如何备考“物理学史”

刘国瑞

近几年全国各地的高考题加大了对物理学史知识的考查，比如山东卷从2011年开始连续三年考查物理学史，全国新课标卷也在2009年、2010年、2013年考查了三次.考生解答这道题时正确率偏低，教师备考这部分内容时，也陷入茫然，因为《2013年普通高等学校招生考试说明》的考试内容与要求中并不包含物理学史.所以备考过程中就出现了盲目的情况，甚至把高中物理涉及的所有物理学家的事迹都印发给学生，让学生背诵.这样就违背考查物理学史的意义.因为物理学史的重要价值在于通过对物理学史的教学，提高学生的人文素养，使学生形成正确的科学观和世界观.笔者认真查阅了《2013年普通高等学校招生考试说明》和《2013年普通高等学校招生全国统一考试大纲（理科·课程标准实验版）》，二者均明确提到命题依据2003年颁布的《普通高中物理课程标准（实验）》.而《普通高中物理课程标准（实验）》对物理学史有明确要求，所以笔者尝试从解读课程标准的角度来备考“物理学史”.一、课程标准对物理学史的要求

（一）力学中有关物理学史的课程标准.

1.通过史实，初步了解近代实验科学产生的背景，认识实验对物理学发展的推动作用.

例1了解亚里士多德关于力与运动的主要观点和研究方法.

例2了解伽利略的实验研究工作，认识伽利略有关实验的科学思想和方法.

例3通过史实了解伽利略研究自由落体运动用的实验和推理方法.

2.（1）通过有关事实了解万有引力定律的发现过程.知道万有引力定律.认识发现万有引力定律的重要意义，体会科学定律对人类探索未知世界的作用.

例1通过用万有引力定律发现未知天体的事实，说明科学定律对人类认识世界的作用.

（2）通过实例了解经典力学的发展历程和伟大成就，体会经典力学创立的价值与意义，认识经典力学的实用范围和局限性.

（二）电磁学中有关物理学史的课程标准

1.收集资料，了解电磁感应现象的发现过程，体会人类探索自然规律的科学态度和科学精神.

（三）热学中有关物理学史的课程标准

1. 通过有关史实，了解热力学第一定律和能量守恒定律的发现过程.体会科学探索中的挫折和失败对科学发现的意义.

二、课程标准解读

（一）对自由落体运动性质得出过程的解读

研究自由落体运动时，专门加了一节《伽俐略对自由落体运动的研究》，介绍关于自由落体运动的研究历史.亚里士多德认为物体下落的快慢由他们的重量决定.他的这一论断符合人们的常识，以至于在其后的两千年的时间里，大家都奉为经典.伽俐略运用归谬法，以亚里士多德“重物比轻物落的快”为前提，经缜密的逻辑推理，得出了与前提相矛盾的结论，因此能得出这样一个可能性：重物与轻物应该下落的一样快.伽俐略从科技美原理出发，认为自然界是简单的，自然界的规律也是简单的.从这一信念出发，他猜想，落体运动也一定是一种最简单的运动，而最简单的运动，它的速度应该是均匀变化的，他又进一步从理论上猜想，这种运动的速度的变化应当是均匀的，关于速度变化是均匀的，伽俐略考虑了两种可能性：一种是速度变化对时间来说是均匀的，即v∝t；另一种是速度的变化对位移来说是均匀的，即v∝x.后来发现，对于后一种情况，将会导出荒谬的结论，只有v∝t才成为可能.于是伽俐略开始用实验来验证关于v∝t的猜想的真伪.用实验直接验证v∝t是困难的.他又用数学的方法进行推演.数学推理的结果：对于初速度为零的运动来说，只要v∝t，那么其位移x一定与t2成正比，即x∝t2.这样实验验证转换为验证x∝t2.伽俐略设计了斜面实验，让小球从静止开始沿斜面滚下，他的实验证明x∝t2，也就可以推出ν∝t.而且它证明只要倾角相同，不论m多大，加速度都相同，即与重量无关.他不断增大倾角，重复上述实验，得出了相同的结论.于是，伽俐略做了合理的外推，当倾角增大到90时，小球不就做自由落体运动了吗？这时小球仍然做匀加速运动，而且所有物体的加速度都一样.如何解释日常生活中常见到的重物下落的较快的现象呢？伽俐略写道：“如果排除空气阻力，那么，所有物体将下落得同样快.”为此，他特别指出，在科学研究中，懂得忽略什么，有时比懂得重视什么同等重要.

（二）对万有引力定律得出过程的解读

牛顿建立万有引力定律的过程中，体现出科学方法的合理运用.根据开普勒行星运动第一、第二定律，行星运动可以近似地看成绕太阳做匀速圆周运动，并且猜想行星运动的向心力来自太阳对行星的引力.设行星的质量为m，行星公转的周期T，行星到太阳的距离为r，则行星绕太阳做匀速圆周运动的向心力F=4π2mr1T2，进一步根据开普勒第三定律r31T2=K，代入上式便得到，f=4π2k·m1r2，所以F∝m1r2.然后牛顿猜想，既然太阳吸引行星，行星也必然吸引太阳，而且这两个力大小相等，方向相反.就行星对太阳的吸引力F来说，太阳是受力星体，所以F′∝M1r2.而F和F′又是相等的，因此概括地得出F∝mM1r2，写成等式就是F=GMm1r2，式中G是比例系数，与太阳、行星都没有关系.进一步设想：既然是行星与太阳之间的力使得行星不能飞离太阳，那么，是什么力使得地面的物体不能离开地球，总要落回地面？也就是说，地球与太阳之间的吸引力会不会与地球吸引苹果的力是同一种力呢？还有，即使在最高的建筑物上和最高的山顶上，都不会发现重力有明显的减弱，那么，这个力必定延伸到很远的地方，它会不会作用到月球上？也就是说，拉住月球使它围绕地球运动的力，与拉着苹果下落的力，以及地球、众行星与太阳之间的作用力也许真的是同一种力，遵循相同的规律？月——地检验的成功表明，地面物体所受地球的引力，与月球所受地球的引力，真的是同一种力！

读了这一段科学史，最能震撼学生心灵的不是结果，而是过程.学生获益最大的不是有关知识，而是探究方法.伽俐略和牛顿科学思想方法的核心是把逻辑推理（包括数学推演）、科学猜测和实验和谐的结合起来，让学生学习并在日后的实践中应用这些方法比掌握知识更重要.

（三）对能量守恒定律得出过程的解读

1755年至1807年间，瑞士物理学家欧拉提出与速度和重力有关的“力函数”、“速度势”概念，法国物理学家拉格朗日则给出了“重力势函数”；1807年英国著名物理学家托马斯·杨在《自然哲学与机械技术》讲义中，最先提出了能量的概念，指出产生运动需要的功等于“物体的质量和速度的二次方积”；1829年，法国物理学家科里奥利建议将托马斯·杨提出的“能量”乘以1/2，称为动能，这很快得到了公认；同年，物理学家庞斯莱明确提出了动能定理.

1834年至1835年间，爱尔兰数学物理学家哈密顿提出了哈密顿原理，阐明了保守力场中动能和势能的转化及它们的总和保持不变.这就是机械能转化与守恒定律.早在力学初步

近几年全国各地的高考题加大了对物理学史知识的考查，比如山东卷从2011年开始连续三年考查物理学史，全国新课标卷也在2009年、2010年、2013年考查了三次.考生解答这道题时正确率偏低，教师备考这部分内容时，也陷入茫然，因为《2013年普通高等学校招生考试说明》的考试内容与要求中并不包含物理学史.所以备考过程中就出现了盲目的情况，甚至把高中物理涉及的所有物理学家的事迹都印发给学生，让学生背诵.这样就违背考查物理学史的意义.因为物理学史的重要价值在于通过对物理学史的教学，提高学生的人文素养，使学生形成正确的科学观和世界观.笔者认真查阅了《2013年普通高等学校招生考试说明》和《2013年普通高等学校招生全国统一考试大纲（理科·课程标准实验版）》，二者均明确提到命题依据2003年颁布的《普通高中物理课程标准（实验）》.而《普通高中物理课程标准（实验）》对物理学史有明确要求，所以笔者尝试从解读课程标准的角度来备考“物理学史”.一、课程标准对物理学史的要求

（一）力学中有关物理学史的课程标准.

1.通过史实，初步了解近代实验科学产生的背景，认识实验对物理学发展的推动作用.

例1了解亚里士多德关于力与运动的主要观点和研究方法.

例2了解伽利略的实验研究工作，认识伽利略有关实验的科学思想和方法.

例3通过史实了解伽利略研究自由落体运动用的实验和推理方法.

2.（1）通过有关事实了解万有引力定律的发现过程.知道万有引力定律.认识发现万有引力定律的重要意义，体会科学定律对人类探索未知世界的作用.

例1通过用万有引力定律发现未知天体的事实，说明科学定律对人类认识世界的作用.

（2）通过实例了解经典力学的发展历程和伟大成就，体会经典力学创立的价值与意义，认识经典力学的实用范围和局限性.

（二）电磁学中有关物理学史的课程标准

1.收集资料，了解电磁感应现象的发现过程，体会人类探索自然规律的科学态度和科学精神.

（三）热学中有关物理学史的课程标准

1. 通过有关史实，了解热力学第一定律和能量守恒定律的发现过程.体会科学探索中的挫折和失败对科学发现的意义.

二、课程标准解读

（一）对自由落体运动性质得出过程的解读

研究自由落体运动时，专门加了一节《伽俐略对自由落体运动的研究》，介绍关于自由落体运动的研究历史.亚里士多德认为物体下落的快慢由他们的重量决定.他的这一论断符合人们的常识，以至于在其后的两千年的时间里，大家都奉为经典.伽俐略运用归谬法，以亚里士多德“重物比轻物落的快”为前提，经缜密的逻辑推理，得出了与前提相矛盾的结论，因此能得出这样一个可能性：重物与轻物应该下落的一样快.伽俐略从科技美原理出发，认为自然界是简单的，自然界的规律也是简单的.从这一信念出发，他猜想，落体运动也一定是一种最简单的运动，而最简单的运动，它的速度应该是均匀变化的，他又进一步从理论上猜想，这种运动的速度的变化应当是均匀的，关于速度变化是均匀的，伽俐略考虑了两种可能性：一种是速度变化对时间来说是均匀的，即v∝t；另一种是速度的变化对位移来说是均匀的，即v∝x.后来发现，对于后一种情况，将会导出荒谬的结论，只有v∝t才成为可能.于是伽俐略开始用实验来验证关于v∝t的猜想的真伪.用实验直接验证v∝t是困难的.他又用数学的方法进行推演.数学推理的结果：对于初速度为零的运动来说，只要v∝t，那么其位移x一定与t2成正比，即x∝t2.这样实验验证转换为验证x∝t2.伽俐略设计了斜面实验，让小球从静止开始沿斜面滚下，他的实验证明x∝t2，也就可以推出ν∝t.而且它证明只要倾角相同，不论m多大，加速度都相同，即与重量无关.他不断增大倾角，重复上述实验，得出了相同的结论.于是，伽俐略做了合理的外推，当倾角增大到90时，小球不就做自由落体运动了吗？这时小球仍然做匀加速运动，而且所有物体的加速度都一样.如何解释日常生活中常见到的重物下落的较快的现象呢？伽俐略写道：“如果排除空气阻力，那么，所有物体将下落得同样快.”为此，他特别指出，在科学研究中，懂得忽略什么，有时比懂得重视什么同等重要.

（二）对万有引力定律得出过程的解读

牛顿建立万有引力定律的过程中，体现出科学方法的合理运用.根据开普勒行星运动第一、第二定律，行星运动可以近似地看成绕太阳做匀速圆周运动，并且猜想行星运动的向心力来自太阳对行星的引力.设行星的质量为m，行星公转的周期T，行星到太阳的距离为r，则行星绕太阳做匀速圆周运动的向心力F=4π2mr1T2，进一步根据开普勒第三定律r31T2=K，代入上式便得到，f=4π2k·m1r2，所以F∝m1r2.然后牛顿猜想，既然太阳吸引行星，行星也必然吸引太阳，而且这两个力大小相等，方向相反.就行星对太阳的吸引力F来说，太阳是受力星体，所以F′∝M1r2.而F和F′又是相等的，因此概括地得出F∝mM1r2，写成等式就是F=GMm1r2，式中G是比例系数，与太阳、行星都没有关系.进一步设想：既然是行星与太阳之间的力使得行星不能飞离太阳，那么，是什么力使得地面的物体不能离开地球，总要落回地面？也就是说，地球与太阳之间的吸引力会不会与地球吸引苹果的力是同一种力呢？还有，即使在最高的建筑物上和最高的山顶上，都不会发现重力有明显的减弱，那么，这个力必定延伸到很远的地方，它会不会作用到月球上？也就是说，拉住月球使它围绕地球运动的力，与拉着苹果下落的力，以及地球、众行星与太阳之间的作用力也许真的是同一种力，遵循相同的规律？月——地检验的成功表明，地面物体所受地球的引力，与月球所受地球的引力，真的是同一种力！

读了这一段科学史，最能震撼学生心灵的不是结果，而是过程.学生获益最大的不是有关知识，而是探究方法.伽俐略和牛顿科学思想方法的核心是把逻辑推理（包括数学推演）、科学猜测和实验和谐的结合起来，让学生学习并在日后的实践中应用这些方法比掌握知识更重要.

（三）对能量守恒定律得出过程的解读

1755年至1807年间，瑞士物理学家欧拉提出与速度和重力有关的“力函数”、“速度势”概念，法国物理学家拉格朗日则给出了“重力势函数”；1807年英国著名物理学家托马斯·杨在《自然哲学与机械技术》讲义中，最先提出了能量的概念，指出产生运动需要的功等于“物体的质量和速度的二次方积”；1829年，法国物理学家科里奥利建议将托马斯·杨提出的“能量”乘以1/2，称为动能，这很快得到了公认；同年，物理学家庞斯莱明确提出了动能定理.

1834年至1835年间，爱尔兰数学物理学家哈密顿提出了哈密顿原理，阐明了保守力场中动能和势能的转化及它们的总和保持不变.这就是机械能转化与守恒定律.早在力学初步

近几年全国各地的高考题加大了对物理学史知识的考查，比如山东卷从2011年开始连续三年考查物理学史，全国新课标卷也在2009年、2010年、2013年考查了三次.考生解答这道题时正确率偏低，教师备考这部分内容时，也陷入茫然，因为《2013年普通高等学校招生考试说明》的考试内容与要求中并不包含物理学史.所以备考过程中就出现了盲目的情况，甚至把高中物理涉及的所有物理学家的事迹都印发给学生，让学生背诵.这样就违背考查物理学史的意义.因为物理学史的重要价值在于通过对物理学史的教学，提高学生的人文素养，使学生形成正确的科学观和世界观.笔者认真查阅了《2013年普通高等学校招生考试说明》和《2013年普通高等学校招生全国统一考试大纲（理科·课程标准实验版）》，二者均明确提到命题依据2003年颁布的《普通高中物理课程标准（实验）》.而《普通高中物理课程标准（实验）》对物理学史有明确要求，所以笔者尝试从解读课程标准的角度来备考“物理学史”.一、课程标准对物理学史的要求

（一）力学中有关物理学史的课程标准.

1.通过史实，初步了解近代实验科学产生的背景，认识实验对物理学发展的推动作用.

例1了解亚里士多德关于力与运动的主要观点和研究方法.

例2了解伽利略的实验研究工作，认识伽利略有关实验的科学思想和方法.

例3通过史实了解伽利略研究自由落体运动用的实验和推理方法.

2.（1）通过有关事实了解万有引力定律的发现过程.知道万有引力定律.认识发现万有引力定律的重要意义，体会科学定律对人类探索未知世界的作用.

例1通过用万有引力定律发现未知天体的事实，说明科学定律对人类认识世界的作用.

（2）通过实例了解经典力学的发展历程和伟大成就，体会经典力学创立的价值与意义，认识经典力学的实用范围和局限性.

（二）电磁学中有关物理学史的课程标准

1.收集资料，了解电磁感应现象的发现过程，体会人类探索自然规律的科学态度和科学精神.

（三）热学中有关物理学史的课程标准

1. 通过有关史实，了解热力学第一定律和能量守恒定律的发现过程.体会科学探索中的挫折和失败对科学发现的意义.

二、课程标准解读

（一）对自由落体运动性质得出过程的解读

研究自由落体运动时，专门加了一节《伽俐略对自由落体运动的研究》，介绍关于自由落体运动的研究历史.亚里士多德认为物体下落的快慢由他们的重量决定.他的这一论断符合人们的常识，以至于在其后的两千年的时间里，大家都奉为经典.伽俐略运用归谬法，以亚里士多德“重物比轻物落的快”为前提，经缜密的逻辑推理，得出了与前提相矛盾的结论，因此能得出这样一个可能性：重物与轻物应该下落的一样快.伽俐略从科技美原理出发，认为自然界是简单的，自然界的规律也是简单的.从这一信念出发，他猜想，落体运动也一定是一种最简单的运动，而最简单的运动，它的速度应该是均匀变化的，他又进一步从理论上猜想，这种运动的速度的变化应当是均匀的，关于速度变化是均匀的，伽俐略考虑了两种可能性：一种是速度变化对时间来说是均匀的，即v∝t；另一种是速度的变化对位移来说是均匀的，即v∝x.后来发现，对于后一种情况，将会导出荒谬的结论，只有v∝t才成为可能.于是伽俐略开始用实验来验证关于v∝t的猜想的真伪.用实验直接验证v∝t是困难的.他又用数学的方法进行推演.数学推理的结果：对于初速度为零的运动来说，只要v∝t，那么其位移x一定与t2成正比，即x∝t2.这样实验验证转换为验证x∝t2.伽俐略设计了斜面实验，让小球从静止开始沿斜面滚下，他的实验证明x∝t2，也就可以推出ν∝t.而且它证明只要倾角相同，不论m多大，加速度都相同，即与重量无关.他不断增大倾角，重复上述实验，得出了相同的结论.于是，伽俐略做了合理的外推，当倾角增大到90时，小球不就做自由落体运动了吗？这时小球仍然做匀加速运动，而且所有物体的加速度都一样.如何解释日常生活中常见到的重物下落的较快的现象呢？伽俐略写道：“如果排除空气阻力，那么，所有物体将下落得同样快.”为此，他特别指出，在科学研究中，懂得忽略什么，有时比懂得重视什么同等重要.

（二）对万有引力定律得出过程的解读

牛顿建立万有引力定律的过程中，体现出科学方法的合理运用.根据开普勒行星运动第一、第二定律，行星运动可以近似地看成绕太阳做匀速圆周运动，并且猜想行星运动的向心力来自太阳对行星的引力.设行星的质量为m，行星公转的周期T，行星到太阳的距离为r，则行星绕太阳做匀速圆周运动的向心力F=4π2mr1T2，进一步根据开普勒第三定律r31T2=K，代入上式便得到，f=4π2k·m1r2，所以F∝m1r2.然后牛顿猜想，既然太阳吸引行星，行星也必然吸引太阳，而且这两个力大小相等，方向相反.就行星对太阳的吸引力F来说，太阳是受力星体，所以F′∝M1r2.而F和F′又是相等的，因此概括地得出F∝mM1r2，写成等式就是F=GMm1r2，式中G是比例系数，与太阳、行星都没有关系.进一步设想：既然是行星与太阳之间的力使得行星不能飞离太阳，那么，是什么力使得地面的物体不能离开地球，总要落回地面？也就是说，地球与太阳之间的吸引力会不会与地球吸引苹果的力是同一种力呢？还有，即使在最高的建筑物上和最高的山顶上，都不会发现重力有明显的减弱，那么，这个力必定延伸到很远的地方，它会不会作用到月球上？也就是说，拉住月球使它围绕地球运动的力，与拉着苹果下落的力，以及地球、众行星与太阳之间的作用力也许真的是同一种力，遵循相同的规律？月——地检验的成功表明，地面物体所受地球的引力，与月球所受地球的引力，真的是同一种力！

读了这一段科学史，最能震撼学生心灵的不是结果，而是过程.学生获益最大的不是有关知识，而是探究方法.伽俐略和牛顿科学思想方法的核心是把逻辑推理（包括数学推演）、科学猜测和实验和谐的结合起来，让学生学习并在日后的实践中应用这些方法比掌握知识更重要.

（三）对能量守恒定律得出过程的解读

1755年至1807年间，瑞士物理学家欧拉提出与速度和重力有关的“力函数”、“速度势”概念，法国物理学家拉格朗日则给出了“重力势函数”；1807年英国著名物理学家托马斯·杨在《自然哲学与机械技术》讲义中，最先提出了能量的概念，指出产生运动需要的功等于“物体的质量和速度的二次方积”；1829年，法国物理学家科里奥利建议将托马斯·杨提出的“能量”乘以1/2，称为动能，这很快得到了公认；同年，物理学家庞斯莱明确提出了动能定理.

1834年至1835年间，爱尔兰数学物理学家哈密顿提出了哈密顿原理，阐明了保守力场中动能和势能的转化及它们的总和保持不变.这就是机械能转化与守恒定律.早在力学初步