高一物理校本课程---推动人类文明和进步的物理学

目录

①初、高中物理学习的差异及其对策 ②转变思维方式 学好高中物理 ③乐趣兴趣加探究＿＿谈中学物理学习方法 ④生活中的物理

⑤中学教材物理学家介绍

第一节 初、高中物理学习的差异及其对策

厦门六中物理教研组 邱仁和

同学们初中毕业升入高中学习，普遍感到物理难学，教师也感到难教，究其原因主要是由于初高中物理课程要求存在着差异和学生学习方法的差异。处理好这些差异，顺利实现初、高中物理课程学习的衔接，学好高中物理的一个重要方面。

一、差异产生原因的分析 （一）课程要求的差异 1．定性分析和定量分析的差异

初中物理课程中大多数多问题都重在定性分析，即使进行定量计算，也是相对比较简单的比例关系的运用；高中物理课程，大部分问题不单是作定性分析，而且要求进行大量的，甚至相对复杂的定量计算。例如初中物理只要知道弹簧的形变越大，弹力就越大；而高中物理要求知道F=kx并且要求能够用这个公式进行分析和计算。

2．知识的呈现的形象思维与抽象思维的差异

初中物理课程的呈现基本上是以形象思维为基础，大多数问题是以生动的自然现象和直观的实验为依据，让学生通过形象思维获得知识；而高中物理课程的知识的呈现，多数以抽象思维为基础。问题研究的实验不再是以直观直接得结论，而需要在实验基础上，加以抽象、归纳，才能得结论。例如初中物理只要求知道速度是描述物体运动快慢的物理量给的公式为s=vt而高中物理要求区分平均速度、瞬时速度、平均速率、瞬时速率。

3．初中课程的问题多是单因素的归因的逻辑关系；高中课程的问题的归因则是多因素的复杂逻辑关系，且是以递进式、归纳式的逻辑关系为主。分析问题时还需较多使用假设、判断的推理逻辑手段。例如右图求斜面上的物体受到的摩擦力的大小和方向，就必须通过假设、分析、判断和推理才能完成。

4．初中物理问题的解决，对运用数学工具的要求不高，主要使用算术、代数方法；高中物理问题的解决，使用数学工具提高到了需大量使用代数、函数、三角函数、图像、向量（即矢量）运算、极值等方法的综合应用上。例如利用v-t图象来求物体运动的加速度和位移。又如如何理解a-F图象斜率的物理意义。

（二）学生学习方法的差异

1．初中物理的学习，同学们习惯于教师的（知识）传授。在学习中，对知识点的理解停留在“简单问题”的“简单理解”上；高中物理的学习则要求学生地在老师的指导下获取知识。要求学生要能（把课本作为工具）形成“自主学习”习惯，更要求学生在学习中学会多层次、多角度的逻辑分析，学会寻找知识点的“连续性”关系。

2．初中物理知识的简单性，决定了学生在学习中较多运用记忆方法掌握知识，对理解、分析方法使用的程度要求不高；高中物理知识的复杂性，决定了学生在学习中需要以理解、分析、归纳为主的方法来进行学习。同时，还需“形成物理学思想”，寻找物理课学习的门路。

3．高中物理习题的求解，要求学生在数学工具使用上学会用数学语言表示物理问题，学会数学工具的灵活运用，实现大量定量分析的自如化。

二、克服差异的学习对策

1．关注新旧知识同化，顺利实现升级学习的过度

同学们进入高中学习，无论是教材理解方面、思维活动方面、研究物理的方法方面、完成作业应用的手段方面等，与初中阶段相比，存在着明显的梯度。仔细捉摸高中课程所研究的问题跟初中课程曾研究过的相关问题，在语言、研究方法、思维特点等方面存在的差异，明确新旧知识间的联系与差别，通过课前预习和课堂学习，在老师的帮助下把旧知识同化新知识，顺利地达到知识的迁移，减少高中物理学习的困难。

2．注重思维能力的培养，早入高中物理学习的门道

针对高中课程的知识呈现多以抽象思维为基础的特点，在学习中，应注意自己的抽象思维能力培养，快速形成抽象思维习惯，形成分析、判断、归纳、总结的抽象思维能力，能够早入高中课程学习的门道。例如：高一年级的“匀变速直线运动”对加速度概念的确定，

要分析此运动现象的特点（轨迹是直线，速度均匀变化），寻找速度变化量，寻找速度变化有快慢的规律，归纳出a＝Δv/t的物理意义。然后再总结“a”的定义的要素，充分理解“a”的意义。实现从现象→特点→规律→“知识点”的抽象概括。

3．重视物理实验的研究，培养物理研究能力

高中物理课程的演示实验，是培养学生研究能力的最重要的手段。要能够从演示实验的观察中，学会研究，尤其要学会对有形的物理现象进行抽象思维，并能归纳结论，形成研究习惯，培养研究能力。如“牛顿第二定律”的演示实验，在课堂演示中，要充当研究者，从实验→读取数据→绘制图形→寻找物理量的数学关系→得出公式的程序实施过程中，把研究的任务交给自己，老师只是“引路人”，让自己来完成研究，得出结果。从研究中产生兴趣，形成研究习惯，训练研究能力。

4．认真做习题上好习题课，促进分析问题的能力的提高

高中学生，尤其是刚进高一的学生，不会做题目的现象较为突出。认真做习题积极思考，上好习题课是分析问题能力提高的关键。在习题课中应该着重听思路、听方法。要懂得做题的思维过程是─—寻找问题现象、分析问题特点、归纳已知条件、确定所用知识、建立解题模型（方程或图形等）、完成具体运算。要明白解题的根据是什么？怎样联想？如何推算？要知道什么是归纳和演绎？如何进行判断等分析方法，要形成良好的解题习惯，以实现学生分析问题能力的提高。

5．利用好教材工具，加强教材阅读训练，提高自学能力

充分利用好教材，加强阅读训练，学会阅读，阅读教材时注意去寻找每章每节的知识点，注意寻找定律的成立条件、要素、结果等内容，加强对知识的理解。大力提倡同学们对课本阅读过程中进行理解、有创见的，会灵活运用的现象。及时纠正死记硬背的现象，学会读书，从而提高学生的自学能力。

关注以上几点，可以减少学习物理的厌倦、畏难情绪，增强学习物理的信心和积极性，提高学习兴趣，达到克服差异的目的。

第二节 转变思维方式 学好高中物理

厦门六中物理教研组 李久双

许多同学反映高一的物理怎么这样难，上课能听懂，作业却不会做，同初中的物理完全不同。在学习过程根据中学生的思维特点，掌握学习物理的方法，就能较快适应高

中物理的学习。

在整个中学阶段，学生的思维能力迅速发展，其抽象逻辑思维处于优势地位。因此，中学物理学习应遵循思维发展的规律，着力培养思维能力，掌握研究物理的思维方法。

一．建立合理的物理模型和理想化过程——科学抽象法。

合理的物理模型和理想化过程是抽象思维的产物，是研究物理规律的一种行之有效的方法。比如，研究物体的运动，首先要确定物体的位置。物体都具有大小形状，运动的物体，各点的位置变化一般是各不相同的，所以要详细描述物体的位置及其变化，并不容易。但在一定条件下，把物体抽象为质点，忽略物体的大小形状，问题就简单了。如在平直公路上行驶的汽车，车身上各部分的运动情况相同，当我们把汽车作为一个整体来研究它的运动，就可把汽车当作质点。引入物理模型，可以使问题的处理大为简化而又不会发生太大的偏差。对于比较复杂的研究对象，可以先研究它的理想模型，然后对研究结果加以修正，即可用于实际事物。例如，忽略分子的体积和分子之间的相互作用的理想气体是不存在的，它只是实际气体在一定程度上的近似，对于高温低压下不易液化的实际气体，如氢、氧、氮、氦气和空气等，在常温常压下就可看成理想气体，这样处理误差小，应用简便。“理想气体状态方程”的导出就是把空气当作理想气体，然后在一定条件通过实验观察、研究气体状态变化时，压强、体积、温度三个参量之间的关系，从而得出在不同条件下理想气体的三个实验定律，即玻—马定律、查理定律和盖·萨克定律，再运用逻辑推理和数学方法进行综合，总结出理想气体的状态方程。在常温、常压下，用理想气态方程处理实际问题，带来的误差小且非常简单。但对高压、低温条件下的气体就不适用了。不过，从分子的引力和斥力两方面对理想气体状态方程加以修正、推广，得范德瓦耳斯方程即可应用于实际气体了。

高中教材中，要建立大量的物理模型，如“质点”、“单摆”、“理想气体”、“点电荷”、“核式结构”等都是理想模型，还有大量的理想化过程，如“匀速直线运动”、“简谐振动”、“等压变化”、“绝热变化”、……这就要求同学们反思在初中物理学习过程中了解，建立合理的物理模型和理想化过程，对于学习和研究物理问题的重要性，要提高学习这种方法的自觉性。在学习物理知识的同时，关注处理较复杂的物理问题时采用的具体分析、合理简化、科学抽象的方法，有利于思维能力的培养，以免接触到理想模型时感到陌生，或认为是凭空想象的。初中物理虽然没有讲什么是物理模型和理想化过程，但可以让学生领悟到这种方法。例如，初二《连通器》一节分析连通器中的液面为什么相平时，首先设想在连通器下部正中有一个小液片AB（如图），然后根据二力

平衡和液体压强公式推导出只有两侧液面相平时，AB才不动的结论。要明确知道：合理假设→逻辑推理→验证结论是研究物理学的主要方法之一，这对培养抽象思维、空间想象力很有利。又如，分析托里拆利实验原理时，同样可以在管口处设想出一个液片进行研究。经过这种思维方法的训练，同学们对《浮力》一节，分析浮力产生的原因时“假设有一个正方体完全浸没在水里”自然就能理解了。这样，为高中阶段学习建立理想模型作了铺垫。

理想实验也是物理学中一种特殊的科学思维方法，它是在系统的观察与实验的基础上，抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，对实际过程作出更深入的逻辑分析和抽象的一种方法。如伽利略的斜面实验和自由落体实验。初中学习伽利略的斜面实验，目的不是单纯地让同学们了解惯性定律发现的历史，关键是使学生懂得逻辑推理和理想实验相结合的研究方法：①从用力推小车，小车运动，停止用力，小车还能继续运动的感性认识出发，分析得出，运动着的物体，若不受外力作用仍要作直线运动，初步突出了物体不受外力作用仍能保持原来运动状态的本质联系。②用毛巾铺在斜面下端的水平木板上，让小车从斜面滑下，它在毛巾上通过的距离很小。撤去铺在木板上的毛巾，再让小车由斜面同一位置滑下来，它在平板上通过的距离就远得多。在愈光滑的平面，小车运动得愈远。从这一事实分析得到：运动物体速度的变化是受到其它物体作用的缘故。③在以上实验事实的基础上，运用想象和推理，就可设想一个理想实验：让小车在绝对光滑的平面上运动，它不受任何阻碍作用，则它保持匀速直线运动状态。这里突出了小车这个物体不受其它物体的作用时，将保持匀速直线运动这一本质联系，而摒弃那种某一物体要受到其它物体不变的作用（即恒力作用），才保持匀速直线运动这一乍看起来合乎一般“经验”的事实。

二．对感性材料的深加工——归纳法。

归纳法是从个别事实中概括出一般规律的思维方法。它对学习和研究物理学有重要作用。许多定律和公式都是运用归纳法总结出来的。例如，高中必修课《电磁感应现象》的教学过程中，我们可以联系初中学习的阿基米德定律时的思维方法：观察实验→分析推理→归纳结论。首先做一些生动的“电磁感应”实验进行观察，获得鲜明的感性认识，然后再对各种电磁感应现象进行比较与分析，使同学们初步认识到：①闭合回路中部分导线作切割磁力线运动时，产生感应电流；②磁铁与闭合线圈作相对运动时，线圈中产生感应电流；通电螺线管（原）与闭合线圈（副）作相对运动时，闭合线圈（副）中产生感应电流；线圈（原）中的电流突然接通或断开时，闭合线圈（副）中会产生感应电

流；通电线圈（原）中的电流强度大小发生变化时，闭合线圈（副）中也会产生感应电流。这些结论，都是从实验事实中抽象出来的，只分别反映了“电磁感应”现象的一个侧面，而没有反映其本质。把这些结论归纳起来，得出“穿过闭合回路所围面积的磁通量发生变化时，会产生感应电流”的结论。“磁通量的变化”并不是直观感知的对象，而是一个抽象的概念，是在大量实验的基础上抽象思维的产物。我们借助磁通量的变化，便能够形成关于电磁感应现象的相对完整的认识。

应当注意的是：初中物理强调以实验和观察为基础，在此基础上抽象出概念，归纳为规律。因为初中生的思维还属于经验型，需要感性材料作支持。高中生的思维虽属于理论型，但对一些比较抽象内容的理解上，仍需借助于一些经验型思维或形象思维，向抽象思维的更高层次的转化，来理解这些抽象的内容。这种转化在高一年段表现尤为突出。所以，高中物理学习仍要借助观察实验，但有时可以在已有知识的基础上，进行分析推理而得出结论，然后用实验来检验。因此，在高、初中不同阶段的学习，均要重视实验，通过实验获得生动具体的感性认识，在此基础上进行分析、综合、抽象、概括，从而掌握事物的本质和规律。

三．跟已知的理性知识相类比——类比法。

类比推理是人们认识事物的思维形式之一，它能帮助从已知事物的有关理论建立假说去说明新事物；用某些已知的属性来说明未知的属性，以增强说服力，使人们容易理解。例如，惠更斯把光现象与声现象进行类比，提出光的波动说，德布罗意从光的波粒二象性类比得出微观粒子的二象性原理。因此，类比也是物理教学中一种常用的方法。例如，初中“电压”与“水压”类比来说明电压的作用，即抽水机（保持）→水压→水流，类比得出电源（保持）→电压→电流。利用类比方法时要注意，类比推理得出的结论是否正确需要经过实践的验证，才能确定。如“水管中有水流动的必要条件是水管两端有水压”，与此相似“导体中有电流的必要条件是导体两端有电压”，此结论理由不充分，只能说“可能有电压”，至于是否有电压，有待于实验的验证。如果不注意推理的严密性，容易使同学们在将来的学习中滥用类比，导出不正确的结论。

学习初中物理时，同学们已熟悉并能运用类比法，高中物理学习时则应根据已经熟悉的类比法，来处理课本中的重点、难点问题。例如，把电场类比于重力场、电势差类比于高度差、电势能类比于重力势能，就比较容易理解“电势差”与“电势能”两个难点。同样，电容器的电容是一个比较抽象的概念，若把电容器跟盛水的直筒容器比较，水量相当于电量，水深相当于电势差。。不同的直筒容器使它们的水面升高1厘米所需的

水量不同，这与使不同的电容器电势差增加1伏所需的电量不同相类似。这个比喻可以帮助同学们形象地理解电容的含义。

中学生的思维具有阶段性和连续性，初、高中阶段各有其典型的思维特征，而其特征并非截然分开的，高一阶段蕴含大量初中阶段的思维特点，初三阶段产生高中阶段的思维特点。因此，高中物理学习过程中要学会利用初中物理学习的一些思维方法，并注意加以提高和发展。

总之，根据初、高中学生的思维发展规律，高中物理学习要重视掌握、运用研究物理的思维方法。只要思维方法学会了，高中物理学习的困难就会迎刃而解。

第三节 乐趣兴趣加探究＿＿谈中学物理学习方法

厦门六中物理教研组 陈成波

在自然科学课程中，物理学科是相对比较难学的一门课程，学过物理的大部分同学，特别是物理成绩中差等的同学，总有这样的疑问：“上课听得懂，听得清，就是在课后做题时不会。”。物理课程初中、高中、大学各学习一遍，初中物理较多是定性的，高中物理则有较多的定量计算；初中物理以现象为主，比较形象，高中物理则要透过现象看本质，有一定的抽象思维要求，大学定量的东西更多了，抽象思维要求更高了，而且要用高等数学去计算。那么，如何学好物理呢？

要想学好物理，应当能够做到不仅是能把物理学好，其它课程如数学、化学、语文、地理、等都能够学好。要想成为一名真正学习好的学生，第一条就要好好学习，就是要敢于吃苦，就是要珍惜时间，就是要不屈不挠地去学习。树立信心，坚信自己能够学好任何课程，坚信有几份付出，就应当有几份收获。

以上谈到的是学习态度，思想方法问题。下面就针对物理的特点，提出具体的学习方法。浅谈一些自己的看法，以便对同学们的学习有所帮助。

首先分析一下上面同学们提出的普遍问题，即为什么上课听得懂，而课下不会做？我作为物理科的教师有这样的切身感觉：比如读某一篇文学作品，文章中对自然景色的描写，对人物心里活动的描写，都写得令人叫绝，而自己也知道是如此，但若让自己提起笔来写，未必或者说就不能写出人家的水平来。听别人说话，看别人文章，听懂看懂绝对没有问题，但要自己写出来变成自己的东西就不那么容易了。又比如小孩会说的东西，要让他写出来，就必须经过反复写的练习才能达到那一步。因而要由听懂变成会作，

就要在听懂的基础上，多多练习，方能掌握其中的规律和奥妙，真正变成自己的东西，这也正是学习中学物理应该下功夫的地方。功夫如何下，在学习过程中应该达到哪些具体要求，应该注意哪些问题，下面我们分几个层次来具体分析。

1．重视科学探究，培养自己的创新能力

科学探究能力对一个人来说是极为重要的，中国有句古语叫“格物致知”——通过对事物的探究来获得知识和能力。物理课程往往是通过讲故事、创情景，引导你进入所学的内容；再通过亲身体验或科学探究掌握概念规律；比如小实验、小制作、小课题研究、校外参观、调查及上网收集资料、获取信息等，然后要求你能将所学的知识与实际生活、社会应用联系起来，达到学以致用的目的，同时也培养了学习物理知识的兴趣。对整个中学阶段的探究活动要求逐步做到：提出假设或猜想；设计探究方案；收集证据或进行实验；通过分析得到结论并作出评价。

2．全面、深入、准确地理解物理概念、规律、方法

应该了解到知识和能力是不可分割的，我们不应该把某些知识与某种能力简单地对应起来。显然，一个知识贫乏的人不可能有很强的能力。所以，我们应该系统掌握物理知识。具体来说，就是基本概念要清楚，基本规律要熟悉，基本方法要熟练。

由物理现象、物理概念、规律等组成的物理理论好比一棵大树，各部分内容是紧密联系形成的一有机的整体，有主干、支干、树叶等。在逐章逐节学习全部知识时，要注意深入理解和体会各知识点间的内在联系，建立知识结构，使自己具备丰富的、系统的物理知识，逐步体会各知识点的地位、作用、分清主次，理解理论的实质，这是提高能力的基础。

关于基本概念，举一个例子：比如说速率，它有两个意思：一是表示速度的大小；二是表示路程与时间的比值（如在匀速圆周运动中），而速度是位移与时间的比值（指在匀速直线运动中）。关于基本规律，比如说平均速度的计算公式有两个经常用到v＝s／t、v＝(v0＋vt）／2。前者是定义式，适用于任何情况，后者是导出式，只适用于做匀变速直线运动的情况。应该注意，对基本物理概念、物理规律的深刻理解不可能一次完成，它需要一个反复加深认识的过程。遇到新的现象、新的问题、新的领域，我们都需要重新认识、体会有关概念、规律的准确含义。这样我们就不断在越来越广泛的知识和背景上来把握概念、规律，从而对它们的理解就更全面、深入和准确。再说一下基本方法，比如说研究力学问题中的受力分析常采用的整体法和隔离法，就是一个典型的相辅形成的方法。最后再谈一个问题，属于三个基本之外的问题。就是我们在学习物理的过程中，

总结出一些简练易记实用的推论或论断，对帮助解题和学好物理是非常有用的。如， “沿着电场线的方向电势降低”； “同一根绳上张力相等”； “加速度为零时速度最大”： “洛仑兹力不做功”等等，类似的问题很多，我们应该不断总结、归纳。

应该注意，对基本物理概念、物理规律的深刻理解不可能一次完成，它需要一个反复加深认识的过程。遇到新的现象、新的问题、新的领域，我们都需要重新认识、体会有关概念、规律的准确含义。这样我们就不断在越来越广泛的知识和背景上来把握概念、规律，从而对它们的理解就更全面、深入和准确

3．注意物理状态、物理过程、物理情景的分析。

对一个物理问题，在弄清题意确定应用的物理规律和研究对象后，就要对对象进行物理状态、物理过程、物理情景的分析，对问题形成鲜明的物理图象。这样才容易排除一些错误观念的干扰，找准解决问题的出发点。尤其是对一些较难的、灵活性较大、情景较新的问题，分析清楚物理过程才容易找到解题的关键条件或问题中的隐蔽条件。具体来说，题目不论难易都要尽量画图，有的画草图就可以了，有的要画精确图，要动用圆规、三角板、量角器等，以显示几何关系。 画图能够变抽象思维为形象思维，更精确地掌握物理过程。有了图就能作状态分析和动态分析，状态分析是固定的、死的、间断的，而动态分析是活的、连续的。

4．掌握好知识结构，提高解决问题的能力

物理知识是分章分节的，它们既相互联系，又相互区别，所以在物理学习过程中要重视知识结构，系统地掌握好知识结构，这样才能把零散的知识系统起来。大到整个物理的知识结构，小到力学的知识结构，甚至具体到章，如静力学的知识结构等等。这个过程对同学们能力要求较高，章节内容互相联系，不同章节之间可以互相类比，真正将前后知识融会贯通，连为一体，逐渐找到知识的联系。

另一方面，灵活应用物理概念、规律。只有通过实践、通过应用才能检查出我们对物理概念、规律是否真正理解，哪些内容理解了，哪些内容还没有理解。解题是物理概念、规律的一种应用。只有不断通过解题实践提高分析解决问题的能力，不断总结解题经验教训，才能灵活运用规律解决问题。

在解题过程中出现错误是常有的事，当代著名的哲学家波普尔认为“我们的一切知识都只能通过纠正我们的错误而增长。”所以，我们应该抓住错误不放。发现错误是我们进步、提高的起点，许多错误是由于我们没有真正理解概念、规律造成的，找到错误的根源就使我们对概念、规律的理解提高一步，这是根本上的提高，极为有用。

通过一定量习题的求解，我们会发现在理解概念、规律方面的许多问题，也会发现解题方法、技巧方面的许多问题，还会积累不少的解题技巧、经验，这些都要求我们及时地归纳总结。例如： 力学问题中研究对象的选定；怎样利用图象分析解决问题；怎样确定电势的高低； 怎样画草图找出解题思路等等。

总而言之，学习物理主要是要理解，不要认为听老师讲解就会懂得物理，只有反复思考、不断探索问题的实质，才能真正懂得物理。

中学阶段的学习是为大学学习做准备的，对同学们自学能力提出了更高的要求，以上所述的物理学习的基本过程，就是对自己自学能力的培养过程，学会了学习方法，对物理科有了兴趣，掌握了物理这门实验学科与实际结合比较紧密的特点，经过自己不断的探索，定会把中学物理学好。

第四节 生活中的物理

厦门六中物理教研组 董利普

朋友，你是否知道生活中的各种现象都包含着奇妙的物理知识。下面，请随我一起，进入多彩的物理世界。

马路上的物理现象

我们都有这样的经验：站在马路旁，当一辆鸣笛的汽车向我们开来时，听到的声音会越来越高，这就是多普勒效应。为什么会产生多普勒效应呢？我们知道，声音是一种波，由于声源产生的声波能引起人耳膜振动。声音振动的频率越高，人听到的音调就越高，反之就越低。

1、波源接近观察者

波源接近观察者时，观察者单位时间内接收到的完全波的个数增多，即接收到的频率增大；波源远离观察者时，观察者单位时间内接收到的完全波的个数减少，即接收到的频率减小。

2、观察者接近波源

观察者接近波源时，观察者单位时间内接收到的完全波的个数增多，即接收到的频率增大。观察者远离波源时，观察者单位时间内接收到的完全波的个数减少，即接收到的频率减小。

3、观察者和波源没有相对运动

在波源和观察者没有相对运动时，单位时间内波源发出几个完全波，观察者在单位时间内就接收到几个完全波，观察者接收到的频率等于波源的频率。

多普勒效应不仅适用于声波，他也适用于所有类型的波，包括光波，电磁波等等。多普勒效应看似简单，却有着非凡的用处。例如光波的多普勒效应，又称多普勒-斐索效应。因为法国物理学家斐索（1819-16）于1848年地对来自恒星的波长偏移做了解释：如果恒星远离我们而去，光的谱线就向红光方向移动，成为红移。如果恒星朝向我们运动，光的谱线就向紫光方向移动，成为蓝移，并指出了，利用这种效应测量恒星相对运动的方法。

研究完了多普勒效应，下面让我们来看看光的其他现象。晴天天空为什么是蔚蓝的，晚霞为什么又红又黄？太阳光先经过地球的 大气层才能到达地面，大气层的空气与水蒸 气，会把阳光向四面八方分散的发射，这叫 做散射。空气分子对波长越短的光，就越容 易散射。当太阳光经过大气层时，波长短的 蓝，靛，紫光就被散射，在地球上日间的人 （B点）看到这些散射光，天空就呈蔚蓝；

红，橙，黄光波长较长，不容易被散射，就能通过较厚的大气到达A点（黄昏），所以A点的人看到红橙黄的晚霞。磨砂玻璃湿了水后为什么变得透明？磨砂玻璃只能透过光线而不能看透景象，好像蜡纸一样是半透明的，但是，当磨砂玻璃湿了水以后就变得透明而能看清楚景象了。因为磨砂玻璃的表面是凹凸不平的，当光线到达这凹凸不平的表面时，就向不同的方向凌乱的折射，人眼看到这些光线时就只能见到光，而看不见景象。当磨砂玻璃湿了水后，表面就变得平滑了，由于水的折射率和玻璃相差不大。所以光线在凹凸表面的折射程度减小，光线就能保持规则的折射，就能看到景象了。在生活中，只要留心观察生活中的现象，就会有许多意想不到的收获。让我们踏着物理大师们的足迹，继续精彩的物理旅程。

游乐场中的物理现象

游乐场是人们休闲娱乐的好去处，其中的游乐项目惊险刺激，让人回味无穷，最著名的要数过山车了，那种风驰电掣、有惊无险的快感令不少人着迷。实际上，过山车的运动包含很多物理原理。人们在设计过山车时巧妙地运用了这些原理，从而使乘坐时的感觉妙不可言。为什么过山车一个坡比一个坡矮呢？开始时，机械装置推动过山车达到最高点，之后就没有任何装置对它提供动力了，这时势能最大，动能最小。随着高度突然下降，引力势能大部分

转化为动能，一部分由于摩擦产生热量，消耗了少量机械能。此时，过山车已经没有上升到像前一个小山丘那样的高度所需要的机械能了。所以，过山车要设计成后面的小山丘比前面的小山丘低。当过山车走完了它的行程，机械制动装置就会非常安全地使过山车减速并停下来。减速的快慢是由气缸来控制的。

经历了一次如此惊心动魄并充满物理知识的旅程，相信热爱物理的你一定会感到十分有趣吧。下面继续我们的旅程。

饮食中的物理现象

中国在厨艺上是世界闻名的，菜系的各种招牌菜，都是色、香、味俱全的精品，而在厨房中也包含着不少的物理知识。我们做饭中经常要用到鸡蛋，那么如何判断鸡蛋是生的还是熟的呢？把鸡蛋放在桌上，用手把鸡蛋迅速扭动，离手后观察它的转动情形。如果鸡蛋转动得很顺利，就是熟蛋。反之，如果转动得不顺畅的，就是生蛋。因为熟蛋被扭动时，蛋白蛋黄同时一起被扭动，它转得很顺利。生蛋被扭动时，只是蛋壳受力，而蛋白和蛋黄几乎未受力。由牛顿第一定律（惯性定律）可知，蛋白和蛋黄因惯性几乎停留不动，于是，蛋壳的转动就被蛋黄拖慢了。如果鸡蛋转动一段时间后，突然按停鸡蛋，并立即缩手，缩手后不再转动的，是熟蛋；缩手后能自动再转几下的是生蛋。因为熟蛋被按停时，蛋壳、蛋白和蛋黄都全部停止，缩手后就继续静止。如果生蛋被按停时，只是蛋壳暂时停止，但是蛋白和蛋黄因惯性仍然转动，缩手后，能带动蛋壳重新再转动几下。在做饭时，当我们买来或者从冰箱中取出冻肉、冻鸡时，用什么方法解冻最好呢？凡有经验的人都会知道应该将肉放在水中。因为同等情况下，水比空气导热能力强，更容易使冻肉解冻。而用什么温度的水解冻效果最好呢？有人会认为，用温度较高的水可以放出较多热量，从而使肉快速解冻。但是，事实并非如此，用接近0℃的冷水最好。原因是什么呢？冻肉温度是在0℃以下，若放在热水里解冻，冻肉从热水里吸收热量，其外层迅速解冻，而使温度很快升到0℃以上，此时肉层之间便有了空隙，传递热的本领也就下降，使内部的冻肉不容易再吸热解冻，从而形成硬核。若将冻肉放在冷水中，则因其吸热而使冷水温度很快降到0℃，且部分水还会结冰，因为1克水结冰时可放出80卡热量，而相对地，1克水降温时只放出1卡热量水结冰放出的如此之多的热量被冻肉吸收后，使肉外层的温度较快升高，而内层又容易吸收热量，这样，整块肉的温度也就较快升到0℃，如此反复几次，冻肉就可以解冻了。从营养角度分析，这种均匀缓慢升温的方法也是科学的。解冻后，就可以用肉制作美味的菜肴了。加热凉粥或冷饭时，国内发出“扑嘟，扑嘟”的声音，并不断冒出气泡来。一尝，粥或饭并不热，这是为什么呢？

把凉粥或饭加热与烧开水是不一样的。虽然水是热的不良导体，对热的传导速度很慢，但水具有很好的流动性，当锅底的水受热时，它就要膨胀，密度减小就上浮，周围的凉水就流过来填补，通过这种对流，就把锅底的热不断地传递到水的各个部分而使水变热。而凉粥或饭既流动性差又不易传导热，所以，当锅底的粥或饭吸热后，温度就很快上升，但却不能很快地向上或四周流动，大量的热就集中在锅底而将锅底的粥烧焦。因热很难传到粥的上面，所以上面的粥仍然是凉的，因此加热凉粥或饭时，要在锅里多加一些水，使粥变稀，增强它的流动性。此外，还要勤搅拌，强制进行对流，这样可以将粥进行均匀加热，过一会就能喝到热腾腾的粥了。

冰棍和冰激凌是世界各国人们都喜欢的止渴解暑食品。当你吃到凉甜可口的冰棍和冰激凌时，你是否想过，早期的冰棍和冰激凌是怎样制作出来的呢？

我国是冰棍和冰激凌的故乡。早在3000年以前，我国就有用冰解暑的记载。后来皇宫里就有了用奶和糖制成的冰棍。到了元世祖忽必烈时代（大约700多年前），皇宫里又有了类似现在冰激凌的食品，叫做冰酪。那时，元朝统治者禁止王室以外的人制作冰酪。直到意大利旅行家马可·波罗离华回国前，元世祖才让人把这种珍品的制作方法教给他。马可·波罗回去后，又把这种制作方法传给了意大利王室，意大利王室把这种方法保密了约300年，到1533年，法国国王和意大利人结婚以后，制作冰酪的方法才由意大利传入法国。1777年美国纽约大街上才有了冰激凌广告。

我国古代劳动人民的解暑食品是冰核。直到清代，每当盛夏到来之际，北京大街上还有人买冬天入窖保存下来的天然冰块冰核。大约在1935年，北京有人想出了“绝招”：先把天然冰放进一个大木桶里，加入适量的食盐，这样的木桶就成了一个“土冷冻室”。再准备许多圆柱形小铁筒，每个小铁筒里都装满加了香料和糖的水，并插上一根木棍。然后把一个个装满糖水的小铁筒放进“土冷冻室”大木桶里，封闭起来冷冻。经过半小时后，小铁筒里的糖水就冻结成了冰棍。由于这种解暑食品很受顾客的欢迎，所以很快就在前门大街出现了专售冰棍的商店。

为什么把食盐放到天然冰里混合后能使水结冰呢？这是因为许多纯净物质一旦掺入杂质，它的凝固点就会降低。放在大木桶里的天然冰，加入适量的食盐，就会因凝固点降低而融解；冰融解时要从小铁筒里的水中吸热，小铁筒的水就会放热冻结成冰。这就是制作冰棍的道理。

当然，在现代，人们已经能用各种先进的制冷设备来制造冰棍和冰激凌等冷食了。

冰屋中的物理现象

冰是冷的象征，一提到它，人们就会不寒而栗。但是，在冰雪凛冽的冬天，生活在北极圈里的爱斯基摩人，却凭着用冰垒成的房屋，熬过严寒的冬天。

在北极圈内，有取之不尽的冰，又有用之不竭的水。每当冬天到来之前，爱斯基摩人都要建造冰屋。他们就地取材，先把冰加工成一块块规则的长方体，这就是“砖”；用水作为“泥”。材料准备好以后，他们在选择好的地方，泼上一些水，垒上一些冰块，再泼一些水，再垒一些冰块；前边不断地垒着，后边不断地冻结着，垒完的房屋就成为一个冻结成整体的冰屋。这种房屋很结实，被誉为爱斯基摩人的令人羡慕的艺术杰作。

爱斯基摩人的冰屋是怎样起到保暖防寒作用的呢？

首先，由于冰屋结实不透风，能够把寒风拒之屋外，所以住在冰屋里的人，可以免受寒风的袭击。

其次，冰是热的不良导体，能很好地隔热，屋里的热量几乎不能通过冰墙传导到屋外。 再次，冻结成一体的冰屋，没有窗子，门口挂着兽皮门帘，这样可以大大减少屋内外空气的对流。

正因为如此，冰屋内的温度可以保持在零下几度到十几度，这相对于零下５０多度的屋外，要暖和多了。爱斯基摩人穿上皮衣，在这样的冰屋里完全可以安全过冬了。当然，冰屋里的温度比起我们冬天的室内温度要低得多，而且冰屋里也不允许生火取暖，因为冰在０℃

以上就会融解成水。 气体和液体的“怪脾气”

1912年秋天，在当时算是数一数二的远洋巨轮“奥林匹克”号，正在波浪滔滔的大海中航行着。很凑巧，离开这“漂浮的城市” 。

100米左右的海面上，有一艘比它小得多的铁甲巡洋舰“豪克”号，同它几乎是平行地高速行驶着，像是要跟这个庞然大物赛个高低似的。忽然间，那“豪克”号似乎是中了“魔”一样，突然调转了船头，猛然朝“奥林匹克”号直冲而去。在这千钧一发之际，舵手无论怎样操纵都没有用，“豪克”号上的水手们一个个急得束手无策，只好眼睁睁地看着它将“奥林匹克”号的船舷撞了一个大洞。

究竟是什么原因造成了这次意外的船祸？在当时，谁也说不上来，据说海事法庭在处理这件奇案时，也只得糊里糊涂地判处船长制度不当呢！

后来，人们才算明白了，这次海面上的飞来横祸，是伯努利原理的现象。就是气体和液体都有这么一个“怪脾气”，当它们流动得快时，对旁侧的压力就小；流动得慢时，对旁侧

的压力就大。这是力学家丹尼尔·伯努利在1726年首先提出来的，因此就叫做伯努利原理。 当两条船并排航行时，由于它们的船舷中间流道比较狭窄，水流得要比两船的外侧快一些，因此两船内侧受到水的压力比两船的外侧小。这样，船外侧的较大压力就像一双无形的大手，将两船推向一侧，造成了船的互相吸引现象。“豪克”号船只小重量轻，突然就跑得更快些，所以看上去好像是它改变了航向，直向巨轮撞去。

同样道理，当刮风时，屋面上的空气流动得很快，等于风速，而屋面下的空气几乎是不流动的。根据伯努利原理，这时屋面下空气的压力大于屋面上的气压。要是风越刮越大，则屋面上下的压力差也越来越大。一旦风速超过一定程度，这个压力差就“哗”的一下掀起屋顶的茅草，使其七零八落地随风飘扬。正如我国唐朝著名诗人杜甫《茅屋为秋风所破歌》所说的那样：“八月秋高风怒号，卷我屋上三重茅。”所以，在火车飞速而来时，你决不可站在离路轨很近的地方，因为疾驶而过的火车对站在它旁边的人有一股很大的吸引力。有人测定过，在火车以每小时50公里的速度前进时，竟有8公斤左右的力从身后把人推向火车。你瞧，这有多危险啊！

你现在明白了吧，为什么到水流湍急的江河里去游泳是很危险的事。有人计算了一下，当江心的水流以每秒1米的速度前进时，差不多有30公斤的力在吸引着人的身体，就是水性很好的游泳能手也望而生畏，不敢随便游近呐！

朋友们，我们的生活是奇妙无穷的，而其中蕴含的物理知识更是包罗万象，趣味横生。物理源于生活，物理不能离开生活。物理是生活这个大花园中的一朵奇葩，等待着善于发现美的园丁来培育它，亚里士多德，哥白尼，伽利略，牛顿，爱因斯坦，无数圆顶为物理这朵花的成长做出了杰出的贡献。让我们从生活出发，一路上留心观察，踏着无数巨匠的足迹，接近物理，理解物理，爱好物理。让物理之花因我们更加灿烂绽放。

第五节 中学教材物理学家介绍

厦门六中物理教研组 吴士蕾

一．力学部分

牛顿 伽利略 胡克 笛卡儿 牛顿

牛顿（Isaac Newton，13～1727）伟大的物理学家、天文学家和数学家，经典力学体系的奠基人。

牛顿13年1月4日（儒略历12年12月25日）诞生于英格兰东部小镇乌尔斯索普一个自耕农家庭。出生前个月父死于肺炎。自小瘦弱，孤僻而倔强。3岁时母亲改嫁，由外祖母抚养。11岁时继父去世，母亲又带3个弟妹回家务农。在不幸的家庭生活中，牛顿小学时成绩较差，“除设计机械外没显出才华”。

在1665～1666年，伦敦流行鼠疫的两年间，牛顿回到家乡。这两年牛顿才华横溢，作出了多项发明。1667年重返剑桥大学，1668年7月获硕士学位。1669年巴罗推荐26岁的牛顿继任卢卡斯讲座教授，1672年成为皇家学会会员，1703年成为皇家学会终身会长。1699年就任造币局，1701年他辞去剑桥大学工作，因改革币制有功，1705年被封为爵士。1727年牛顿逝世于肯辛顿，遗体葬于威斯敏斯特教堂。

牛顿的伟大成就与他的刻苦和勤奋是分不开的。他的助手H.牛顿说过，“他很少在两、三点前睡觉，有时一直工作到五、六点。春天和秋天经常五、六个星期住在实验室，直到完成实验。”他有一种长期坚持不懈集中精力透彻解决某一问题的习惯。他回答人们关于他洞察事物有何诀窍时说：“不断地沉思”。这正是他的主要特点。对此有许多故事流传：他年幼时，曾一面牵牛上山，一面看书，到家后才发觉手里只有一根绳；看书时定时煮鸡蛋结果将表和鸡蛋一齐煮在锅里；有一次，他请朋友到家中吃饭，自己却在实验室废寝忘食地工作，再三催促仍不出来，当朋友把一只鸡吃完，留下一堆骨头在盘中走了以后，牛顿才想起这事，可他看到盘中的骨头后又恍然大悟地说：“我还以为没有吃饭，原来我早已吃过了”。 牛顿的成就，恩格斯在《英国状况十八世纪》中概括得最为完整：“牛顿由于发明了万有引力定律而创立了科学的天文学，由于进行了光的分解而创立了科学的光学，由于创立了二项式定理和无限理论而创立了科学的数学，由于认识了力的本性而创立了科学的力学”。（牛顿在建立万有引力定律及经典力学方面的成就详见本手册相关条目），这里着重从数学、光学、哲学（方）等方面的成就作一些介绍。

牛顿自小热爱自然，喜欢动脑动手。8岁时积攒零钱买了锤、锯来做手工，他特别喜欢刻制日晷，利用圆盘上小棍的投影显示时刻。传说他家里墙角、窗台上到处都有他刻划的日晷，他还做了一个日晷放在村，被人称为“牛顿钟”，一直用到牛顿死后好几年。他还做过带踏板的自行车；用小木桶做过滴漏水钟；放过自做的带小灯笼的风筝（人们以为是彗星出现）；用小老鼠当动力做了一架磨坊的模型，等等。他观察自然最生动的例子是15岁时做的第一次实验：为了计算风力和风速，他选择狂风时做顺风跳跃和逆风跳跃，再量出两次跳跃的距离差。牛顿在格兰瑟姆中学读书时，曾寄住在格兰瑟姆镇克拉克药店，这里更培养了他的科学实验习惯，因为当时的药店就是一所化学实验室。牛顿在自己的笔记中，将自然现

象分类整理，包括颜色调配、时钟、天文、几何问题等等。这些灵活的学习方法，都为他后来的创造打下了良好基础。

牛顿曾因家贫停学务农，在这段时间里，他利用一切时间自学。放羊、购物、农闲时，他都手不释卷，甚至羊吃了别人庄稼，他也不知道。他舅父是一个神父，有一次发现牛顿看的是数学，便支持他继续上学。1661年6月考入剑桥大学三一学院。作为领取补助金的“减费生”，他必须担负侍候某些富家子弟的任务。三一学院的巴罗（Isaac Barrow，1630～1677）教授是当时改革教育方式主持自然科学新讲座（卢卡斯讲座）的第一任教授，被称为“欧洲最优秀的学者”，对牛顿特别垂青，引导他读了许多前人的优秀著作。16年牛顿经考试被选为巴罗的助手，1665年大学毕业。 （1）牛顿的数学成就

17世纪以来，原有的几何和代数已难以解决当时生产和自然科学所提出的许多新问题，例如：如何求出物体的瞬时速度与加速度？如何求曲线的切线及曲线长度（行星路程）、矢径扫过的面积、极大极小值（如近日点、远日点、最大射程等）、体积、重心、引力等等；尽管牛顿以前已有对数、解析几何、无穷级数等成就，但还不能或普遍地解决这些问题。当时笛卡儿的《几何学》和瓦里斯的《无穷算术》对牛顿的影响最大。牛顿将古希腊以来求解无穷小问题的种种特殊方法统一为两类算法：正流数术（微分）和反流数术（积分），反映在1669年的《运用无限多项方程》、1671年的《流数术与无穷级数》、1676年的《曲线求积术》三篇论文和《原理》一书中，以及被保存下来的1666年10月他写的在朋友们中间传阅的一篇手稿《论流数》中。所谓“流量”就是随时间而变化的自变量如x、y、s、u等，“流数”就是流量的改变速度即变化率，写作等。他说的“差率”“变率”就是微分。与此同时，他还在1676年首次公布了他发明的二项式展开定理。牛顿利甩它还发现了其他无穷级数，并用来计算面积、积分、解方程等等。1684年莱布尼兹从对曲线的切线研究中引入了和拉长的S作为微积分符号，从此牛顿创立的微积分学在各国迅速推广。

微积分的出现，成了数学发展中除几何与代数以外的另一重要分支──数学分析（牛顿称之为“借助于无限多项方程的分析”），并进一步进进发展为微分几何、微分方程、变分法等等，这些又反过来促进了理论物理学的发展。例如瑞士J.伯努利曾征求最速降落曲线的解答，这是变分法的最初始问题，半年内全欧数学家无人能解答。1697年，一天牛顿偶然听说此事，当天晚上一举解出，并匿名刊登在《哲学学报》上。伯努利惊异地说：“从这锋利的爪中我认出了雄狮”。 （2）牛顿在光学上的成就

牛顿的《光学》是他的另一本科学经典著作（1704年）。该书用标副标题是“关于光的反射、折射、拐折和颜色的论文”，集中反映了他的光学成就。

第一篇是几何光学和颜色理论（棱镜光谱实验）。从1663年起，他开始磨制透镜和自制望远镜。在他送交皇家学会的信中报告说：“我在1666年初做了一个三角形的玻璃棱镜，以便试验那著名的颜色现象。为此，我弄暗我的房间……”接着详细叙述了他开小孔、引阳光进行的棱镜色散实验。关于光的颜色理论从亚里士多德到笛卡儿都认为白光纯洁均匀，乃是光的本色。“色光乃是白光的变种。牛顿细致地注意到阳光不是像过去人们所说的五色而是在红、黄、绿、蓝、紫色之间还有橙、靛青等中间色共七色。奇怪的还有棱镜分光后形成的不是圆形而是长条椭圆形，接着他又试验“玻璃的不同厚度部分”、“不同大小的窗孔”、“将棱镜放在外边”再通过孔、“玻璃的不平或偶然不规则”等的影响；用两个棱镜正倒放置以“消除第一棱镜的效应”；取“来自太阳不同部分的光线，看其不同的入射方向会产生什么样的影响”；并“计算各色光线的折射率”，“观察光线经棱镜后会不会沿曲线运动”；最后才做了“判决性试验”：在棱镜所形成的彩色带中通过屏幕上的小孔取出单色光，再投射到第二棱镜后，得出核色光的折射率（当时叫“折射程度”），这样就得出“白光本身是由折射程度不同的各种彩色光所组成的非匀匀的混合体”。这个惊人的结论推翻了前人的学说，是牛顿细致观察和多项反复实验与思考的结果。

在研究这个问题的过程中，牛顿还肯定：不管是伽利略望远镜（凹、凸）还是开普勒望远镜（两个凸透镜），其结构本身都无法避免物镜色散引起起的色差。他发现经过仔细研磨后的金属反射镜面作为物镜可放大30～40倍。1671年他将此镜送皇家学会保存，至今的巨型天文望远镜仍用牛顿式的基本结构。牛顿磨制及抛光精密光学镜面的方法，至今仍是不少工厂光学加工的主要手段。

《光学》第二篇描述了光照射到叠放的凸透镜和平面玻璃上的“牛顿环”现象的各种实验。除产生环的原因他没有涉及外，他作了现代实验所能想到的一切实验，并作了精确测量。他把干涉现象解释为光行进中的“突发”或“切合”，即周期性的时而突然“易于反射”，时而“易于透射”，他甚至测出这种等间隔的大小，如黄橙色之间有一种色光的突发间隔为1／000英寸（即现今28×10－10米），正好与现代波长值5710×10－10米相差一半！

《光学》第三篇是“拐折”（他认为光线被吸收）即衍射、双折射实验和他的31个疑问。这些衍射实验包括头发丝、刀片、尖劈形单缝形成的单色窄光束“光带”（今称衍射图样）等10多个实验。牛顿已经走到了重大发现的大门口却失之交臂。他的31个疑问极具启发性，说明牛顿在实验事实和物理思想成熟前并不先作绝对的肯定。牛顿在《光学》一、二篇中视

光为物质流，即由光源发出的速度、大小不同的一群粒子，在双折射中他假设这些光粒子有方向性且各向异性。由于当时波动说还解释不了光的直进，他是倾向于粒子说的，但他认为粒子与波都是假定。他甚至认为以太的存在也是没有根据的。

在流体力学方面，牛顿指出流体粘性阻力与剪切率成正比，这种阻力与液体各部分之间的分离速度成正比，符合这种规律的（如、空气与水）称为牛顿流体。

在热学方面，牛顿的冷却定律为：当物体表面与周围形成温差时，单位时间单位面积上散失的热量与这一温差成正比。

在声学方面，他指出声速与大气压强平方根成正比，与密度平方根成反比。他原来把声传播作为等温过程对待，后来P.S.拉普拉斯纠正为绝热过程。 （3）牛顿的哲学思想和科学方法

牛顿在科学上的巨大成就连同他的朴素的唯物主义哲学观点和一套初具规模的物理学方体系，给物理学及整个自然科学的发展，给18世纪的工业、社会经济变革及机械唯物论思潮的发展以巨大影响。这里只简略勾画一些轮廓。

牛顿的哲学观点与他在力学上的奠基性成就是分不开的，一切自然现象他都力图力学观点加以解释，这就形成了牛顿哲学上的自发的唯物主义，同时也导致了机械论的盛行。事实上，牛顿把一切化学、热、电等现象都看作“与吸引或排斥力有关的事物”。例如他最早阐述了化学亲和力，把化学置换反应描述为两种吸引作用的相互竞争；认为“通过运动或发酵而发热”；火药爆炸也是硫磺、炭等粒子相互猛烈撞击、分解、放热、膨胀的过程，等等。 这种机械观，即把一切的物质运动形式都归为机械运动的观点，把解释机械运动问题所必需的绝对时空观、原子论、由初始条件可以决定以后任何时刻运动状态的机械决定论、事物发展的因果律等等，作为整个物理学的通用思考模式。可以认为，牛顿是开始比较完整地建立物理因果关系体系的第一人，而因果关系正是经典物理学的基石。

牛顿在科学方上的贡献正如他在物理学特别是力学中的贡献一样，不只是创立了某一种或两种新方法，而是形成了一套研究事物的方体系，提出了几条方原理。在牛顿《原理》一书中集中体现了以下几种科学方法：

①实验──理论──应用的方法。牛顿在《原理》序言中说：“哲学的全部任务看来就在于从各种运动现象来研究各种自然之力，而后用这些方去论证其他的现象。”科学史家I.B.Cohen正确地指出，牛顿“主要是将实际世界与其简化数学表示反复加以比较”。牛顿是从事实验和归纳实际材料的巨匠，也是将其理论应用于天体、流体、引力等实际问题的能手。 ②分析──综合方法。分析是从整体到部分（如微分、原子观点），综合是从部分到整体（如

积分，也包括天与地的综合、三条运动定律的建立等）。牛顿在《原理》中说过：“在自然科学里，应该像在数学里一样，在研究困难的事物时，总是应当先用分析的方法，然后才用综合的方法……。一般地说，从结果到原因，从特殊原因到普遍原因，一直论证到最普遍的原因为止，这就是分析的方法；而综合的方法则假定原因已找到，并且已经把它们定为原理，再用这些原理去解释由它们发生的现象，并证明这些解释的正确性”。

③归纳──演绎方法。上述分析一综合法与归纳一演绎法是相互结合的。牛顿从观察和实验出发。“用归纳法去从中作出普通的结论”，即得到概念和规律，然后用演绎法推演出种种结论，再通过实验加以检验、解释和预测，这些预言的大部分都在后来得到证实。当时牛顿表述的定律他称为公理，即表明由归纳法得出的普遍结论，又可用演绎法去推演出其他结论。

④物理──数学方法。牛顿将物理学范围中的概念和定律都“尽量用数学演出”。爱因斯坦说：“牛顿才第一个成功地找到了一个用公式清楚表述的基础，从这个基础出发他用数学的思维，逻辑地、定量地演绎出范围很广的现象并且同经验相符合”，“只有微分定律的形式才能完全满足近代物理学家对因果性的要求，微分定律的明晰概念是牛顿最伟大的理智成就之一”。牛顿把他的书称为《自然哲学的数学原理》正好说明这一点。

牛顿的方原理集中表述在《原理》第三篇“哲学中的推理法则”中的四条法则中，此处不再转引。概括起来，可以称之为简单性原理（法则1），因果性原理（法则2），普遍性原理（法则3），否证法原理（法则4，无反例证明者即成立）。有人还主张把牛顿在下一段话的思想称之为结构性原理：“自然哲学的目的在于发现自然界的结构的作用，并且尽可能把它们归结为一些普遍的法规和一般的定律──用观察和实验来建立这些法则，从而导出事物的原因和结果”。

牛顿的哲学思想和方体系被爱因斯坦赞为“理论物理学领域中每一工作者的纲领”。这是一个指引着一代一代科学工作者前进的开放的纲领。但牛顿的哲学思想和方不可避免地有着明显的时代局限性和不彻底性，这是科学处于幼年时代的最高成就。牛顿当时只对物质最简单的机械运动作了初步系统研究，并且把时空、物质绝对化，企图把粒子说外推到一切领域（如连他自己也不能解释他所发现的“牛顿环”），这些都是他的致命伤。牛顿在看到事物的“第一原因”“不一定是机械的”时，提出了“这些事情都是这样地井井有条……是否好像有一位……无所不在的上帝”的问题，（《光学》，疑问29），并长期转到神学的“科学”研究中，费了大量精力。但是，牛顿的历史局限性和他的历史成就一样，都是启迪后人不断前进的教材。

伽利略

伽利略(Galieo Galilei,15～12)伟大的意大利物理学家和天文学家，他开创了以实验事实为基础并具有严密逻辑体系和数学表述形式的近代科学。他为推翻以亚里士多德为旗号的经院哲学对科学的禁锢、改变与加深人类对物质运动和宇宙的科学认识而奋斗了一生，因此被誉为“近代科学之父”。 （1）动手动脑、孜孜不倦

伽利略15年2月15日生于比萨一个乐师和数学家之家，从小爱好机械、数学和音乐、诗画，喜欢做水磨、风车、船舶模型。17岁时虽遵父命入比萨大学学医，但却不顾教授们反对，独自钻研图书馆中的古籍和进行实验。1582年冬，托斯卡纳公爵的年轻数学教师O.里奇允许伽利略旁听，使他进人一个新世界。里奇擅长的应用力学与应用数学及生动的讲课，引导他学习水力学、建筑学和工程技术及实验，伽利略在此期间如饥似渴地读了许多古代数学与哲学书籍，阿基米德的数学与实验相结合的方法使他深受感染，他深情地说：“阿基米德是我的老师。”

（2）善于观察，勤于实验

伽利略对周围世界的多种多样运动特别感兴趣，但他发现“运动的问题这么古老，有意义的研究竟如此可怜。”他的学生维维安尼在《伽利略传》中记叙了1583年19岁的枷利略在比萨大教堂的情景：

“以特有的好奇心和敏锐性，注视悬挂在教堂最顶端的大吊灯的运动──它的摆动时间在沿大弧、中弧和小弧摆动时是否相同……当大吊灯有规律地摆动时，……他利用自己脉搏的跳动，和自己擅长并熟练运用的音乐节拍……测算，他清楚地得出结论：时间完全一样。他对此仍不满足，回家以后……用两根同样长的线绳各系上一个铅球作自由摆动……他把两个摆拉到偏离竖直线不同的角度，例如30°和10°，然后同时放手。在同伴的协助下，他看到无论沿长弧和短弧摆动，两个摆在同一时间间隔内的摆动次数准确相等。他又另外做了两个相似的摆，只是摆长不同。他发现，短摆摆动300次时，长摆摆动40次（均在大角度情况下），在其他摆动角度（如小角度）下它们各自的摆动次数在同一时间间隔内与大角度时完全相同，并且多次重复仍然如此……他由此得出结论，看来无论对于重物体的快速摆动还是轻物体的慢摆动，空气的阻力几乎不起作用，摆长一定的单摆周期是相同的，与摆幅大小无关。他还看到，摆球的绝对重量或相对比重的大小都引不起周期的明显改变……只要不专门挑选最轻的材料作摆球，否则它会因空气阻力太大而很快静止下来。”

伽利略对偶然机遇下的发现，不但做了多次实测，还考虑到振幅、周期、绳长、阻力、重量、材料等因素，他还利用绳长的调节和标度作成了第一件实用仪器──脉搏计。 1585年因家贫退学，回到佛罗伦萨，担任了家庭教师并努力自学。他从学习阿基米德《论浮体》及杠杆定律和称金冠的故事中得到启示。自己用简单的演示证明了一定质量的物体受到的浮力与物体的形状无关，只与比重有关。他利用纯金、银的重量与体积列表后刻在秤上，用待测合金制品去称量时就能快速读出金银的成色。这种“浮力天平”用于金银交易十分方便。1586年他写了第一篇论文《小天平》记述这一小制作。15年他又结合数学计算和实验写了关于几种固体重心计算法的论文。这些成就使他于15年被聘为比萨大学教授，1592年起移居到威尼斯任帕多瓦大学教授，开始了他一生的黄金时代。

在帕多瓦大学，他为了帮助医生测定病人的热度做成了第一个温度计，这是一种开放式的液体温度计，利用带色的水或酒精作为测温物质，这实际上是温度计与气压计的雏形，利用气体的热胀冷缩性质通过含液玻璃管把温度作为一种客观物理量来测量。

伽利略认为：“神奇的艺术蕴藏在琐细和幼稚的事物中，致力于伟大的发明要从最微贱的开始”。“我深深懂得，只要一次实验或确证，就足以推翻所有可能的理由”。伽利略不愧是实验科学的奠基人。 （3）破除迷信闯出新路

伽利略认真读过亚里士多德的《物理学》等著作，认为其中许多是错误的。他反对屈从于亚里土多德的权威，嘲笑那些“坚持亚里士多德的一词一句”的书呆子。他认为那些只会背诵别人词句的人不能叫哲学家，而只能叫“记忆学家”或“背诵博士”。他认为：“世界乃是一本打开的活书，”“真正的哲学是写在那本经常在我们眼前打开着的最伟大的书里，这本书是用各种几何图形和数学文字写成的。”

他从小好问，好与师友争辩。他主张“不要靠老师的威望而是靠争辩”来满足自己理智的要求。他反对一些不合理的传统。例如他在比萨大学任教时就坚决反对教授必须穿长袍的旧规，并在学生中传播反对穿长袍的讽刺诗。他深信哥白尼学说的正确，他一针见血地笑那些认为天体不变的人，“那些大捧特捧不灭不变等等的人，只是由于他们渴望永远活下去和害怕死亡。”

伽利略依靠工匠们的实践经验与数学理论的结合，依靠他自己敏锐的观察和大量的实验成果，通过雄辩和事实，粉碎了教会支持的亚里士多德和托勒密思想体系两千多年来对科学的禁锢，在运动理论方面奠立了科学力学的基石（如速度、加速度的引入，相对性原理、惯性定律、落体定律、摆的等时性、运动叠加原理等），而且闯出了一条实验、逻辑思维与

数学理论相结合的新路（参见“伽利略的运动理论与科学方法”）。 （4）热爱科学，传播真理

伽利略在帕多瓦自己的家中开办了一个仪器作坊，成批生产多种科学仪器与工具，并利用它们亲自进行实验。1609年7月，他听说荷兰有人发明了供人玩赏的望远镜后，8月，就根据传闻及折射现象，找到铅管和平凸及平凹透镜，制成第一台3倍望远镜，20天后改进为9倍，并在威尼斯的圣马克广场最高塔楼顶层展出数日，轰动一时。11月，他又制成20倍望远镜并用来观察天象，看到“月明如镜”的月球上竟是凸凹不平，山峦迭起。他还系统观察木星的四颗卫星。1610年他将望远镜放大倍数提高到33，同年3月发表《星空信使》一书，总结了他的观察成果并用来有力地驳斥地心说。伽利略发明望远镜可属偶然，但他不断改进设计，成批制造，逐步提高放大倍数，这不是一般学者、工匠或教师所能及的。 伽利略通过望远镜测得太阳黑子的周期性变化与金星的盈亏变化，看到银河中有无数恒星，有力地宣传了日心说。 （5）时代局限历史遗案

1615年伽利略受到敌对势力的控告，他虽几经努力，力图挽回局面，但1616年教皇还是下了禁令，禁止他以口头或文字的形式传授或宣传日心说。以后伽利略表面上在禁令下生活，实际上写出了《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》一书来为哥白尼辩护。该书于1632年出版，当年秋伽利略就遭到严刑下的审讯。1633年6月22日伽利略被迫在上签字，随后被终身软禁。在软禁期间他又写了《关于两门新科学的对话与数学证明对话集》一书，该书于1638年在荷兰莱顿出版。 伽利略12年1月8日病逝，终年78岁。

科学的蓬勃发展早已证实了伽利略的伟大和教会的谬误，1979年梵蒂岗教皇保罗二世宣布对这一历史判决平反，只是平反来得过迟了。 胡克

胡克（Robert Hooke，1635～1703）英国实验物理学家，仪器发明家。1635年出生于英格兰怀特岛清水村。从小体弱多病但却心灵手巧，酷爱摆弄机械，自制过木钟、可以开炮的小战舰等。1653年到牛津大学作工读生，1663年获文学硕士学位。1655年成为玻意耳的助手，由于他的实验才能，1662年被任命为皇家学会的实验主持人，为每次聚会安排三、四个实验，1663年获硕士学位，同年被选为皇家学会正式会员，又兼任了学会陈列室管理

员和图书管理员。1665年任格雷姆学院几何学教授，1667～1683年任学会秘书并负责出版会刊。学会的工作条件使他在当时自然科学的前沿（如机械仪器改制、弹性、重力、光学，乃至生物、建筑、化学、地质等方面）作出了自己的贡献。1703年在伦敦逝世。

胡克的重要贡献主要是在仪器制造方面，如协助玻意耳改进抽气机，制造了复式显微镜、轮式气压计、摆钟、海洋测深仪、海水取样器等等。他还参与过伦敦大火后的城市重建设计等等。其次，对于晶体、化石、燃烧、测温学等也有不少研究。

胡克于1678年曾将自己发现的弹性定律发表在他的讲演集《态势的恢复》中，他举出螺旋弹簧、发条、悬线、木杆挠曲变形等四种情况。这一定律后来经过A.L.科西1822年引入“应力”“应变”及G.格林的改进后才具有现代形式。他和惠更斯（参见“惠更斯”）是各自地建议用发条（游丝）驱动摆轮的。胡克虽长于实验技术且，物理思想活跃，但由于缺乏数学根基，最终并未能从理论和实验上根本解决问题。

在重力问题上也是如此。胡克从1661年开始积极参加皇家学会重力专门委员会的活动，进行了在教堂塔尖称量长绳与短绳上的铁块重量的比较。1671年发表《试论地球周年运动》的论文中提出所有天体有吸引力、惯性运动、引力大小与距离有关（后从圆轨道导出为平方反比关系）等三条假设，他还在1679年指出行星运动是由匀速直线的惯性运动和朝向中心天体的吸引这两部分运动合成的。牛顿自己也承认胡克的思想对他有启发（1679年12月13日致胡克信）。但对于非圆周情况胡克就为力了。

在重力问题上也是如此。胡克从1661年开始积极参加皇家学会重力专门委员会的活动，进行了在教堂塔尖称量长绳与短绳上的铁块重量的比较。1671年发表《试论地球周年运动》的论文中提出所有天体有吸引力、惯性运动、引力大小与距离有关（后从圆轨道导出为平方反比关系）等三条假设，他还在1679年指出行星运动是由匀速直线的惯性运动和朝向中心天体的吸引这两部分运动合成的。牛顿自己也承认胡克的思想对他有启发（1679年12月13日致胡克信）。但对于非圆周情况胡克就为力了。

胡克1665年出版的《显微术或放大镜下微小物体的生理学描述》，描述了显微镜的光学结构和观察到的图画：如矿石、动植物标本、软木塞、昆虫、细胞等。这本书还讨论了云母、肥皂泡、油膜等透明薄膜的彩色于涉图与周期性分布图。胡克还是光的波动说最早的倡导者之一，但对这些干涉图样缺乏定量分析研究。

胡克1665年出版的《显微术或放大镜下微小物体的生理学描述》，描述了显微镜的光学结构和观察到的图画：如矿石、动植物标本、软木塞、昆虫、细胞等。这本书还讨论了云母、肥皂泡、油膜等透明薄膜的彩色于涉图与周期性分布图。胡克还是光的波动说最早的倡导者

之一，但对这些干涉图样缺乏定量分析研究。 笛卡儿

笛卡儿(Rence Descartes,1596～1650)法国哲学家、物理学家和数学家。1596年3月31日生于法国小镇拉埃的一个贵族家庭。因家境富裕从小多病，学校允许他在床上早读，养成终生沉思的习惯和孤僻的性格。1606年他在欧洲最有名的贵族学校──耶稣会的拉弗莱什学校上学，1616年在普依托大学学习法律与医学，对各种知识特别是数学深感兴趣。在服役和周游欧洲中他继续注意“收集各种知识”，“随处对遇见的种种事物注意思考”，1629～19年在荷兰写成《方法谈》（1637）及其附录《几何学》、《屈光学》、《哲学原理》（14）。1650年2月11日卒于斯德哥尔摩，死后还出版有《论光》（16）等。

笛卡儿在自然哲学、数学（主要是解析几何学）、力学、光学和宇宙结构等方面的思想和成果，促进了物理学的发展。科学史的发展也是在充满矛盾中曲折前进的，笛卡儿正是以其理性思维、近距作用、数学演绎法、直观模型、物质的连续性与无限可分性等鲜明的观点和某些正误兼备的物理成果起着特殊的历史作用。他是继伽利略与开普勒之后另一个新宇宙体系的探索者。在当时情况下，他的成就是和他独具一格的自学方法（学习──沉思──实践──游历──研究──建立新理论体系）有关的。他对于在修道院或学院里反复修补注释几本古籍的经院哲学方法及其学问越发怀疑，决心“在我们自身之内或世界这本大书里”去找学问。他曾说过：“即使我们能背诵别人已经作出的所有证明，我们也不会成为数学家。即使我们掌握了柏拉图和亚里士多德的全部论证，我们也不会成为哲学家，如果我们没有能力形成对这些问题的可靠判断的话”（《心灵方向的规则》，1628）。“我对每一件可以使我怀疑的事……都特别加以思考，同时把以前潜入我的心灵的一切错误通通从我心中拔除干净”（《方法谈》，1636）。当时迫切需要在扩大实验成果的基础上找寻理论指导与概括，因此他的“新哲学”风靡一时。他的探求真理的创新精神和方法是有一定教育意义的。

笛卡儿主张有两个的世界，它们分别由物质实体和精神组成并受到上帝超自然的某些干预。他认为：物质由微粒构成，物质与空间广延性密不可分，物质世界没有真空；物体唯一可能的运动是位置变动，包括圆周运动与涡漩运动；一切自然现象都可用物质粒子的相互机械作用（近距作用）来说明；“给我广延和运动，我将造出这个世界”，“让自然依照他所建立的规律活动，勿须再由上帝照管”，这种机械宇宙观一直影响到17～18世纪的自然科学。

笛卡儿特别重视方法问题，尤其是数学方法。“我决心洗手不干的只是抽象的几何学，

即不再考虑那种只能起到练习头脑作用的问题，为了要研究一种以解释自然现象为宗旨的几何学……我的物理学可以说跟几何学是没有什么两样的”（给麦山尼的一封信）。他在古代演绎方法的基础上创立了数学演绎法：以唯理主义为根据，从简单自明的直观公理出发运用数学的逻辑演绎推出结论。这种方法与F.培根的实验归纳法结合起来，成为后来物理学特别是理论物理学的重要方法。他首创的代数几何学即解析几何学使变化的坐标即变数进入了数学，成了物理学与自然科学研究方法中的常用利器（如图解法、笛卡儿坐标系等）。此外，笛卡儿还善于运用“直观模型（如用“盲人手杖”比喻光信息传入大脑）和假说方法（如“以太漩涡”）。

在力学方面，他发展了运动相对性思想，明确表述了惯性定律：只要物体开始运动，就将继续以同一速度并沿同一直线方向运动，直到遇到某种外来原因造成的阻碍或偏离为止（《哲学原理》37～39节），强调了惯性运动的直线性。他还在同书36节明确提出了动量守恒定律：“物质和运动的总量永远保持不变”。“既然运动不过是运动着的物质的条件，在物质中就会存在一定量的运动，它的总和在世界上永远不会增加也不会消失，尽管其各个分散部分部分将会改变。这就是说，假定一物体比另一物体小一倍但速度快一倍，二者的运动量是一样的。”

在光学方面，他第一次在《屈光学》中提出折射定律的理论推导，认为光是一种在以太中传播的压力过程，并用网球模型计算两种媒质分界面上的反射与折射，得出sini／sinr＝常数的形式，但这与光疏、光密媒质中光速度变化的事实恰好相反，引起了后来关于光的粒子性与波动性的长期争论。他还在1637年《方法谈》中“论虹”一文中成功地解释了虹的成因。

笛卡儿由于缺乏实验基础而导致不少具体物理结论的失误，例如碰撞问题、光的折射方向、用宇宙以太漩涡假说解释引力现象等。他的“怀疑一切”原则使他陷入“我思故我在”的唯心主义，削弱了他的理性主义主的力量。对笛卡儿的褒贬不一，但应从历史发展角度客观地考察。

二．光学部分

多普勒 庞加莱 赫兹 斯涅耳 惠更斯 泊松 麦克斯韦 托马斯·杨

多普勒

奥地利物理学家及数学家多普勒•克里斯琴·约翰(Doppler, Christian Johann)1803年11月29日出生于奥地利的萨尔茨堡 (Salzburg)。1842年，他在文章 \"On the Colored Light of Double Stars\" 提出“多普勒效应”(Doppler Effect)，因而闻名于世。

著名的多普勒效应首次出现在1842年发表的一篇论文上。多普勒推导出当波源和观察者有相对运动时，观察者接收到的波频会改变。他试图用这个原理来解释双星的颜色变化。虽然多普勒误将光波当作纵波，但多普勒效应这个结论却是正确的。

多普勒效应有很多应用，例如天文学家观察到遥远星体光谱的红移现象，可以计算出星体与地球的相对速度；警方可用雷达侦测车速等。

多普勒的研究范围还包括光学、电磁学和天文学，他设计和改良了很多实验仪器，例如光学仪器。多普勒天才横溢，创意无限，脑里充满各种新奇的点子。虽然不是每一个构想都行得通，但往往为未来的新发现提供线索。 赫兹

赫兹，德国物理学家，生于汉堡。早在少年时代就被光学和力学实验所吸引。十九岁入德累斯顿工学院学工程，由于对自然科学的爱好，次年转入柏林大学，在物理学教授亥姆霍兹指导下学习。1885年任卡尔鲁厄大学物理学教授。18年，接替克劳修斯担任波恩大学物理学教授，直到逝世。

赫兹对人类最伟大的贡献是用实验证实了电磁波的存在。

1887年11月5日，赫兹在寄给亥姆霍兹一篇题为《论在绝缘体中电过程引起的感应现象》的论文中，总结了这个重要发现。接着，赫兹还通过实验确认了电磁波是横波，具有与光类似的特性，如反射、折射、衍射等，并且实验了两列电磁波的干涉，同时证实了在直线传播时，电磁波的传播速度与光速相同，从而全面验证了麦克斯韦的电磁理论的正确性。此外，赫兹又做了一系列实验。他研究了紫外光对火花放电的影响，发现了光电效应，即在光的照射下物体会释放出电子的现象。这一发现，后来成了爱因斯坦建立光量子理论的基础。 1888年1月，赫兹将这些成果总结在《论动电效应的传播速度》一文中。赫兹实验公布后，轰动了全世界的科学界。由法拉第开创，麦克斯韦总结的电磁理论，至此才取得决定性的胜利

赫兹也是是国际单位制中频率的单位，它是每秒中的周期性变动重复次数的计量。 惠更斯

惠更斯，C(Christiaan Huygens 1629～1695)荷兰物理学家、天文学家、数学家。1629年4月14日出生于海牙。父亲是大臣和诗人，与R.笛卡儿等学界名流交往甚密。惠更斯自幼聪慧，13岁时曾自制一台车床，表现出很强的动手能力。15年16岁时进入莱顿大学学习法律与数学，17～19年转入布雷达学院深造。致力于力学、光学、天文学及数学的研究。他善于把科学和理论研究结合起来，透彻地解决问题，因此在摆钟的发明、天文仪器的设计、弹性体碰和光的波动理论等方面都有突出成就。

惠更斯衣冠楚楚，举止文雅，颇具学者风度。他喜欢音乐和诗歌，终身未娶。晚年长期患病，于1695年7月8日在海牙逝世，享年66岁

1.在物理学上最重要的贡献是关于光的波动学说。惠更斯在1679年向法国科学院的报告和1690年出版的《光论》中，提出了著名的惠更期原理。

2．他全面细致地解决了完全弹性碰撞问题，证明了这种碰撞中同一方向上的动量保持不变。

他还通过对比船岸与岸上两人手中小球的碰撞情况的生动例子，阐明相对性原理也适用于碰撞现象。这是从特殊情况的碰撞出发首次利用相对性原理得出了守恒定律的结论。

3．发明了摆钟。1656年开始，惠更斯首先将摆引入时钟，发明了摆钟（图1），并发表了《摆钟》（1658）及《摆式时钟或用于时钟上的摆的运动的几何证明》（1637）。他又研究了简谐运动及弹簧振动，并用游丝代替挂摆，设计出许多种钟表等时结构（例如海上用以测量地理经度的怀表等）。

4．在光学方面成就。1650年起与其弟用新法研磨球面透镜，作出的望远镜质量优良，用它发现了土星光环和土卫六、猎户座星云等。他深入研究了几何光学理论和应用光学技术，例如折射定律及折射率、眼睛及眼镜片、透镜的放大率、焦深、球差与色差及其消除，以及改进望远镜与显微镜等等。他发明的目镜效果良好，被称为惠更斯目镜，至今通用。 麦克斯韦

詹姆斯·克拉克·麦克斯韦是19世纪伟大的英国物理学家、数学家。1831年11月13日生于苏格兰的爱丁堡，自幼聪颖，父亲是个知识渊博的律师，使麦克斯韦从小受到良好的教育。10岁时进入爱丁堡中学学习14岁就在爱丁堡皇家学会会刊上发表了一篇关于二次曲线作图问题的论文，已显露出出众的才华。1847年进入爱丁堡大学学习数学和物理。1850年转入剑桥大学三一学院数学系学习，18年以第二名的成绩获史密斯奖学金，毕业留校任职两年。1856年在苏格兰阿伯丁的马里沙耳任自然哲学教授。1860年到伦敦国王学院任自

然哲学和天文学教授。1861年选为伦敦皇家学会会员。1865年春辞去教职回到家乡系统地总结他的关于电磁学的研究成果，完成了电磁场理论的经典巨著《论电和磁》，并于1873年出版，1871年受聘为剑桥大学新设立的卡文迪什试验物理学教授，负责筹建著名的卡文迪什实验室，1874年建成后担任这个实验室的第一任主任，直到1879年11月5日在剑桥逝世。

麦克斯韦主要从事电磁理论、分子物理学、统计物理学、光学、力学、弹性理论方面的研究。尤其是他建立的电磁场理论，将电学、磁学、光学统一起来，是19世纪物理学发展的最光辉的成果，是科学史上最伟大的综合之一。他预言了电磁波的存在。这种理论遇见后来得到了充分的实验验证。他为物理学树起了一座丰碑。造福于人类的无线电技术，就是以电磁场理论为基础发展起来的。

麦克斯韦是霍普金斯的研究生。霍普金斯学问渊博，培养出了不少人才。有多方面成就的威廉·汤姆生就是著名的开尔文勋爵）和数学家斯托克斯（1819～1903），都是他的门下。麦克斯韦在导师的指导下，首先克服了杂乱无章的学习方法。霍普金斯对他的每一个选题，每一步运算都要求得很严格。那时，麦克斯韦还参加了剑桥大学的斯托克斯讲座。 24岁的麦克斯韦麦表《论法拉第的力线》，这是他第一篇关于电磁学的论文。在论文中，麦克斯韦通过数学方法，把电流周围存在力线这个现象，概括做一个高等数学里的矢量微分方程。根据这个方程，每一股电流都产生一条环状磁力线。这一年（1855），恰好法拉第结束了长达30多年的电学研究，他在科学笔记里写下了最后一个编号：30。正是“芳林新叶催陈叶，流水前波让后波”，麦克斯韦接过了这位伟大先驱者的火炬，开始向电磁领域的纵深挺进 。 庞加莱

亨利·庞加莱(Jules Henri Poincaré)是法国数学家，18年4月29日生于南锡，1912年7月17日卒于巴黎。庞加莱的父母亲都出身于法国的显赫世家，几代人都居住在法国东部的洛林 。1875年～1878年，庞加莱在高等工科学校毕业后，又在国立高等矿业学校学习工程，准备当一名工程师。但他却缺少这方面的勇气，且与他的兴趣不符。

1879年8月1日，庞加莱撰写了关于微分方程方面的博士论文，获得了博士学位。然后到卡昂大学理学院任讲师，1881年任巴黎大学教授，直到去世。

庞加莱的研究涉及数论、代数学、几何学、拓扑学等许多领域，最重要的工作是在分析学方面。 庞加莱还开创了动力系统理论，15年证明了“庞加莱回归定理”。他在天体力学方面

的另一重要结果是，在引力作用下，转动流体的形状除了已知的旋转椭球体、不等轴椭球体和环状体外，还有三种庞加莱梨形体存在。

庞加莱对经典物理学有深入而广泛的研究，对狭义相对论的创立有贡献。他从19年开始研究电子理论，首先认识到洛伦茨变换构成群 。

庞加莱的哲学著作《科学与假设》、《科学的价值》、《科学与方法》也有着重大的影响。他是约定主义的代表人物，认为科学公理是方便的定义或约定，可以在一切可能的约定中进行选择，但需以实验事实为依据，避开一切矛盾。

1906年，庞加莱当选为巴黎科学院；1908年，他被选为法国科学院院士，这是一位法国科学家所能达到的最高地位 。 斯涅耳

威里布里德．斯涅耳（Willebrord Snell Van Roijen 1591-1626），荷兰莱顿人，数学家和物理学家，曾在莱顿大学担任过数学教授．斯涅尔最早发现了光的折射定律，从而使几何光学的精确计算成为了可能．

1621年，斯涅耳通过实验确立了开普勒想发现而没有能够发现的折射定律。当时斯涅耳注意到了水中的物体看起来象漂浮的现象，并试图揭开其中的奥秘。由此便引出了他对折射现象的研究。

在总结托勒密、开普勒等前人的研究成果后，斯涅耳做了进一步的实验。在实验中，斯涅耳应用开普勒的方法发现：从空气到水里并落在容器垂直面上的一条光线在水中所走的长度，同该光线如按未偏离其原始方向而本来会通过的路程成一定的比。他指出：折射光线位于入射光线和法线所决定的平面内，入射光线和折射光线分别位于法线两侧，入射角的正弦和折射角的正弦的比值对于一定的两种媒质来说是一个常数。这个常数是第二种媒质对第一媒质的相对折射率。其中i1和i2分别为入射角和折射角；n21为折射光所在媒质对入射光所在媒质的相对折射率；n2和n1为两种媒质的绝对折射率。

斯涅耳的这一折射定律（也称斯涅耳定律）是从实验中得到的，未做任何的理论推导，虽然正确，但却从未正式公布过。只是后来惠更斯和伊萨克．沃斯两人在审查他遗留的手稿时，才看到这方面的记载。

斯涅耳在数学上也颇有成就。他善于实验和测量。1617年，他运用三角方法，精确地测量了地球的大小，且测出了纬度一度为66.66英国法定里。他得出的这一数据比前人的数据精确的多，所以后来被引用在《函数尺和直角仪的说明》以及《地理学》等书中。

泊松

法国数学家。1781 年6月21日生于法国卢瓦雷省的皮蒂维耶，1840年4月25日卒于法国索镇。

1798年入巴黎综合工科学校深造。在毕业时，因优秀的研究论文而被指定为讲师。1806年接替J.-B.-J.傅里叶任该校教授。1809年任巴黎理学院力学教授。1812年当选为巴黎科学院院士。

泊松的科学生涯开始于研究微分方程及其在摆的运动和声学理论中的应用。他工作的特色是应用数学方法研究各类力学和物理问题，并由此得到数学上的发现。他对积分理论、行星运动理论、热物理、弹性理论、电磁理论、位势理论和概率论都有重要贡献。

在经典物理学时期，关于光的本性有两种观点，即波动论和粒子论（当然现在已经知道其实是波粒二象性了）。而数学家泊松是坚定的粒子论者，他对光的波动说很不屑。我们知道，波是可以产生衍射的，于是泊松为了推翻光的波动说就用很严谨的数学方法计算，得出的结论是“假如光是一种波，那么光在照到一个尺寸适当的圆盘时，其后面的阴影中心会出现一个亮斑”这在当时看来是一个很可笑的结论，影子的中心应该是最暗的，如果光是波动的反而成了最亮的地方了。泊松自认为这个结论完全可以推翻光的波动说，然而物理学家菲涅尔的试验却使泊松大跌眼镜——事实的确如此，在阴影的中心就是有一个亮斑。 泊松本来想推翻光的波动说，结果反而又一次证明了光的波动性。由于圆盘衍射中的那个亮斑是由泊松最早证明计算出来的，所以叫做“泊松亮斑”

具体地来说就是：泊松亮斑:当光照到不透光的小圆板上时,在圆板的阴影中心出现的亮斑 (在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环)。 形成的原因是由于光的衍射，可以利用衍射公式来具体计算 。

托马斯·杨

托马斯·杨,英国医生兼物理学家，光的波动说的奠基人之一。他不仅在物理学领域领袖群英、名享世界，而且涉猎甚广。光波学、声波学、流体动力学、造船工程、潮汐理论、毛细作用、用摆测量引力、虹的理论……力学、数学、光学、声学、语言学、动物学、埃及学……这实在是一个庞大的目录，他对艺术还颇有兴趣，热爱美术，几乎会演奏当时的所有乐器，并且会制造天文器材，还研究了保险经济问题。而且托马斯·杨擅长骑马，并且会耍杂技走钢丝。

托马斯·杨（Thomax Young,1773—1829年）英国医生兼物理学家，光的波动说的奠基人之一。1773年6月13日生于萨默塞特郡的米菲尔顿。他从小就有神童之称，兴趣十分广泛。后来进入伦敦的圣巴塞罗缪医学院学医，21岁时，即以他的第一篇医学论文成为英国皇家学会会员。为了进一步深造，他到爱丁堡和剑桥继续学习，后来又到德国哥廷根去留学。在那里，他受到一些德国自然哲学家的影响，开始怀疑起光的微粒说。1801年进行了著名的杨氏干涉实验，为光的波动说的复兴奠定了基础。1829年5月10日杨氏在伦敦逝世。 他热爱物理学，在行医之余，他也花了许多时间研究物理。

牛顿曾在其《光学》的论著中提出光是由微粒组成的，在之后的近百年时间，人们对光学的认识几乎停滞不前，直到托马斯·杨的诞生，他成为开启光学真理的一把钥匙，为后来的研究者指明了方向 。

光会不会也和声音一样，是一种波？杨做了著名的杨氏干涉实验，为光的波动说奠定了基础。

这个著名的实验如今已经进入中学物理课本：让通过一个小针孔S0的一束光，再通过两个小针孔S1和S2，变成两束光。这样的两束光来自同一光源，所以它们是相干的，结果表明，在光屏上果然看见了明暗相间的干涉图样；后来，又以狭缝代替针孔，进行了双缝实验，得到了更明亮的干涉条纹。

杨并没有向权威低头，而是为此撰写了一篇论文，不过论文无处发表，只好印成小册子，据说发行后“只印出了一本”。杨在论文中勇敢地反击：“尽管我仰慕牛顿的大名，但是我并不因此而认为他是万无一失的。我遗憾地看到，他也会弄错，而他的权威有时甚至可能阻碍科学的进步。”

杨在物理光学领域的研究是具有开拓意义的，他第一个测量了7种光的波长，最先建立了三原色原理：指出一切色彩都可以从红、绿、蓝这三种原色中得到。杨对弹性力学也很有研究，后人为了纪念他的贡献，把纵向弹性模量称为杨氏模量。

三．电磁部分

安培 欧姆 法拉第

库伦 奥斯特 楞次

安培

安培在物理学方面的主要贡献是对电磁学中的基本原理有重要发现，如安培定律、安培定则和分子屯流等。1820年七月二十一日丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应。法国物理学界长期信奉库仑关于电、磁没有关系的信条，这个重大发现使他们受到极大的震动，以阿拉果(1786-1853)，安培等为代表的法国物理学家迅速作出反应。

八月末阿拉果在瑞士听到奥斯特成功的消息，立即赶回法国，九月十一日就向法国科学院报告了奥斯特的实验细节.安培听了报告之后，第二天就重复了奥斯特的实验，并于九月十八月向法国科学院报告了第一篇论文，提出了磁针转动方向和电流方向的关系服从右手定则，以后这个定则被命名为安培定则。九月二十五日安培向科学院报告了第二篇论文，提出了电流方向相同的两条平行载流导线互相吸引，电流方向相反的两皋平行载流导线互相排斥。十月九日报告了第三篇论文，阐述丁各种形状的曲线载流导线之间的相互作用。后来，安培又做了许多实验，并运用高度的数学技巧于1826年总结出电流元之间作用力的定律，描述两电流元之间的相互作用同两电流元的大小、间距以及相对取向之间的关系。后来人们把这个定律称为安培定律。十二月四日安培向科学院报告了这个成果。安培并不满足于这些实验研究的成果。1821年一月，他提出了著名的分子电流的假设，认为每个分子的圆电流形成十个小磁体，这是形成物体宏观磁性的原因。安培还对比了静力学和动力学的名称，第一个把研究动电的理论称为“电动力学’，并于‘1822年出版了《电动力学的观察汇编》，1827年出版了螟电动力学理论》。此外，安培还发现，电流在线圈中流动的时候表现出来的磁性和磁铁相似，创制出第一个螺线管，在这个基础上发明了探测和量度电流的电流计。 【科学成就】

安培最主要的成就是1820～1827年对电磁作用的研究。 ①发现了安培定则

奥斯特发现电流磁效应的实验，引起了安培注意，使他长期信奉库仑关于电、磁没有关系的信条受到极大震动，他全部精力集中研究，两周后就提出了磁针转动方向和电流方向的

关系及从右手定则的报告，以后这个定则被命名为安培定则。 ②发现电流的相互作用规律

接着他又提出了电流方向相同的两条平行载流导线互相吸引，电流方向相反的两条平行载流导线互相排斥。对两个线圈之间的吸引和排斥也作了讨论。 ③发明了电流计

安培还发现，电流在线圈中流动的时候表现出来的磁性和磁铁相似，创制出第一个螺线管，在这个基础上发明了探测和量度电流的电流计。 ④提出分子电流假说

他根据磁是由运动的电荷产生的这一观点来说明地磁的成因和物质的磁性。提出了著名的分子电流假说。安培认为构成磁体的分子内部存在一种环形电流——分子电流。由于分子电流的存在，每个磁分子成为小磁体，两侧相当于两个磁极。通常情况下磁体分子的分子电流取向是杂乱无章的，它们产生的磁场互相抵消，对外不显磁性。

当外界磁场作用后，分子电流的取向大致相同，分子间相邻的电流作用抵消，而表面部分未抵消，它们的效果显示出宏观磁性。安培的分子电流假说在当时物质结构的知识甚少的情况下无法证实，它带有相当大的臆测成分；在今天已经了解到物质由分子组成，而分子由原子组成，原子中有绕核运动的电子，安培的分子电流假说有了实在的内容，已成为认识物质磁性的重要依据。

⑤总结了电流元之间的作用规律——安培定律

安培做了关于电流相互作用的四个精巧的实验，并运用高度的数学技巧总结出电流元之间作用力的定律，描述两电流元之间的相互作用同两电流元的大小、间距以及相对取向之间的关系。后来人们把这定律称为安培定律。安培第一个把研究动电的理论称为“电动力学”，1827年安培将他的电磁现象的研究综合在《电动力学现象的数学理论》一书中。这是电磁学史上一部重要的经典论著。为了纪念他在电磁学上的杰出贡献，电流的单位“安培”以他的姓氏命名。

他在数学和化学方面也有不少贡献。他曾研究过概率论和积分偏微方程；他几乎与H戴维同时认识元素氯和碘，导出过阿伏伽德罗定律，论证过恒温下体积和压强之间的关系，还试图寻找各种元素的分类和排列顺序关系。 【趣闻轶事】 1．怀表变卵石

安培思考科学问题专心致志，据说有一次，安培正慢慢地向他任教的学校走去，边走边

思索着一个电学问题。经过塞纳河的时候，他随手拣起一块鹅卵石装进口袋。过一会儿，又从口袋里掏出来扔到河里。到学校后，他走进教室，习惯地掏怀表看时间，拿出来的却是一块鹅卵石。原来，怀表已被扔进了塞纳河。 2．马车车厢做“黑板”

安培在街上行走，走着走着，想出了一个电学问题的算式，正为没有地方运算而发愁。突然，他见到面前有一块“黑板”，就拿出随身携带的粉笔，在上面运算起来。那“黑板”原来是一辆马车的车厢背面。马车走动了，他也跟着走，边走边写；马车越来越快，他就跑了起来，一心一意要完成他的推导，直到他实在追不上马车了才停下脚步。安培这个失常的行动，使街上的人笑得前仰后合。 3．“电学中的牛顿”

安培将他的研究综合在《电动力学现象的数学理论》一书中，成为电磁学史上一部重要的经典论著。麦克斯韦称赞安培的工作是“科学上最光辉的成就之一，还把安培誉为“电学中的牛顿”。

安培还是发展测电技术的第一人，他用自动转动的磁针制成测量电流的仪器，以后经过改进称电流计。

安培在他的一生中，只有很短的时期从事物理工作，可是他却能以独特的、透彻的分析，论述带电导线的磁效应，因此我们称他是电动力学的先创者，他是当之无愧的。 欧姆 欧姆生平

欧姆生于巴伐利亚埃尔兰根城。欧姆的父亲是一个技术熟练的锁匠，对哲学和数学都十分爱好。欧姆从小就在父亲的教育下学习数学并受到有关机械技能的训练，这对他后来进行研究工作特别是自制仪器有很大的帮助。欧姆的研究，主要是在1817～1827年担任中学物理教师期间进行的！

1800年在中学接受过古典式教育。1803年考入埃尔兰根大学，未毕业就在一所中学教书。1811年欧姆又回到埃尔兰根完成了大学学业，并通过考试于1813年获得哲学博士学位。1817年，他的《几何学教科书》一书出版。同年应聘在科隆大学预科教授物理学和数学。在该校设备良好的实验室里，作了大量实验研究，完成了一系列重要发明。他最主要的贡献是通过实验发现了电流公式，后来被称为欧姆定律。1826年，他把这些研究成果写成题目为《金属导电定律的测定》的论文，发表在德国《化学和物理学杂志》上。欧姆在1827年

出版的《动力电路的数学研究》一书中，从理论上推导了欧姆定律，此外他对声学也有贡献。1833年，他前往纽伦堡理工学院任物理学教授。1841年，欧姆获英国伦敦皇家学会的柯希利奖章，第二年当选为该学会的国外会员。1852年，他被任命为慕尼黑大学教授。为了纪念他，人们把电阻的单位命名为欧姆。其定义是：在电路中两点间，当通过1安培稳恒电流时，如果这两点间的电压为1伏特，那么这两点间导体的电阻便定义为1欧姆。

1805年，欧姆进入爱尔兰大学学习，后来由于家庭经济困难，于1806年被迫退学。通过自学，他于1811年又重新回到爱尔兰大学，顺利地取得了博士学位。大学毕业后，欧姆靠教书维持生活。从1820年起，他开始研究电磁学。

欧姆的研究工作是在十分困难的条件下进行的。他不仅要忙于教学工作，而且图书资料和仪器都很缺乏，他只能利用业余时间，自己动手设计和制造仪器来进行有关的实验。1826年，欧姆发现了电学上的一个重要定律——欧姆定律，这是他最大的贡献。这个定律在我们今天看来很简单，然而它的发现过程却并非如一般人想象的那么简单。欧姆为此付出了十分艰巨的劳动。在那个年代，人们对电流强度、电压、电阻等概念都还不大清楚，特别是电阻的概念还没有，当然也就根本谈不上对它们进行精确测量了；况且欧姆本人在他的研究过程中，也几乎没有机会跟他那个时代的物理学家进行接触，他的这一发现是进行的。 欧姆最初进行的试验主要是研究各种不同金属丝导电性的强弱，用各种不同的导体来观察磁针的偏转角度。后来在试验改变电路上的电动势中，他发现了电动势与电阻之间的依存关系，这就是欧姆定律。这一定律可以表示为两种形式：一是部分电路的欧姆定律，通过部分电路的电流，等于该部分电路两端的电压，除以该部分电路的电阻；二是全电路的欧姆定律，即通过闭合电路的电流，等于电路中电源的电动势，除以电路中的总电阻。

欧姆的研究成果最初公布时，没有引起科学界的重视，并受到一些人的攻击，直到1841年，英国皇家学会授予欧姆科普勒奖章，欧姆的工作才得到了普遍的承认。科普勒奖是当时科学界的最高荣誉。18年7月，欧姆在德国曼纳希逝世。 逆境中的欧姆

欧姆爱好物理和数学，欧姆自幼受到父亲的教导，在科学和技术方面得到了不少的启迪。在大学期间，因生活困难，不得不退学去做家庭教师。但他仍然坚持学习，终于完成了学业，获得了博士学位。他曾在几处中学任教，并在繁重的工作之余，坚持进行科学研究。 欧姆正处在电学飞速发展的时期，新的电学成果不断地涌现，其他科学家的发现激励着他去进一步探索一个重要的问题：使用伏打电池的电路中，电流强度可能随电池数目的增多而增大，但是，这中间到底存在什么规律呢？他决心通过实验寻找答案。

当时还没有测量电流强弱的仪器，欧姆曾设想用电流的热效应去测量电流的强弱，但没有成功。

1821年施魏格尔和波根多夫发明了一种原始的电流计，这个仪器的发明使欧姆受到鼓舞。他利用业余时间，向工人学习多种加工技能，决心制作必要的电学仪器与设备。为了准确地量度电流，他巧妙地利用电流的磁效应设计了一个电流扭秤。用一根扭丝挂一个磁针，让通电的导线与这个磁针平行放置，当导线中有电流通过时，磁针就偏转一定的角度，由此可以判断导线中电流的强弱了。他把自己制作的电流计连在电路中，并创造性地在放磁针的度盘上划上刻度，以便记录实验的数据。这样，1825年从根据实验结果得出了一个公式，可惜是错的，用这个公式计算的结果与欧姆本人后来的实验也不一致。欧姆很后悔，意识到问题的严重性，打算收回已发出的论文，可是已经晚了，论文已发散出去了。急于求成的轻率做法，使他吃了苦头，科学家对他也表示反感，认为他是假充内行。

欧姆决心要挽回影响和损失，更重要的是还要继续通过实验找规律。这时欧姆多么需要人们的理解和支持啊！当时有位科学家叫波根多夫，从欧姆这位中学教师身上看到了追求真理勇于创新的才华，写信鼓励欧姆继续干下去。并建议他在实验中，使用更加稳定的塞贝克温差电池。这种电池是1821年由塞贝克发明的，它的原理是：用钢、铋两种不同的导线连接而组成的电路中，两个接头的温度不同时可以产生电流，温差越大，电流越强。欧姆鼓起勇气，用了温差电池重新认真地做实现，他把一个接头浸入沸水中，温度保持100℃，另一接头埋入冰块，温度保持0℃，从而保证一个能供应稳定电压的电源。多次实验之后，终于在1827年提出了一个关系式：X＝a／（b+x）式中X表示电流强度，a表示电动势（高中物理中学到），b+x表示电阻，b是电源内部的电阻，x为外部电路的电阻。这就是欧姆定律，这在电学史上是具有里程碑意义的贡献。

但是，科学界仍不承认欧姆的科学发现，许多人对他还抱有成见，甚至认为定律太简单，不足为信。这一切使欧姆也感到万分痛苦和失望。

但是，真理之光终究会放射出来的。说来也凑巧，1831年有位叫波利特的科学家发表了一篇论文，得到的是与欧姆同样的结果。这才引起科学界对欧姆的重新注意。

1841年，英国皇家学会授予他科普利金质奖章，并且宣称欧姆定律是“在精密实验领域中最突出的发现”。他得到了应有的荣誉。

18年欧姆与世长辞。十年之后英国科学促进会为了纪念他，决定用欧姆的名字作为电阻单位的名称。使人们每当使用这个术语时，总会想起这位勤奋顽强、卓有才能的中学教师。

科研

从1820年起，他开始研究电磁学。欧姆的研究工作是在十分困难的条件下进行的。 他不仅要忙于教学工作，而且图书资料和仪器都很缺乏，他只能利用业余时间，自己动手设计和制造仪器来进行有关的实验。1826年，欧姆发现了电学上的一个重要定律——欧姆定律，这是他最大的贡献。这个定律在我们今天看来很简单，然而它的发现过程却并非如一般人想象的那么简单。欧姆为此付出了十分艰巨的劳动。在那个年代，人们对电流强度、电压、电阻等概念都还不大清楚，特别是电阻的概念还没有，当然也就根本谈不上对它们进行精确测量了；况且欧姆本人在他的研究过程中，也几乎没有机会跟他那个时代的物理学家进行接触，他的这一发现是进行的。欧姆独创地运用库仑的方法制造了电流扭力秤，用来测量电流强度，引入和定义了电动势、电流强度和电阻的精确概念。 法拉第

迈克尔·法拉第(Michael Faraday，1791-1867),英国著名物理学家、化学家。在化学、电化学、电磁学等领域都做出过杰出贡献。他家境贫寒，未受过系统的正规教育，但却在众多领域中作出惊人成就，堪称刻苦勤奋、探索真理、不计个人名利的典范，对于青少年富有教育意义。

在大约1830年以前，法拉第主要是一位化学家，但他曾在1821年第一次着手研究电和磁，可能由此而种下了种子，十年以后即有了伟大的发现。法拉第的第一个科学活动时期终止于1830年，那时他已成为很有成就的专业分析化学和实际顾问，法拉第非常仔细而巧妙地发现苯，它是有机化学的主要支柱之一。但是法拉第发现苯时，并没有认识到它在后来的重要性，当然也不了解它的奇异的分子结构。这些发明和发现表明，如果法拉第没有其他贡献，他也将被认为是杰出的化学家，1818年起，法拉第和一位外科医生、皇家学会会员斯托达特合作了几年，试图制造出一种改良钢，它的防锈能力要比英国当时所用的钢产品更强，能用来制造更锋利的刀片。当时的冶金技术仍然偏重于经验技术。印度生产的一种“乌兹钢”，是当时最优质的刀片钢。法拉第和斯托达特在铁内掺入其他金属，例如铂、银、钯、铬等，制成了各种合金钢，但斯托达特在1823年去世，法拉第转到其他工作去了。他们当时是可能发现现代冶金学的一些重要结果的。他们所制刀片的一些样品至今仍保存着，其中有一些质量很高。

所有这些工作都证明了法拉第卓越的化学才能和工艺才能。

法拉第成就最大的时期是1830至1839年，当时他是对现代电学发现作出贡献的第一流

科学家。1821年他研究了奥斯特发现的电流的磁作用，作出了一项重大发现：磁作用的方向是与产生磁作用的电流的方向垂直的。法拉第还制成了一种电动机，证明了导线在恒定磁场内的转动。他甚至还证明了在地磁场内的这种转动。这个实验给他本人和他的同时代人都留下了深刻的印象。

法拉第坚信，电与磁的关系必须被推广，如果电流能产生磁场，磁场也一定能产生电流。法拉第为此冥思苦想了十年。他做了许多次实验结果都失败了。直到1831年年底，他才取得了巨大的突破他发明了一种电磁电流发生器，这就是最原始的发电机。这时的法拉第不仅作出了跨时代的贡献而且奠定了未来电力工业的基础。抗磁性是法拉第的另一大发现。许多物质在做成细针时会使自己的方向垂直于磁力线。而且它被磁铁的两极推开，这种行为是由很弱的力产生的，它要比作用在磁场中铁上的力弱得多。这是很值得仔细研究的一种现象，为此法拉第花费了好几个月来研究它。

法拉第在他的一篇短文《对射线振动的一些想法》中包含了一些令人惊异的新的基本观点。到十八年后，麦克斯韦建立了光的电磁理论，他说：\"法拉第教授在他的《对射线振动的一此些想法》一文中明确地提出了横向磁扰动的传播的概念而为顾正常的磁扰动。他提出的光的电磁理论，实质上和我在这篇文章中开始提出的是相同的，不同是只是在1846年还没有实验数据可以用来计算传播速度。\"他力图找出重力和电之间的相互作用，结果是否定的。但这探索从法拉第爱因斯坦，一直到现在，仍在继续进行。1862年法拉第做了最后一次实验，试图发现磁场对放在磁场内的光源发出的光线的影响，但结果是否定的，因为他用的仪器还不够灵敏，不能探测到这种微细的效应。三十年后，当时还是青年的塞曼，从阅读法拉第的实验计划受到启发，他用更精密的仪器重新做实验，，发现了塞曼效应，它是新原子物理学的先兆之一。 【人物轶事】

1、刻苦认真自学成才

法拉第，1791年9月22日生于萨里郡纽因顿的一个铁匠家庭。13岁就在一家书店当送报和装订书籍的学徒。他有强烈的求知欲，挤出一切休息时间贪婪地力图把他装订的一切书籍内容都从头读一遍。读后还临摹插图，工工整整地作读书笔记；用一些简单器皿照着书上进行实验，仔细观察和分析实验结果，把自己的阁楼变成了小实验室。在这家书店呆了八年，他废寝忘食、如饥似渴地学习。

2、长期实践大胆探索

他最出色的工作是电磁感应的发现和场的概念的提出。1821年在读过奥斯特关于电流

磁效应的论文后，为这一新的学科领域深深吸引。经过10年探索，历经多次失败后，1831年8月26日终于获得成功。这次实验因为是用伏打电池在给一组线圈通电（或断电）的瞬间，在另一组线圈获得的感生电流，他称之为“伏打电感应”。尔后，同年10月17日完成了在磁体与闭合线圈相对运动时在闭合线圈中激发电流的实验，他称之为“磁电感应”。经过大量实验后，他终于实现了“磁生电”的夙愿，宣告了电气时代的到来。1837年他发现电介质对静电过程的影响，提出了以近距“邻接”作用为基础的静电感应理论。不久以后，他又发现了抗磁性。在这些研究工作的基础上，他形成了“电和磁作用通过中间介质、从一个物体传到另一个物体的思想。”于是，介质成了“场”的场所，场这个概念正是来源于法拉第。 正如爱因斯坦所说，引入场的概念，是法拉第的最富有独创性的思想，是牛顿以来最重要的发现。牛顿及其他学者的空间，被视作物体与电荷的容器；而法拉第的空间，是现象的容器，它参与了现象。所以说法拉第是电磁场学说的创始人。他的深邃的物理思想，强烈地吸引了年轻的麦克斯韦。麦克斯韦认为，法拉第的电磁场理论比当时流行的超距作用电动力学更为合理，他正是抱着用严格的数学语言来表述法拉第理论的决心闯入电磁学领域的。他的晚年，尽管健康状况恶化，仍从事广泛的研究。他曾分析研究电缆中电报信号迟滞的原因，研制照明灯与航标灯。

他大胆地进行各种试验，有时甚至要冒生命的危险。有 一次作氯气实验，明知氯有毒，还亲自吸入氯气以验证其性质。这种甘冒风险和勤奋的精神，使他在科学上迅速地取得了一系列成就。1816年 ，他发表第一篇科学论文;1818年，他研究合金钢发现添加微量金属元素可以影响钢的性能，1820年，他首次用置换反应制成两种碳氯化 物;1823年，他液化了氯气;1825年，他从石油中分离出苯，还试制成化学玻璃;1824年，他被选入英国皇家学会，时年33岁；次年升任皇家研究 院的实验室主任。他经过多年的反复实验，终于在1831年10月17日宣布，可以用永久磁铁产生电流，使磁力转变为电力，这就是有名的电磁感应原理。利用这个原理，他创制出世界上第一台感应发电机。

他的成就来源于勤奋，他的主要著作《日记》由16041则汇编而成；《电学实验研究》有3362节之多。

3、治学谨严刚正真诚

法拉第一生热爱真理，热爱人民，真诚质朴，作风严谨，这样的感人事迹很多。 他说：“一件事实，除非亲眼目睹，我决不能认为自己已经掌握。”“我必须使我的研究具有真正的实验性。”

库伦

电学是物理学的一个重要分枝，在它的发展过程中，很多物理学巨匠都曾作出过杰出的贡献。法国物理学家查利·奥古斯丁·库仑就是其中影响力非常巨大的一员。

库仑在1736年6月14日生于法国昂古莱姆。库仑家里很有钱，在青少年时期，他就受到了良好的教育。他后来到巴黎军事工程学院学习，离开学校后，他进入西印度马提尼克皇家工程公司工作。工作了八年以后，他又在埃克斯岛瑟堡等地服役。这时库仑就已开始从事科学研究工作，他把主要精力放在研究工程力学和静力学问题上。

他在里从事了多年的军事建筑工作，为他1773年发表的有关材料强度的论文积累了材料。在这篇论文里，库仑提出了计算物体上应力和应变的分布的方法，这种方法成了结构工程的理论基础，一直沿用到现在。

1777年法国科学院悬赏，征求改良航海指南针中的磁针的方法。库仑认为磁针支架在轴上，必然会带来摩擦，要改良磁针，必须从这根本问题着手。他提出用细头发丝或丝线悬挂磁针。同时他对磁力进行深入细致的研究，特别注意了温度对磁体性质的影响。他又发现线扭转时的扭力和针转过的角度成比例关系，从而可利用这种装置算出静电力或磁力的大小。这导致他发明了扭秤，扭秤能以极高的精度测出非常小的力。由于成功地设计了新的指南针结构以及在研究普通机械理论方面作出的贡献，1782年，他当选为法国科学院院士。为了保持较好的科学实验条件，他仍在中服务，但他的名字在科学界已为人所共知。 库仑在1785年到17年之间，通过精密的实验对电荷间的作用力作了一系列的研究，连续在皇家科学院备忘录中发表了很多相关的文章。

1785年，库仑用自己发明的扭秤建立了静电学中著名的库仑定律。同年，他在给法国科学院的《电力定律》的论文中详细地介绍了他的实验装置，测试经过和实验结果。 库仑的扭秤是由一根悬挂在细长线上的轻棒和在轻棒两端附着的两只平衡球构成的。当球上没有力作用时，棒取一定的平衡位置。如果两球中有一个带电，同时把另一个带同种电荷的小球放在它附近，则会有电力作用在这个球上，球可以移动，使棒绕着悬挂点转动，直到悬线的扭力与电的作用力达到平衡时为止。

因为悬线很细，很小的力作用在球上就能使棒显著地偏离其原来位置，转动的角度与力的大小成正比。库仑让这个可移动球和固定的球带上不同量的电荷，并改变它们之间的距离： 第一次，两球相距36个刻度，测得银线的旋转角度为36度。 第二次，两球相距18个刻度，测得银线的旋转角度为144度。 第三次，两球相距8.5个刻度，测得银线的旋转角度为575.5度。

上述实验表明，两个电荷之间的距离为4：2：1时，扭转角为1：4：16。由于扭转角的大小与扭力成反比，所以得到：两电荷间的斥力的大小与距离的平方成反比。库仑认为第三次的偏差是由漏电所致。

经过了这们巧妙的安排，仔细实验，反复的测量，并对实验结果进行分析，找出误差产生的原因，进行修正，库仑终于测定了带等量同种电荷的小球之间的斥力。

但是对于异种电荷之间的引力，用扭称来测量就遇到了麻烦。因为金属丝的扭转的回复力矩仅与角度的一次方成比例，这就不能保证扭称的稳定。经过反复的思考，库仑发明了电摆。他利用与单摆相类似的方法测定了异种电荷之间的引力也与它们的距离的平方成反比。 最后库仑终于找出了在真空中两个点电荷之间的相互作用力与两点电荷所带的电量及它们之间的距离的定量关系，这就是静电学中的库仑定律，即两电荷间的力与两电荷的乘积成正比，与两者的距离平方成反比。库仑定律是电学发展史上的第一个定量规律，它使电学的研究从定性进入定量阶段，是电学史中的一块重要的里程碑。电荷的单位库仑就是以他的姓氏命名的。

磁学中的库仑定律也是利用类似的方法得到的。17年法国大爆发，库伦隐居在自己的领地里，每天全身心地投入到科学研究的工作中去。同年，他的一部重要著作问世，在这部书里，他对有两种形式的电的认识发展到磁学理论方面，并归纳出类似于两个点电荷相互作用的两个磁极相互作用定律。库仑以自己一系列的著作丰富了电学与磁学研究的计量方法，将牛顿的力学原理扩展到电学与磁学中。库仑的研究为电磁学的发展、电磁场理论的建立开拓了道路。这是他的扭秤在精密测量仪器及物理学的其它方面也得到了广泛的应用。 库仑不仅在力学和电学上都做出了重大的贡献，做为一名工程师，他在工程方面也作出过重要的贡献。他曾设计了一种水下作业法。这种作业法类似于现代的沉箱，它是应用在桥梁等水下建筑施工中的一种很重要的方法。

他还给我们留下了不少宝贵的著作，其中最主要的有《电气与磁性》一书，共七卷，于1785年至17年先后公开出版发行。

1806年8月23日，库仑因病在巴黎逝世，终年七十岁。

库仑是十八世纪最伟大的物理学家之一，他的杰出贡献是永远也不会磨灭的。 电学单位库仑：

库仑是电量单位。为纪念法国物理学家C．A．de库仑而命名。简称库，用C表示，是国际单位制的导出单位，用基本单位表示的关系式为秒。安培（S·A）定义如下： 1A电流在1s内输运的电量，即1C=1A·S。

1C约相当于6.25×10^18个电子的电量。库仑和其他电量单位之间的换算关系为 1C相当于3×109CGS静电系电量单位（esu）。 1C相当于0.1CGS电磁系电量单位(emu)。 1库仑=1安培·秒

若导线中载有1安培的稳恒电流，则在1秒内通过导线横截面积的电量为1库仑。 库仑不是国际标准单位，而是国际标准导出单位。1库仑=1安培·秒。一个电子所带负电荷量e＝1.60212×10^-19库仑，也就是说1库仑相当于6.24146×10^18个电子所带的电荷总量。 库仑定律：

库仑定律（Coulomb's law）

法国物理学家查利·奥古斯丁·库仑（Coulomb，Charles-Augustin de，1736年-1806年）于1785年发现。库仑定律是电学发展史上的第一个定量规律，它使电学的研究从定性进入定量阶段，是电学史中的一块重要的里程碑。

库仑定律：在真空中两个静止的点电荷q1及q2之间的相互作用力的大小和q1q2的乘积成正比，和它们之间的距离r的平方成反比，作用力的方向沿着它们的连线，同号电荷相斥，异号电荷相吸引。 奥斯特

奥斯特曾对物理学、化学和哲学进行过多方面的研究。由于受康德哲学与谢林的自然哲学的影响，坚信自然力是可以相互转化的，长期探索电与磁之间的联系。1820年4月终于发现了电流对磁针的作用，即电流的磁效应。同年7月21日以《关于磁针上电冲突作用的实验》为题发表了他的发现。这篇短短的论文使欧洲物理学界产生了极大震动，导致了大批 实验成果的出现，由此开辟了物理学的新领域──电磁学。

自从库仑提出电和磁有本质上的区别以来，很少有人再会去考虑它们之间的联系。而安培和毕奥等物理学家认为电和磁不会有任何联系。可是奥斯特一直相信电、磁、光、热等现象相互存在内在的联系，尤其是富兰克林曾经发现莱顿瓶放电能使钢针磁化，更坚定了他的观点。当时，有些人做过实验，寻求电和磁的联系，结果都失败了。在1820年4月，有一次晚上讲座，奥斯特演示了电流磁效应的实验。当伽伐尼电池与铂丝相连时，靠近铂丝的小磁针摆动了。这一不显眼的现象没有引起听众的注意，而奥斯特非常兴奋，他接连三个月深入地研究，在1820年7月21日，他宣布了实验情况。

1812年他最先提出了光与电磁之间联系的思想。1822年他对液体和气体的压缩性进行了实验研究。1825年提炼出铝，但纯度不高，以致这项成就在冶金史上归属于德国化学家F.维勒(1827)。他最后一项研究是40年代末期对抗磁体的研究，试图用反极性的反感应效应来解释物质的抗磁性。同一时期M.法拉第在这方面的成就超过了奥斯特及其法国的同辈。法拉第证明不存在所谓的反磁极。并用磁导率和磁力线的概念统一解释了磁性和抗磁性。不过，奥斯特研究抗磁体的方法仍具有很深的影响。

在声学研究中，他试图发现声所引起的电现象。他的最后一次研究工作是抗磁性。 他是一位热情洋溢重视科研和实验的教师，他说：“我不喜欢那种没有实验的枯燥的讲课，所有的科学研究都是从实验开始的”。因此受到学生欢迎。他还是卓越的讲演家和自然科学普及工作者，1824年倡议成立丹麦科学促进协会，创建了丹麦第一个物理实验室。 【趣闻轶事】

1．磁针的跳动，使他激动得摔了一跤

奥斯特受康德哲学思想的影响，一直坚信电和磁之间一定有某种关系，电一定可以转化为磁。当务之急是怎样找到实现这种转化的条件。奥斯特仔细地审查了库仑的论断，发现库仑研究的对象全是静电和静磁，确实不可能转化。他猜测，非静电、非静磁可能是转化的条件，应该把注意力集中到电流和磁体有没有相互作用的课题上去。他决心用实验来进行探索。 1819年上半年到1820年下半年，奥斯特一面担任电、磁学讲座的主讲，一面继续研究电、磁关系。1820年4月，在一次讲演快结束的时候，奥斯特抱着试试看的心情又作了一次实验。他把一条非常细的铂导线放在一根用玻璃罩罩着的小磁针上方，接通电源的瞬间，发现磁针跳动了一下。这一跳，使有心的奥斯特喜出望外，竟激动得在讲台上摔了一跤。但是因为偏转角度很小，而且不很规则，这一跳并没有引起听众注意。以后，奥斯特花了三个月，作了许多次实验，发现磁针在电流周围都会偏转。在导线的上方和导线的下方，磁针偏转方向相反。在导体和磁针之间放置非磁性物质，比如木头、玻璃、水、松香等，不会影响磁针的偏转。1820年7月21日，奥斯特写成《论磁针的电流撞击实验》的论文，正式向学术界宣告发现了电流磁效应。 2．设立奥斯特奖章

奥斯特的功绩受到了学术界的公认，为了纪念他，国际上从1934年起命名磁场强度的单位为奥斯特，简称“奥”。1937年美国物理教师协会还专门设立了奥斯特奖章，来奖励教学有成绩的优秀物理教师。

楞次 楞次生平

1804年2月24日诞生于爱沙尼亚．16岁以优异成绩考入家乡的道帕特大学．1828年被挑选为圣彼得堡科学院的初级科学助理，1830年被选为圣彼得堡科学院通讯院士，1834年选为院士．曾长期担任圣彼得堡大学物理数学系主任，后来由教授会选为第一任校长．

楞次在物理学上的主要成就是发现了电磁感应的楞次定律和电热效应的焦耳－楞次定律．

1833年，楞次在圣彼得堡科学院宣读了他的题为“关于用电动力学方法决定感生电流方向”的论文，提出了楞次定律．亥姆霍兹证明楞次定律是电磁现象的能量守恒定律． 在电热方面，1843年楞次在不知道焦耳发现电流热作用定律(1841年)的情况下，地发现了这一定律．他用改善实验方法和改用酒精作传热介质，提高了实验的精度． 1831年，楞次基于感应电流的瞬时和类冲击效应，利用冲击法对电磁现象进行了定量研究，确定了线圈中的感应电动势等于每匝线圈中电动势之和，而与所用导线的粗细和种类无关．1838年，楞次还研究了电动机与发电机的转换性，用楞次定律解释了其转换原理．1844年，楞次在研究任意个电动势和电阻的并联时，得出了分路电流的定律，比基尔霍夫发表更普遍的电路定律早了4年．

1865年寒假，楞次在意大利罗马中风去世．