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大学物理学史试题


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。 伽利略曾经专研过这个问题,牛顿曾经说过:“我是站在巨人的肩膀上才成功的。”这 句话就是针对伽利略的。 所以牛顿概括了前人的研究结果, 总结出了著名的牛顿第一定律。 5、说明能量守恒原理建立的科学渊源。 (第四章) 一、定律诞生的前提条件: 1、认识热的本质,伦福德和戴维的实验为热的运动说提供了有力的支持,成了建 立能量转化与守恒定律的前奏。19 世纪 40 年代以前,自然科学的发展为能量转化与守 恒定律的建立奠定了基础:2、力学方面,早已发现了机械运动在一定条件下的不灭性 (动量守恒、 “活力”守恒)3、发现了各种“自然力”相互转化的现象 4、永动机不可 能实现的历史教训,从反面提供了能量守恒的例证;5、建立了能量的初步概念;6、 在一些特殊情况下接触到能量守恒与转化定律,如楞次定律、赫斯定律 7、蒸汽机的发 明与不断改进。 二、迈尔的贡献 1842 年发表了题为《热的力学的几点说明》的论文,叙述了普遍的“力” (即能) 的转化与守恒的概念,所以一般都承认迈尔是建立热力学第一定律(即能量守恒定律) 的第一人。 三、焦耳对热功当量的测定 焦耳对电和磁的研究很感兴趣。 他通过测定热功当量为建立能量守恒定律提供了实 验依据。 焦耳通过实验得出结论:热功当量是一个普适常量,与作功的方式无关。他 证实了自然界的能量是等量转换的,是不会被消灭的,哪里消耗了机械能或电磁能,
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总可以在某些地方得到相当的能量。焦耳的实验工作为热力学第一定律的建立奠定了 实验基础,由此能量守恒定律牢固地确立起来。 四、亥姆霍兹的工作 从多方面论证能量守恒和转化定律的人是德国的海曼.亥姆霍兹。 1847 年,26 岁的亥姆霍兹写了一篇重要的论文《力的守恒》这篇论文在热力学的 发展中占有重要的地位。 6、确立能量转化与守恒定律的三位科学家是谁?分述他们的贡献。 罗伯特?迈尔 海尔曼?亥姆霍兹 焦耳 罗伯特?迈尔 : 1842 年撰文 《论无机界的力》 1845 年撰文 , 《与有机运动相联系的新陈代谢》 。 迈尔是将热学观点用于有机世界研究的第一人。 海尔曼?亥姆霍兹: 1847 年, 提出了能量守恒和转化定律。 1855 年最早测量了神经脉动速率, 把物理方法应用于神经系统的研究,著有《生物光学手册》《音乐理论的生理基础》《论力 、 、 的守恒》等书。培养了一大批优秀人才。赫兹、普朗克等人都是他的学生。 焦耳:1843 年,写了两篇关键性论文《论磁电的热效应和热的机械值》和《论水电解时产 生的热》 。1849 年发表《论热功当量》 。1878 年发表《热功当量的新测定》 ,最后得到的数值 为 423.85 千克·米/千卡。 7、简述 17 世纪几何光学的主要成就。6 1608 年,李普塞制造了第一台望远镜。 1610 年,伽利略改进了望远镜,发现了土星光环。

8、简述 19 世纪对太阳光谱研究的主要进展。 1800 年,英国天文学家赫谢尔测量了太阳光谱中各部分的热效应,发现红端辐射温度较高。 他注意到红端以外的区域,也具有热效应,从而发现了红外线。 ※1801 年,德国科学家里特(Ritter)发现在光谱紫色的外侧仍能使氯化银变黑,且比紫光 的化学作用更强烈,从而发现了紫外线。 ※1802 年沃拉斯顿(Wollaston)观察到太阳光谱的不连续性,发现中间有多条黑线,但他误 认为是颜色的分界线。 ※1803 年托马斯杨的干涉实验提供了测量波长的方法. ※德国物理学家夫琅和费对太阳光谱进行了深入研究,1814-1815 年他向慕尼黑科学院 展示了自己编绘的太阳光谱图,内有多条黑线,并对其中八根显要的黑线标以 A、B?H 等字 母(称为夫琅和费线)。 这些黑线后来成为比较不同玻璃材料色散率的标准, 并为光谱精确测 量提供了基础。 1821 年-1822 年期间, 夫琅和费详细地研究了衍射现象, 在波动说的基础上导出了从衍射图 形求波长的关系式,确定了主要暗线的波长,如 λ D=588.77μ m. 9、静电力作用的平方反比定律是如何建立的?5 法国人库仑(1736~1860)早年从事摩擦和扭转的研究。1785 年他用自己制作的电扭秤测定 了电荷之间的斥力。 结论为: 两个带同种类型电荷间的排斥力与两球中心的距离的平方成反 比。 力学中的单摆实验给了他启发,他采取测定振动周期来确定力与距离的关系(P97 页) ,克 服了困难,并得到同样的结论。1785 年库仑在法国科学院发表了他的研究论文,指出了电 荷之间的作用力与其距离平方成反比,而与它们所带电荷量的乘积成正比的关系(库仑定 律) 。 可见库仑得出电力随距离变化的平方成反比定律的关键实验不是电扭秤实验,而是电摆实 验。因为同号电荷的斥力早有普利斯特利的论断。
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10、麦克斯韦建立电磁场理论的基本思考线索是什么? 1855~1856 年,他发表了第一篇关于电磁理论的论文: 《论法拉第的力线》 。在这篇论文中, 采用数学推理和类比方法, 用数学语言表述法拉第的力线概念。 他用不可压缩的流体的流线 类比电场线,从而得到一个物理现象的几何图象。并对电磁感应作出理论解释,他的目标是 统一已知的电学和磁学定律。 1861~1863 年,他发表了《论物理的力线》的论文。这时他已突破了仅靠几何上类比的方法, 转用模型来建立假说。他创造性地提出了两个重要的假设:位移电流和涡旋电场。利用他构 造的电磁以太模型, 不仅说明法拉第磁感应的应力性质, 还建立了主要电磁想象之间的联系, 预言了电磁波的存在。 1865 年,他发表了《电磁场的动力学理论》的论文:全面论述了电磁场理论,提出了电磁 场的普遍方程组,共 20 个方程,包含 20 个变量,后经赫兹和亥维赛的整理和约简,就成了 经典电动力学主要基础的麦克斯韦方程组。 在这部著作中, 他明确论述了光与电磁现象的同 一性,奠定了光的电磁理论基础。 11、迈克耳逊-莫雷实验的目的是什么?为什么说这一实验结果是经典物理学晴空中的一朵 “乌云”? 目的:一是想验证以太的存在,二是想证实光速可以叠加,即光速不是恒定的。结果这两个 目的都没达到,但从反面证实了以太的不存在和光速恒定。所以 MM 实验也被称作是“最成 功的失败”。 因为以太这个概念作为绝对运动的代表, 是经典物理学和经典时空观的基础。 而这根支撑着 经典物理学大厦的梁柱竟然被一个实验的结果而无情地否定, 那马上就意味着整个物理世界 的轰然崩塌。爱尔兰物理学家费兹杰惹和荷兰物理学家洛伦兹分别独立地提出了一种假说, 认为物体在运动的方向上会发生长度的收缩,从而使得以太的相对运动速度无法被测量到。 这些假说虽然使得以太的概念得以继续保留, 但也已经对它的意义提出了强烈的质问, 因为 很难想象,一个只具有理论意义的“假设物理量”究竟有多少存在的必要。 12、19、20 世纪之交物理学在实验上有哪些新发现?这些发现有什么重要意义? 一 电子的发现 二 X 射线的发现 三 天然放射性的发现 意义: ①宣告了原子是可分的. ②为进行电子和原子的研究开创了新的实验技术.由于 X 射线与原子中内层电子的跃迁有关, 这说明了物理学还存在亟待搜索的未知领域.X 射线本身在医疗,研究物质结构等方面都有 很多的实用价值. ③.贝克勒尔射线的发现,是人类第一次发现某些元素自身也具有自发辐射现象,引起了人们 对原子核问题的关注.贝克勒尔获 1903 年诺贝尔奖. 13、爱因斯坦创立狭义相对论的基本思考线索是什么?其思想的独特性表现在哪些方面? 爱因斯坦正是思考物体接近光速运动会发生什么现象, 从而发现相对论, 其线索是当时无法 解释光的波动性,和高速粒子运动规律是洛伦兹公式,而非牛顿公式。 其独特性表现在颠覆传统定义, 修改时间(钟慢)和距离(尺缩), 以保证假设光速不变的条件 成立。 14、简要说明狭义相对论取得的主要成就。 相对论的建立从根本上改变了物理学的面貌。 它否定了经典力学的绝对时空观, 建立起相对 论的时空理论;它推倒了牛顿力学中质量不变、质量与能量互不相关等基本命题。从本质上 修正了由狭隘经验建立起来的时空观, 深刻地揭示了时间与空间的本质属性, 即揭示了时空 的可变性、时空变化的连续性,树立了新的时空观、运动观、物质观。这一理论被后人誉为 20 世纪人类思想史上最伟大的成就之一,这是一场真正的科学革命。 15、泡利为什么要提出中微子假设?费米是怎样解释β 说衰变的

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