物理科學(xué)史備考芻議

趙俊

高考物理考試大綱指出，“高考物理試題著重考查考生知識(shí)、能力和科學(xué)素養(yǎng)，注重理論聯(lián)系實(shí)際，注重科學(xué)技術(shù)和社會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的聯(lián)系，注意物理知識(shí)在生產(chǎn)、生活等方面的廣泛應(yīng)用”.由此，物理科學(xué)史已成為高考的一項(xiàng)重要內(nèi)容，此類試題在全國(guó)與相關(guān)省市自主命題的試卷中時(shí)有出現(xiàn).

一、近三年高考物理科學(xué)史試題一覽

上述物理科學(xué)史高考試題，有的僅涉及物理學(xué)研究基本史實(shí)的判定（如2013年全國(guó)新課標(biāo)2卷第19題、2014年海南卷第7題等）；有的還涉及物理學(xué)研究的相關(guān)內(nèi)容或方法的分析應(yīng)用（如2013年全國(guó)新課標(biāo)1卷第14題、2014年安徽卷第14題等）；有的則是以物理科學(xué)史為背景，考查相關(guān)的物理基礎(chǔ)知識(shí)（如2015年全國(guó)新課標(biāo)2卷第18題、2015年天津卷第2題等）.

二、注重物理科學(xué)史的歸類復(fù)習(xí)

為適應(yīng)高考對(duì)物理科學(xué)史的考查，應(yīng)注重物理科學(xué)史的歸類復(fù)習(xí)，重點(diǎn)關(guān)注以下幾類問題：

1.物理學(xué)科的重要發(fā)展歷程

物理學(xué)科的發(fā)展經(jīng)歷了曲折的發(fā)展歷程.

例如：人類對(duì)行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)過程充滿著曲折與艱辛.古希臘天文學(xué)家托勒密在公元2世紀(jì)，提出了地心說宇宙體系.15世紀(jì)，以波蘭天文學(xué)家哥白尼為代表的日心說學(xué)派則認(rèn)為太陽是靜止不動(dòng)的，地球和其他行星都繞太陽運(yùn)動(dòng).日心說大大簡(jiǎn)化了對(duì)行星運(yùn)動(dòng)軌道的描述，經(jīng)過與地心說的長(zhǎng)期爭(zhēng)論，最終被人們所接受.德國(guó)天文學(xué)家開普勒仔細(xì)整理了丹麥天文學(xué)家第谷留下的長(zhǎng)期觀測(cè)資料，并進(jìn)行了詳細(xì)的分析，終于發(fā)現(xiàn)了后來以他的名字命名的行星運(yùn)動(dòng)定律.

再如：人類對(duì)光的本質(zhì)的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了從初級(jí)到高級(jí)的發(fā)展過程.光是一種微粒流的觀點(diǎn)起源于古希臘，牛頓是主張微粒說的主要代表.光的波動(dòng)說與微粒說相伴而生，惠更斯進(jìn)一步發(fā)展了波動(dòng)說.其后，麥克斯韋提出了光的電磁說.愛因斯坦則針對(duì)光電效應(yīng)現(xiàn)象在普朗克量子假設(shè)的基礎(chǔ)上又提出了光量子假說，他肯定光具有粒子性，但并不否定光的波動(dòng)性.光的波粒二象性使人類對(duì)光本質(zhì)的認(rèn)識(shí)大大向前邁進(jìn)了一步.

復(fù)習(xí)物理科學(xué)史，就要結(jié)合物理基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)，關(guān)注人類對(duì)相關(guān)物理規(guī)律的認(rèn)識(shí)歷程.

2.物理學(xué)家的主要研究成果

在物理學(xué)發(fā)展歷程中，不少物理學(xué)家做出了重要貢獻(xiàn).高中物理涉及物理學(xué)家的研究成果（或觀點(diǎn)）主要有：

必修1——胡克，發(fā)現(xiàn)胡克定律；亞里士多德，提出力是維持物體運(yùn)動(dòng)原因的錯(cuò)誤觀點(diǎn)；伽利略，提出力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)原因的正確觀點(diǎn)；牛頓，提出牛頓運(yùn)動(dòng)三定律.

必修2——托勒密，提出錯(cuò)誤的地心說；哥白尼，提出日心說；開普勒，提出開普勒天體運(yùn)動(dòng)三定律；牛頓，發(fā)現(xiàn)萬有引力定律；卡文迪許，測(cè)定引力常量.

選修31——庫侖，發(fā)現(xiàn)電荷之間相互作用的庫侖定律；密立根，測(cè)定元電荷的數(shù)值；富蘭克林，解釋摩擦起電，統(tǒng)一天電與地電，發(fā)明避雷針；焦耳，研究電流的熱效應(yīng)，得出焦耳定律；奧斯特，發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)；洛侖茲，提出運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生磁場(chǎng)，得出洛侖茲力的計(jì)算公式；安培，提出分子環(huán)流假說，得出安培力方向的判定方法及安培力大小的計(jì)算公式.

選修32——法拉第，發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，提出法拉第電磁感應(yīng)定律；亨利，發(fā)現(xiàn)自感現(xiàn)象；楞次，提出判定感應(yīng)電流方向的楞次定律.

選修33——布朗，發(fā)現(xiàn)“布朗運(yùn)動(dòng)”；焦耳，測(cè)定熱功當(dāng)量，為能量守恒定律的建立提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)；開爾文，創(chuàng)立熱力學(xué)溫標(biāo).

選修34——伽利略，發(fā)現(xiàn)擺的等時(shí)性；牛頓，支持光的微粒說；惠更斯，提出光的波動(dòng)說；麥克斯韋，總結(jié)電磁場(chǎng)理論，預(yù)言電磁波的存在，提出光的電磁說；赫茲，發(fā)現(xiàn)電磁波；愛因斯坦，提出相對(duì)論，得出質(zhì)能方程.

選修35——湯姆生，發(fā)現(xiàn)電子，證實(shí)原子可分；盧瑟福，提出原子的核式結(jié)構(gòu)模型，發(fā)現(xiàn)質(zhì)子，預(yù)言中子存在；查德威克，發(fā)現(xiàn)中子；玻爾，提出原子結(jié)構(gòu)的玻爾理論；貝克勒爾，發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象；瑪麗·居里夫婦，發(fā)現(xiàn)放射性元素釙和鐳；約里奧·居里夫婦，發(fā)現(xiàn)放射性同位素；普朗克，提出量子假說，解釋黑體輻射；愛因斯坦，提出光子說，解釋光電效應(yīng).

復(fù)習(xí)物理科學(xué)史，就要熟悉相關(guān)史實(shí)，掌握相關(guān)研究?jī)?nèi)容.

3.物理學(xué)家的有效研究方法

歷史上物理學(xué)家把握科學(xué)發(fā)展動(dòng)態(tài)，借鑒前人經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，從矛盾的對(duì)立中尋找突破口，將理論與實(shí)踐緊密結(jié)合，采用了對(duì)比聯(lián)想、邏輯推理、數(shù)學(xué)手段和實(shí)驗(yàn)探究等種種具體的研究方法.

例如；庫侖將靜電力與萬有引力類比，對(duì)電荷之間的相互作用作了富有聯(lián)想的猜測(cè).為了驗(yàn)證自己的猜想，庫侖參照米切爾曾經(jīng)使用過的扭秤，設(shè)計(jì)了一臺(tái)新的扭秤進(jìn)行實(shí)驗(yàn).當(dāng)時(shí)尚無測(cè)量電荷量的方法，庫侖則根據(jù)對(duì)稱性，將一個(gè)帶電金屬球跟一個(gè)相同的不帶電的金屬球接觸，從而得到了原有電荷量的1/2、1/4、1/8等等的電荷量.聯(lián)想、類比、猜測(cè)與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，以及對(duì)稱性的運(yùn)用，這就是庫侖在發(fā)現(xiàn)庫侖定律的過程中所采用的研究方法.

再如；法拉第分析了電流的磁效應(yīng)后認(rèn)為，既然電能夠產(chǎn)生磁，反過來磁也應(yīng)該能產(chǎn)生電.為了證實(shí)這一點(diǎn)，法拉第經(jīng)過十年堅(jiān)持不懈的努力，通過一系列實(shí)驗(yàn)終于獲得了成功.之前，安培只注意研究線圈中通以恒定電流時(shí)的情況，而科拉頓則是錯(cuò)過了觀察時(shí)機(jī).在發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的過程中，法拉第通過逆向思維確定了研究課題，運(yùn)用實(shí)驗(yàn)手段進(jìn)行了有益的探索，而正確的實(shí)驗(yàn)研究方法則是導(dǎo)致成功的關(guān)鍵.

復(fù)習(xí)物理科學(xué)史，就要借鑒物理學(xué)家的有效研究方法，為我所學(xué)，為我所用.

4.舉世聞名的經(jīng)典物理實(shí)驗(yàn)

物理學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，物理定律的建立，無一不以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，并受到實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn).

課本中出現(xiàn)的歷史經(jīng)典實(shí)驗(yàn)主要有：伽利略的銅球斜面運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)、伽利略斜面理想實(shí)驗(yàn)、庫侖扭秤實(shí)驗(yàn)、奧斯特電流磁效應(yīng)實(shí)驗(yàn)、法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)、焦耳的測(cè)定熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn)、托馬斯·楊的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)、赫茲的“電火花”實(shí)驗(yàn)、盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)等等.

另外，美國(guó)《物理世界》雜志上曾刊登過評(píng)出的十大經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，它們是：埃拉托色尼測(cè)量地球圓周、伽利略的自由落體實(shí)驗(yàn)、伽利略的加速度實(shí)驗(yàn)、牛頓的棱鏡分解太陽光、卡文迪許扭秤實(shí)驗(yàn)、托馬斯·楊的光干涉實(shí)驗(yàn)、讓·傅科鐘擺實(shí)驗(yàn)、羅伯特·密立根的油滴實(shí)驗(yàn)、盧瑟福發(fā)現(xiàn)核子、托馬斯·楊的雙縫演示應(yīng)用于電子干涉實(shí)驗(yàn).

復(fù)習(xí)物理科學(xué)史，就要重視上述經(jīng)典歷史實(shí)驗(yàn)，弄清實(shí)驗(yàn)思路，掌握實(shí)驗(yàn)方法.

5.我國(guó)對(duì)物理學(xué)的重大貢獻(xiàn)

我國(guó)是世界上文明發(fā)達(dá)最早的國(guó)家之一.在物理學(xué)的研究和應(yīng)用上，我國(guó)有不少項(xiàng)目是走在世界前列的.這些成就，既是中華科學(xué)技術(shù)之瑰寶，也是整個(gè)人類的共同財(cái)富.

例如：在電學(xué)領(lǐng)域，我國(guó)宋代的沈括在其所著的《夢(mèng)溪筆談》中，通過雷電對(duì)金屬和草木的不同作用效果，描述了導(dǎo)體和絕緣體的區(qū)別，比西方的格雷研究電的傳導(dǎo)現(xiàn)象要早六個(gè)多世紀(jì)；12世紀(jì)末，我國(guó)宋代的金章宗制成了名副其實(shí)的避雷針，比富蘭克林通過著名的“風(fēng)箏實(shí)驗(yàn)”認(rèn)識(shí)雷電的本質(zhì)而發(fā)明避雷針，要早五個(gè)半世紀(jì)；我國(guó)西晉時(shí)代的張華在《博物志》一書中記載了兩種摩擦起電現(xiàn)象（一種是梳頭時(shí)梳子與頭發(fā)摩擦起電，另一種則是脫衣、穿衣時(shí)外衣與不同質(zhì)料的內(nèi)衣摩擦起電，結(jié)果均有微弱的閃光和聲響），是世界上最早記錄摩擦起電現(xiàn)象的人.

再如，在磁學(xué)領(lǐng)域，我國(guó)戰(zhàn)國(guó)時(shí)期成書的《管子》中就有磁石和磁性礦的最早記載，我國(guó)是最早發(fā)現(xiàn)磁現(xiàn)象的國(guó)家；指南針被列為我國(guó)古代的四大發(fā)明之一，其最初形式是公元前3世紀(jì)我國(guó)戰(zhàn)國(guó)時(shí)期的“司南”，而到12世紀(jì)末13世紀(jì)初，指南針才從我國(guó)經(jīng)阿拉伯傳入歐洲；我國(guó)北宋楊惟德所著《塋原總錄》中，有發(fā)現(xiàn)磁偏角的最早記載，比意大利的哥倫布在發(fā)現(xiàn)新大陸的海上探險(xiǎn)途中觀察到磁偏角，要早400多年；早在1044年以前，我國(guó)人民在實(shí)踐中已發(fā)現(xiàn)了磁傾角的存在，并加以了利用，比德國(guó)的哈特曼發(fā)現(xiàn)磁傾角早了整整500年；我國(guó)清代初期的劉獻(xiàn)廷已認(rèn)識(shí)到磁屏蔽，他在《廣陽雜記》中有世界上最早對(duì)磁屏蔽效應(yīng)的論述.

另外，我國(guó)歷史上在力學(xué)、熱學(xué)和光學(xué)等領(lǐng)域也創(chuàng)造了諸多世界之最.

復(fù)習(xí)物理科學(xué)史，就要關(guān)注我國(guó)對(duì)物理學(xué)的重大貢獻(xiàn)，激發(fā)愛國(guó)熱情，弘揚(yáng)民族精神.

當(dāng)然，對(duì)物理科學(xué)史進(jìn)行歸類復(fù)習(xí)，并不能一味地死記硬背，而需將物理科學(xué)史與物理基礎(chǔ)知識(shí)的復(fù)習(xí)緊密結(jié)合，將物理科學(xué)史滲透到物理基礎(chǔ)知識(shí)的復(fù)習(xí)之中，以物理科學(xué)發(fā)展的歷程引領(lǐng)物理知識(shí)的復(fù)習(xí).需在物理科學(xué)史的復(fù)習(xí)中加深對(duì)物理知識(shí)的理解，以物理學(xué)家研究方法與經(jīng)典物理實(shí)驗(yàn)過程的分析促成探究能力的提高，以我國(guó)對(duì)物理學(xué)的貢獻(xiàn)史實(shí)激發(fā)自身的愛國(guó)情懷，方能取得良好的復(fù)習(xí)效果.