物理学是一门基础科学,它向着物质世界的深度和广度进军,探索物质世界及其运动的规律。它像一座知识的宝塔,基础雄厚,力学、热学、电学、光学以至于相对论、量子力学、核物理和粒子物理学、凝聚态物理学和天体物理学,形成了一座宏伟的大厦。它又像一棵大树,根深叶茂,从基根长出树干,从树干长出茂密的枝杈,又结出累累果实。它还像滚滚大江,汹涌澎湃,一浪高过一浪。然而,通过这些比喻,仍不足以说明物理学是怎样的一门不断发展的科学,只有了解了物理学发展的历史,才能更深刻地认识物理学的宏伟壮观。 通过物理学史的学习,不但能增长见识,加深对物理学的理解,更重要的是可以从中得到教益,开阔眼界,从前人的经验中得到启示。 本书的第1版是在我们讲物理学史课程时所写讲义的基础上扩充而成的。课程原名物理学史专题讲座,是为清华大学本科生开设的选修课。之所以叫专题讲座,是因为在理工科大学没有那么多时间,也没有必要按部就班地进行系统地讲授。那样既乏味又费时间。有些课题,我们没有讲到,同学们如果有兴趣,可以自己找书看。我们认为,与其平铺直叙地罗列一大堆史实,不如抓住若干典型,进行个例剖析,讲得深透些。什么是个例剖析?我们指的是就某一个事件、某一项发现或某一位科学家的成就进行充分的揭示,说明其前因后果、来龙去脉,不仅说有什么,还要说为什么。例如,可以问一问:为什么会出现那样的事件?为什么会发生新的突破?为什么会造就伟大的人物?分析其成功的要素,总结其经验教训,提炼出可供大家共享的精神财富。所以我们选了十几个专题,每讲一个专题,分析一个或几个例子,于是就叫专题讲座。讲座开了几届之后,又感到选修课不宜过专,不能让学生花费过多的精力阅读原始文献,但是有必要保留专题讲座的精华,即保留从个例剖析得到的各种有益启示,这些启示并不是生硬灌输给学生,而是通过真实的历史、 物理学史
实际的资料、生动的情景把学生引入历史的氛围,让他们自己去体会,自己去获取应该得到的启示。于是这门选修课就改名为《物理学史的启示》。这门课一开就是十几年。1993年,经过多次试用和修改补充的讲义终于正式出版,取名为《物理学史》。我们的工作得到了校内外许多师生的鼓励和关怀,其中包括老一辈的物理学家的指点和勉励。最让我们感到荣幸的是,我国著名物理学家钱三强教授曾经多次给我们以具体的指导,并亲自为我们作序。详见:郭奕玲,沈慧君.怀念钱三强先生.现代物理知识,1994(1):41~44. 这些年来,《物理学史》一书被许多院校选为物理学史课程教材,也成了广大物理教师的参考书。这本书显示出了不少缺陷和错误,我们深感有加以修改和完善的必要。这次修改主要是针对如下几方面: (1) 加强20世纪物理学各个分支的论述,其中包括相对论、量子理论、粒子物理学、现代光学、凝聚态物理学和天体物理学。 (2) 充分利用图片资料。 (3) 必要的增补和修改。 众多的同行多年来为我们提供物理学史资料,其中特别是Melba Phillips正值本书截稿之际,惊悉97岁的Melba Phillips已于2004年11月18日辞世,不胜怀念。教授。她和美国物理学会曾经给予我们多方面的帮助。Alan Franklin教授也是我们工作的积极支持者。我们对他们表示诚挚的感谢。我们还要感谢图片资料的版权所有者。由于图片是多年来从各种渠道收集到的,难以一一注明出处。
编辑本段目录
第一版序
前言
第1章力学的发展
1.1历史概述1 1.2天文学的新进展揭开了科学革命的序幕3 1.3惯性定律的建立10 1.4伽利略的落体研究13 1.5万有引力定律的发现21 1.6《自然哲学之数学原理》和牛顿的大综合27 1.7碰撞的研究29 1.8牛顿以后力学的发展33 1.9牛顿的绝对时空观和马赫的批判37
第2章热学的发展
2.1历史概述40 2.2热现象的早期研究40 2.3热力学第一定律的建立47 2.4卡诺和热机效率的研究59 2.5绝对温标的提出62 2.6热力学第二定律的建立64 2.7热力学第三定律的建立和低温物理学的发展68 2.8气体动理论的发展72 2.9统计物理学的创立81
第3章电磁学的发展
3.1历史概述90 3.2早期的磁学和电学研究90 3.3库仑定律的发现94 3.4动物电的研究和伏打电堆的发明102 3.5电流的磁效应105 3.6安培奠定电动力学基础110 3.7欧姆定律的发现111 3.8电磁感应的发现113 3.9电磁理论的两大学派118 3.10麦克斯韦电磁场理论的建立119 3.11赫兹发现电磁波实验126 3.12麦克斯韦电磁场理论的发展130
第4章经典光学的发展
4.1历史概述132 4.2反射定律和折射定律的建立133 4.3牛顿研究光的色散136 4.4光的微粒说和波动说140 4.5光速的测定146 4.6光谱的研究150 第5章实验新发现和现代物理学革命157
5.1历史概述
5.219/20世纪之交的三大实验发现158 5.3“以太漂移”的探索170 5.4热辐射的研究180 5.5经典物理学的“危机”186
第6章相对论的建立和发展
6.1历史背景188 6.2爱因斯坦创建狭义相对论的经过191 6.3狭义相对论理论体系的建立198 6.4狭义相对论的遭遇和实验检验203 6.5广义相对论的建立205 6.6广义相对论的实验验证212
第7章早期量子论和量子力学的准备
7.1历史概述221 7.2普朗克的能量子假设221 7.3光电效应的研究224 7.4固体比热229 7.5原子模型的历史演变232 7.6α散射和卢瑟福有核原子模型237 7.7玻尔的定态跃迁原子模型和对应原理240 7.8索末菲和埃伦费斯特的贡献244 7.9爱因斯坦与波粒二象性250 7.10X射线本性之争252 7.11康普顿效应253
第8章量子力学的建立与发展
8.1历史概述258 8.2电子自旋概念和不相容原理的提出259 8.3德布罗意假说261 8.4物质波理论的实验验证262 8.5矩阵力学的创立267 8.6波动力学的创立268 8.7波函数的物理诠释270 8.8不确定原理和互补原理的提出271 8.9关于量子力学完备性的争论272 8.10量子电动力学的发展276
第9章原子核物理学和粒子物理学的发展
9.1历史概述282 9.2放射性的研究282 9.3人工核反应的初次实现287 9.4探测仪器的改善289 9.5宇宙射线和正电子的发现292 9.6中子的发现294 9.7人工放射性的发现298 9.8重核裂变的发现298 9.9链式反应303 9.10原子核模型理论304 9.11加速的发明与建造305 9.12β衰变的研究和中微子的发现310 9.13介子理论和μ子的发现312 9.14奇异粒子的研究313 9.15弱相互作用中宇称不守恒和CP破坏的发现314 9.16强子结构和夸克理论316 9.17量子色动力学的建立318 9.18弱电统一理论的提出319 9.19夸克模型的发展321
第10章凝聚态物理学简史
10.1历史概述324 10.2固体物理学的早期研究325 10.3固体物理学的理论基础327 10.4固体物理学的实验基础330 10.5晶体管的发明330 10.6半导体物理学和实验技术的蓬勃发展334 10.7超导电性的研究339 10.8超流动性的发现343 10.9量子霍尔效应与量子流体的研究348 10.10非晶态物理的发展354 10.11高压物理学的发展357 10.12软物质物理学的兴起359
第11章现代光学的兴起
11.1激光科学的孕育和准备360 11.2微波激射器的发明365 11.3激光器的设想和实现367 11.4激光技术的发展374 11.5全息术的发明和应用377 11.6激光光谱学380 11.7非线性光学382 11.8量子光学384 11.9量子信息光学386 11.10原子光学389
第12章天体物理学的发展
12.1天体物理学的兴起395 12.2匹克林谱系之谜396 12.3恒星演化理论的建立399 12.4类星体的发现401 12.5宇宙背景辐射的发现402 12.6脉冲星的发现405 12.7星际有机分子的发现408 12.8黑洞的研究409 12.9暗物质和暗能量的探索411
第13章诺贝尔物理学奖
13.1诺贝尔物理学奖的设立416 13.2诺贝尔物理学奖的分布统计418 13.3时代划分420 13.4分类综述422
第14章
实验和实验室在物理学发展中的地位和作用 14.1实验在物理学发展中的作用452 14.2实验室在物理学发展中的地位455 第15章单位、单位制与基本常数简史470 15.1基本单位的历史沿革470 15.2单位制的沿革476 15.3基本物理常数的测定与评定480 15.4物理学的新发现对基本常数的影响486 结束语488 附录物理学大事年表493
编辑本段经典物理学-力学的发展史
物理学是研究物质及其行为和运动的科学。它是最早形成的自然科学之一,如果把天文学包括在内则有可能是名副其实历史最悠久的自然科学。最早的物理学著作是古希腊科学家亚里士多德的《物理学》。形成物理学的元素主要来自对天文学、光学和力学的研究,而这些研究通过几何学的方法统合在一起形成了物理学。这些方法形成于古巴比和古希腊时期,当时的代表人物如数学家阿基米德和天文学家托勒密;随后这些学说被传入阿拉伯世界,并被当时的阿拉伯科学家海什木等人发展为更具有物理性和实验性的传统学说;最终这些学说传入了西欧,首先研究这些内容的学者代表人物是罗吉尔·培根。然而在当时的西方世界,哲学家们普遍认为这些学说在本质上是技术性的,从而一般没有察觉到它们所描述的内容反映着自然界中重要的哲学意义。而在古代中国和印度的科学史上,类似的研究数学的方法也在发展中。 在这一时代,包含着所谓“自然哲学”(即物理学)的哲学所集中研究的问题是,在基于亚里士多德学说的前提下试图对自然界中的现象发展出解释的手段(而不仅仅是描述性的)。根据亚里士多德以及其后苏格拉底的哲学,物体运动是因为运动是物体的基本自然属性之一。天体的运动轨迹是正圆的,这是因为完美的圆轨道运动被认为是神圣的天球领域中的物体运动的内在属性。冲力理论作为惯性与动量概念的原始祖先,同样来自于这些哲学传统,并在中世纪时由当时的哲学家菲洛彭洛斯、伊本·西那、布里丹等人发展。而古代中国和印度的物理传统也是具有高度的哲学性的。
力学的历史背景
力学是最原始的物理学分支之一,而最原始的力学则是静力学。静力学源于人类文明初期生产劳动中所使用的简单机械,如杠杆、滑轮、斜面等。古希腊人从大量的经验中了解到一些与静力学相关的基本概念和原理,如杠杆原理和阿基米德定律。但直至十六世纪后,资本主义的工业进步才真正开始为西方世界的自然科学研究创造物质条件,尤其于地理大发现时代航海业兴起,人类钻研观测天文学所花费的心力前所未有,其中以丹麦天文学家第谷·布拉赫和德国天文学家、数学家约翰内斯·开普勒为代表。对宇宙中天体的观测也成为了人类进一步研究力学运动的绝佳领域。1609和1619年,开普勒先后发现开普勒行星运动三大定律,总结了老师第谷毕生的观测数据。
伽利略的动力学
在十七世纪的欧洲,自然哲学家逐渐展开了一场针对中世纪经院哲学的进攻,他们持有的观点是,从力学和天文学研究抽象出的数学模型将适用于描述整个宇宙中的运动。被誉为“现代自然科学之父”的意大利(或按当时地理为托斯卡纳大公国)物理学家、数学家、天文学家伽利略·伽利莱就是这场转变中的领军人物。伽利略所处的时代正值思想活跃的文艺复兴之后,在此之前列奥纳多·达芬奇所进行的物理实验、尼古拉斯·哥白尼的日心说以及弗朗西斯·培根提出的注重实验经验的科学方法论都是促使伽利略深入研究自然科学的重要因素,哥白尼的日心说更是直接推动了伽利略试图用数学对宇宙中天体的运动进行描述。伽利略意识到这种数学性描述的哲学价值,他注意到哥白尼对太阳、地球、月球和其他行星的运动所作的研究工作,并认为这些在当时看来相当激进的分析将有可能被用来证明经院哲学家们对自然界的描述与实际情形不符。伽利略进行了一系列力学实验阐述了他关于运动的一系列观点,包括借助斜面实验和自由落体实验批驳了亚里士多德认为落体速度和重量成正比的观点,还总结出了自由落体的距离与时间平方成正比的关系,以及著名的斜面理想实验来思考运动的问题。他在1632年出版的著作《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》中提到:“只要斜面延伸下去,球将无限地继续运动,而且不断加速,因为此乃运动着的重物的本质。”,这种思想被认为是惯性定律的前身。但真正的惯性概念则是由笛卡尔于1644年所完成,他明确地指出了“除非物体受到外因作用,否则将永远保持静止或运动状态”,而“所有的运动本质都是直线的”。 伽利略在天文学上最著名的贡献是于1609年改良了折射式望远镜,并借此发现了木星的四颗卫星、太阳黑子以及金星类似于月球的相。伽利略对自然科学的杰出贡献体现在他对力学实验的兴趣以及他用数学语言描述物体运动的方法,这为后世建立了一个基于实验研究的自然哲学传统。这个传统与培根的实验归纳的方法论一起,深刻影响了一批后世的自然科学家,包括意大利的埃万杰利斯塔·托里拆利、法国的马林·梅森和布莱兹·帕斯卡、荷兰的克里斯蒂安·惠更斯、英格兰的罗伯特·胡克和罗伯特·波义耳。
牛顿三大定律和万有引力定律?
艾萨克·牛顿 1687年,英格兰物理学家、数学家、天文学家、自然哲学家艾萨克·牛顿出版了《自然哲学的数学原理》一书,这部里程碑式的著作标志着经典力学体系的正式建立。牛顿在人类历史上首次用一组普适性的基础数学原理——牛顿三大运动定律和万有引力定律——来描述宇宙间所有物体的运动。牛顿放弃了物体的运动轨迹是自然本性的观点(例如开普勒认为行星运动轨道本性就是椭圆的),相反,他指出,任何现在可观测到的运动、以及任何未来将发生的运动,都能够通过它们已知的运动状态、物体质量和外加作用力并使用相应原理进行数学推导计算得出。 伽利略、笛卡尔的动力学研究(“地上的”力学),以及开普勒和法国天文学家布里阿德在天文学领域的研究(“天上的”力学)都影响着牛顿对自然科学的研究。(布里阿德曾特别指出从太阳发出到行星的作用力应当与距离成平方反比关系,虽然他本人并不认为这种力真的存在)。1673年惠更斯独立提出了圆周运动的离心力公式(牛顿在1665年曾用数学手段得到类似公式),这使得在当时科学家能够普遍从开普勒第三定律推导出平方反比律。罗伯特·胡克、爱德蒙·哈雷等人由此考虑了在平方反比力场中物体运动轨道的形状,1684年哈雷向牛顿请教了这个问题,牛顿随后在一篇9页的论文(后世普遍称作《论运动》)中做了解答。在这篇论文中牛顿讨论了在有心平方反比力场中物体的运动,并推导出了开普勒行星运动三定律。其后牛顿发表了他的第二篇论文《论物体的运动》,在这篇论文中他阐述了惯性定律,并详细讨论了引力与质量成正比、与距离平方成反比的性质以及引力在全宇宙中的普遍性。这些理论最终都汇总到牛顿在1687年出版的《原理》一书中,牛顿在书中列出了公理形式的三大运动定律和导出的六个推论(推论1、2描述了力的合成和分解、运动叠加原理;推论3、4描述了动量守恒定律;推论5、6描述了伽利略相对性原理)。由此,牛顿统一了“天上的”和“地上的”力学,建立了基于三大运动定律的力学体系。 牛顿的原理(不包括他的数学处理方法)引起了欧洲大陆哲学家们的争议,他们认为牛顿的理论对物体运动和引力缺乏一个形而上学的解释从而是不可接受的。从1700年左右开始,大陆哲学和英国传统哲学之间产生的矛盾开始升级,裂痕开始增大,这主要是根源于牛顿与莱布尼兹各自的追随者就谁最先发展了微积分所展开的唇q舌战。起初莱布尼兹的学说在欧洲大陆更占上风(在当时的欧洲,除了英国以外,其他地方都主要使用莱布尼兹的微积分符号),而牛顿个人则一直为引力缺乏一个哲学意义的解释而困扰,但他在笔记中坚持认为不再需要附加任何东西就可以推论出引力的实在性。十八世纪之后,大陆的自然哲学家逐渐接受了牛顿的这种观点,对于用数学描述的运动,开始放弃作出本体论的形而上学解释。
牛顿的绝对时空观?
牛顿的理论体系是建立在他的绝对时间和绝对空间的假设之上的,牛顿对时间和空间有着如下的理解: “ 绝对的、真正的和数学的时间自身在流逝着,而且由于其本性而在均匀地、与任何外界事物无关地流逝着。 ”
“ 绝对空间,就其本性而言,是与外界任何事物无关而永远是相同的和不动的。 ”
—牛顿, 《自然哲学的数学原理》
牛顿从绝对时空的假设进一步定义了“绝对运动”和“绝对静止”的概念,为了证明绝对运动的存在性,牛顿还在1689年构思了一个理想实验,即著名的水桶实验。在水桶实验中,一个注水的水桶起初保持静止。当它开始发生转动时,水桶中的水最初仍保持静止,但随后也会随着水桶一起转动,于是可以看到水渐渐地脱离其中心而沿桶壁上升形成凹状,直到最后和水桶的转速一致,水面相对静止。牛顿认为水面的升高显示了水脱离转轴的倾向,这种倾向不依赖于水相对周围物体的任何移动。牛顿的绝对时空观作为他理论体系的基础假设,却在其后的两百年间倍受质疑。特别是到了十九世纪末,奥地利物理学家恩斯特·马赫在他的《力学史评》中对牛顿的绝对时空观做出了尖锐的批判。
编辑本段卡约里著《物理学史》
中译本版权信息
卡约里著《物理学史》
[1]书名:物理学史(A History of Physics) 作者:(美)弗·卡约里 译者:戴念祖译,范岱年校 出版社:广西师范大学出版社 版次:2002年10月第1版 印次:2002年10月第1次印刷,2002年12月第2次印刷 印数:1~10 000,10 001~15000 开本:787mm*1 092mm 1/16 印张:22.5 字数:325千字 定价:35.00元 ISBN:7-5633-3688-5
作者简介
弗·卡约里,美国著名数学家和科学史家,1859年生于瑞士,1875年回到美国,1930年卒于美国。他是美国数学学会、科学发展协会、科学史学会会员,还是国际科学史学会会员,著有《美国数学教学与数学史》《数学史》《北美洲和南美洲早期数学教学》《数学符号史》等著作。
译者简介
戴念祖,1942年生。现为中国科学院科学史研究所研究员。著有《中国力学史》《中国声学史》等,发表论文近百篇,数次荣获中国科学院自然科学奖。
内容简介
《物理学史》是一部早已为物理学界、科学史界所熟悉、重视和推崇的物理学通史,它叙述了从古代巴比伦时期至1925年物理学发展的重要历史事实。作者对于历史事实的取材及重大历史事件的描叙,态度是极为客观和严谨的,许多叙述甚至成为了哲学史、思想史的研究素材。此外,《物理学史》还描写了实验室的发展历程及现在出版的科学史著作中不再提及的历史事件或尚未引起人们注意的发展事实,这在科学史著作中是极少见并难能可贵的。 本书译者还为《物理学史》加上了中国物理学的发展简史,从而大大地丰富了该书的内容。《物理学史》在文后还附有参考文献和索引,便于读者深入研究和查索事实。 《物理学史》初版于1899年,1962年出了第6版,期间多次加印、修订。而相比之下,中国学者所著的多种版本的“物理学史”显得教条死板。
本书目录
再版序 第一版序 巴比伦人和埃及人 希腊人(力学、光学、电和磁、气象学、声学、原子论、希腊物理学研究的“失败”) 罗马人 阿拉伯人 中世纪时期的欧洲(火药和航海罗盘、流体静力学、光学) 文艺复兴(哥白尼体系、 力学、光学、电和磁、气象学、科学研究的归纳法) 17世纪(力学、光学、电和磁、气象学、声学) 18世纪(力学、光学、电和磁、气象学、声学) 19世纪(物质结构、光学、热学、电和磁、声学) 20世纪(放射现象、热学、光学、力学、物质结构、电和磁、声学、回顾、物理实验室的进化) 译后记 事项索引 人名索引
高中物理竞赛全国中学生物理竞赛是在中国科协的领导下,由中国物理学会主办,各省、自治区、直辖市自愿参加的群众性的课外学科竞赛活动。各项活动得到教育部的同意和支持。竞赛的目的是促进中学生提高学习物理的主动性和兴趣,改进学习方法,增强学习能力;促进学校开展多样化的物理课外活动,活跃学习空气;发现具有突出才能的青少年,以便更好地对他们进行培养。
竞赛分为预赛、复赛和决赛。预赛由全国竞赛委员会统一命题,采取笔试的形式,所有在校的中学生都可以报名参加。在预赛中成绩优秀的学生由地、市、县推荐,如以参加复赛。复赛包括理论和实验两部分。理论部分由全国竞赛委员会统一题,满分为140分;实验部分由各省、自治区、直辖市竞赛委员会命题,满分为60分。根据复赛中理论和实验的总成绩,由省、自治区、直辖市竞赛委员会推荐成绩优秀的学生参加决赛。决赛由全国竞赛委员会命题和评奖。每届决赛设一等奖15名左右,二等奖30名左右,三等奖60名左右。此外,还设总成绩最佳奖、理论成绩最佳奖、实验成绩最佳奖和女同学成绩最佳奖等单项特别奖。
全国中学生物理竞赛开始于1984年,每学年举行一次。历届竞赛的基本情况如下表:
届次 预赛 决赛
时间 参赛人数 时间 地点 参赛人数
1 1984.11.18 43079 1985.02.26-03.02 北京 76
2 1986.01.26 52925 1986.04.01-04.05 上海 104
3 1986.11.16 58766 1987.02.22-02.25 天津 105
4 1987.10.25 57523 1988.01.06-01.10 兰州 101
5 1988.10.23 55855 1989.01.06-01.10 广州 106
6 1989.10.08 53096 1989.12.10-12.14 长春 127
7 1990.10.21 54393 1990.12.23-12.27 福州 105
8 1991.06.30 73806 1991.09.08-09.13 桂林 104
9 1992.09.06 60617 1992.10.12-10.15 合肥 101
10 1993.09.05 46943 1993.10.08-10.11 长沙 105
11 1994.09.04 65146 1994.10.09-10.12 西安 109
12 1995.09.03 55967 1995.10.08-10.11 太原 112
13 1996.09.08 86173 1996.10.19-10.22 杭州 114
14 1997.09.08 90067 1997.10.18-10.22 南昌 118
15 1998.09.06 134599 1998.10.21-10.25 大庆 121
16 1999.
17 2000
18 2001
19 2002
20 2003
21 2004
从第2届开始,由全国中学生物理竞赛的一、二等奖获得者中选出我国准备参加国际物理奥林匹克竞赛的集训队。经过短期培训,从中选出正式参赛的代表队。1986年7月,我国首次参加了在英国举行的第17届国际物理奥林匹克竞赛,3名选手全部获奖。在以后的历届国际竞赛中,我国每年选派5名学生参赛,至今共派出63人,全部获奖。共获金牌37块、银牌15块、铜牌9块、表扬奖2名,位居参赛各国前列。
15年来,全国中学生物理竞赛受到广大中学生的欢迎和社会各界的好评
全国中学生物理竞赛章程
(1991年2月12日经中国物理学会常务理事会通过、2004年11月修改)
第一章 总则
第一条 全国中学生物理竞赛(对外可以称中国物理奥林匹克,英文名为chinese physics olympiad,缩写为CPhO)是在中国科协领导下,由中国物理学会主办,各省、自治区、直辖市自愿参加的群众性的课外学科竞赛活动,这项活动得到国家教育委员会基础教育司的正式批准。
竞赛的目的是促使中学生提高学习物理的主动性和兴趣,改进学生方法,增强学习能力;帮助学校开展多样化的物理课外活动,活跃学习空气;发现具有突出才能的青少年,以便更好的对他们进行培养。
第二条 全国中学生物理竞赛要贯彻“教育要面向现代化、面向世界、面向未来”的精神,竞赛内容的深度和广度可以比中学生物理教学大纲和教材有所提高和扩展。
第三条 参加全国中学生物理竞赛者主要是在物理学习方面比较优秀的学生,竞赛应坚持学生自愿参加的原则。竞赛活动主要应在课余时间进行,不要搞层层选拔,不要影响学校正常的教学秩序。
第四条 学生参加竞赛主要依靠学生平时的课内外学习和个人努力,学校和教师不要为了准备参加竞赛而临时突击,不要组织“集训队”或搞“题海战术”,以免影响学生的正常学习和身体健康,学生在物理竞赛中的成绩只反映学生个人在这次活动中所表现出来的水平,不应当以此来衡量和评价学校的工作和教师的教学水平。
第二章 组织领导
第五条 全国中学生物理竞赛由中国物理学会主办。中国物理学会常务理事会制定《全国中学生物理竞赛章程》;设立全国中学生物理竞赛委员会(简称全国竞委会),统一领导全国中学生物理竞赛活动。全国中学生物理竞赛委员会由主任1人、副主任和委员若干人组成,主任和副主任由中国物理学会常务理事会聘任,组成全国中学生物理竞赛委员会常务委员会(简称常委会)。全国中学生物理竞赛委员会可设名誉主任,由中国物理学会常务理事会聘任。
全国竞委会委员任期一年,产生办法如下:
1、 每省(自治区、直辖市)物理学会各委派委员一人;
2、承办本届和下届决赛的省(自治区、直辖市)物理学会各委派3人;
3、由常委会根据需要聘请若干人任特邀委员。
第六条 常委会在中国物理学会常务理事会领导下主持全国竞委会工作;制定有过竞赛工作的各项实施细则。
全国竞委会在决赛期间召开全体会议,研究和讨论与本届和下届竞赛有关事宜,交流组织竞赛活动的经验,提出意见和建议;审议通过决赛获奖学生名单。
全国竞委会委员在任期内负责常委会和本省(自治区、直辖市)竞赛委员会工作上的联系。
第七条 常委会下设全国中学生物理竞赛命题组(简称命题组)和全国中学生物理竞赛办公室(简称办公室)等工作机构。
命题组成员由常委会聘请专家担任。命题组负责预赛、复赛理论试题及决赛的理论、实验试题的命题工作。
办公室负责处理有关竞赛的日常事务。
第八条 每年承办决赛的省(自治区、直辖市)物理学会与有关方面协商组成该界全国中学生物理竞赛组织委员会(简称组委会),组委会负责决赛期间各项活动的筹备与组织工作以及命题会议的会务工作。
第九条 各省(自治区、直辖市)物理学会与各有关方面协商组成省(自治区、直辖市)中学生物理竞赛委员会(简称地方委员会)。地方委员会要按照《全国中学生物理竞赛章程》和常委会制定的有关竞赛工作的各项实施细则,负责组织和领导本省(自治区、直辖市)有关竞赛的各项活动。
地方竞委会的工作受全国竞委会的指导和监督。
第三章 竞赛程序
第十条 全国中学生物理竞赛每年举行一次,包括预赛、复赛和决赛。在校高中生可向学校报名,经学校同意,由学校倒地方竞委会制定的地点报名。凡报名参加全国中学生物理竞赛的学生均在地方竞委会指定的地点参加预赛。预赛(笔试)由全国竞赛委员会统一命题和制定评分标准,办公室统一制卷。各地方竞赛委员会组织赛事和评定成绩。预赛满分为200分,竞赛时间为3小时。地方竞委会不得组织其它考试来确定学生参加预赛的资格。
第十一条 复赛包括理论和实验两部分。理论题由全国中学生物理竞赛命题组统一命题和制定评分标准,办公室统一制卷。理论考试满分为160分,时间为3小时。各地方竞委会组织赛事和评定成绩。复赛实验由地方竞委会命题和评定成绩,满分为40分,实验时间为3小时。复赛实验的日期、地点和组织办法由各地方竞委会根据实际情况自行制定。
参加复赛的学生由地方竞委会根据决赛成绩确定。参加复赛理论考试的人数不得少于本赛区一等奖名额的5倍。参加复试实验考试人数不得少于本赛区一等奖名额的的1.2倍。
第十二条 各地方竞委会根据学生复赛的总成绩(理论考试成绩和实验考试成绩之和)择优推荐3名学生参加决赛。对于在上届决赛中成绩较好的省(自治区、直辖市)给予奖励名额,凡有学生获一等奖者,一律奖励1名。在当年举行的国际物理奥林匹克竞赛中获金、银、铜讲的学生所在省(自治区、直辖市)每有1名学生获奖,就奖励1名。
承办决赛的省(自治区、直辖市)参加决赛的名额可增加3名。
若参加决赛的最后一个名额有两名以上的学生总成绩相同,则地方竞委会根据他们的理论成绩高低择优确定一名;若理论成绩最高的学生有两名以上也相同,则地方竞委会可对理论成绩并列最高的学生以笔试的形式进行加试,选取成绩最好的1名。
决赛由全国中学生物理竞赛命题组命题命题和制定评分标准,决赛包括理论和实验两部分。竞赛时间各3小时。理论满分为140分,实验满分为60分。由组委会聘请高校教师阅卷评分。
由常委会聘请专家组成评奖组,由评奖组核审学生决赛成绩,提出获奖名单,最后由全国竞委会审议通过。
第四章 命题原则
第十三条 竞赛内容要从我国目前高中学生的实际情况出发,但不必拘泥于现行的教学大纲和教材。常委会要根据此原则编写《全国中学生物理竞赛内容提要》和《全国中学生物理竞赛复赛实验指导书》。
第十四条 预赛、复赛和决赛理论命题均以《全国中学生物理竞赛内容提要》为依据。复赛实验题目从《全国中学生物理竞赛复赛实验指导书》中选定。决赛实验命题以《全国中学生物理竞赛内容提要》和《全国中学生物理竞赛复赛实验指导书》为基础。
第五章 奖励办法
第十五条 全国中学生物理竞赛只评选个人奖,不搞省、地、市、县或学校之间的评比,根据决赛成绩和参加决赛人数,每届评选出一等奖、二等奖和三等奖,一等奖和二等奖人数各占参加决赛人数的1/6和1/3。若一(或二)等奖最后一个名额有两名或两名以上的学生总成绩相同,则都评定为一(或二)等奖。由全国竞赛委员会给予奖励,在举行决赛的城市召开授奖大会,颁发全国学和物理竞赛获奖证书。
第十六条 对于预赛和复赛中成绩优异的学生,全国竞委员设立赛区一、二、三等奖,由地方竞委会按学生成绩进行评定。赛区一等奖的评定以复赛总成绩为准。赛区二等奖的评定以复赛理论成绩为准。赛区三等奖的评定标准由地方竞委会根据学生成绩和当地实际情况决定。赛区一、二、三等奖获奖者均颁发相应的获奖证书。
赛区一等奖的名额由常委会决定。若赛区一等奖最后一个名额由两名以上的学生总成绩相同,则地方竞委会应根据他们的理论成绩高低择优确定一名;若理论成绩最高的学生又两名以上相同,则地方竞委会可对理论成绩并列最高的学生以笔试的形式进行加试,选取成绩最好的一名。赛区二、三等奖的名额由各省(自治区、直辖市)物理学会确定。
对获奖学生的奖励要有利于学生的健康成长。
第十七条 对在决赛中获奖和获赛区一、二等奖的学生的指导老师,由各地方竞委会确定名单,以全国竞委会名义给予表彰,发给荣誉证书。
第六章 守则和纪律、监督、惩罚
第十八条 关于竞赛守则和纪律、监督和惩罚,按中国科协颁发的有关条例中的规定执行。
第七章 经 费
第十九条 全国中学生物理竞赛所需经费应根据中国科协的规定主要通过各种途径自筹,但必须严格遵守国家的各项法律法规。
第二十条 学生参加预、复赛应缴纳报名费和试卷费。报名费收入全部由地方竞委会留用,试卷费上交全国竞委会办公室。参加决赛的学生要缴纳决赛参赛费,作为全国竞委会和组委会进行与决赛有关的各项工作的部分经费。
学生参加竞赛所需食、宿、交通费用原则上由学生自理。对经济有困难的学生由地方竞委会与有关方面协商给予补助。
第二十一条 决赛活动所需经费由组委会负责筹措,全国竞委会给予适当补助。
第二十二条 经费开支应贯彻勤俭节约的原则。向学生收取的费用应根据竞赛成本核定,不以盈利为目的。
第八章 附 则
第二十三条 本章程经中国物理学会常务理事会制定。本章程的解释权属中国物理学会常务理事会。
全国中学生物理竞赛内容提要2006年2月修订版。
一、理论基础
力 学
1、运动学
参照系。质点运动的位移和路程,速度,加速度。相对速度。
矢量和标量。矢量的合成和分解。矢量的标积和矢积
匀速及匀速直线运动及其图象。运动的合成。抛体运动。圆周运动。
刚体的平动和绕定轴的转动。
2、牛顿运动定律
力学中常见的几种力
牛顿第一、二、三运动定律。惯性参照系的概念。摩擦力。
d性力。胡克定律。 惯性力的概念。
万有引力定律。均匀球壳对壳内和壳外质点的引力公式(不要求导出)。
开普勒定律。行星和人造卫星的运动。
3、物体的平衡
共点力作用下物体的平衡。力矩刚体的平衡。重心。物体平衡的种类。
4、动量
冲量。动量。质点与质点组的动量定理。
动量守恒定律。质心,质心运动定理。反冲运动及火箭。
5、冲量距
角动量。质点与质点组的角动量定理(不引入转动惯量)。
角动量守恒定律。
6、机械能
功和功率。动能和动能定理。
重力势能。引力势能。质点及均匀球壳壳内和壳外的引力,势能公式(不要求导出)。
d簧的d性势能。功能原理。机械能守恒定律。碰撞。恢复系数。
7、流体静力学
静止流体中的压强。浮力。
8、振动
简揩振动[ x=Acos(ωt+α)]。振幅。频率和周期。位相。振动的图象。
参考圆。振动的速度υ=-Asin(ωt+α)]和加速度。
由动力学方程确定简谐振动的频率,简谐振动的能量。
同方向同频率简谐振动的合成。
阻尼振动。受迫振动和共振(定性了解)。
9、波和声
横波和纵波。波长、频率和波速的关系。波的图象。
平面简谐波的表达式y= Acos(t-x/v)
波的干涉和衍射(定性)。驻波,声波。声音的响度、音调和音品。
声音的共鸣。乐音和噪声。多普勒效应。
热 学
1、分子动理论
原子和分子的量级。
分子的热运动。布朗运动。温度的微观意义。
分子力。 分子的动能和分子间的势能。物体的内能。
2、热力学第一定律
热力学第一定律。
3、热力学第二定律
热力学第二定律。可逆过程和不可逆过程。
4、气体的性质
热力学温标。
理想气体状态方程。普适气体恒量。
理想气体状态方程的微观解释(定性)。
理想气体的内能。
理想气体的等容、等压、等温和绝热过程(不要求用微积分运算)。
5、液体的性质
流体分子运动的特点。
表面张力系数。浸润现象和毛细现象(定性)。
6、固体的性质
晶体和非晶体。空间点阵。
固体分子运动的特点。
7、物态变化
熔解和凝固。熔点。熔解热。
蒸发和凝结。饱和汽压。沸腾和沸点。汽化热。临界温度。
固体的升华。空气的湿度和湿度计。露点。
8、热传递的方式
传导、对流和辐射。
9、热膨胀
热膨胀和膨胀系数。
电 学
1、静电场
库仑定律。电荷守恒定律。
电场强度。电场线。点电荷的场强,场强叠加原理。均匀带电球壳壳内的场强和壳外的场强公式(不要求导出)。匀强电场。
电场中的导体。静电屏蔽。
电势和电势差。等势面。点电荷电场的电势公式(不要求导出)。电势叠加原理。均匀带电球壳壳内和壳外的电势公式(不要求导出)。
电容。电容器的连接。平行板电容器的电容公式(不要求导出)。
电容器充电后的电能。电介质的极化。介电常数。
2、恒定电流
欧姆定律。电阻率和温度的关系。
电功和电功率。电阻的串、并联。
电动势。闭合电路的欧姆定律。
一段含源电路的欧姆定律。基尔霍夫定律。
电流表。电压表。欧姆表。
惠斯通电桥,补偿电路。
3、物质的导电性
金属中的电流。欧姆定律的微观解释。
液体中的电流。法拉第电解定律。
气体中的电流。被激放电和自激放电(定性)。
真空中的电流。示波器。
半导体的导电特性。P型半导体和N型半导体。
晶体二极管的单向导电性。三极管的放大作用(不要求机理)。
超导现象。
4、磁场
电流的磁场。磁感应强度。磁感线。匀强磁场。 长直导线中的电流和磁场。
安培力。洛仑兹力。电子荷质比的测定。质谱仪。回旋加速。
5、电磁感应
法拉第电磁感应定律。楞次定律。感应电场(涡旋电场)
自感系数。互感和变压器。
6、交流电
交流发电机原理。交流电的最大值和有效值。
纯电阻、纯电感、纯电容电路。
整流、滤波和稳压。
三相交流电及其连接法。感应电动机原理。
7、电磁振荡和电磁波
电磁振荡。振荡电路及振荡频率。
电磁场和电磁波。电磁波的波速,赫兹实验。
电磁波的发射和调制。电磁波的接收、调谐,检波。
光 学
1、几何光学
光的直进、反射、折射。全反射。
光的色散。折射率与光速的关系。
平面镜成像。球面镜成像公式及作图法。薄透镜成像公式及作图法。
眼睛。放大镜。显微镜。望远镜。
2、波动光学
光程,光的干涉和衍射(定性),双缝干涉,单缝衍射。
光谱和光谱分析。电磁波谱。
原子和原子核
1、光的本性
光电效应。光的学说的历史发展。爱因斯坦方程。波粒二象性。光子的能量和动量。
2、原子结构
卢瑟福实验。原子的核式结构。
玻尔模型。用玻尔模型解释氢光谱。玻尔模型的局限性。
原子的受激辐射。激光。
3、原子核
原子核的量级。
天然放射现象。放射线的探测。
质子的发现。中子的发现。原子核的组成。
核反应方程。质能方程。裂变和聚变。基本粒子。 夸克模型。
4、不确定关系 实物粒子的波粒二象性。
5、狭义相对论 爱因斯坦假设时间和长度的相对论效应
6、太阳系、银河系宇宙和黑洞的初步知识。
数学基础
1、中学阶段全部初等数学(包括解析几何)。
2、矢量的合成和分解。极限、无限大和无限小的初步概念。
3、不要求用微积分进行推导或运算。
二、实验基础
1、要求掌握国家教委制订的《全日制中学物理教学大纲》中的全部学生实验。
2、要求能正确地使用(有的包括选用)下列仪器和用具:米尺。游标卡尺。螺旋测微器。天平。停表。温度计。量热器。电流表。电压表。欧姆表。万用电表。电池。电阻箱。变阻器。电容器。变压器。电键。二极管。光具座(包括平面镜、球面镜、棱镜、透镜等光学元件在内)。
3、有些没有见过的仪器。要求能按给定的使用说明书正确使用仪器。例如:电桥、电势差计、示波器、稳压电源、信号发生器等。
4、除了国家教委制订的《全日制中学物理教学大纲》中规定的学生实验外,还可安排其它的实验来考查学生的实验能力,但这些实验所涉及到的原理和方法不应超过本提要第一部分(理论基础),而所用仪器就在上述第2、3指出的范围内。
5、对数据处理,除计算外,还要求会用作图法。关于误差只要求:直读示数时的有效数字和误差;计算结果的有效数字(不做严格的要求);主要系统误差来源的分析。
三、其它方面
物理竞赛的内容有一部分要扩及到课外获得的知识。主要包括以下三方面:
1、物理知识在各方面的应用。对自然界、生产和日常生活中一些物理现象的解释。
2、近代物理的一些重大成果和现代的一些重大信息。
3、一些有重要贡献的物理学家的姓名和他们的主要贡献。
参考资料:http://www.wlxh.sdu.edu.cn/index-5.htm http://www.wlxkc.cn/Index.html
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