物理學史及方法實例分析

江蘇 朱 瓊

物理學史及方法實例分析

江蘇 朱 瓊

物理學史及方法一直是新課標高考命題的熱點問題之一，探其原因，一是能體現新課標三維目標；二是經典方法得以傳承。所以在二輪復習中，該部分內容不能放松。本文結合歷年新課標命題情況，從以下幾個方面闡述。

一、由經典發現切入，考查學生的“了解”和“認識”

【例1】（2016·安徽銅陵市第一中學質量檢測）物理學是科學家們智慧的結晶，科學家們在物理學的發展過程中做出了重大的貢獻，下列敘述符合事實的是 （ ）

A．牛頓最早指出力不是維持物體運動的原因并提出了慣性定律

B．伽利略認為，如果沒有空氣阻力，重物與輕物應該下落得同樣快

C．卡文迪許利用扭秤實驗得出萬有引力與距離平方成反比的規律

D．天文學家開普勒對他導師第谷觀測的行星數據進行多年研究，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動的原因，A項錯誤；伽利略通過斜面實驗，將實驗結果進行了合理的外推，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項正確；卡文迪許利用扭秤實驗測出萬有引力常量，萬有引力與距離平方成反比的規律是牛頓發現的，C項錯誤；德國天文學家開普勒對他導師第谷觀測的行星數據進行多年研究，得出了行星運動規律，D項錯誤。

【答案】B

【點評】伽利略對自由落體運動的研究在“十大最美麗的物理實驗”中排行第二，原因是伽利略把實驗和邏輯推理和諧地結合起來，從而發展了人類科學的思維方式和科學的研究方法。其中的沖淡重力、邏輯推理等都堪稱經典。之后的理想斜槽實驗更為重要，為牛頓運動定律的發現提供了有力支持。

【例2】（2016·湖北省黃岡中學第一次模擬）下列敘述符合史實的是 （ ）

A．安培在實驗中觀察到電流的磁效應，該效應解釋了電和磁之間存在聯系

B．奧斯特根據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，準確地測定了靜電力常量

D．楞次在分析了許多實驗事實后提出，感應電流應具有這樣的方向，即感應電流的磁場總要阻礙引起感應電流的磁通量的變化

【解析】奧斯特發現了電流的磁效應，最早地發現了電和磁之間存在聯系，A項錯誤；安培提出了分子電流假說，B項錯誤；庫侖利用“卡文迪許扭秤”將微小量放大，C項錯誤。

【答案】D

【點評】電學中的密立根油滴實驗測定了元電荷的電量；歐姆發現了歐姆定律；焦耳發現焦耳定律、法拉第線圈及發電機等，都可以作為電學物理學史考查的素材，復習時要緊扣教材，不留死角。

【例3】（2014·新課標全國Ⅱ卷改編）在人類對微觀世界進行探索的過程中，科學實驗起到了非常重要的作用。下列說法符合歷史事實的是 （ ）

A．貝克勒爾通過對天然放射現象的研究，發現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粒子散射實驗證實了在原子核內部存在質子

D．湯姆孫通過陰極射線在電場和磁場中偏轉的實驗，發現了陰極射線是由帶負電的粒子組成的，并測出了該粒子的比荷

【解析】貝克勒爾通過對天然放射現象的研究，發現了原子核的復雜結構，而原子中存在原子核是盧瑟福的α粒子散射實驗發現的，A、C項錯誤；居里夫婦發現釙和鐳是從瀝青中分離出來的，B項正確；湯姆孫通過陰極射線在電磁場中的偏轉，發現陰極射線是由帶負電的粒子組成的，并測出其比荷，D項正確。

【答案】BD

【點評】X射線、電子、放射性是19世紀末物理學中的三大發現。向原子內部探索和分裂原子成為20世紀初物理學領域中最振奮人心的口號。為此涌現出很多大師以及經典的實驗，下面列舉部分，望大家拓展。

康普頓效應 光電效應 盧瑟福研究三種射線 !粒子散射實驗碰撞后光子的頻率變小，波長變大，本實驗說明光的粒子性反映粒子性，關鍵詞：極限頻率、最大初動能、入射光強、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!粒子偏轉的原因為受到庫侖斥力作用，離核越遠，偏轉角度越小，實驗還將引出電場力大小以及做功和電勢能的變化等問題

二、由經典方法引題，考查學生的“理解”和“應用”

【例4】（2016·南京一調）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對月球的引力是同一種力，也遵循這個規律，他進行了“月—地檢驗”。已知月球的軌道半徑約為地球半徑的60倍，“月—地檢驗”是計算月球公轉的 （ ）

C．線速度是地球自轉地表線速度的602倍

D．角速度是地球自轉地表角速度的602倍

【解析】假定維持月球繞地球運動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，根據牛頓第二定律，物體在月球軌道上運動的向心加速度也就應該大約是它在地面附近下落時加速度的1/602，即“月－地檢驗”是計算月球公轉的向心加速度是自由落體加速度的，B項正確，A、C、D項錯誤。

【答案】B

圖1

【例5】如圖1所示是著名物理學家費曼設計的一個實驗，在一塊絕緣板中部安裝一個線圈，并接有電源，板的四周有許多帶負電的小球，將整個裝置懸掛起來，當接通開關瞬間，整個圓盤將（ ）

A．順時針轉動一下 B．逆時針轉動一下

C．順時針不斷轉動 D．逆時針不斷轉動

【解析】開關接通瞬間，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生逆時針方向（從上往下看）的電動勢（確切講，應為逆時針方向電場），從而使帶負電小球受到順時針方向作用力，由于該變化是瞬間的，故A項正確。

【答案】A

【點評】萬有引力定律、法拉第電磁感應現象、光電效應、原子結構、原子核結構等發現都有很多的精彩內容，這些精彩貴在巧妙的方法和科學的推理。翻閱近兩年的各地高考試題，圍繞這種經典考查地很頻繁。復習方略還是依據考綱回顧教材一樣掃描。

即時演練

1．（原創）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變，由此發現了電子

B．甲圖中的A為α粒子，B為氮氣，完成的核反應方程為

C．乙圖為查德威克實驗示意圖，由此裝置發現了質子

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《自然哲學的數學原理》一書中，牛頓設想，拋出速度很大時，物體就不會落回地面。已知地球半徑為R，月球繞地球公轉的軌道半徑為n2R，周期為T，不計空氣阻力，為實現牛頓設想，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變，由此發現了質子，A項錯誤；B項符合物理學史；乙圖為查德威克實驗示意圖，由此裝置發現了中子，C項錯誤；乙圖中的不可見粒子為中子流，D項錯誤。

（作者單位：江蘇省江陰市暨陽中學）