第三节站在巨人的肩膀上 (2)

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1、第 三 节 站 在 巨 人 的 肩 膀 上 1、 物 理 学 的 发 展 可 以 划 分 为 哪 几 个 阶 段 ？2、 各 阶 段 代 表 人 物 ？3、 各 阶 段 代 表 人 物 的 主 要 贡 献 ？复 习 物 理 学 在 人 类 社 会 的 发 展 中 有 很 重要 的 作 用 ,特 别 是 在 近 代 和 现 代 ,每 一 次的 工 业 革 命 都 是 物 理 学 的 突 破 ,从 蒸 汽 机车 到 电 的 产 生 ,再 到 信 息 技 术 的 出 现 ,人类 对 科 学 的 探 索 是 永 无 止 境 的 .在 探 索 的路 上 ， 有 众 多 的 科 学 巨 人 为 后 人 留

2、 下 了果 实 丰 硕 的 园 地 、 科 学 探 究 的 方 法 及 不朽 的 科 学 精 神 。 “ 站 在 巨 人 的 肩 膀 上 ” ，我 们 才 能 站 得 更 高 ， 看 得 更 远 。 如 果 我 比 其 他 人 看 得 远 些 ， 那 是因 为 我 站 在 巨 人 的 肩 膀 上 。 -牛 顿 一 、 知 识 园 地 硕 果 累 累2、 你 知 道 是 利 用 什 么 方 法 把 宇 宙 飞 船 送 入 太 空 的 ？ 在 探 索 宇 宙 的 同 时 ， 人 类 也 在 探 索 微 观 世 界 。200万 倍 电 子 显 下 拍 摄 的 铱 原 子 排 列 情 况 。 原 子

3、的 直 径 ： 10-10 m 信 息 技 术 的 应 用 给 人 类 带 来 了 巨 大 的 影 响 ， 集 成 了 成 千 上 万 个 电 子元 件 的 芯 片 ， 既 小 又 轻 ， 以 致 于 蚂 蚁 都 能 搬 动 。 3、 你 知 道 人 们 是 怎 样 制 造 出 新 材 料 吗 ？放 大 了 200万 倍 的 铱 原 子 排 列 图 激 光 的 应 用 蚂 蚁 能 搬 动 的 集 成 电 路 芯 片 超 导 中 的 磁 悬 浮5、 你 还 知 道 物 理 在 生 活 中 还 有 哪 些 应 用 ？ 超 导 技 术 正 在 蓬 勃 发 展 ， 其 应 用 将 缓 解 人 类 的

4、能 源 危 机 。超导技术及其应用比 尔 李 1911年 ， 荷 兰 科 学 家 昂 内 斯 用 液 氦 冷 却 水 银 ， 当 温 度 下 降 到 . K时 发 现 水银 的 电 阻 完 全 消 失 ， 这 种 现 象 称 为 超 导 电 性 。 1933年 ， 迈 斯 纳 和 奥 克 森 菲 尔 德 两位 科 学 家 发 现 ， 如 果 把 超 导 体 放 在 磁 场 中 冷 却 ， 则 在 材 料 电 阻 消 失 的 同 时 ， 磁 感应 线 将 从 超 导 体 中 排 出 ， 不 能 通 过 超 导 体 ， 这 种 现 象 称 为 抗 磁 性 。 超 导 电 性 和 抗 磁 性 是 超

5、 导 体 的 两 个 重 要 特 性 。 使 超 导 体 电 阻 为 零 的 温 度 ， 叫超 导 临 界 温 度 。 经 过 科 学 家 们 数 十 年 的 努 力 ， 超 导 材 料 的 磁 电 障 碍 已 被 跨 越 ， 下一 个 难 关 是 突 破 温 度 障 碍 ， 即 寻 求 高 温 超 导 材 料 。 奇 异 的 超 导 陶 瓷 1973年 ， 人 们 发 现 了 超 导 合 金 铌 锗 合 金 ， 其 临 界 超 导 温 度 为23.2K， 该 记 录 保 持 了 13年 。 1986年 ， 设 在 瑞 士 苏 黎 士 的 美 国 IBM公 司的 研 究 中 心 报 道 了 一

6、 种 氧 化 物 （ 镧 钡 铜 氧 ） 具 有 35K的 高 温 超 导性 ， 打 破 了 传 统 “ 氧 化 物 陶 瓷 是 绝 缘 体 ” 的 观 念 ， 引 起 世 界 科 学 界 的轰 动 。 此 后 ， 科 学 家 们 争 分 夺 秒 地 攻 关 ， 几 乎 每 隔 几 天 ， 就 有 新 的 研究 成 果 出 现 。 1986年 底 ， 美 国 贝 尔 实 验 室 研 究 的 氧 化 物 超 导 材 料 ， 其 临 界 超 导温 度 达 到 40K， 液 氢 的 “ 温 度 壁 垒 ” （ 40K） 被 跨 越 。 1987年 2月 ， 美国 华 裔 科 学 家 朱 经 武 和

7、中 国 科 学 家 赵 忠 贤 相 继 在 钇 钡 铜 氧 系 材料 上 把 临 界 超 导 温 度 提 高 到 90K以 上 ， 液 氮 的 禁 区 （ 77K） 也 奇 迹 般 地被 突 破 了 。 1987年 底 ， 铊 钡 钙 铜 氧 系 材 料 又 把 临 界 超 导 温 度的 记 录 提 高 到 125K。 从 1986 1987年 的 短 短 一 年 多 的 时 间 里 ， 临 界 超导 温 度 竟 然 提 高 了 100K以 上 ， 这 在 材 料 发 展 史 ， 乃 至 科 技 发 展 史 上 都堪 称 是 一 大 奇 迹 ！ 高 温 超 导 材 料 的 不 断 问 世 ，

8、为 超 导 材 料 从 实 验 室 走 向 应 用 铺 平 了 道 路 。 超 群 的 超 导 磁 体 超 导 材 料 最 诱 人 的 应 用 是 发 电 、 输 电 和 储 能 。 由 于 超 导 材 料 在 超 导 状 态 下 具 有 零 电 阻 和 完 全 的 抗 磁 性 ， 因 此 只 需 消耗 极 少 的 电 能 ， 就 可 以 获 得 10万 高 斯 以 上 的 稳 态 强 磁 场 。 而 用 常 规 导 体 做磁 体 ， 要 产 生 这 么 大 的 磁 场 ， 需 要 消 耗 3.5兆 瓦 的 电 能 及 大 量 的 冷 却 水 ，投 资 巨 大 。 超 导 磁 体 可 用 于

9、制 作 交 流 超 导 发 电 机 、 磁 流 体 发 电 机 和 超 导 输 电 线 路等 。 超 导 发 电 机 在 电 力 领 域 ， 利 用 超 导 线 圈 磁 体 可 以 将 发 电 机 的 磁 场 强 度提 高 到 5万 6万 高 斯 ， 并 且 几 乎 没 有 能 量 损 失 ， 这 种 发 电 机 便 是 交 流 超导 发 电 机 。 超 导 发 电 机 的 单 机 发 电 容 量 比 常 规 发 电 机 提 高 5 10倍 ， 达1万 兆 瓦 ， 而 体 积 却 减 少 1/2， 整 机 重 量 减 轻 1/3， 发 电 效 率 提 高 50 。 磁 流 体 发 电 机 磁

10、流 体 发 电 机 同 样 离 不 开 超 导 强 磁 体 的 帮 助 。 磁 流体 发 电 发 电 ， 是 利 用 高 温 导 电 性 气 体 （ 等 离 子 体 ） 作 导 体 ， 并 高 速 通 过磁 场 强 度 为 5万 6万 高 斯 的 强 磁 场 而 发 电 。 磁 流 体 发 电 机 的 结 构 非 常 简单 ， 用 于 磁 流 体 发 电 的 高 温 导 电 性 气 体 还 可 重 复 利 用 。 超 导 输 电 线 路 超 导 材 料 还 可 以 用 于 制 作 超 导 电线 和 超 导 变 压 器 ， 从 而 把 电 力 几 乎 无 损 耗 地 输 送给 用 户 。 据 统

11、 计 ， 目 前 的 铜 或 铝 导 线 输 电 ， 约 有15%的 电 能 损 耗 在 输 电 线 路 上 ， 光 是 在 中 国 ， 每年 的 电 力 损 失 即 达 1000多 亿 度 。 若 改 为 超 导 输 电， 节 省 的 电 能 相 当 于 新 建 数 十 个 大 型 发 电 厂 。 物 理 学 就 是 研 究 自 然 界 的 物质 结 构 、 相 互 作 用 和 运 动 规律 的 自 然 科 学 。 它 包 含 力 学 、热 学 、 声 学 、 光 学 、 电 学 等方 面 的 知 识 。物 理 是 一 门 以 观 察 和 实 验 的 科 学 ， 除 了 物 理 知 识 以

12、外 还 包 括 探究 方 法 和 科 学 精 神 。什 么 是 物 理 学 ？ 二 、 科 学 探 究 其 乐 无 穷科 学 探 究 的 环 节 ： 提 出 问 题 猜 想 与 假 设 制 定 计 划 与 设 计 实 验 进 行 实 验 与 收 集 证 据 分 析 与 论 证 评 估 交 流 与 合 作 科 学 探 究 的 七 个 基 本 环 节 ： 二 、 科 学 探 究 其 乐 无 穷提 出问 题 猜 想 与假 设 制 订 计 划 与设 计 实 验 进 行 实 验 与收 集 数 据 分 析 与 论 证评 估交 流 与 合 作能 从 日 常生 活 、 实验 观 察 中提 出 问 题 提 出

13、原 因 ， 进行 推 测 或 假 设 经 历 制 订 计 划 与 设 计 实 验 的过 程 ， 会 选 择 方 法 和 所 需 器材 ， 有 控 制 变 量 的 初 步 意 识 能 用 不 同 方法 收 集 资 料 能 对 信 息 数据 进 行 比 较和 处 理 小 组 交 流 进 一 步 完 善 实 验 ， 得 出 正 确 结 论 有 团 队 意 识 ，把 别 人 的 意 见 、自 己 的 方 案 ，准 确 地 写 下 来 。 科 学 探 究 的 七 个 基 本 环 节 ： 1、 提 出 问 题 能 从 日 常 生 活 、 实 验 观 察 中 提 出 问 题 2、 猜 想 与 假 设 提 出

14、 原 因 ， 进 行 推 测 或 假 设 3、 制 订 计 划 与 设 计 实 验 经 历 制 订 计 划 与 设 计 实 验 的过 程 ， 会 选 择 方 法 和 所 需 器 材 ， 有 控 制 变 量 的 初 步 意 识 4、 进 行 实 验 与 收 集 数 据 能 用 不 同 方 法 收 集 资 料5、 分 析 论 证 能 对 信 息 进 行 比 较 和 处 理6、 评 估 小 组 之 间 进 行 交 流 进 一 步 完 善 实 验 ， 得 出 正 确 结 论 7、 交 流 与 合 作 有 团 队 意 识 ， 把 别 人 的 意 见 、 自 己 的 方 案 ， 准 确 地 写 下 来 。

15、 二 、 科 学 探 究 其 乐 无 穷1、 科 学 探 究 的 步 骤 （ 1） 提 出 问 题 （ 2） 猜 想 与 假 设 （ 3） 制 定 计 划 与 设 计 实 验 （ 4） 进行 实 验 与 收 集 证 据 （ 5） 分 析 与 论 证 （ 6） 评 估 （ 7） 交 流 与 合 作 。例 如 ： “ 打 水 漂 ”是 人 类 最 古 老 的 游 戏 之 一 ， 如 何 将 水 漂 打 的 既 多 又 远 ，一 直 是 人 们 感 兴 趣 的 问 题 ， 法 国 科 学 家 经 过 研 究 ， 揭 开 了 打 水 漂 的 奥秘 。1、 提 出 问 题 ： 如 何 将 水 漂 打 的

16、 既 多 又 远 ？2、 猜 想 与 假 设 ： 打 水 漂 的 质 量 可 能 与 石 块 的 直径 、 厚 度 、 速 度 、 以 及 入 水 角 度 和 旋 转 等 因 素 有关 。 3、 制 定 计 划 与 设 计 实 验 ： 他 们 用 飞 碟 代 替 石 块 进 行了 实 验 ， 他 们 制 作 了 一 个 “ 打 水 漂 机 ” ， 实 验 实 际上 是 个 机 械 化 弹 弓 ， 用 来 发 射 不 同 大 小 的 铝 制 飞 碟 ，射 向 一 个 水 池 ， 同 时 用 高 速 摄 像 机 将 飞 碟 在 水 面 弹跳 的 过 程 拍 下 来 。4、 进 行 实 验 收 集

17、证 据 ： 实 验 时 “ 打 水 漂 机 ”向 一 个 水 池 发 射 飞 碟 ， 高 速 摄 像 机 拍 摄 飞 碟在 水 面 弹 跳 的 过 程 ， 在 实 验 中 ， 研 究 人 员 改变 了 飞 碟 的 直 径 、 厚 度 、 速 度 及 入 水 角 度 和旋 转 等 因 素 ， 并 收 集 数 据 。 5、 分 析 与 论 证 ： 经 过 反 复 尝 试 ， 他 们 终 于 发 现了 打 水 漂 的 奥 秘 ： 关 键 在 于 角 度 ， 如 果 石 块 入 水的 角 度 大 于 45度 它 根 本 就 弹 不 起 来 ， 会 直 接 沉 入水 中 ， 当 石 块 与 水 面 的

18、夹 角 为 20度 时 ， 它 在 水 面上 弹 跳 的 次 数 最 多 ， 这 是 打 水 漂 的 黄 金 角 度 ； 旋转 的 石 块 比 不 旋 转 的 次 数 多 ， 还 与 石 块 的 速 度 成正 比 ， 直 径 5厘 米 的 铝 片 以 20度 角 接 触 水 面 时 ，速 度 必 须 达 到 每 秒 2.5米 以 上 ， 否 则 就 会 落 水 ，另 外 而 扁 平 ， 圆 形 的 石 块 是 打 水 漂 最 理 想 的 材 料 。 6、 评 估 ： 以 前 也 有 学 者 研 究 过 打 水 漂 ， 但 他 们的 结 论 都 是 建 立 在 推 理 而 不 是 实 验 的 基

19、 础 ， 科学 家 对 收 集 数 据 的 可 靠 性 进 行 了 评 估 ， 最 后 认为 实 验 结 论 是 可 靠 的 。7、 合 作 与 交 流 ： 这 项 有 趣 的 发 现 被 发 表 在 自 然 杂 志 上 ， 打 水 漂 实 验 有 着 十 分 重 要 的意 义 。 当 航 天 器 从 空 气 稀 薄 的 太 空 中 重 返 地 球进 入 “ 浓 密 ” 的 大 气 层 时 ， 它 的 运 动 方 式 就 与打 水 漂 有 几 分 类 似 ， 也 有 一 个 在 大 气 中 “ 弹 跳 ”的 过 程 ， 因 此 打 水 漂 实 验 将 帮 助 物 理 学 家 更 准确 地 模

20、仿 航 天 器 回 收 过 程 ， 提 高 回 收 的 成 功 率 。 古 希 腊 哲 学 家 亚 里 士 多 德 曾 经 提 出 重 的 物 体 下 落 快 ，轻 的 下 落 的 慢 ， 而 伽 利 略 认 为 轻 的 物 体 下 落 不 一 定 慢 。 因此 ， 伽 利 略 和 他 的 两 个 学 生 ， 带 着 两 个 不 同 重 量 的 铅 球（ 一 个 是 另 一 个 重 量 的 10倍 ） 登 上 了 比 萨 斜 塔 顶 。 在 同 一时 刻 ， 伽 利 略 让 他 的 两 个 学 生 从 同 一 高 度 扔 下 轻 重 不 同 的两 个 球 。 结 果 ， 人 们 清 楚 地 看

21、 到 了 两 个 球 在 同 一 瞬 间 砸 向地 面 。 这 个 简 单 的 实 验 用 最 直 接 的 方 式 向 人 们 证 实 了 伽 利略 观 点 的 正 确 ， 并 且 也 是 亚 里 士 多 德 的 落 体 理 论 第 一 次 受到 的 挑 战 。 后 来 。 波 义 耳 用 真 空 容 器 证 明 了 铅 弹 与 羽 毛 下落 一 样 快 ， 进 一 步 证 明 了 伽 利 略 观 点 的 正 确 。 从 下 面 事 例 中 找 出 各 环 节 古 希 腊 哲 学 家 亚 里 士 多 德 曾 经 提 出 重的 物 体 下 落 快 ， 轻 的 下 落 的 慢 ， 而 伽利 略 认

22、 为 轻 的 物 体 下 落 不 一 定 慢 伽 利 略 认 为 物 体 下 落 速 度 与 物 体 的 轻重 无 关 伽 利 略 找 来 助 手 在 比 较 高 的 斜 塔 进行 实 验 ， 要 求 两 球 同 时 离 开 手 进 行下 落 。 （ 两 个 球 都 是 铅 球 ， 只 是 一个 大 ， 一 个 小 ） 提 出 问 题 猜 想 与 假 设 制 订 计 划 与 设 计 实 验 结 果 两 个 铅 球 同 时 落 地 人 们 认 为 伽 利 略 的 实 验 方 法 是 合 理 的 ，只 是 做 一 次 没 有 很 好 的 说 服 力 后 来 波 义 耳 用 真 空 容 器 证 明

23、了 铅 弹与 羽 毛 下 落 一 样 快 ， 进 一 步 证 明 了伽 利 略 观 点 的 正 确 。 进 行 实 验 与 收 集 数 据 分 析 论 证 、 评 估 交 流 合 作 三 、 科 学 精 神 永 远 高 扬1、 科 学 家 们 实 事 求 是 、 尊 重 客 观 规 律 ， 不 迷 信 权 威 、敢 于 坚 持 真 理 。2、 科 学 家 们 孜 孜 不 倦 、 刻 苦 认 真 、 锲 而 不 舍 。3、 科 学 家 们 善 于 交 流 ， 敢 于 提 出 与 众 不 同 的 见 解 。 三 、 科 学 精 神 永 远 高 扬 哥 白 尼 ：实 事 求 是 、尊 重 客 观规

24、律 、 不迷 信 权 威 ，敢 于 坚 持真 理 。 居 里 夫 人 是 历 史 上 第 一个 获 得 两 项 诺 贝 尔 奖 的人 ， 而 且 是 仅 有 的 两 个在 不 同 的 领 域 获 得 诺 贝尔 奖 的 人 之 一 居里夫人简介科 学 精 神 永 远 高 扬 爱 因 斯 坦 与 波 尔 ：合 作 与 交 流 ， 敢 于 提 出与 众 不 同 的 见 解 ， 也 敢于 修 正 或 放 弃 自 己 的 错误 观 点 。 ” 长 江 后 浪 推 前 浪 “ ， 物 理 学 正 是 在 一 代 又 一代 科 学 家 的 努 力 下 ， 才 发 展 到 由 量 子 论 和 相 对 论 作为 支 柱 的 现 代 物 理 学 阶 段 。 新 的 发 展 带 来 新 的 问 题 ， 新 的 问 题 必 将 导 致 新的 探 索 ， 新 的 探 索 推 动 物 理 学 进 入 新 的 时 代 。 打 开 物 理 世 界 的 大 门 ， 同 学 们 将 发 现 科 学 巨 人们 留 下 的 知 识 、 方 法 及 精 神 等 无 尽 的 财 宝 。 站 在 巨人 的 肩 膀 上 ， 同 学 们 将 成 为 新 同 代 的 ” 巨 人 “ 。