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古典物理的回顧

中央研究院物理研究所 高中物理科學培訓計畫. 古典物理的回顧. 劉源俊 94 年 12 月 31 日. 古典物理的幾種說法. ～ 1900 年以前的物理 建立在牛頓物理典範上的物理 不用到量子物理的物理. 古典物理. Mechanics 力學 （盛於 17-18 世紀） Electromagnetism 電磁學（ 盛於 18-19 世紀） Optics 光學 （盛於 19 世紀） Thermal physics 溫物理 （盛於 19 世紀）. 力學. Johannes Kepler 波 ( 1571-1630)

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Presentation Transcript

  1. 中央研究院物理研究所 高中物理科學培訓計畫 古典物理的回顧 劉源俊 94年12月31日

  2. 古典物理的幾種說法 • ～1900年以前的物理 • 建立在牛頓物理典範上的物理 • 不用到量子物理的物理

  3. 古典物理 • Mechanics 力學 （盛於17-18世紀） • Electromagnetism 電磁學（盛於18-19世紀） • Optics 光學 （盛於19世紀） • Thermal physics 溫物理 （盛於19世紀）

  4. 力學 • Johannes Kepler 波(1571-1630) 行星運動三律 （1596） • Galileo Galilei 義(1564-1642) 《關於兩種世界系統的對話錄》（1630） 《關於兩種新科學的對話錄》（1636） 無阻落體的等加速度運動 拋體 斜面 擺 原始彈性力學 實驗 想像實驗

  5. 力學 • Christiaan Huygens 荷(1629-1695) 振動 擺 圓週運動 • Isaac Newton 英( 1642-1727) 《自然哲學的數學原理》（1687） 運動三律 萬有重力律 月球運動與潮汐成因 微分與積分 一統解釋地面物體與天上星體的運動 建立物理研究典範

  6. 力學 • Daniel Bernoulli 瑞(1700-1782) Leonhard Euler 瑞(1707-1783) 流體力學 • Joseph-Louis Lagrange 法(1736-1813) 《解析力學》(1788) 能量 位置與速度描述法 • Pierre-Simon de Laplace 法(1749-1827) 《天體力學》（1799）

  7. 力學 • William Rowan Hamilton 英(1805-1865) 《關於動力學的一般性方法》（1835） 最小作用量原理 位置與動量描述法 • John William Strutt Rayleigh 英(1842-1919) 《聲學》（1877） • Albert Einstein 德(1879-1955) 狹義相對論 （1905） 同時性非絕對 四維時空連續體 質量隨速度增加 質能換算公式

  8. 力學 廣義相對論 （1915） 非慣性系統與重力場等效 質能分佈使得時空彎曲 革新物理典範 新物理哲學

  9. 以無阻下落為例說明典範的轉移 • Galilei：g = 常數；但問運動，不問其緣由 • Newton：緣於重力 • Lagrange：緣於勢能的降低 • Hamilton：緣於最小作用量原理 • Einstein：緣於時空的彎曲

  10. 電磁學 • Charles-Augustin de Coulomb法(1736-1806) 靜電律與靜磁律(1785) • Alessando Volta 義(1745-1827) 電池效應（1800） • André-Marie Ampère 法(1775-1836) 電流產生磁場(1820) • Michael Faraday英(1791-1867) 場線觀念磁場改變產生電場(1831)

  11. 電磁學 • James Clerk Maxwell 英(1931-1879) 《電磁學論文》(1873) 電磁場方程─集電磁學大成 • Hendrik Antoon Lorentz 荷(1853-1928) 《電子論 》 (1892) • Albert Einstein 德（1879-1955） 狹義相對論 (1905) 揚棄以太說

  12. 光學 • Christiaan Huygens 荷(1629-1695) 《關於光的論文》(1690) 光的波動說 • Isaac Newton 英( 1642-1727) 《光學》(1704) 光的微粒說 以太說 • Augustin-Jean Fresnel 法(1788-1827) 波光學(1810’s)

  13. 光學 • James Clerk Maxwell 英(1931-1879) 光波是電磁波 （1864） • Albert Einstein 德(1879-1955) 真空中的光速恆定（1905） 光的傳播不需要介質

  14. 溫物理 • Daniel Bernoulli 瑞 (1700-1782) 氣體動理論(1738) • Count Rumford 英（1753-1814） 摩擦生熱 （1798） • James Prescott Joule 英(1818-1889) 熱是一種能量 能量守恆 (1843) • Rudolf Clausius 德（1822-1888） 溫熱學 熵 （1850） • William Thompson (Kelvin) 英 (1824-1907) 絕對溫度

  15. 溫物理 • Gustav Robert Kirchhoff 俄 （1824-1887）黑體輻射研究 • James Clerk Maxwell 英 (1831-1879) 氣體中眾粒子速度的分佈 （1859） • Ludwig Eduard Boltzmann 奧(1844-1906) 波茲曼分佈（1871）熵的統計定義 (1877) • Josiah willard Gibbs 美(1839-1903) 統計力學 (1901) • Albert Einstein 德（1879-1955） 解釋布朗運動 （1905）

  16. 十九世紀末時的物理 • 光學納入電磁學 • 溫物理諸律可從力學經由統計方法詮釋 • 「天空一片清朗，唯地平線上有兩朵烏雲」（ William Thompson1900）： 1887年的Michelson-Morley 實驗未能測出地球在 以太中的速度。 1900年的黑體輻射實驗與理論不符。

  17. 十九世紀末時的物理 • 光學納入電磁學 • 溫物理諸律可從力學經由統計方法詮釋 • (William Thompson)「天空一片清朗，唯地平線上有兩朵烏雲」(1900)： 1887年的Michelson-Morley實驗未能測出地球在 以太中的速度。 →相對論 1900年的黑體輻射實驗與理論不符。 →量子論

  18. 愛因斯坦看物理的演化 • 機械觀的興起 • 機械觀的沒落 • 場論 • 相對論 • 量子論

  19. 力學 • 人如何走路？ • 車如何行進？ • 如何盪鞦韆？ • 地球上拋物的軌跡如何？ • 月亮為什麼不掉到地面？ • 月亮為何總是以一定的面朝向地球？ • 人造衛星為何會掉下來？為何愈掉愈快？ • 月亮離我們為何愈來愈遠？

  20. 光學 • 照鏡子是怎麼回事？ • 天空為什麼是天藍色？ • 朝陽及夕陽為何是紅色的？ • 虹的成因？

  21. 溫物理 • 墨水與牛奶是怎麼回事？ • 把蘋果乾磨成粉，會掉下來麼？ • 雲為什麼漂浮？ • 高處為何空氣稀薄？ • 熱能是什麼？ • 加熱時能量到哪裡去了？

  22. 多學 多思 多驗!

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