物理學(xué)史及方法實(shí)例分析

江蘇 朱 瓊

物理學(xué)史及方法實(shí)例分析

江蘇 朱 瓊

物理學(xué)史及方法一直是新課標(biāo)高考命題的熱點(diǎn)問題之一，探其原因，一是能體現(xiàn)新課標(biāo)三維目標(biāo)；二是經(jīng)典方法得以傳承。所以在二輪復(fù)習(xí)中，該部分內(nèi)容不能放松。本文結(jié)合歷年新課標(biāo)命題情況，從以下幾個(gè)方面闡述。

一、由經(jīng)典發(fā)現(xiàn)切入，考查學(xué)生的“了解”和“認(rèn)識”

【例1】（2016·安徽銅陵市第一中學(xué)質(zhì)量檢測）物理學(xué)是科學(xué)家們智慧的結(jié)晶，科學(xué)家們在物理學(xué)的發(fā)展過程中做出了重大的貢獻(xiàn)，下列敘述符合事實(shí)的是 （ ）

A．牛頓最早指出力不是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因并提出了慣性定律

B．伽利略認(rèn)為，如果沒有空氣阻力，重物與輕物應(yīng)該下落得同樣快

C．卡文迪許利用扭秤實(shí)驗(yàn)得出萬有引力與距離平方成反比的規(guī)律

D．天文學(xué)家開普勒對他導(dǎo)師第谷觀測的行星數(shù)據(jù)進(jìn)行多年研究，得出了萬有引力定律

【解析】伽利略最早提出力不是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因，A項(xiàng)錯(cuò)誤；伽利略通過斜面實(shí)驗(yàn)，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了合理的外推，得出在忽略空氣阻力的情況下，所有物體下落的加速度是相同的，B項(xiàng)正確；卡文迪許利用扭秤實(shí)驗(yàn)測出萬有引力常量，萬有引力與距離平方成反比的規(guī)律是牛頓發(fā)現(xiàn)的，C項(xiàng)錯(cuò)誤；德國天文學(xué)家開普勒對他導(dǎo)師第谷觀測的行星數(shù)據(jù)進(jìn)行多年研究，得出了行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律，D項(xiàng)錯(cuò)誤。

【答案】B

【點(diǎn)評】伽利略對自由落體運(yùn)動(dòng)的研究在“十大最美麗的物理實(shí)驗(yàn)”中排行第二，原因是伽利略把實(shí)驗(yàn)和邏輯推理和諧地結(jié)合起來，從而發(fā)展了人類科學(xué)的思維方式和科學(xué)的研究方法。其中的沖淡重力、邏輯推理等都堪稱經(jīng)典。之后的理想斜槽實(shí)驗(yàn)更為重要，為牛頓運(yùn)動(dòng)定律的發(fā)現(xiàn)提供了有力支持。

【例2】（2016·湖北省黃岡中學(xué)第一次模擬）下列敘述符合史實(shí)的是 （ ）

A．安培在實(shí)驗(yàn)中觀察到電流的磁效應(yīng)，該效應(yīng)解釋了電和磁之間存在聯(lián)系

B．奧斯特根據(jù)通電螺線管的磁場和條形磁鐵磁場的相似性，提出了分子電流假說

C．卡文迪許利用“卡文迪許扭秤”將微小量放大，準(zhǔn)確地測定了靜電力常量

D．楞次在分析了許多實(shí)驗(yàn)事實(shí)后提出，感應(yīng)電流應(yīng)具有這樣的方向，即感應(yīng)電流的磁場總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化

【解析】奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，最早地發(fā)現(xiàn)了電和磁之間存在聯(lián)系，A項(xiàng)錯(cuò)誤；安培提出了分子電流假說，B項(xiàng)錯(cuò)誤；庫侖利用“卡文迪許扭秤”將微小量放大，C項(xiàng)錯(cuò)誤。

【答案】D

【點(diǎn)評】電學(xué)中的密立根油滴實(shí)驗(yàn)測定了元電荷的電量；歐姆發(fā)現(xiàn)了歐姆定律；焦耳發(fā)現(xiàn)焦耳定律、法拉第線圈及發(fā)電機(jī)等，都可以作為電學(xué)物理學(xué)史考查的素材，復(fù)習(xí)時(shí)要緊扣教材，不留死角。

【例3】（2014·新課標(biāo)全國Ⅱ卷改編）在人類對微觀世界進(jìn)行探索的過程中，科學(xué)實(shí)驗(yàn)起到了非常重要的作用。下列說法符合歷史事實(shí)的是 （ ）

A．貝克勒爾通過對天然放射現(xiàn)象的研究，發(fā)現(xiàn)了原子中存在原子核

B．居里夫婦從瀝青鈾礦中分離出了釙（Po）和鐳（Ra）兩種新元素

C．盧瑟福通過α粒子散射實(shí)驗(yàn)證實(shí)了在原子核內(nèi)部存在質(zhì)子

D．湯姆孫通過陰極射線在電場和磁場中偏轉(zhuǎn)的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了陰極射線是由帶負(fù)電的粒子組成的，并測出了該粒子的比荷

【解析】貝克勒爾通過對天然放射現(xiàn)象的研究，發(fā)現(xiàn)了原子核的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，而原子中存在原子核是盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的，A、C項(xiàng)錯(cuò)誤；居里夫婦發(fā)現(xiàn)釙和鐳是從瀝青中分離出來的，B項(xiàng)正確；湯姆孫通過陰極射線在電磁場中的偏轉(zhuǎn)，發(fā)現(xiàn)陰極射線是由帶負(fù)電的粒子組成的，并測出其比荷，D項(xiàng)正確。

【答案】BD

【點(diǎn)評】X射線、電子、放射性是19世紀(jì)末物理學(xué)中的三大發(fā)現(xiàn)。向原子內(nèi)部探索和分裂原子成為20世紀(jì)初物理學(xué)領(lǐng)域中最振奮人心的口號。為此涌現(xiàn)出很多大師以及經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)，下面列舉部分，望大家拓展。

康普頓效應(yīng) 光電效應(yīng) 盧瑟福研究三種射線 !粒子散射實(shí)驗(yàn)碰撞后光子的頻率變小，波長變大，本實(shí)驗(yàn)說明光的粒子性反映粒子性，關(guān)鍵詞：極限頻率、最大初動(dòng)能、入射光強(qiáng)、瞬間性等。光子說、（愛因斯坦）光電方程及圖象比較α、β、γ三種射線的電離能力、穿透力、傳播速度，也可用電場分析!粒子偏轉(zhuǎn)的原因?yàn)槭艿綆靵龀饬ψ饔?，離核越遠(yuǎn)，偏轉(zhuǎn)角度越小，實(shí)驗(yàn)還將引出電場力大小以及做功和電勢能的變化等問題

二、由經(jīng)典方法引題，考查學(xué)生的“理解”和“應(yīng)用”

【例4】（2016·南京一調(diào)）牛頓提出太陽和行星間的引力后，為證明地球表面的重力和地球?qū)υ虑虻囊κ峭环N力，也遵循這個(gè)規(guī)律，他進(jìn)行了“月—地檢驗(yàn)”。已知月球的軌道半徑約為地球半徑的60倍，“月—地檢驗(yàn)”是計(jì)算月球公轉(zhuǎn)的 （ ）

C．線速度是地球自轉(zhuǎn)地表線速度的602倍

D．角速度是地球自轉(zhuǎn)地表角速度的602倍

【解析】假定維持月球繞地球運(yùn)動(dòng)的力與使蘋果下落的力是同一種力，同樣遵循“平方反比”的規(guī)律，那么，由于月球軌道半徑約為地球半徑的60倍，月球軌道上物體受到的引力，比它在地面附近受到的引力要小，前者只有后者的1/602，根據(jù)牛頓第二定律，物體在月球軌道上運(yùn)動(dòng)的向心加速度也就應(yīng)該大約是它在地面附近下落時(shí)加速度的1/602，即“月－地檢驗(yàn)”是計(jì)算月球公轉(zhuǎn)的向心加速度是自由落體加速度的，B項(xiàng)正確，A、C、D項(xiàng)錯(cuò)誤。

【答案】B

圖1

【例5】如圖1所示是著名物理學(xué)家費(fèi)曼設(shè)計(jì)的一個(gè)實(shí)驗(yàn)，在一塊絕緣板中部安裝一個(gè)線圈，并接有電源，板的四周有許多帶負(fù)電的小球，將整個(gè)裝置懸掛起來，當(dāng)接通開關(guān)瞬間，整個(gè)圓盤將（ ）

A．順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)一下 B．逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)一下

C．順時(shí)針不斷轉(zhuǎn)動(dòng) D．逆時(shí)針不斷轉(zhuǎn)動(dòng)

【解析】開關(guān)接通瞬間，穿過帶電小球所在空間向下的磁通量突然增加，由楞次定律知，在帶電小球所處空間將產(chǎn)生逆時(shí)針方向（從上往下看）的電動(dòng)勢（確切講，應(yīng)為逆時(shí)針方向電場），從而使帶負(fù)電小球受到順時(shí)針方向作用力，由于該變化是瞬間的，故A項(xiàng)正確。

【答案】A

【點(diǎn)評】萬有引力定律、法拉第電磁感應(yīng)現(xiàn)象、光電效應(yīng)、原子結(jié)構(gòu)、原子核結(jié)構(gòu)等發(fā)現(xiàn)都有很多的精彩內(nèi)容，這些精彩貴在巧妙的方法和科學(xué)的推理。翻閱近兩年的各地高考試題，圍繞這種經(jīng)典考查地很頻繁。復(fù)習(xí)方略還是依據(jù)考綱回顧教材一樣掃描。

即時(shí)演練

1．（原創(chuàng)）下列說法中正確的是 （ ）

A．甲圖為盧瑟福第一次完成了原子核的人工轉(zhuǎn)變，由此發(fā)現(xiàn)了電子

B．甲圖中的A為α粒子，B為氮?dú)?，完成的核反?yīng)方程為

C．乙圖為查德威克實(shí)驗(yàn)示意圖，由此裝置發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子

D．乙圖中的不可見粒子為γ射線，從石蠟中“打出的粒子”是質(zhì)子

2．（2016·河北滄州高三月考）如圖所示，在1687年出版的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》一書中，牛頓設(shè)想，拋出速度很大時(shí)，物體就不會落回地面。已知地球半徑為R，月球繞地球公轉(zhuǎn)的軌道半徑為n2R，周期為T，不計(jì)空氣阻力，為實(shí)現(xiàn)牛頓設(shè)想，拋出速度至少為 （ ）

參考答案

1．B 【解析】甲圖為盧瑟福第一次完成了原子核的人工轉(zhuǎn)變，由此發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，A項(xiàng)錯(cuò)誤；B項(xiàng)符合物理學(xué)史；乙圖為查德威克實(shí)驗(yàn)示意圖，由此裝置發(fā)現(xiàn)了中子，C項(xiàng)錯(cuò)誤；乙圖中的不可見粒子為中子流，D項(xiàng)錯(cuò)誤。

（作者單位：江蘇省江陰市暨陽中學(xué)）