物理學(xué)上10大科學(xué)定律及理論
科學(xué)定律常?？梢员痪喅蓴?shù)學(xué)表達式，比如偉大的E=mc2。這類公式是基于大量實驗數(shù)據(jù)上的一種特定表述，并且一般只有在某些特定條件存在時才能成立。小編在這里整理了相關(guān)資料，希望能幫助到您。
物理學(xué)上10大科學(xué)定律及理論
10、眾理論的敲磚石：大爆炸理論
標準釋義：大爆炸是描述宇宙誕生初始條件及其后續(xù)演化的宇宙學(xué)模型，其得到了當今科學(xué)研究和觀測最廣泛且最精確的支持。目前一般所指的大爆炸觀點為：宇宙是在過去有限的時間之前，由一個密度極大且溫度極高的太初狀態(tài)演變而來的(根據(jù)2010年所得到的最佳觀測結(jié)果，這些初始狀態(tài)大約存在于133億年至139億年前)，并經(jīng)過不斷的膨脹到達今天的狀態(tài)。
當有誰想要試著觸碰一下深奧的科學(xué)理論，那么，從宇宙下手就對了，而解釋宇宙如何發(fā)展至今的大爆炸理論就是最好選擇。這條理論的基礎(chǔ)架構(gòu)在埃德溫·哈勃、喬治斯·勒梅特、阿爾伯特·愛因斯坦以及許多其他人士的研究之上，該理論說白了，就是假設(shè)宇宙開始于幾乎140億年前的一次重量級的爆炸。當時的宇宙局限于一個奇點，包含了宇宙中的所有物質(zhì)，宇宙原始的運動：保持向外擴張，在今天仍在進行著。
大爆炸理論能得到如此廣泛的支持，離不開阿諾·彭齊亞斯和羅伯特·威爾遜的功勞。他們架設(shè)的一臺喇叭形狀的天線，接收到了一種怎么都消除不掉的噪聲信號，那就是宇宙的電磁輻射，即宇宙微波背景輻射。正是最初的大爆炸使得現(xiàn)在整個宇宙都充滿了這種可以檢測到的微弱輻射，對應(yīng)溫度大約為3K。9、推算出宇宙年齡：哈勃定律
標準釋義：來自遙遠星系光線的紅移與它們的距離成正比。該定律由哈勃和米爾頓·修默生在將近十年的觀測之后，于1929年首先公式化，Vf=Hc×D(遠離速率=哈勃常數(shù)×相對地球的距離)，其在今天經(jīng)常被援引作為支持大爆炸的一個重要證據(jù)，并成為宇宙膨脹理論的基礎(chǔ)。
這里涉及一個前文提到的人，埃德溫·哈勃。此人對宇宙學(xué)的貢獻值得讓人來回溯下他的事跡：在20世紀20年代呼嘯掠過、大蕭條蹣跚而至的歲月里，哈勃卻演繹了突破性的天文研究。他不僅證明，除了銀河系外還有其他星系的存在，還發(fā)現(xiàn)了那些星系正以遠離銀河系的方向運動，而他公式中的遠離速率就是星系后退的速度。哈勃常數(shù)指的是宇宙膨脹速率的參數(shù)，而相對地球的距離主體也是這些星系。但據(jù)說，被尊為星系天文學(xué)創(chuàng)始人的哈勃本人卻非常不喜歡“星系”一詞，堅稱其為“河外星云”。
隨著時間流逝，斗轉(zhuǎn)星移，哈勃常數(shù)值也發(fā)生著變化，但這并沒很大關(guān)系。重要的是，正是該定律幫助量化了宇宙各星系的運動，推算遙遠星系的距離。而“宇宙是由許多星系組成”的概念的提出，以及發(fā)現(xiàn)這些星系的運動可以追溯至大爆炸，它們都使哈勃定律就像同樣以此人命名的天文望遠鏡般著名。8、改變整個天文學(xué)：開普勒三定律
標準釋義：即行星運動定律，由開普勒發(fā)現(xiàn)的行星移動所遵守的三條簡單定律。
第一定律：每一個行星都沿各自的橢圓軌道環(huán)繞太陽運行，而太陽則處在橢圓的一個焦點中;
第二定律：在相等時間內(nèi)，太陽和運動著的行星的連線所掃過的面積都是相等的;
第三定律：各個行星繞太陽公轉(zhuǎn)周期的平方和它們的橢圓軌道的半長軸的立方成正比。
圍繞著行星的運行軌道，尤其是它們是否以太陽為中心，科學(xué)家與宗教領(lǐng)袖以及自己的同行進行了長達數(shù)個世紀的爭斗。16世紀時，哥白尼提出了在當時引發(fā)巨大爭議的日心說理論，認為行星是以太陽而不是地球為中心進行運行的。此后第谷·布拉赫等人也相繼有所論述。但真正為行星運動學(xué)建立明確科學(xué)基礎(chǔ)的，是約翰內(nèi)斯·開普勒。
開普勒于17世紀早期提出的行星運動三大定律，描述了行星是如何圍繞太陽運動的。第一定律，又被稱為橢圓定律;第二定律，又被稱面積定律，換句話解釋該定律，就是說如果你連續(xù)30天跟蹤測算地球與太陽之間連線隨地球運動所形成面積，就會發(fā)現(xiàn)不管地球在軌道的哪個位置，也不管何時開始測算，結(jié)果都是一樣的。至于第三定律，也稱調(diào)和定律，它使得我們能夠建立起一個行星軌道周期與距太陽遠近之間的明確關(guān)系。比如金星這樣非?？拷柕男行牵陀兄群Ｍ跣嵌痰枚嗟能壍肋\行周期。正是這三條定律，徹底摧毀了托勒密復(fù)雜的宇宙體系。7、大部分理論的基石：萬有引力定律
標準釋義：牛頓的普適萬有引力定律表示為，任意兩個質(zhì)點通過連心線方向上的力相互吸引。該引力的大小與它們的質(zhì)量乘積成正比，與它們距離的平方成反比，與兩物體的化學(xué)本質(zhì)或物理狀態(tài)以及中介物質(zhì)無關(guān)。該理論能夠由一個已經(jīng)寫進今天高中物理課本的公式進行表述：F=G×[(m1m2)/r2]
盡管今天人們將其看作是理所當然的事情，但當艾薩克·牛頓在300多年前提出萬有引力學(xué)說的時候，無疑是當時最具有革命性的重大事件。牛頓提出的理論可以簡單表述為：任何兩個物體，不管各自質(zhì)量如何，相互之間都會發(fā)生作用力，而質(zhì)量越大的東西產(chǎn)生的引力越大。公式中，F(xiàn)指兩個物體之間的萬有引力，用“牛頓”作為計量單位;m1和m2分別代表兩個物體的質(zhì)量;r為兩者之間的距離;G是引力常數(shù)。
這是多種實踐條件下都相當精確的定律，但物理學(xué)發(fā)展至今，人們已經(jīng)知道牛頓對重力描述的不完美性。然而，該定律仍不失為迄今所有科學(xué)中最實用的概念之一，它簡單、易學(xué)、且涵蓋面很廣，以至于在廣義相對論初問世的一段時間內(nèi)都甚少有人問津。更有意義的是，萬有引力定律讓渺小的人類獲得了計算龐大星球之間引力的能力，并且在發(fā)射軌道衛(wèi)星與測繪探月航線等方面尤其有用。6、物理科學(xué)有了基本定理：牛頓運動定律
標準釋義：牛頓第一定律為慣性定律;牛頓第二定律建立起物體質(zhì)量與加速度之間的聯(lián)系;牛頓第三定律為作用力與反作用力定律。
還是牛頓。每當我們談?wù)撈疬@位人類歷史上最杰出的科學(xué)家之一，總不由得從他最著名的力學(xué)三大定律開始。因為這些簡潔而優(yōu)雅的定律，奠定了現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)。
簡單理解三大定律的意義，其第一條就讓我們知道，滾動的皮球之所以能夠在地板上運動，必定是受到外力的推動。這外力可能是與地板之間的摩擦，也許是小孩子踢出的一腳。第二定律以F=ma這個公式表述，同時也意味著一個具有方向性的矢量。那個皮球滾過地板時，因為加速度的原因，獲得了一個指向滾動方向的矢量。通過它便能夠計算出皮球所受到的作用力。第三定律相當簡潔，也最為人們所熟知，其意思無外乎，用手指隨便戳戳哪個物體的表面，它們都將用同等的力量進行回應(yīng)。5、熱力學(xué)基礎(chǔ)基本完備：熱力學(xué)三定律
標準釋義：熱力學(xué)第一定律，熱可以轉(zhuǎn)變?yōu)楣?，功也可以轉(zhuǎn)變?yōu)闊?，也就是能量守恒和轉(zhuǎn)換定律;第二定律有幾種表述方式，其中之一是不可能把熱從低溫物體傳到高溫物體而不引起其他變化;第三定律，在熱力學(xué)溫度零度(即T=0開)時，一切完美晶體的熵值等于零。
英國物理學(xué)家和小說家查爾斯·珀西·斯諾曾經(jīng)有一段非常著名的論述：“不懂得熱力學(xué)第二定律的科學(xué)家，就像一個從沒讀過莎士比亞的科學(xué)家一樣?！彼怪Z的言語意在批評科學(xué)與人文之間“兩種文化”的隔絕與分裂，但卻無意中在文人圈里“捧紅”了熱力學(xué)第二定律。其實，斯諾的論述確實強調(diào)并呼吁人文學(xué)者都應(yīng)該去了解一下它的重要性。
熱力學(xué)是研究系統(tǒng)中能量運動的科學(xué)。這里的系統(tǒng)既可以是一臺發(fā)動機，也可以是熾熱的地核。斯諾運用自己的聰明才智將其精簡成為以下若干條基本規(guī)則：你贏不了、你無法實現(xiàn)收支平衡、你無法退出游戲。
該如何理解這些說法呢?首先來看所謂的“你贏不了”。斯諾的意思是指既然物質(zhì)與能量是守恒關(guān)系，在能量轉(zhuǎn)換過程中，我們無法實現(xiàn)一種能量形式到另一種的對等轉(zhuǎn)換，而不損失一部分能量。就像如果要發(fā)動機做功，就必須提供熱能一樣。即便是在一個完美極致的封閉空間中，部分熱量依然將不可避免地散逸到外部世界中去。
而這就引發(fā)了第二定律“你實現(xiàn)不了收支平衡”。鑒于熵的無限增加，我們無法返回或保持相同的能量狀態(tài)。因為熵總是從濃度高的地方向濃度低的區(qū)域流動。而有熵的存在，也是永動機不可能出現(xiàn)的原因。
最后是第三定律“無法退出的游戲”。這里要涉及到絕對零度，即理論上可能達到的最低溫度，一般指零開爾文(零下273.15攝氏度或零下459.67華氏度)。第三定律的表述為，當系統(tǒng)達到絕對零度時，分子將停止一切運動，即沒動能，熵也能達到理論上的最低值。但現(xiàn)實世界中，即使在宇宙的深處，達到絕對零度也是不可能的。你只能無限地接近所謂的終點。4、公元前200年的大智慧：阿基米德定律
標準釋義：物理學(xué)中的阿基米德定律，即阿基米德浮力原理，是指浸在靜止流體中的物體受到流體作用的合力大小等于物體排開的流體的重力，這個合力稱為浮力。數(shù)學(xué)表達式為：F浮=G排
關(guān)于阿基米德是如何發(fā)現(xiàn)浮力原理這一物理學(xué)重大突破的，有個傳說：阿基米德某次洗澡的時候，看到浴缸里的水會隨著自己身體的浸入而上升，便受到啟發(fā)開始思考。而當他最終確定發(fā)現(xiàn)了浮力理論之后，這位古希臘最偉大的哲人一邊興奮地大喊“找到了!找到了!”，一邊裸露著身體狂奔在錫拉丘茲城的大街小巷。
古希臘學(xué)者阿基米德的古老發(fā)現(xiàn)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在人類社會生產(chǎn)的各個領(lǐng)域。根據(jù)浮力原理，施加在一個部分或整體淹沒于液體中的物體的作用力，等于該物體液內(nèi)體積所排出的液體重量。這對于計算物體的密度，進而進行潛艇和遠洋輪船的設(shè)計建造，具有關(guān)鍵性意義。3、我們自身的探討：進化與自然選擇
標準釋義：進化，即演化，在生物學(xué)中是指種群里的遺傳性狀在世代之間的變化。自然選擇，也稱為天擇，指生物的遺傳特征在生存競爭中，具有了某優(yōu)勢或某劣勢，進而在生存能力上產(chǎn)生差異，并導(dǎo)致繁殖能力的差異，使得這些特征被保存或是淘汰。
既然我們已經(jīng)建立起關(guān)于宇宙何以從無到有，以及物理學(xué)在日常生活中是如何發(fā)揮作用的若干基礎(chǔ)概念體系，下一步便可以開始關(guān)注我們?nèi)祟愖约旱男问絾栴}，即我們是如何成為今天這番模樣的。
我們知道，基因是會復(fù)制給下一代的，但基因突變會讓其情況出現(xiàn)變化，這種變化了的新情況，可能隨著物種遷徙等在種群中傳遞。
那么按照當今大多數(shù)科學(xué)家的觀點，所有地球生物曾經(jīng)擁有一個共同的祖先。后來隨著時間的發(fā)展，部分開始進化成為特征鮮明的特定物種。久而久之，生物多樣性便逐漸在所有有機生物中增加與擴展開來。
從最基本的意義上說，基因突變等變異機制在生物進化的過程中一直發(fā)生著。而每一階段的這些細節(jié)變化都會通過世代的遺傳而得以保留。相應(yīng)的，生物種群也因此發(fā)展出了不同的特征，并且這些特征往往能夠幫助生物更好地繁衍生存下來。比如棕色皮膚的青蛙，顯然比其它顏色的同類更適宜以偽裝的方式在泥濘的沼澤地區(qū)生存。這便是所謂的自然選擇。
當然，對于進化與自然選擇理論，我們還可以將其應(yīng)用到更廣泛的生物范圍。但是達爾文在19世紀提出的“地球生命豐富的多樣性，來源于進化中的自然選擇”，無疑依舊是最基礎(chǔ)和最具開創(chuàng)性的。2、永遠轉(zhuǎn)變了理解宇宙的方式：廣義相對論
標準釋義：引力在此被描述為時空的一種幾何屬性(曲率)，而這種時空曲率與處于時空中的物質(zhì)與輻射的能量，動量張量直接相聯(lián)系，其聯(lián)系方式即是愛因斯坦的引力場方程(一個二階非線性偏微分方程組)。
對于任何一個不曾學(xué)習(xí)或研究它的人來說，廣義相對論的標準釋義看了和沒看一個樣。因為它在解釋該詞條時，至少又用了4組不被人理解的詞匯。
它的內(nèi)涵和外延涉及甚廣，似乎非論文形式不能描述。在此，我們且看看被稱為現(xiàn)代引力理論研究的最高水平的廣義相對論在論什么。作為比牛頓萬有引力更具有一般性的理論，質(zhì)量還是一個決定引力的重要屬性，但是不再是引力的唯一來源。
在愛因斯坦這里，引力已不再是牛頓所描述的一種力，甚至可以說，已沒有了原來引力的概念。因為愛因斯坦把它看成物體周圍的時空彎曲，以前所說的“物體受引力作用所作的運動”，被歸結(jié)為物體在一個彎曲時空中，沿短程線的自由運動。
如果讓“彎曲時空”的概念更明朗化些，可以想象環(huán)繞地球飛行的航天飛機里的宇航員，對他們而言，他們是按直線方式在太空中飛行，但實際上航天飛機周圍的時空，已經(jīng)被地球的引力所彎曲，這使航天飛機成為又能向前飛行，又能圍繞地球轉(zhuǎn)的物體。
按美國相對論研究的首席專家約翰·惠勒解釋，這種所謂時空的幾何屬性可以這樣概述：時空告訴物質(zhì)如何運動，物質(zhì)告訴時空如何彎曲。因而，其可以展現(xiàn)出宇宙星光受大天體影響的彎曲方式，并且為研究黑洞奠定了理論基礎(chǔ)。1、上帝擲骰子嗎?：海森堡測不準原理
標準釋義：德國物理學(xué)家海森堡于1927年提出，表明量子力學(xué)中的不確定性，指在一個量子力學(xué)系統(tǒng)中，一個粒子的位置和它的動量(粒子的質(zhì)量乘以速度)不可被同時確定。
“測量!在經(jīng)典理論中，這不是一個被考慮的問題?！薄读孔游锢硎吩挕啡缡钦f。
那是因為在經(jīng)典物理學(xué)里，你、我，或作為觀測者的任何一人，對這個等待被測量的客觀物體是沒有影響，或影響甚微以致可忽略不計的。那時就算我們弄不懂個中道理，也不妨礙原理待在那，等著我們慢慢參詳。
但現(xiàn)在就要踏入量子世界的魔潭了，此處我們作為觀測者會給實驗現(xiàn)象帶來一定的擾動，因此如果測一個電子的動量，所得值只是相對你這個觀測者而言的。微觀世界中，要以“概率”來論，所謂上帝擲骰子。
當年的華納·海森堡就在此中有了突破性的發(fā)現(xiàn)，人們無法同時得到粒子的兩種變量精確信息，哪怕再精密的儀器都不行。具體講，你或者可以準確地知道電子的位置，但無法同時知道其動量，或者反之，得此失彼。而類似的不確定性也存在于能量和時間、角動量和角度等許多物理量之間。
或許你沒明白這件事的詭異性，就像之前提到的，量子世界里的量既然是相對性，那只要它存在，就應(yīng)該可以被測量出來。既然無論如何不能測量到，那它就不復(fù)存在。因此，在你沒確定測量這個物理量的手段時，談?wù)撍翢o意義。一個電子的動量，只有當你測量時，也才有意義。
這更像是一個哲學(xué)話題了。而“海森堡測不準原理”與其說是實驗中發(fā)現(xiàn)的，倒不如說是海森堡和他老師玻爾等人討論出來的。到了玻爾發(fā)現(xiàn)電子同時具有粒子和波的雙重性質(zhì)(量子物理的柱石，波粒二象性)，當我們測量電子的位置時，我們將其當作粒子，波長不定;而當我們要測量動量時，我們將其當作波，知道波長的量值卻失去它的位置。
即便你現(xiàn)在無比混亂，這依然沒什么大不了的。玻爾的名言就是：“如果誰不為量子論而困惑，那他一定沒有理解量子論?！鳖愃频脑捹M曼也說過。所以我們沒啥好郁悶的，愛因斯坦和我們一個狀況。
提升物理成績的五個關(guān)鍵點和三條主線
一、研究《考綱》，通讀教材
《考綱》是教學(xué)的基本要求，它規(guī)定了中考的范圍和要求，是中考命題的依據(jù)之一，對于中考復(fù)習(xí)具有重要的作用。通過對《考綱》的研究，明確考試的要求，了解題型和對學(xué)生的能力要求，使自己的復(fù)習(xí)有方向、有目標，使自己的復(fù)習(xí)能有一個明確的評價依據(jù)，從而有利于把握復(fù)習(xí)的廣度和深度，使復(fù)習(xí)更有的放矢。在研究《考綱》的同時，還要仔細閱讀教材，因為教材是課堂教學(xué)的根本依據(jù)，也是中考命題的依據(jù)之一。學(xué)生一定要仔細閱讀教材，特別要注意教材中以下幾個方面：
(1)物理概念和規(guī)律形成的過程和伴隨的科學(xué)方法。在最近幾年的中考物理試題中，此類題目的分值要占到10%左右。在初中物理教材中，物理概念和規(guī)律形成的過程經(jīng)常采用的是“控制變量法”。如：速度、密度、壓強、比熱容等概念的形成過程，歐姆定律、影響液體蒸發(fā)快慢的因素、影響電阻大小的因素、液體內(nèi)部壓強的規(guī)律、阿基米德定理等物理規(guī)律的得到等，都是采用“探制變量法”來進行研究的。近幾年的中考物理試題中除了考核“控制變量法”，也考核了“等效替代法”，如作用在物體上的兩個力的作用效果可以由一個力的作用來替代;串并聯(lián)電路中，總電阻與各電阻的關(guān)系等。
(2)教材中的實例分析(包括各類插圖、生活及有關(guān)科技發(fā)展的實例等)。
(3)各種實驗的原理、研究方法、過程。
(4)相關(guān)的物理學(xué)史。筆者在多年的物理教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，許多學(xué)生在復(fù)習(xí)迎考過程中埋頭苦做習(xí)題，忽視了最根本的、最必要的工作―――閱讀教材，在升學(xué)考中造成不該有的失分而后悔莫及。
二、整理知識內(nèi)容，歸類掌握
中考物理試卷中的各知識點覆蓋率較高，最近幾年都在80%―90%左右，但對十個重點知識點的覆蓋率則為100%。這十個重點知識是：比熱容和熱量的計算、光的反射定律和平面鏡成像特點、凸透鏡成像規(guī)律、歐姆定律、串并聯(lián)電路的特點、電功率、力的概念、密度、壓強、二力平衡。物理知識涉及的面很廣，基本概念、理論更是體現(xiàn)在不同的教學(xué)內(nèi)容中。學(xué)生要對每個部分中的知識，按知識結(jié)構(gòu)進行歸類、整理，形成各知識點之間的聯(lián)系，并擴展成知識面，做到基本概念牢固掌握，基本理論相互聯(lián)系，如：在對速度這一知識進行復(fù)習(xí)的時候，就可以把研究得到這一物理概念的思想方法遷移到密度、壓強、功率、比熱容等其它物理概念的形成過程中去，舉一反三，即要做到“書越讀越厚(知識內(nèi)容多)―――書越讀越薄(概括整理、總結(jié))―――知識越來越豐富”，這樣才能在考試時思維敏捷，得心應(yīng)手。
三、題型歸類，掌握方法
目前學(xué)生已做了大量的模擬考試題，許多學(xué)生仍然在題海中奮力拼搏，許多學(xué)生和家長認為，題目一定要多做，才能熟能生巧、才能觸類旁通。
筆者認為“精神可嘉，方式不當”。當前在有限的時間內(nèi)做大量的題目，并不是明智之舉。學(xué)生應(yīng)把所做的練習(xí)中的各類題型進行分析、比較、歸類，發(fā)現(xiàn)其中的異同點，掌握解決問題的方法。只有掌握了方法，才能在解決問題時多角度地理解題意，拓寬解決問題的思路和方法，才能在考試中充分發(fā)揮自己的能力。
四、加強實驗研究能力的訓(xùn)練
物理是以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，新的教學(xué)改革中很重要的一點就是注重學(xué)生研究能力的培養(yǎng)。教材和歷年中考試題中都十分注重對學(xué)生實驗研究能力的考核。近幾年來，中考物理中實驗考核的分值在上升，而從試題內(nèi)容上看，已從單純的記憶型趨向?qū)嶒炋角笤O(shè)計的模型。而這方面恰恰是學(xué)生較薄弱的方面，歷年來失分較多。因此，在復(fù)習(xí)中學(xué)生要加強訓(xùn)練。一般在實驗研究中，學(xué)生尤其要注意題目中提供的信息，明確研究的目的、實驗原理、實驗器材的作用和選擇、實驗操作步驟、對實驗現(xiàn)象的觀察分析和對實驗結(jié)果的分析歸納。
五、關(guān)注熱點問題，把握考試動態(tài)
近幾年的中考物理中有五大類熱點問題：(1)估計、估算題主要涉及學(xué)生實際生活中與所學(xué)知識直接相關(guān)的實際事例。(2)動態(tài)、故障分析(3)科學(xué)方法題主要考核物理概念、規(guī)律形成中的思想方法;(4)情景信息題即在考題中提供較多的情景信息，根據(jù)題目要求，從中篩選出有用的相關(guān)信息。(5)開放性試題(包括結(jié)果開放、條件開放、過程開放等)即在研究中可以多角度、多方面地進行研究的方法、手段可以多種多樣，沒有固定的模式和定勢，研究的結(jié)果并不唯一，表達的形式可以豐富多彩。
總之，在復(fù)習(xí)迎考中，同學(xué)們一定要做到：復(fù)習(xí)全面仔細，知識點面結(jié)合，把握重點熱點，概念牢固掌握，方法靈活運用。
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