历史：第25课《现代科学革命》课件4(岳麓版必修三).ppt

从经典力学到相对论和量子论,第25课 现代科学革命,经典物理学是指以牛顿力学为代表的运动三大定律和万有引力定律,及在此基础上建立的理论体系。,牛顿经典力学的历史地位,（1）为力学学科确定了基本概念和基本定律，使力学形成系统化和理论 化的知识体系而达到成熟和完善，并带动了其他学科的发展。 （2）把天上和地上的运动统一起来，实现了人类对自然界认识的大综合。 （3）引发了第一次工业革命，使人类进入蒸汽时代。 （4）为启蒙思想和唯物主义哲学奠定了科学基础。,经典物理学 17世纪后期，牛顿发表了著名的力学三定律（惯性定律、加速度的比例定律、作用与反作用定律）和万有引力定律，标志着经典力学体系的建立。,导入,当德国著名的 物理学家普朗克年轻时向他的老师求教，是选择音乐还是物理学作为自己终身的职业时，得到的答复是：“物理学基本是一门已经完成了的科学，因此，对于物理学的研究实际上是不会有多大成果的。” 当时许多物理学家认为：物理学的大厦已经 落成，人类对自然界的认识已经到了尽头。,物理学的新发现：X射线、放射性和电子的发现，这三大发现都无法用经典物理学来解析，与经典物理学的理论体系产生了尖锐的矛盾，揭示了经典物理学的局限性。,经典物理学所研究的是人们日常生活中易于理解的宏观世界，三大发现所揭示的却是人们没有直接经验的微观现象。这就要求人们对物质的认识要提高到一个新的层次，物理学要进行一场彻底的变革。,一、经典物理学的危机,1、1719世纪牛顿经典力学日趋完善、成熟。,2、 19世纪末以牛顿力学为基础的经典物理学无法解释物理学的新发现而陷入危机,思考中的晚年爱因斯坦,青年时期的爱因斯坦,二、爱因斯坦与相对论,生平简介,爱因斯坦（Albert Einstein，1879-1955）， 1879年生于德国，是举世闻名科学家，现代物理学的开创者和奠基人。爱因斯坦1900年毕业于苏黎士工业大学，1909年开始在大学任教，1914年任威廉皇家物理研究所所长兼柏林大学教授。 1933年受希特勒迫害离开德国移居美国, 爱因斯坦在物理学的许多领域都有贡献，比如建立狭义相对论并推广为广义相对论、提出光的量子概念，并以量子理论解释光电效应、辐射过程、固体比热等。1921年获诺贝尔物理学奖。,二、爱因斯坦与相对论,1、相对论的提出 1905年提出匀速运动体系的狭义相对论；1916年提出加速运动体系的广义相对论。,2、主要内容： 相对性原理和光速不变原理。,如何理解相对论？,在相对性原理中，爱因斯坦认为时间、运动、质量不是绝对的，而是相对的。较典型的现象是运动的物体长度变短（尺缩效应）、运动的钟比静止的钟走得慢（钟慢效应）、运动的物体重量变大。 光速不变原理则认为光的传播速度在任何条件下都是不变的。,这就提醒人们甚至要敢于怀疑常识，勇于创新，因为即使生活中习以为常、看起来无懈可击的规律都有可能是不科学的。,问题探究 由于相对论的观点与人们的日常经验不太一致，甚至有着尖锐的冲突，相对论从一开始就受到包括一些科学家在内的很多人的反对。1921年爱因斯坦获得了诺贝尔奖，当时不少德国的诺贝尔奖获得者威胁说，如果给相对论授奖，他们就要退回已获得的奖章，结果评选委员会只好让爱因斯坦作为光电效应理论的建立者得奖，相对论始终没有获得诺贝尔奖。但相对论在物理学上却非常合理且为实验所证实。,这说明了一个什么问题?可以给我们什么启发?,3、相对论的意义： （1）解决了经典物理学的危机，创造了一个全新的物理学世界，极大地扩展了物理学的应用的领域；也使人们对自然规律的探索从普通世界深入到广阔的宏观宇宙空间。 （2）打破了经典物理学绝对化的思维模式，为人们提供了辩证看待世界的途径。,材料解析题： 爱因斯坦说，在牛顿时代，牛顿的道路是一位具有最高思维能力和创造力的人所能发现的唯一道路；牛顿所创造的概念，至今仍然指导着我们的物理学思想。 请回答： “牛顿时代”在物理学上指什么时代？ 有人认为相对论出现后，牛顿在历史上的光辉完全被摸掉。爱因斯坦是如何评价牛顿的？你同意哪一种观点？说出你的理由。,经典力学体系建立的时代,爱因斯坦认为，牛顿“是一位具有最高思维能力和创造力的人”，其理论对现代物理学仍然具有指导作用。 同意第一种：牛顿力学体系的建立是近代科学形成的标志，在欧洲启蒙思想宣扬科学、反对封建神学的运动中发挥了极大的作用，以牛顿力学为代表的经典物理学开创了一个崭新的科学时代。相对论是在经典物理学基础上发展起来的，两者之间是继承与发展而不是相互排斥的关系。,牛顿力学体系与爱因斯坦相对论的关系,1 牛顿力学体系概括了物体宏观运动的规律，这些定律有一个不容忽视的前提，即物体在低速运动的情况下这些定律才适用。 2 爱因斯坦的相对论否定了牛顿的绝对时空观，指出时间和空间的辩证关系，即时间和空间不是绝对不变的，而是随着物质的运动而变化的，并提出质量能量公式，加深了人们对物质和运动的认识，在哲学和科学上都具有重大意义。 3 相对论发展了牛顿力学，牛顿力学只是相对论在低速运动状态下的一个特例。牛顿力学是整个力学的基础，牛顿所创造的力学概念至今仍是物理学的重要思想。,相对论构成了现代物理学的两大支柱之一.那么,现代物理学的另一个支柱又是什么呢?,量子理论是现代物理学的另一大支柱。,三、量子理论中的微观世界,1.提出：,德国物理学家普朗克,普朗克（18581947年），德国物理学家、哲学家，量子理论的奠基人，1879年在慕尼黑大学获得博士学位后，先后在慕尼黑大学和基尔大学任教授。1888年任柏林大学理论物理研究所所长。他在物理学上最大的贡献是1900年提出辐射量子假说。并因此获得1918年诺贝尔物理学奖。,量子假说最先由德国物理学家普朗克于1900年提出。他认为，物质的辐射能不是连续的，而是以最小的、不可再分的能量单位即能量量子的整数倍跳跃式地变化的。 随后英国物理学家卢瑟福和丹麦物理学家玻尔把量子论用于原子结构的研究，证实原子是由带正电的原子核和带负电的电子组成。电子在不同轨道上围绕着原子核运动，当电子从外层轨道跳到内层轨道时就放出相应波长的电磁波。玻尔在此基础上创立了原子结构的理论。 爱因斯坦利用原子论成功地解释了光电效应出现的现象及光的本质，进一步推动了量子论的发展。,量子论的形成标志着人类对于客观规律的认识，开始从宏观世界深入到微观世界。基于量子规律的新技术深深地改变了人类的生活，包括激光技术和电子计算机的出现；在量子论的基础上发展起来的量子力学，极大地促进了原子核物理等科学的发展，人类从此进入了核能时代。,3、意义：,2、主要内容： 普朗克提出的量子假说、爱因斯坦提出光 的量子理论、玻尔提出原子的量子理论。,量子论和相对论是现代物理学的两大支柱。 想一想: 量子理论和相对论的提出有什么共同点?,共同点： 从背景上看，19世纪末，物理学得到了极大的发展，物理学的研究一方面深入到物质内部的微观世界，另一方面扩展到整个宇宙。但是，一系列新的发现无法用经典物理学解释，这使得经典物理学陷入了危机，面临着挑战。 从产生过程看，第一，都是科学大师们敢于向权威挑战，追求真理的结果。第二，都经历了一个产生发展完善的过程。,想一想 爱因斯坦根据相对论的观点提出质能转换理论后，曾致信美国总统罗斯福，建议美国研制原子弹，以便在二战中尽快战胜法西斯国家。1945年8月，美国先后在日本的广岛、长畸投下两颗原子弹，加速了日本法西斯的投降，但对无辜平民的伤害也同样令全世界震惊。爱因斯坦为此非常懊悔。从这件事中，我们能得到什么启发？我们应如何对待科学的发展？,答题要点：科学理论对科学技术的发展有巨大的推动作用，但科学技术本身是一把双刃剑。科技能造福人类，推动生产力水平的提高，但如果运用不当，也能危害人类。,阅读宇宙发现巨大“轴线”“相对论”可能遭颠覆,据俄罗斯媒体2006年2月3日报道，美国“宇宙微波背景辐射探测器”日前传回的最新数据在世界科学界引起了巨大震动，有可能颠覆现有的部分基础性理论。 在测量宇宙中各个不同区域背景辐射温度的过程中，“宇宙微波背景辐射探测器”意外地发现，在辽阔的宇宙空间中居然存在着一条贯穿整个宇宙的奇特“轴线”。目前，科学家们正在着手构建该“轴线”的空间模型。 专家们指出，新近发现的这条“轴线”将会动摇当今所有有关宇宙诞生和演化过程的理论，这其中也爱因斯坦的“相对论”。 根据爱因斯坦提出的“相对论”，空间和时间的分布在“大爆炸”发生后