【人教版(2019)】高中物理必修1 同步学案 第一章 第04讲.匀速直线运动的图像(学生版+教师版)

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名称 【人教版(2019)】高中物理必修1 同步学案 第一章 第04讲.匀速直线运动的图像(学生版+教师版)
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文件大小 2.5MB
资源类型 试卷
版本资源 人教版(2019)
科目 物理
更新时间 2022-07-16 07:42:08

文档简介

中小学教育资源及组卷应用平台
你能看出什么?
一次函数图线:
北京空气质量趋势图线:
股票变化趋势图线:
【思考】观察以上图线,分别指出它们所包含的信息?
通过前面的观察,我们发现图象能直观地显示相关量之间的关系,在生活、生产、科学研究等方面有着重要的应用.那么,在物理学中应怎样用图象来描述物体的运动呢?
一辆汽车沿平直公路运动,现以公路为轴建立直角坐标系,记录汽车运动过程中的五个位置如下图,请通过观察完成下列表格及问题:
(1)数据列表如下所示:
0 5 10 15 20
0 100 200 300 400
(2)这辆小车在做什么运动?说出判断的理由.
【笔记】
观察以下图象,分别说出物体的运动情况.
【笔记】
观察以下图象,试判断图中1、2、3各阶段的物体运动情况.
【笔记】
下图是甲、乙两车运动的图象,你能否判断出甲、乙分别处于什么状态?图中点表示的含义是什么?
【笔记】
下列各图中,不是匀速直线运动的是 ( )
如图所示表示做匀速直线运动的物体的图象,则它在内通过的路程是( )
A. B. C. D.
某同学匀速向前走了一段路后,停了一会儿,然后沿原路匀速返回出发点,下图中能反映此同学运动情况的是( )
有一个龟兔赛跑的故事,兔子与乌龟的图象如图所示,根据图象判断,下列说法正确的是( )
A.兔子与乌龟是同时、同地出发的
B.兔子与乌龟在赛程内曾有两次相遇
C.在时间内兔子与乌龟的平均速度相同
D.整个赛程内兔子与乌龟均做匀速直线运动
如图2-12所示,a、b两运动物体的位移图像互相平行,则两物体运动情况的区别是( )
A.速度的大小不同
B.运动方向不同
C.起始时刻不同
D.运动后在相同时间内的位移不同
图2-15所示为一运动物体的位移图像,则开始运动后经离出发点_______,在前的速度等于________,在内的位移等于_________,在内的速度等_______,在整个运动时间内的位移等于________,路程等于________.
图2-16所示为、两运动物体的位移图像,由图可知( )
A.开始时()在正前方
B.运动时的速度比运动时的速度大
C.在时追上,然后跑到的前面
D.开始时的速度比小,后的速度才超过
甲、乙两物体在同一直线上运动,其图如图2-17所示,则( )
A.两物体的速度大小相等、方向相反
B.经,甲、乙两物体相遇
C.经,甲、乙两物体的速度都降为零
D.经,乙物体的速度降为零
一辆汽车沿平直公路运动,现以公路为轴建立直角坐标系,记录汽车运动过程中的五个位置如下图,请通过观察完成下列表格及问题:
(1)数据列表如下所示:
0 5 10 15 20
0 100 200 300 400
(2)这辆小车在做什么运动?说出判断的理由.
【笔记】
观察下面的运动图像,这是什么图像?A、B有什么区别?在图中如何表示静止?
【笔记】
根据下列图像,请画出相应的图像.
【笔记】
下列作直线运动的速度一时间图象(如图所示)中,表示质点作匀速直线运动的是 ( )
如图所示,a、b两物体的速度图像互相平行,则两物体运动情况的区别是( )
A.速度大小不同
B.运动方向不同
C.起始时刻不同
D.相同时间内位移不同
一个人沿平直的街道匀速步行到邮局去寄信,又以原来的速度大小步行返回原处.设出发的方向为正,则能近似描写其运动情况的图是( )
如图所示为甲、乙两质点的图象.对于甲、乙两质点的运动,下列说法中正确的是( )
A.质点甲向所选定的正方向运动,质点乙与甲的运动方向相反
B.质点甲、乙的速度相同
C.在相同的时间内,质点甲、乙的位移相同
D.不管质点甲、乙是否从同一地点开始运动,它们之间的距离一定越来越大
下图所示是物体的运动图象,纵坐标v表示物体的速度,横坐标t表示时间,其中哪个图象在现实生活中是不可能出现的 ( )
物体在一直线上运动,如图所示的各图中表示该物体作匀速直线运动的图象是 ( )
在如图所示的四个图象中,不能够说明物体做往返运动的有 ( )
某同学的位移图象如图所示,若规定向东为位移的正方向,试分析物体各阶段的运动性质,并求出各阶段的速度,并画出该同学的速度图像.
如图所示的是甲、乙两运动物体相对同一原点的位移一时间图象。下面有关说法中正确的是
A.甲和乙都做匀变速直线运动
B.甲、乙运动的出发点相距
C.乙运动的速率大于甲运动的速率
D.乙比甲早出发的时间
老师讲了一个新的龟兔赛跑的故事,按照老师所讲的故事情节,乌龟和兔子的图象如图所示,则根据图象可知( )
A.发令枪一响,乌龟先跑出去,兔子过一会儿才跑出去
B.兔子先加速前进,中途匀速前进,最后又加速前进
C.乌龟一直匀加速前进
D.兔子先通过预定的位移到达终点
如图所示的是甲、乙两个物体的图象,由图象可以判断( )
A.甲的运动速度比乙的运动速度大
B.甲、乙的运动方向是相反的
C.如果两个物体从同一位置同时出发,则两个物体会再次相遇
D.甲作匀速运动,乙作减速运动
小华从家里开始以一定的速度沿平直小路去同学家送一本书,停留一会儿后,又以相同速率沿原路返回家里,在如图所示的图象、图象中哪些可以表示小华的运动情况
如图所示的四个图像中表示物体作匀速直线运动的图象有 ( )
下列关于匀速直线运动的图象、图象的说法正确的有 ( )
A.图象表示物体运动的轨迹,图象不表示物体运动的轨迹
B.在图象中不能表示出物体速度的大小
C.在图象中可以表示出物体速度的大小和某段时间t内的位移
D.图象一定经过坐标原点
胡克
被誉为英国的“双眼和双手”的胡克,是17世纪英国最杰出的科学家之一,他在力学、光学、天文学等多方面都有重大成就,他所设计的科学仪器在当时是无与伦比的。他的主要成就有:在物理学研究方面,提出了胡克定律和万有引力的平方反比关系;在机械制造方面,设计了真空泵、显微镜和望远镜;在新技术发明方面,发明了万向接头、风向仪、水平仪等装置,许多设备至今仍在使用.下面我们就通过介绍胡克的一些成果,来逐步认识胡克这位杰出的科学家。
显微镜和望远镜
胡克出生之前很久显微镜就被发明和制造出来,但是,显微镜发明后半个多世纪过去了,却没有像望远镜那样给人们带来科学上的重大发现。
1663年苏格兰天文学家格里高利设计了格里高利望远镜,但在制造时失败了。10年后胡克利用自己高超的机械设计技术成功建设了第一个这种反射望远镜,并使用这一望远镜首次观测到火星的旋转和木星大红斑,月球上的环形山和双星系统。
1665年胡克根据英国皇家学会一位院士的资料设计了一台复杂的复合显微镜。有一次他从树皮切了一片软木薄片,并放到自己发明的显微镜观察。他观察到了植物细胞(已死亡),并且觉得他们的形状类似教士们所住的单人房间,所以他使用单人房间的cell一词命名植物细胞为cellua,这是历史上第一次成功观察细胞。同年胡克出版了《显微制图》一书,这本书包括了一些他使用显微镜或望远镜进行的观察,包括上述的软木切片,这本书奠定了胡克的科学天才声望。通过这本书科学界才发现显微镜给人们带来的微观世界和望远镜带来的宏观世界一样丰富多彩。在《显微制图》一书中,胡克绘画的天分得到充分展现,书中包括58幅图画,在没有照相机的当时,这些图画都是胡克用手描绘的显微镜下看到的情景。可惜的是,胡克自己的画像却一张也没有留存下来,据说唯一的一张胡克画像毁于牛顿的支持者之手。《显微制图》一书为实验科学提供了前所未有的既明晰又美丽的记录和说明,开创了科学界借用图画这种最有力的交流工具进行阐述和交流的先河,为日后的科学家们所效仿。
1684年时任英国皇家学会会长的塞缪尔·佩皮斯就是看到胡克的这本书,对科学发生了浓厚的兴趣,于是立即购买仪器于1665年2月加入皇家学会,他称赞该书为他一生中所读过的最具天才的书。荷兰工匠列文胡克受《显微术》一书启发,对胡克的显微镜镜片进行了改进,对微生物进行了细致的观察,被称为微生物学之父,胡克随后被皇家学会要求确证列文胡克的发现并予以发表。
胡克所用的显微镜至今仍然保存在华盛顿国家健康与医学博物馆中。
光学和力学
在光学方面,胡克是光的波动说的支持者。1655年,胡克提出了光的波动说,他认为光的传播与水波的传播相似。1672年胡克进一步提出了光波是横波的概念。在光学研究中,胡克更主要的工作是进行了大量的光学实验,特别是致力于光学仪器的创制。他制作或发明了显微镜、望远镜等多种光学仪器。
胡克在力学方面的贡献尤为卓著。早在1660年,胡克就提出了太阳系各行星间存在万有引力的假设,并认为这些具有万有引力的行星大多是球形星体,他还做了一系列的实验来证明地球重力的存在。胡克也曾为研究开普勒学说做出了重大成绩。在探讨万有引力的过程中,他首先发现了引力和距离平方成反比的规律。在研究引力可以提供约束行星沿闭合轨道运动的向心力问题上,1662年和1666年间,胡克做了大量实验工作。他支持吉尔伯特的观点,认为引力和磁力相类似。1664年胡克曾指出彗星靠近太阳时轨道是弯曲的。他还为寻求支持物体保持沿圆周轨道的力的关系而作了大量实验。1674年他根据修正的惯性原理,从行星受力平衡观点出发,提出了行星运动的理论,在1679年给牛顿的信中正式提出了引力与距离平方成反比的观点,但由于缺乏数学手段,还没有得出定量的表示。
胡克定律(弹性定律),是胡克最重要发现之一,也是力学的最重要基本定律之一。在现代,仍然是物理学的重要基本理论。胡克定律指出:“在弹性限度内,弹簧的弹力和弹簧的长度变化量成正比,即。是物质的弹性系数,它由材料的性质所决定,负号表示弹簧所产生的弹力与其伸长(或压缩)的方向相反。”为了证实这一事实,胡克曾做了大量实验,包括各种材料所构成的各种形状的弹性体。
胡克在光学和力学方面是仅次于牛顿的伟大科学家。
发明创造
胡克的发现、发明和创造是极为丰富的。他曾协助玻意耳发现了玻意耳定律。他曾发明过空气唧筒、发条控制的摆轮、轮形气压表等多种仪器。他还同惠更斯各自独立发现了螺旋弹簧的振动周期的等时性等。此外胡克还研究过肥皂泡的光彩、云母的颜色等许多光学现象。
胡克对当时的机械进行了很多改造,并发明了很多新装置。他发明了锚型擒纵机,也发明了摆轮游丝,通过这一装置,可以按周期控制发条宽紧,至今仍是钟表制作中的关键部件。他第一个制造出了万向接头,有时候被叫做胡克接头,可以允许刚性杆向任意方向运动,现在仍广泛应用于车辆的传动装置中。虽然意大利数学家卡尔达诺一世纪前就提出了万能接头的想法,但是没有制造出。还有风向仪,水平仪等装置的发明权也常常归功于他。
“倒霉蛋”
尽管胡克并不贫穷,但是他的日子过得实在不怎么样,晚年生活更是灾难性的,其中主要的原因是在发现“平方反比关系”优先权的争夺中得罪了牛顿。奇怪的是,胡克就像是个倒霉蛋,集聚在他身上的争议特别多。
在发现螺旋弹簧振动周期的等时性方面,是胡克在先还是惠更斯在先产生了长期的争论,直到2006年在
英国汉普顿郡一家人的橱柜中发现了胡克的关于皇家学会会议的记录,才提供了对胡克有利的证据。在建筑方面,胡克和其终生的好友雷恩之间也有许多未解之谜,如著名的格林尼治皇家天文台、为纪念1666年伦敦大火而建造的纪念碑等人们都以为是雷恩的设计,可是通过胡克的日记和朋友间的通信,人们发现这些建筑很可能是胡克设计的。甚至是胡克的为人和脾气也是一个有争论的话题,胡克常被描绘成一个忧郁的修道士般的老处男(胡克终身未婚),但是,他的日记显示出他是一个善于交际的、拥有很多朋友的人,哪一个才是真正的胡克呢?所有这些胡克之谜,都有待学者们进一步的研究。
英国历史学家指出,胡克之所以默默无闻,不为世人所知,完全是因为他的研究成果被当时身为英国皇家学会主席的牛顿给强行"消灭"了的结果。
1703年3月3日,胡克在落寞中去世了,在他死后不久,牛顿就当上了英国皇家学会的主席。随后,英国皇家学会中的胡克实验室和胡克图书馆就被解散,胡克的所有研究成果、研究资料和实验器材或被分散或被销毁,没多久,这些属于胡克的东西就全都消失了。
牛津大学瓦德海蒙学院历史学家亚兰·切普曼教授称当时胡克被忽略的情况,连牛顿最好的朋友、天文学家埃德蒙·哈雷都看不下去了,以至于劝说牛顿公开承认胡克在万有引力方面的研究成果,但牛顿却一口拒绝了。他认为胡克本人并不想追求功名,因此他当然不好"强人所难"。
1 / 21中小学教育资源及组卷应用平台
你能看出什么?
一次函数图线:
北京空气质量趋势图线:
股票变化趋势图线:
【思考】观察以上图线,分别指出它们所包含的信息?
通过前面的观察,我们发现图象能直观地显示相关量之间的关系,在生活、生产、科学研究等方面有着重要的应用.那么,在物理学中应怎样用图象来描述物体的运动呢?
一辆汽车沿平直公路运动,现以公路为轴建立直角坐标系,记录汽车运动过程中的五个位置如下图,请通过观察完成下列表格及问题:
(1)数据列表如下所示:
0 5 10 15 20
0 100 200 300 400
(2)这辆小车在做什么运动?说出判断的理由.
【答案】(1)数据列表如下所示:
0 5 10 15 20
0 100 200 300 400
(2)小车做匀速直线运动;因为小车在一条直线上运动,在相等的时间里通过的位移相同,运动快慢不变,即有不变.
【笔记】根据上述讨论可知匀速直线运动的速度公式为:
则由此可得匀速直线运动的位移公式为:
因为不变,是常数,所以匀速直线运动的位移公式类似一次函数:,由此可得图象为:
1、图象能反映的物理规律:
匀速直线运动的图象是一条过原点的倾斜直线,表示做匀速直线运动的物体,通过的位移与所用的时间成正比.
2、图象的应用:
A、能读出任一时刻物体的位移——末的位移为
B、能读出任一时间内物体通过的位移——第内通过的位移为;
C、能读出物体通过任一位移所用的时间——位移为时所用的时间为;
D、能求出做匀速直线运动的速度大小——,速度的大小等于图线与时间轴所成夹角的正切值,也称为图线的斜率;
E、能在同一坐标系中比较两物体的运动快慢——时刻的位移为大于物体的位移,所以物体比物体的速度大.
观察以下图象,分别说出物体的运动情况.
【答案】(1)时间内,物体静止在处,时刻后,物体以恒定的速度做匀速直线运动;
(2)物体一直静止在处;
(3)物体从处开始做匀速直线运动.
【笔记】根据上述讨论可知:
A、图象中平行时间轴的部分,物体处于静止状态;
B、图象中图线不一定过坐标原点,起点可以是时间轴上的某点,也可以是位移轴上的某点.
观察以下图象,试判断图中1、2、3各阶段的物体运动情况.
【答案】第一阶段:物体向右做匀速直线运动;
第二阶段:物体静止;
第三阶段:物体向左做匀速直线运动,返回到第一阶段的出发点.
【笔记】根据上述讨论可知:图象中图线与时间轴所成夹角小于表示物体的运动方向与正方向相同;图线与时间轴所成夹角大于则表示物体的运动方向与正方向相反.
下图是甲、乙两车运动的图象,你能否判断出甲、乙分别处于什么状态?图中点表示的含义是什么?
【答案】甲物体处于匀速直线运动状态;乙物体处于静止状态;点表示甲物体在第秒末与乙物体相遇在距起点处.
【笔记】图象中两条图线的交点两个物体在此相遇.
下列各图中,不是匀速直线运动的是 ( )
【答案】A
如图所示表示做匀速直线运动的物体的图象,则它在内通过的路程是( )
A. B. C. D.
【答案】B
某同学匀速向前走了一段路后,停了一会儿,然后沿原路匀速返回出发点,下图中能反映此同学运动情况的是( )
【答案】D
有一个龟兔赛跑的故事,兔子与乌龟的图象如图所示,根据图象判断,下列说法正确的是
A.兔子与乌龟是同时、同地出发的 B.兔子与乌龟在赛程内曾有两次相遇
C.在时间内兔子与乌龟的平均速度相同 D.整个赛程内兔子与乌龟均做匀速直线运动
【答案】B
如图2-12所示,a、b两运动物体的位移图像互相平行,则两物体运动情况的区别是
A.速度的大小不同 B.运动方向不同
C.起始时刻不同 D.运动后在相同时间内的位移不同
【答案】C
图2-15所示为一运动物体的位移图像,则开始运动后经离出发点_______,在前的速度等于________,在内的位移等于_________,在内的速度等_______,在整个运动时间内的位移等于________,路程等于________.
【答案】;;;;;;
图2-16所示为、两运动物体的位移图像,由图可知
A.开始时()在正前方 B.运动时的速度比运动时的速度大
C.在时追上,然后跑到的前面 D.开始时的速度比小,后的速度才超过
【答案】AC
甲、乙两物体在同一直线上运动,其图如图2-17所示,则
A.两物体的速度大小相等、方向相反 B.经,甲、乙两物体相遇
C.经,甲、乙两物体的速度都降为零 D.经,乙物体的速度降为零
【答案】ABD
一辆汽车沿平直公路运动,现以公路为轴建立直角坐标系,记录汽车运动过程中的五个位置如下图,请通过观察完成下列表格及问题:
(1)数据列表如下所示:
0 5 10 15 20
0 100 200 300 400
(2)这辆小车在做什么运动?说出判断的理由.
(3)能用图像来描述小车的运动速度吗?如果可以,请用图像进行描述.
【答案】(1)数据列表如下所示:
0 5 10 15 20
0 100 200 300 400
0 20 20 20 20
(2)这辆小车在做匀速直线运动,因为小车在沿直线运动,速度的大小和方向都不变.
(3)可以用图像来描述小车的运动速度,具体图像如下所示:
【笔记】根据上述讨论可知匀速直线运动的图线是平行与时间轴的一条直线,如下图所示:
1、图象能反映的物理规律:
A、图像是水平直线,表示速度不变;
B、纵轴上的截距表示速度的大小.
2、图象的应用:
A、能读出任一时刻物体的速度;
B、可求任一段时间内物体的位移——根据位移公式,由几何知识有位移等于图线与时间轴围成的面积,如下图阴影部分所示:
观察下面的运动图像,这是什么图像?A、B有什么区别?在图中如何表示静止?
【答案】这是匀速直线运动的速度图像;A、B的区别在于A、B的运动方向相反;在图中通过与时间轴重合的图线来表示静止,如下图所示:
【笔记】图像中时间轴上下的图线方向相反,与时间轴重合的图线速度为零.
根据下列图像,请画出相应的图像.
【答案】由图像可知内物体运动的速度为:;内物体运动的速度为:;内物体运动的速度为:;由此可以画出相应的图像为:
【笔记】图像和图像的转化:
A、由图像可唯一作出图像——唯一求出速度;
B、由图像转化成图像
由图像得到速度,再任取一时间,由计算得到相应的路程,用描点法得到对应点,用直线连接坐标原点与该点,即为对应的图像.
下列作直线运动的速度一时间图象(如图所示)中,表示质点作匀速直线运动的是 ( )
【答案】A
如图所示,a、b两物体的速度图像互相平行,则两物体运动情况的区别是( )
A.速度大小不同
B.运动方向不同
C.起始时刻不同
D.相同时间内位移不同
【答案】AD
一个人沿平直的街道匀速步行到邮局去寄信,又以原来的速度大小步行返回原处.设出发的方向为正,则能近似描写其运动情况的图是( )
【答案】B
如图所示为甲、乙两质点的图象.对于甲、乙两质点的运动,下列说法中正确的是( )
A.质点甲向所选定的正方向运动,质点乙与甲的运动方向相反
B.质点甲、乙的速度相同
C.在相同的时间内,质点甲、乙的位移相同
D.不管质点甲、乙是否从同一地点开始运动,它们之间的距离一定越来越大
【答案】A
下图所示是物体的运动图象,纵坐标v表示物体的速度,横坐标t表示时间,其中哪个图象在现实生活中是不可能出现的 ( )
【答案】D
物体在一直线上运动,如图所示的各图中表示该物体作匀速直线运动的图象是 ( )
【答案】BC
在如图所示的四个图象中,不能够说明物体做往返运动的有 ( )
【答案】C
某同学的位移图象如图所示,若规定向东为位移的正方向,试分析物体各阶段的运动性质,并求出各阶段的速度,并画出该同学的速度图像.
【答案】内该同学做匀速直线运动,速度为:,方向向东;内物体处于静止状态;内该同学继续做匀速直线运动,速度为:,方向向东;内该同学继续做匀速直线运动,速度为:,方向向西;内该同学继续做匀速直线运动,速度为:,方向向西;该同学的具体图像如下图所示:
如图所示的是甲、乙两运动物体相对同一原点的位移一时间图象。下面有关说法中正确的是
A.甲和乙都做匀变速直线运动
B.甲、乙运动的出发点相距
C.乙运动的速率大于甲运动的速率
D.乙比甲早出发的时间
【答案】C
老师讲了一个新的龟兔赛跑的故事,按照老师所讲的故事情节,乌龟和兔子的图象如图所示,则根据图象可知( )
A.发令枪一响,乌龟先跑出去,兔子过一会儿才跑出去
B.兔子先加速前进,中途匀速前进,最后又加速前进
C.乌龟一直匀加速前进
D.兔子先通过预定的位移到达终点
【答案】D
如图所示的是甲、乙两个物体的图象,由图象可以判断( )
A.甲的运动速度比乙的运动速度大
B.甲、乙的运动方向是相反的
C.如果两个物体从同一位置同时出发,则两个物体会再次相遇
D.甲作匀速运动,乙作减速运动
【答案】B
小华从家里开始以一定的速度沿平直小路去同学家送一本书,停留一会儿后,又以相同速率沿原路返回家里,在如图所示的图象、图象中哪些可以表示小华的运动情况
【答案】B
如图所示的四个图像中表示物体作匀速直线运动的图象有 ( )
【答案】BC
下列关于匀速直线运动的图象、图象的说法正确的有 ( )
A.图象表示物体运动的轨迹,图象不表示物体运动的轨迹
B.在图象中不能表示出物体速度的大小
C.在图象中可以表示出物体速度的大小和某段时间t内的位移
D.图象一定经过坐标原点
【答案】BC
胡克
被誉为英国的“双眼和双手”的胡克,是17世纪英国最杰出的科学家之一,他在力学、光学、天文学等多方面都有重大成就,他所设计的科学仪器在当时是无与伦比的。他的主要成就有:在物理学研究方面,提出了胡克定律和万有引力的平方反比关系;在机械制造方面,设计了真空泵、显微镜和望远镜;在新技术发明方面,发明了万向接头、风向仪、水平仪等装置,许多设备至今仍在使用.下面我们就通过介绍胡克的一些成果,来逐步认识胡克这位杰出的科学家。
显微镜和望远镜
胡克出生之前很久显微镜就被发明和制造出来,但是,显微镜发明后半个多世纪过去了,却没有像望远镜那样给人们带来科学上的重大发现。
1663年苏格兰天文学家格里高利设计了格里高利望远镜,但在制造时失败了。10年后胡克利用自己高超的机械设计技术成功建设了第一个这种反射望远镜,并使用这一望远镜首次观测到火星的旋转和木星大红斑,月球上的环形山和双星系统。
1665年胡克根据英国皇家学会一位院士的资料设计了一台复杂的复合显微镜。有一次他从树皮切了一片软木薄片,并放到自己发明的显微镜观察。他观察到了植物细胞(已死亡),并且觉得他们的形状类似教士们所住的单人房间,所以他使用单人房间的cell一词命名植物细胞为cellua,这是历史上第一次成功观察细胞。同年胡克出版了《显微制图》一书,这本书包括了一些他使用显微镜或望远镜进行的观察,包括上述的软木切片,这本书奠定了胡克的科学天才声望。通过这本书科学界才发现显微镜给人们带来的微观世界和望远镜带来的宏观世界一样丰富多彩。在《显微制图》一书中,胡克绘画的天分得到充分展现,书中包括58幅图画,在没有照相机的当时,这些图画都是胡克用手描绘的显微镜下看到的情景。可惜的是,胡克自己的画像却一张也没有留存下来,据说唯一的一张胡克画像毁于牛顿的支持者之手。《显微制图》一书为实验科学提供了前所未有的既明晰又美丽的记录和说明,开创了科学界借用图画这种最有力的交流工具进行阐述和交流的先河,为日后的科学家们所效仿。
1684年时任英国皇家学会会长的塞缪尔·佩皮斯就是看到胡克的这本书,对科学发生了浓厚的兴趣,于是立即购买仪器于1665年2月加入皇家学会,他称赞该书为他一生中所读过的最具天才的书。荷兰工匠列文胡克受《显微术》一书启发,对胡克的显微镜镜片进行了改进,对微生物进行了细致的观察,被称为微生物学之父,胡克随后被皇家学会要求确证列文胡克的发现并予以发表。
胡克所用的显微镜至今仍然保存在华盛顿国家健康与医学博物馆中。
光学和力学
在光学方面,胡克是光的波动说的支持者。1655年,胡克提出了光的波动说,他认为光的传播与水波的传播相似。1672年胡克进一步提出了光波是横波的概念。在光学研究中,胡克更主要的工作是进行了大量的光学实验,特别是致力于光学仪器的创制。他制作或发明了显微镜、望远镜等多种光学仪器。
胡克在力学方面的贡献尤为卓著。早在1660年,胡克就提出了太阳系各行星间存在万有引力的假设,并认为这些具有万有引力的行星大多是球形星体,他还做了一系列的实验来证明地球重力的存在。胡克也曾为研究开普勒学说做出了重大成绩。在探讨万有引力的过程中,他首先发现了引力和距离平方成反比的规律。在研究引力可以提供约束行星沿闭合轨道运动的向心力问题上,1662年和1666年间,胡克做了大量实验工作。他支持吉尔伯特的观点,认为引力和磁力相类似。1664年胡克曾指出彗星靠近太阳时轨道是弯曲的。他还为寻求支持物体保持沿圆周轨道的力的关系而作了大量实验。1674年他根据修正的惯性原理,从行星受力平衡观点出发,提出了行星运动的理论,在1679年给牛顿的信中正式提出了引力与距离平方成反比的观点,但由于缺乏数学手段,还没有得出定量的表示。
胡克定律(弹性定律),是胡克最重要发现之一,也是力学的最重要基本定律之一。在现代,仍然是物理学的重要基本理论。胡克定律指出:“在弹性限度内,弹簧的弹力和弹簧的长度变化量成正比,即。是物质的弹性系数,它由材料的性质所决定,负号表示弹簧所产生的弹力与其伸长(或压缩)的方向相反。”为了证实这一事实,胡克曾做了大量实验,包括各种材料所构成的各种形状的弹性体。
胡克在光学和力学方面是仅次于牛顿的伟大科学家。
发明创造
胡克的发现、发明和创造是极为丰富的。他曾协助玻意耳发现了玻意耳定律。他曾发明过空气唧筒、发条控制的摆轮、轮形气压表等多种仪器。他还同惠更斯各自独立发现了螺旋弹簧的振动周期的等时性等。此外胡克还研究过肥皂泡的光彩、云母的颜色等许多光学现象。
胡克对当时的机械进行了很多改造,并发明了很多新装置。他发明了锚型擒纵机,也发明了摆轮游丝,通过这一装置,可以按周期控制发条宽紧,至今仍是钟表制作中的关键部件。他第一个制造出了万向接头,有时候被叫做胡克接头,可以允许刚性杆向任意方向运动,现在仍广泛应用于车辆的传动装置中。虽然意大利数学家卡尔达诺一世纪前就提出了万能接头的想法,但是没有制造出。还有风向仪,水平仪等装置的发明权也常常归功于他。
“倒霉蛋”
尽管胡克并不贫穷,但是他的日子过得实在不怎么样,晚年生活更是灾难性的,其中主要的原因是在发现“平方反比关系”优先权的争夺中得罪了牛顿。奇怪的是,胡克就像是个倒霉蛋,集聚在他身上的争议特别多。
在发现螺旋弹簧振动周期的等时性方面,是胡克在先还是惠更斯在先产生了长期的争论,直到2006年在
英国汉普顿郡一家人的橱柜中发现了胡克的关于皇家学会会议的记录,才提供了对胡克有利的证据。在建筑方面,胡克和其终生的好友雷恩之间也有许多未解之谜,如著名的格林尼治皇家天文台、为纪念1666年伦敦大火而建造的纪念碑等人们都以为是雷恩的设计,可是通过胡克的日记和朋友间的通信,人们发现这些建筑很可能是胡克设计的。甚至是胡克的为人和脾气也是一个有争论的话题,胡克常被描绘成一个忧郁的修道士般的老处男(胡克终身未婚),但是,他的日记显示出他是一个善于交际的、拥有很多朋友的人,哪一个才是真正的胡克呢?所有这些胡克之谜,都有待学者们进一步的研究。
英国历史学家指出,胡克之所以默默无闻,不为世人所知,完全是因为他的研究成果被当时身为英国皇家学会主席的牛顿给强行"消灭"了的结果。
1703年3月3日,胡克在落寞中去世了,在他死后不久,牛顿就当上了英国皇家学会的主席。随后,英国皇家学会中的胡克实验室和胡克图书馆就被解散,胡克的所有研究成果、研究资料和实验器材或被分散或被销毁,没多久,这些属于胡克的东西就全都消失了。
牛津大学瓦德海蒙学院历史学家亚兰·切普曼教授称当时胡克被忽略的情况,连牛顿最好的朋友、天文学家埃德蒙·哈雷都看不下去了,以至于劝说牛顿公开承认胡克在万有引力方面的研究成果,但牛顿却一口拒绝了。他认为胡克本人并不想追求功名,因此他当然不好"强人所难"。
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