒说解释。 公元1752年，美国科学家富兰克林作风筝实验，引雷电到地面。 公元1767年，美国科学家普列斯特勒根据富兰克林导体内不存在静电荷的实验，推得静电力的平方反比定律。 公元1780年，意大利科学家加伐尼发现蛙腿筋肉收缩现象，认为是动物电所致。不过直到1791年他才发表这方面的论文。 公元1785年，法国科学家库仑用他自己发明的扭秤，从实验得静电力的平方反比定律。在这以前，英国科学家米切尔已有过类似设计，并于1750年提出磁力的平方反比定律。 公元1787年，法国科学家查理发现了气体膨胀的查理-盖·吕萨克定律。盖·吕萨克的研究发表于1802年。 公元1792年，伏打研究加伐尼现象，认为是两种金属接触所致。 公元1798年，英国科学家卡文迪许用扭秤实验测定万有引力常数G。 公元1798年，美国科学家伦福德发表他的摩擦生热的实验，这些实验事实是反对热质说的重要依据。 公元1799年，英国科学家戴维做真空中的摩擦实验，以证明热是物体微粒的振动所致。 公元1800年，英国科学家赫休尔从太阳光谱的辐射热效应发现红外线。 公元1801年，德国科学家里特尔从太阳光谱的化学作用，发现紫外线。 公元1801年，英国科学家托马斯·杨用干涉法测光波波长。 公元1802年，英国科学家沃拉斯顿发现太阳光谱中有暗线。 公元1808年，法国科学家马吕斯发现光的偏振现象。 公元1811年，英国科学家布儒斯特发现偏振光的布儒斯特定律。 公元1815年，德国科学家夫琅和费开始用分光镜研究太阳光语中的暗线。 公元1819年，法国科学家杜隆与珀替发现克原子固体比热是一常数，约为6卡/度·克原子，称杜隆·珀替定律。 公元1820年，丹麦科学家奥斯特发现导线通电产生磁效应。 公元1820年，法国科学家毕奥和沙伐由实验归纳出电流元的磁场定律。 公元1820年，法国科学家安培由实验发现电流之间的相互作用力，1822年进一步研究电流之间的相互作用，提出安培作用力定律。 公元1821年，爱沙尼亚科学家塞贝克发现温差电效应(塞贝克效应)。 公元1827年，英国科学家布朗发现悬浮在液体中的细微颗粒作不断地杂乱无章运动，是分子运动论的有力证据。 公元1830年，诺比利发明温差电堆。 公元1831年，法拉第发现电磁感应现象。 公元1834年，法国科学家珀耳帖发现电流可以致冷的珀耳帖效应。 公元1835年，美国科学家亨利发现自感，1842年发现电振荡放电。 公元1840年，英国科学家焦耳从电流的热效应发现所产生的热量与电流的平方、电阻及时间成正比，称焦耳-楞茨定律(楞茨也独立地发现了这一定律)。其后，焦耳先后于1843，1845，1847，1849直至1878年测量热功当量，历经四十年，共进行四百多次实验。 公元1842年，法国科学家勒诺尔从实验测定实际气体的性质，发现与波义耳定律及盖·吕萨克定律有偏离。 公元1843年，法拉第从实验证明电荷守恒定律。 公元1845年，法拉第发现强磁场使光的偏振面旋转，称法拉第效应。 公元1849年，法国科学家斐索首次在地面上测光速。 公元1851年，法国科学家傅科做傅科摆实验，证明地球自转。 公元1852年，英国科学家焦耳与威廉·汤姆逊发现气体焦耳－汤姆逊效应(气体通过狭窄通道后突然膨胀引起温度变化)。 公元1858年，德国科学家普吕克尔在放电管中发现阴极射线。 公元1859年，德国科学家基尔霍夫开创光谱分析，其后通过光谱分析发现铯、铷等新元素，他还发现发射光谱和吸收光谱之间的联系，建立了辐射定律。 公元1866年，德国科学家昆特做昆特管实验，用以测量气体或固体中的声速。 公元1869年，德国科学家希托夫用磁场使阴极射线偏转。 公元1871年，英国科学家瓦尔莱发现阴极射线带负电。 公元1875年，英国科学家克尔发现在强电场的作用下，某些各向同性的透明介质会变为各向异性，从而使光产生双折射现象，称克尔电光效应。 公元1876年，德国科学家哥尔德茨坦开始大量研究阳极射线的实验，导致极坠射线的发现。 公元1879年，英国科学家克鲁克斯开始一系列实验，研究阴极射线。 公元1879年，奥地利科学家斯忒藩发现黑体辐射经验公式。 公元1879年，美国科学家霍尔发现电流通过金属时，在磁场作用下产生横向电动势的霍尔效应。 公元1880年，法国科学家居里兄弟发现晶体的压电效应。 公元1881年，美国科学家迈克耳逊首次做以太漂移实验，得到零结果。由此产生迈克耳逊干涉仪，灵敏度极高。 公元1885年，迈克耳逊与莫雷合作改进斐索流水中光速的测量。 公元1887年，迈克耳逊与莫雷再次做以太漂移实验，又得零结果。 公元1887年，德国科学家赫兹作电磁波实验，证实了英国科学家麦克斯韦的电磁场理论。同时，赫兹发现光电效应。 公元1890年，匈牙利科学家厄沃作实验证明惯性质量与引力质量相等。 公元1893年，德国科学家勒纳德研究阴极射线时，在射线管上装一薄铝窗，使阴极射线从管内穿出进入空气，射程约l厘米，人称勒纳德射线。 公元1895年，P．居里发现居里点和居里定律。 公元1895年，德国科学家伦琴发现x射线。 公元1896年，法国科学家贝克勒尔发现放射性。

高中物理教学中引入物理学史初探刘志男高中物理课程标准中明确提出,高中物理教学旨在进一步提高学生的科学素养,从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个方面培养学生,使学生通过高中物理的学习逐步养成科学方法、科学态度、科学思维习惯、科学世界观,引导学生认识科学和技术的差别、科学技术对社会的影响、技术对环境的影响,强调认识和领悟科学的本质、科学与人文的关系,培养学生的社会责任感等。物理学史集中体现了人类探索和逐步认识物理世界的现象、特性、规律和本质的历程。任何一个具体的物理知识和理论体系都是汇集许多人的研究成果而建立起来的,常常是几十年、甚至上百年的努力才能迈出有意义的一步,它包含着认识论和方####的因素,包含着探索者的艰辛与悲欢,又体现着认识过程中理论与实践、继承与突破、理性与非理性的辨证统一,因而也包含着丰富的“教书育人”的教育因素,因此,在高中物理教学中引入物理学史教育具有非常重要的意义。一、有助于培养良好的物理学习品质英国哲学家培根在四百多年前提出了一句“知识就是力量”的名言,近代自然科学已经一步步向世人显示了这句名言的真理性。这位哲人还提出一句关于知识的名言:“读史使人明智。”只有当学生对学习的知识有了兴趣,才能表现出学习的自觉性、主动性,才能在学习中发扬开拓和探索精神,以顽强毅力去克服学习中遇到的困难。这就要求我们在教学中,不仅要把日常生活、生产劳动中发生的现象、问题与教材紧密联系起来,使学生认识到学习的现实意义。还须把历史引入教学中。把科学理论的建立,科学发现的过程,科技发明对人类社会发展的贡献用生动事例展示给学生。并通过了解物理学家的生平、各学派间的争端以及尚未解开的物理课题来激发学生学习物理的兴趣,让学生从中学习到物理学家严谨的科学态度和科学的思维方法,不断提高自身科学素质、养成良好的学习习惯,变被动学习为主动获取知识。例如,牛顿是举世公认的伟大科学家,在高一一开始以专题讲座的形式,介绍牛顿的生平及其科学研究历程,从而消除了科学研究的神秘感,拉近了科学家与学生的距离,激励他们把对科学家的崇拜转化为刻苦学习的动力。因此,物理学史能告诉学生物理学思想的逻辑行程和历史行程,让学生理解物理学的本身。只有了解了物理学家探索物理世界所具有的科学思想、科学品质和科学精神,并像他们那样去对待自己的工作、生活、科研,形成科学的情感、态度和价值观,才算真正懂得了物理学知识。同时,通过对物理学史的回顾,使学生消除对已有物理知识来源的神秘感,了解科学技术发展的过程,懂得任何一个定律的发现和理论的建立既与社会生产力密切相关也受到物理学发展内在规律的制约,任何一部分物理知识的获得都离不开实验,可靠的、精确的、可重复的实验是物理学中决定一切的基础。因此,了解物理学史可提高人们进行科学创造的自信心和自觉性,这对于培养学生实事求是的科学态度和创造力有着十分重要的意义。同时,物理学史中有许多科学家为真理献身的动人事迹,如伽利略为宣传哥白尼的日心说而被教会终身监禁,利赫曼为引雷电而捐躯,居里夫人为研制放射性而作出了巨大的牺牲,法拉第舍弃荣华富贵,几次拒绝接受封爵而甘“平民法拉第”,亚里士多德富有批判和怀疑精神等。这些科学家不畏艰险,不惜生命,不慕利禄,不怕权威,追求真理的高尚品质,有利于培养学生实事求是的科学态度、献身科学的探索精神,为以后的学习和研究打下良好的基础。二、有助于对物理知识的理解和把握根据教材编排特点,分单元讲解、分析发展史不仅有助于学生了解各概念、定理、定律的来龙去脉和科学知识的运动过程,而且有助于学生按规有的形式和体系来理解和把握物理知识,从而逐步掌握正确的科学思维方法。例如关于惯性概念,调查发现有些学生虽然能将其定义倒背如流,但仍不能掌握它,用它来分析解释生活中有关惯性的现象和问题。倘若我们从这一概念产生的历史出发,从亚里士多德的“强迫运动定律”、到伽利略的“理想斜面实验”,再到笛卡儿的“惯性原理”、最后到牛顿的“第一运动定律”,在回顾惯性概念的形成过程中,使学生头脑中的观念不知不觉地发生改变,从而纠正原有思维中的错误。这比直接从现象和概念出发不但要生动得多,而且印象也深刻的多。三、有助于弥补传统物理教学的人文缺陷我国是世界四大文明古国之一,在物理学的理论和实践有着辉煌的成就。例如,在理论著作方面,《墨经》中对力学、光学的论述;《天工开物》中关于简单机械的记述;《梦溪笔谈》对磁角的论述,《论衡》中关于简单电现象的记述《考工记》中关于工程技术,声音传播的记载等在当时都是遥遥领先于世界各国,就是在今天仍有参考价值。在实用技术方法,更是举不胜举。指南针、地球仪、浑天仪、船闸、石拱桥、火箭等,都是我国最早发明的。教学中结合教材内容,介绍我国在物理学方面对世界的杰出贡献,可以使学生了解祖国古代灿烂文化,激发他们的民族自尊心和自豪感。物理学发展的历史表明:物理学的发展与人类哲学理论的发展有着极为特殊的密切关系,中学物理教学内容中,概念、定理、定律充满了辩证唯物主义内容。在教学中,有意识地用辩证唯物主义观点去分析物理学发展历史,阐明概念、规律。结合物理学特点,进行物质第一性、物质的运动性和对立统一、量变与质变、否定之否定规律的教育,可以使学生从中领会其中所包含的辩证唯物主义观点。例如介绍爱因斯坦的相对论时,我们就可以把“新生事物不可战胜”这一哲学观点渗透进去,讲到万有引力定律时可将“物质是普遍联系的”这一哲学观点渗透进去。

物理学发展史(一)什么是物理学史？ 物理学史是研究物理学产生和发展规律的科学，它也是研究物理学的知识、理论和方法的发生与发展规律的历史科学．一、学习物理学史的目的和意义1. 加深对概念和理论的理解，启迪科学新思想的萌发和产生。随着人类社会的发展，物理学研究的内容和范围也不断扩大和深化。在古代，物理学只是自然哲学的一部分，16世纪以后才从哲学中分离出来。以后又逐步建立了力学、热学、电磁学、光学、相对论、量子力学、粒子物理等分支学科。2. 物理学史可以使我们认识到“科学是最高意义上的革命力量”，它推动了社会的发展。物理学史是科学发展史，而科学是人类发展的核心部分。每次物理学上的重大突破，都会对人类社会发展产生重大影响，产生震撼人心的冲击和重大技术革命。特别是近代以来，历次物理学重大进展通过技术革命为中心转化为直接生产力，从而推动了社会经济的发展，并最终引发社会革命，推动人类社会从农业社会到工业社会，从蒸汽时代进入电力时代、电子和原子能时代以至现今的信息时代。3. 研究和学习物理学史有助于学生了解与概括物理学基础知识发展的全貌及其总体规律，研究与掌握物理思想和研究方法的发展过程，有利于巩固和加深理解已学的物理知识，增强学习的主动性与自觉性，提高学习兴趣．在物理学的长期发展中创立了许多很成功的、成熟的方法。 物理学研究中建立了许多理想模型、思想过程、理想实验，这些近似抽象方法促成了许多定律的发现。4. 可以使我们认识到思想观念转变的重要性物理学中复杂的数学公式和定义等，都不过是基本观念的表达形式和演绎工具，基本观念才是先导的、本质的东西。所以，每当学习一个新理论，必须改变自己的思想观念和思维方法。 5. 物理学史可以培养同学们的爱国主义精神正确认识中国古代文明，在当时的历史时期和历史条件下，中国和希腊成为东方和西方两个古代文明中心，我们要为我国的古代文明而骄傲。6.可以培养辩证唯物主义思想，以造就同学们追求真理，献身科学的崇高思想境界对科学研究要有一个正确认识。 科学的道路是不平坦的,科学家成功之路是艰险的,要准备付出比常人更多的精力和代价,必须有热爱科学、献身科学的精神,要善于继承又勇于创新,才有可能取得成功。

中国古代热学发展史 -------------------------------------------------------------------------------- 我国古代的热学知识大部分是生活和生产经验的总结。至今所知的古籍中对热的研究记载较少，还有待于进一步发掘。 火的利用和控制，是人类第一次支配了自然力，使人类文明大大前进了一步，同时，它也是古人对热现象认识的开端。我国山西省芮城西侯度旧石器的遗址，说明大约 180 万年前人类已经开始使用火。 对冷热的认识。约在公元前 2000 年，我国已有气温反常的记载，在西周初期，人们开始掌握 降温术和高温术。据《周礼》记载，当时已设专人司贮冰事，冬季凿冰加以贮藏，到春、夏季用以冷藏食物和保存尸体。说明当时已利用天然冰来降温。我国冶炼业的发展较早，高温技术也很早被人们掌握。江苏省曾出土春秋晚期的一块铁，经科学分析，它是一块生铁，生铁的冶炼温度比熟铁高，需达摄氏千度以上。生铁的出土，说明在那时的高温技术已达到一 定水平。 温度计还没有发明以前，古人在冶炼金属的实践中，创造了通过观察火候和火色来判别温度 高低的方法。据《考工记》记载，在铸铜与锡时，随温度的升高，火焰的颜色先后变为暗红色、橙色、黄色、白色、青色，然后才可以浇铸。这种方法同样也应用于制陶工业。从现代 科学分析，不同物质有不同的汽化点，因此从火焰的颜色可以判断所汽化的物质，从而判断 温度的高低。对同一种物质，随着温度的升高，其颜色也先后有所变化。“火候” ( 包括火 色 ) 成了我国古代热工艺中一个内容丰富的特有概念。 除制陶和冶炼金属之外，我国古代还在农业中采用了控温技术。据《汉书·召信巨传》记载 ，西汉末年，我国已利用冬季栽培蔬菜，其方法是“覆以屋庑，昼夜蕴火，待温气乃生。” 北魏时期，还利用熏烟的方法防止霜冻。 对冷热问题，东汉王充还曾从理论上加以探讨，在他的著作《论衡·寒温篇》中写道：“夫 近水则寒，近火则温，远之渐微，何则 ? 气之所加，远近有差也。”他把“气”作为物体之 间进行“温”“寒”传递的物质承担者，还指出距离变远，“气”的作用渐小。这里已涉及 热热传递的理论问题，但它只是思辩性的，是我国“元气说”的一种应用。 对热是什么这一问题，我国古代也已注意到，南北朝成书的《关尹子》中认为：“外物”的 来去是使瓦石一类物体发生寒热温凉之变的原因。而另一种说法见于据传可能为北齐刘昼著 的《刘子·崇学篇》，则从“五行”观念出发，猜想物体寒、热、温、凉的变化是一种“内物”在起作用。这种所谓的“外物”或“内物”都是把热设想为一种实体物质，它类似于 18 世纪“燃素”和“热素”的观念。 热胀冷缩是重要的热现象之一，在我国古代对它已有所研究和利用。汉代《淮南万毕术》记述了这样一个现象：把盛水铜瓮加热，直到水沸腾时密闭其口，急沉入井中，铜瓮发出雷鸣 般响声。这现象可能是发热物体在急速冷却时发生了内破裂，破裂声由井内传出，这是一个典型的热胀冷缩现象。元代陶宗仪曾亲自作热胀冷缩实验，他把带孔的物体加热以后，使另 一个物体进入孔洞，从而这两个物体如“辘轳旋转，无分毫缝罅”，他明确指出，这是前一物体“煮之胖胀”的缘故。据《华阳国志》记载，李冰父子修建都江堰时，发现用火烧巨石 ，然后浇水其上，就容易凿开山石。这种利用岩石热胀冷缩不均从而易于崩裂的施工经验，在我国历代水利工程中不断为人们采用。 对水的物态变化，在我国古代也早有认识，例如对雨和雪形成的探讨，认为是由于“积水上 腾”而造成。《论衡》中对此有明确的表述：“云雾，雨之微也，夏则为露，冬则为霜，温则为雨，寒则为雪。雨露冰凝者，皆由地发，不从天降也。”此文说明露、霜、雨、雪是因为不同的温度由水冻凝而成，它们都是水由地面蒸发而产生的。汉代以后的古籍中，对雨、 露、雪、霜成因的讨论更多，说明当时对物态变化的知识有了新的认识。汉代董仲舒从“气 ”的观念出发，解释雨、露、雪、霜成因的道理是：水受日光照射，蒸发成水汽，再在不同 条件下形成雨、霰、雪等。从现在看来，这些分析也基本上是正确的。 我国古代，在生产和生活实践中，创制了利用热的各种器具。如宋代曾发明一种“省油灯” ，在“灯盏一端作小窍，注清冷水于其中”，据说这种灯能“省油几半”。现在分析，文中 所说加入冷水，目的是降低温度，避免油被灯火加热后急速蒸发，其中包含了对油的汽化和 温度的关系的认识；据《淮南子》记载：“取鸡子，去其法，然 ( 燃 ) 艾火纳空卵中，疾风因 举之飞”。这是关于“热气球”的最早设想，也是空气受热上升的具体应用。五代时期，据 说还利用这一原理制成信号灯，所谓“孔明灯”也是应用了这一道理。关于走马灯我国古代有较多记载，有的古籍把它称作“马骑灯”、“影灯”。宋代《武林旧事》在记述各种元宵 彩灯时写道：“若沙戏影灯、马骑人物、旋转如飞，……”。这表明当时已利用了冷热空气 的对流制造出各种各样的走马灯。 在我国古代，很早就出现了对热动力的认识和利用。唐代出现了烟火玩物，“烟火起轮，走绒流星”。宋代制成了用火药喷射推进的火箭、火球、火蒺藜。明代制成了“火龙出水” 的 火箭，这些都是利用燃烧时向后喷射产生反作用力使火箭前进的道理，属热动力的应用。它是近代火箭的始祖，被世界所公认。