如何備考“物理學(xué)史”

劉國瑞

近幾年全國各地的高考題加大了對物理學(xué)史知識的考查，比如山東卷從2011年開始連續(xù)三年考查物理學(xué)史，全國新課標(biāo)卷也在2009年、2010年、2013年考查了三次.考生解答這道題時(shí)正確率偏低，教師備考這部分內(nèi)容時(shí)，也陷入茫然，因?yàn)椤?013年普通高等學(xué)校招生考試說明》的考試內(nèi)容與要求中并不包含物理學(xué)史.所以備考過程中就出現(xiàn)了盲目的情況，甚至把高中物理涉及的所有物理學(xué)家的事跡都印發(fā)給學(xué)生，讓學(xué)生背誦.這樣就違背考查物理學(xué)史的意義.因?yàn)槲锢韺W(xué)史的重要價(jià)值在于通過對物理學(xué)史的教學(xué)，提高學(xué)生的人文素養(yǎng)，使學(xué)生形成正確的科學(xué)觀和世界觀.筆者認(rèn)真查閱了《2013年普通高等學(xué)校招生考試說明》和《2013年普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試大綱（理科·課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)版）》，二者均明確提到命題依據(jù)2003年頒布的《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》.而《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》對物理學(xué)史有明確要求，所以筆者嘗試從解讀課程標(biāo)準(zhǔn)的角度來備考“物理學(xué)史”.一、課程標(biāo)準(zhǔn)對物理學(xué)史的要求

（一）力學(xué)中有關(guān)物理學(xué)史的課程標(biāo)準(zhǔn).

1.通過史實(shí)，初步了解近代實(shí)驗(yàn)科學(xué)產(chǎn)生的背景，認(rèn)識實(shí)驗(yàn)對物理學(xué)發(fā)展的推動(dòng)作用.

例1了解亞里士多德關(guān)于力與運(yùn)動(dòng)的主要觀點(diǎn)和研究方法.

例2了解伽利略的實(shí)驗(yàn)研究工作，認(rèn)識伽利略有關(guān)實(shí)驗(yàn)的科學(xué)思想和方法.

例3通過史實(shí)了解伽利略研究自由落體運(yùn)動(dòng)用的實(shí)驗(yàn)和推理方法.

2.（1）通過有關(guān)事實(shí)了解萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)過程.知道萬有引力定律.認(rèn)識發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的重要意義，體會科學(xué)定律對人類探索未知世界的作用.

例1通過用萬有引力定律發(fā)現(xiàn)未知天體的事實(shí)，說明科學(xué)定律對人類認(rèn)識世界的作用.

（2）通過實(shí)例了解經(jīng)典力學(xué)的發(fā)展歷程和偉大成就，體會經(jīng)典力學(xué)創(chuàng)立的價(jià)值與意義，認(rèn)識經(jīng)典力學(xué)的實(shí)用范圍和局限性.

（二）電磁學(xué)中有關(guān)物理學(xué)史的課程標(biāo)準(zhǔn)

1.收集資料，了解電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)過程，體會人類探索自然規(guī)律的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神.

（三）熱學(xué)中有關(guān)物理學(xué)史的課程標(biāo)準(zhǔn)

1. 通過有關(guān)史實(shí)，了解熱力學(xué)第一定律和能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)過程.體會科學(xué)探索中的挫折和失敗對科學(xué)發(fā)現(xiàn)的意義.

二、課程標(biāo)準(zhǔn)解讀

（一）對自由落體運(yùn)動(dòng)性質(zhì)得出過程的解讀

研究自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí)，專門加了一節(jié)《伽俐略對自由落體運(yùn)動(dòng)的研究》，介紹關(guān)于自由落體運(yùn)動(dòng)的研究歷史.亞里士多德認(rèn)為物體下落的快慢由他們的重量決定.他的這一論斷符合人們的常識，以至于在其后的兩千年的時(shí)間里，大家都奉為經(jīng)典.伽俐略運(yùn)用歸謬法，以亞里士多德“重物比輕物落的快”為前提，經(jīng)縝密的邏輯推理，得出了與前提相矛盾的結(jié)論，因此能得出這樣一個(gè)可能性：重物與輕物應(yīng)該下落的一樣快.伽俐略從科技美原理出發(fā)，認(rèn)為自然界是簡單的，自然界的規(guī)律也是簡單的.從這一信念出發(fā)，他猜想，落體運(yùn)動(dòng)也一定是一種最簡單的運(yùn)動(dòng)，而最簡單的運(yùn)動(dòng)，它的速度應(yīng)該是均勻變化的，他又進(jìn)一步從理論上猜想，這種運(yùn)動(dòng)的速度的變化應(yīng)當(dāng)是均勻的，關(guān)于速度變化是均勻的，伽俐略考慮了兩種可能性：一種是速度變化對時(shí)間來說是均勻的，即v∝t；另一種是速度的變化對位移來說是均勻的，即v∝x.后來發(fā)現(xiàn)，對于后一種情況，將會導(dǎo)出荒謬的結(jié)論，只有v∝t才成為可能.于是伽俐略開始用實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證關(guān)于v∝t的猜想的真?zhèn)?用實(shí)驗(yàn)直接驗(yàn)證v∝t是困難的.他又用數(shù)學(xué)的方法進(jìn)行推演.數(shù)學(xué)推理的結(jié)果：對于初速度為零的運(yùn)動(dòng)來說，只要v∝t，那么其位移x一定與t2成正比，即x∝t2.這樣實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證轉(zhuǎn)換為驗(yàn)證x∝t2.伽俐略設(shè)計(jì)了斜面實(shí)驗(yàn)，讓小球從靜止開始沿斜面滾下，他的實(shí)驗(yàn)證明x∝t2，也就可以推出ν∝t.而且它證明只要傾角相同，不論m多大，加速度都相同，即與重量無關(guān).他不斷增大傾角，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，得出了相同的結(jié)論.于是，伽俐略做了合理的外推，當(dāng)傾角增大到90時(shí)，小球不就做自由落體運(yùn)動(dòng)了嗎？這時(shí)小球仍然做勻加速運(yùn)動(dòng)，而且所有物體的加速度都一樣.如何解釋日常生活中常見到的重物下落的較快的現(xiàn)象呢？伽俐略寫道：“如果排除空氣阻力，那么，所有物體將下落得同樣快.”為此，他特別指出，在科學(xué)研究中，懂得忽略什么，有時(shí)比懂得重視什么同等重要.

（二）對萬有引力定律得出過程的解讀

牛頓建立萬有引力定律的過程中，體現(xiàn)出科學(xué)方法的合理運(yùn)用.根據(jù)開普勒行星運(yùn)動(dòng)第一、第二定律，行星運(yùn)動(dòng)可以近似地看成繞太陽做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，并且猜想行星運(yùn)動(dòng)的向心力來自太陽對行星的引力.設(shè)行星的質(zhì)量為m，行星公轉(zhuǎn)的周期T，行星到太陽的距離為r，則行星繞太陽做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力F=4π2mr1T2，進(jìn)一步根據(jù)開普勒第三定律r31T2=K，代入上式便得到，f=4π2k·m1r2，所以F∝m1r2.然后牛頓猜想，既然太陽吸引行星，行星也必然吸引太陽，而且這兩個(gè)力大小相等，方向相反.就行星對太陽的吸引力F來說，太陽是受力星體，所以F′∝M1r2.而F和F′又是相等的，因此概括地得出F∝mM1r2，寫成等式就是F=GMm1r2，式中G是比例系數(shù)，與太陽、行星都沒有關(guān)系.進(jìn)一步設(shè)想：既然是行星與太陽之間的力使得行星不能飛離太陽，那么，是什么力使得地面的物體不能離開地球，總要落回地面？也就是說，地球與太陽之間的吸引力會不會與地球吸引蘋果的力是同一種力呢？還有，即使在最高的建筑物上和最高的山頂上，都不會發(fā)現(xiàn)重力有明顯的減弱，那么，這個(gè)力必定延伸到很遠(yuǎn)的地方，它會不會作用到月球上？也就是說，拉住月球使它圍繞地球運(yùn)動(dòng)的力，與拉著蘋果下落的力，以及地球、眾行星與太陽之間的作用力也許真的是同一種力，遵循相同的規(guī)律？月——地檢驗(yàn)的成功表明，地面物體所受地球的引力，與月球所受地球的引力，真的是同一種力！

讀了這一段科學(xué)史，最能震撼學(xué)生心靈的不是結(jié)果，而是過程.學(xué)生獲益最大的不是有關(guān)知識，而是探究方法.伽俐略和牛頓科學(xué)思想方法的核心是把邏輯推理（包括數(shù)學(xué)推演）、科學(xué)猜測和實(shí)驗(yàn)和諧的結(jié)合起來，讓學(xué)生學(xué)習(xí)并在日后的實(shí)踐中應(yīng)用這些方法比掌握知識更重要.

（三）對能量守恒定律得出過程的解讀

1755年至1807年間，瑞士物理學(xué)家歐拉提出與速度和重力有關(guān)的“力函數(shù)”、“速度勢”概念，法國物理學(xué)家拉格朗日則給出了“重力勢函數(shù)”；1807年英國著名物理學(xué)家托馬斯·楊在《自然哲學(xué)與機(jī)械技術(shù)》講義中，最先提出了能量的概念，指出產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)需要的功等于“物體的質(zhì)量和速度的二次方積”；1829年，法國物理學(xué)家科里奧利建議將托馬斯·楊提出的“能量”乘以1/2，稱為動(dòng)能，這很快得到了公認(rèn)；同年，物理學(xué)家龐斯萊明確提出了動(dòng)能定理.

1834年至1835年間，愛爾蘭數(shù)學(xué)物理學(xué)家哈密頓提出了哈密頓原理，闡明了保守力場中動(dòng)能和勢能的轉(zhuǎn)化及它們的總和保持不變.這就是機(jī)械能轉(zhuǎn)化與守恒定律.早在力學(xué)初步

近幾年全國各地的高考題加大了對物理學(xué)史知識的考查，比如山東卷從2011年開始連續(xù)三年考查物理學(xué)史，全國新課標(biāo)卷也在2009年、2010年、2013年考查了三次.考生解答這道題時(shí)正確率偏低，教師備考這部分內(nèi)容時(shí)，也陷入茫然，因?yàn)椤?013年普通高等學(xué)校招生考試說明》的考試內(nèi)容與要求中并不包含物理學(xué)史.所以備考過程中就出現(xiàn)了盲目的情況，甚至把高中物理涉及的所有物理學(xué)家的事跡都印發(fā)給學(xué)生，讓學(xué)生背誦.這樣就違背考查物理學(xué)史的意義.因?yàn)槲锢韺W(xué)史的重要價(jià)值在于通過對物理學(xué)史的教學(xué)，提高學(xué)生的人文素養(yǎng)，使學(xué)生形成正確的科學(xué)觀和世界觀.筆者認(rèn)真查閱了《2013年普通高等學(xué)校招生考試說明》和《2013年普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試大綱（理科·課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)版）》，二者均明確提到命題依據(jù)2003年頒布的《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》.而《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》對物理學(xué)史有明確要求，所以筆者嘗試從解讀課程標(biāo)準(zhǔn)的角度來備考“物理學(xué)史”.一、課程標(biāo)準(zhǔn)對物理學(xué)史的要求

（一）力學(xué)中有關(guān)物理學(xué)史的課程標(biāo)準(zhǔn).

1.通過史實(shí)，初步了解近代實(shí)驗(yàn)科學(xué)產(chǎn)生的背景，認(rèn)識實(shí)驗(yàn)對物理學(xué)發(fā)展的推動(dòng)作用.

例1了解亞里士多德關(guān)于力與運(yùn)動(dòng)的主要觀點(diǎn)和研究方法.

例2了解伽利略的實(shí)驗(yàn)研究工作，認(rèn)識伽利略有關(guān)實(shí)驗(yàn)的科學(xué)思想和方法.

例3通過史實(shí)了解伽利略研究自由落體運(yùn)動(dòng)用的實(shí)驗(yàn)和推理方法.

2.（1）通過有關(guān)事實(shí)了解萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)過程.知道萬有引力定律.認(rèn)識發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的重要意義，體會科學(xué)定律對人類探索未知世界的作用.

例1通過用萬有引力定律發(fā)現(xiàn)未知天體的事實(shí)，說明科學(xué)定律對人類認(rèn)識世界的作用.

（2）通過實(shí)例了解經(jīng)典力學(xué)的發(fā)展歷程和偉大成就，體會經(jīng)典力學(xué)創(chuàng)立的價(jià)值與意義，認(rèn)識經(jīng)典力學(xué)的實(shí)用范圍和局限性.

（二）電磁學(xué)中有關(guān)物理學(xué)史的課程標(biāo)準(zhǔn)

1.收集資料，了解電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)過程，體會人類探索自然規(guī)律的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神.

（三）熱學(xué)中有關(guān)物理學(xué)史的課程標(biāo)準(zhǔn)

1. 通過有關(guān)史實(shí)，了解熱力學(xué)第一定律和能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)過程.體會科學(xué)探索中的挫折和失敗對科學(xué)發(fā)現(xiàn)的意義.

二、課程標(biāo)準(zhǔn)解讀

（一）對自由落體運(yùn)動(dòng)性質(zhì)得出過程的解讀

研究自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí)，專門加了一節(jié)《伽俐略對自由落體運(yùn)動(dòng)的研究》，介紹關(guān)于自由落體運(yùn)動(dòng)的研究歷史.亞里士多德認(rèn)為物體下落的快慢由他們的重量決定.他的這一論斷符合人們的常識，以至于在其后的兩千年的時(shí)間里，大家都奉為經(jīng)典.伽俐略運(yùn)用歸謬法，以亞里士多德“重物比輕物落的快”為前提，經(jīng)縝密的邏輯推理，得出了與前提相矛盾的結(jié)論，因此能得出這樣一個(gè)可能性：重物與輕物應(yīng)該下落的一樣快.伽俐略從科技美原理出發(fā)，認(rèn)為自然界是簡單的，自然界的規(guī)律也是簡單的.從這一信念出發(fā)，他猜想，落體運(yùn)動(dòng)也一定是一種最簡單的運(yùn)動(dòng)，而最簡單的運(yùn)動(dòng)，它的速度應(yīng)該是均勻變化的，他又進(jìn)一步從理論上猜想，這種運(yùn)動(dòng)的速度的變化應(yīng)當(dāng)是均勻的，關(guān)于速度變化是均勻的，伽俐略考慮了兩種可能性：一種是速度變化對時(shí)間來說是均勻的，即v∝t；另一種是速度的變化對位移來說是均勻的，即v∝x.后來發(fā)現(xiàn)，對于后一種情況，將會導(dǎo)出荒謬的結(jié)論，只有v∝t才成為可能.于是伽俐略開始用實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證關(guān)于v∝t的猜想的真?zhèn)?用實(shí)驗(yàn)直接驗(yàn)證v∝t是困難的.他又用數(shù)學(xué)的方法進(jìn)行推演.數(shù)學(xué)推理的結(jié)果：對于初速度為零的運(yùn)動(dòng)來說，只要v∝t，那么其位移x一定與t2成正比，即x∝t2.這樣實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證轉(zhuǎn)換為驗(yàn)證x∝t2.伽俐略設(shè)計(jì)了斜面實(shí)驗(yàn)，讓小球從靜止開始沿斜面滾下，他的實(shí)驗(yàn)證明x∝t2，也就可以推出ν∝t.而且它證明只要傾角相同，不論m多大，加速度都相同，即與重量無關(guān).他不斷增大傾角，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，得出了相同的結(jié)論.于是，伽俐略做了合理的外推，當(dāng)傾角增大到90時(shí)，小球不就做自由落體運(yùn)動(dòng)了嗎？這時(shí)小球仍然做勻加速運(yùn)動(dòng)，而且所有物體的加速度都一樣.如何解釋日常生活中常見到的重物下落的較快的現(xiàn)象呢？伽俐略寫道：“如果排除空氣阻力，那么，所有物體將下落得同樣快.”為此，他特別指出，在科學(xué)研究中，懂得忽略什么，有時(shí)比懂得重視什么同等重要.

（二）對萬有引力定律得出過程的解讀

牛頓建立萬有引力定律的過程中，體現(xiàn)出科學(xué)方法的合理運(yùn)用.根據(jù)開普勒行星運(yùn)動(dòng)第一、第二定律，行星運(yùn)動(dòng)可以近似地看成繞太陽做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，并且猜想行星運(yùn)動(dòng)的向心力來自太陽對行星的引力.設(shè)行星的質(zhì)量為m，行星公轉(zhuǎn)的周期T，行星到太陽的距離為r，則行星繞太陽做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力F=4π2mr1T2，進(jìn)一步根據(jù)開普勒第三定律r31T2=K，代入上式便得到，f=4π2k·m1r2，所以F∝m1r2.然后牛頓猜想，既然太陽吸引行星，行星也必然吸引太陽，而且這兩個(gè)力大小相等，方向相反.就行星對太陽的吸引力F來說，太陽是受力星體，所以F′∝M1r2.而F和F′又是相等的，因此概括地得出F∝mM1r2，寫成等式就是F=GMm1r2，式中G是比例系數(shù)，與太陽、行星都沒有關(guān)系.進(jìn)一步設(shè)想：既然是行星與太陽之間的力使得行星不能飛離太陽，那么，是什么力使得地面的物體不能離開地球，總要落回地面？也就是說，地球與太陽之間的吸引力會不會與地球吸引蘋果的力是同一種力呢？還有，即使在最高的建筑物上和最高的山頂上，都不會發(fā)現(xiàn)重力有明顯的減弱，那么，這個(gè)力必定延伸到很遠(yuǎn)的地方，它會不會作用到月球上？也就是說，拉住月球使它圍繞地球運(yùn)動(dòng)的力，與拉著蘋果下落的力，以及地球、眾行星與太陽之間的作用力也許真的是同一種力，遵循相同的規(guī)律？月——地檢驗(yàn)的成功表明，地面物體所受地球的引力，與月球所受地球的引力，真的是同一種力！

讀了這一段科學(xué)史，最能震撼學(xué)生心靈的不是結(jié)果，而是過程.學(xué)生獲益最大的不是有關(guān)知識，而是探究方法.伽俐略和牛頓科學(xué)思想方法的核心是把邏輯推理（包括數(shù)學(xué)推演）、科學(xué)猜測和實(shí)驗(yàn)和諧的結(jié)合起來，讓學(xué)生學(xué)習(xí)并在日后的實(shí)踐中應(yīng)用這些方法比掌握知識更重要.

（三）對能量守恒定律得出過程的解讀

1755年至1807年間，瑞士物理學(xué)家歐拉提出與速度和重力有關(guān)的“力函數(shù)”、“速度勢”概念，法國物理學(xué)家拉格朗日則給出了“重力勢函數(shù)”；1807年英國著名物理學(xué)家托馬斯·楊在《自然哲學(xué)與機(jī)械技術(shù)》講義中，最先提出了能量的概念，指出產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)需要的功等于“物體的質(zhì)量和速度的二次方積”；1829年，法國物理學(xué)家科里奧利建議將托馬斯·楊提出的“能量”乘以1/2，稱為動(dòng)能，這很快得到了公認(rèn)；同年，物理學(xué)家龐斯萊明確提出了動(dòng)能定理.

1834年至1835年間，愛爾蘭數(shù)學(xué)物理學(xué)家哈密頓提出了哈密頓原理，闡明了保守力場中動(dòng)能和勢能的轉(zhuǎn)化及它們的總和保持不變.這就是機(jī)械能轉(zhuǎn)化與守恒定律.早在力學(xué)初步

近幾年全國各地的高考題加大了對物理學(xué)史知識的考查，比如山東卷從2011年開始連續(xù)三年考查物理學(xué)史，全國新課標(biāo)卷也在2009年、2010年、2013年考查了三次.考生解答這道題時(shí)正確率偏低，教師備考這部分內(nèi)容時(shí)，也陷入茫然，因?yàn)椤?013年普通高等學(xué)校招生考試說明》的考試內(nèi)容與要求中并不包含物理學(xué)史.所以備考過程中就出現(xiàn)了盲目的情況，甚至把高中物理涉及的所有物理學(xué)家的事跡都印發(fā)給學(xué)生，讓學(xué)生背誦.這樣就違背考查物理學(xué)史的意義.因?yàn)槲锢韺W(xué)史的重要價(jià)值在于通過對物理學(xué)史的教學(xué)，提高學(xué)生的人文素養(yǎng)，使學(xué)生形成正確的科學(xué)觀和世界觀.筆者認(rèn)真查閱了《2013年普通高等學(xué)校招生考試說明》和《2013年普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試大綱（理科·課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)版）》，二者均明確提到命題依據(jù)2003年頒布的《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》.而《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》對物理學(xué)史有明確要求，所以筆者嘗試從解讀課程標(biāo)準(zhǔn)的角度來備考“物理學(xué)史”.一、課程標(biāo)準(zhǔn)對物理學(xué)史的要求

（一）力學(xué)中有關(guān)物理學(xué)史的課程標(biāo)準(zhǔn).

1.通過史實(shí)，初步了解近代實(shí)驗(yàn)科學(xué)產(chǎn)生的背景，認(rèn)識實(shí)驗(yàn)對物理學(xué)發(fā)展的推動(dòng)作用.

例1了解亞里士多德關(guān)于力與運(yùn)動(dòng)的主要觀點(diǎn)和研究方法.

例2了解伽利略的實(shí)驗(yàn)研究工作，認(rèn)識伽利略有關(guān)實(shí)驗(yàn)的科學(xué)思想和方法.

例3通過史實(shí)了解伽利略研究自由落體運(yùn)動(dòng)用的實(shí)驗(yàn)和推理方法.

2.（1）通過有關(guān)事實(shí)了解萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)過程.知道萬有引力定律.認(rèn)識發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的重要意義，體會科學(xué)定律對人類探索未知世界的作用.

例1通過用萬有引力定律發(fā)現(xiàn)未知天體的事實(shí)，說明科學(xué)定律對人類認(rèn)識世界的作用.

（2）通過實(shí)例了解經(jīng)典力學(xué)的發(fā)展歷程和偉大成就，體會經(jīng)典力學(xué)創(chuàng)立的價(jià)值與意義，認(rèn)識經(jīng)典力學(xué)的實(shí)用范圍和局限性.

（二）電磁學(xué)中有關(guān)物理學(xué)史的課程標(biāo)準(zhǔn)

1.收集資料，了解電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)過程，體會人類探索自然規(guī)律的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神.

（三）熱學(xué)中有關(guān)物理學(xué)史的課程標(biāo)準(zhǔn)

1. 通過有關(guān)史實(shí)，了解熱力學(xué)第一定律和能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)過程.體會科學(xué)探索中的挫折和失敗對科學(xué)發(fā)現(xiàn)的意義.

二、課程標(biāo)準(zhǔn)解讀

（一）對自由落體運(yùn)動(dòng)性質(zhì)得出過程的解讀

研究自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí)，專門加了一節(jié)《伽俐略對自由落體運(yùn)動(dòng)的研究》，介紹關(guān)于自由落體運(yùn)動(dòng)的研究歷史.亞里士多德認(rèn)為物體下落的快慢由他們的重量決定.他的這一論斷符合人們的常識，以至于在其后的兩千年的時(shí)間里，大家都奉為經(jīng)典.伽俐略運(yùn)用歸謬法，以亞里士多德“重物比輕物落的快”為前提，經(jīng)縝密的邏輯推理，得出了與前提相矛盾的結(jié)論，因此能得出這樣一個(gè)可能性：重物與輕物應(yīng)該下落的一樣快.伽俐略從科技美原理出發(fā)，認(rèn)為自然界是簡單的，自然界的規(guī)律也是簡單的.從這一信念出發(fā)，他猜想，落體運(yùn)動(dòng)也一定是一種最簡單的運(yùn)動(dòng)，而最簡單的運(yùn)動(dòng)，它的速度應(yīng)該是均勻變化的，他又進(jìn)一步從理論上猜想，這種運(yùn)動(dòng)的速度的變化應(yīng)當(dāng)是均勻的，關(guān)于速度變化是均勻的，伽俐略考慮了兩種可能性：一種是速度變化對時(shí)間來說是均勻的，即v∝t；另一種是速度的變化對位移來說是均勻的，即v∝x.后來發(fā)現(xiàn)，對于后一種情況，將會導(dǎo)出荒謬的結(jié)論，只有v∝t才成為可能.于是伽俐略開始用實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證關(guān)于v∝t的猜想的真?zhèn)?用實(shí)驗(yàn)直接驗(yàn)證v∝t是困難的.他又用數(shù)學(xué)的方法進(jìn)行推演.數(shù)學(xué)推理的結(jié)果：對于初速度為零的運(yùn)動(dòng)來說，只要v∝t，那么其位移x一定與t2成正比，即x∝t2.這樣實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證轉(zhuǎn)換為驗(yàn)證x∝t2.伽俐略設(shè)計(jì)了斜面實(shí)驗(yàn)，讓小球從靜止開始沿斜面滾下，他的實(shí)驗(yàn)證明x∝t2，也就可以推出ν∝t.而且它證明只要傾角相同，不論m多大，加速度都相同，即與重量無關(guān).他不斷增大傾角，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，得出了相同的結(jié)論.于是，伽俐略做了合理的外推，當(dāng)傾角增大到90時(shí)，小球不就做自由落體運(yùn)動(dòng)了嗎？這時(shí)小球仍然做勻加速運(yùn)動(dòng)，而且所有物體的加速度都一樣.如何解釋日常生活中常見到的重物下落的較快的現(xiàn)象呢？伽俐略寫道：“如果排除空氣阻力，那么，所有物體將下落得同樣快.”為此，他特別指出，在科學(xué)研究中，懂得忽略什么，有時(shí)比懂得重視什么同等重要.

（二）對萬有引力定律得出過程的解讀

牛頓建立萬有引力定律的過程中，體現(xiàn)出科學(xué)方法的合理運(yùn)用.根據(jù)開普勒行星運(yùn)動(dòng)第一、第二定律，行星運(yùn)動(dòng)可以近似地看成繞太陽做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，并且猜想行星運(yùn)動(dòng)的向心力來自太陽對行星的引力.設(shè)行星的質(zhì)量為m，行星公轉(zhuǎn)的周期T，行星到太陽的距離為r，則行星繞太陽做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力F=4π2mr1T2，進(jìn)一步根據(jù)開普勒第三定律r31T2=K，代入上式便得到，f=4π2k·m1r2，所以F∝m1r2.然后牛頓猜想，既然太陽吸引行星，行星也必然吸引太陽，而且這兩個(gè)力大小相等，方向相反.就行星對太陽的吸引力F來說，太陽是受力星體，所以F′∝M1r2.而F和F′又是相等的，因此概括地得出F∝mM1r2，寫成等式就是F=GMm1r2，式中G是比例系數(shù)，與太陽、行星都沒有關(guān)系.進(jìn)一步設(shè)想：既然是行星與太陽之間的力使得行星不能飛離太陽，那么，是什么力使得地面的物體不能離開地球，總要落回地面？也就是說，地球與太陽之間的吸引力會不會與地球吸引蘋果的力是同一種力呢？還有，即使在最高的建筑物上和最高的山頂上，都不會發(fā)現(xiàn)重力有明顯的減弱，那么，這個(gè)力必定延伸到很遠(yuǎn)的地方，它會不會作用到月球上？也就是說，拉住月球使它圍繞地球運(yùn)動(dòng)的力，與拉著蘋果下落的力，以及地球、眾行星與太陽之間的作用力也許真的是同一種力，遵循相同的規(guī)律？月——地檢驗(yàn)的成功表明，地面物體所受地球的引力，與月球所受地球的引力，真的是同一種力！

讀了這一段科學(xué)史，最能震撼學(xué)生心靈的不是結(jié)果，而是過程.學(xué)生獲益最大的不是有關(guān)知識，而是探究方法.伽俐略和牛頓科學(xué)思想方法的核心是把邏輯推理（包括數(shù)學(xué)推演）、科學(xué)猜測和實(shí)驗(yàn)和諧的結(jié)合起來，讓學(xué)生學(xué)習(xí)并在日后的實(shí)踐中應(yīng)用這些方法比掌握知識更重要.

（三）對能量守恒定律得出過程的解讀

1755年至1807年間，瑞士物理學(xué)家歐拉提出與速度和重力有關(guān)的“力函數(shù)”、“速度勢”概念，法國物理學(xué)家拉格朗日則給出了“重力勢函數(shù)”；1807年英國著名物理學(xué)家托馬斯·楊在《自然哲學(xué)與機(jī)械技術(shù)》講義中，最先提出了能量的概念，指出產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)需要的功等于“物體的質(zhì)量和速度的二次方積”；1829年，法國物理學(xué)家科里奧利建議將托馬斯·楊提出的“能量”乘以1/2，稱為動(dòng)能，這很快得到了公認(rèn)；同年，物理學(xué)家龐斯萊明確提出了動(dòng)能定理.

1834年至1835年間，愛爾蘭數(shù)學(xué)物理學(xué)家哈密頓提出了哈密頓原理，闡明了保守力場中動(dòng)能和勢能的轉(zhuǎn)化及它們的總和保持不變.這就是機(jī)械能轉(zhuǎn)化與守恒定律.早在力學(xué)初步