追寻大师足迹领略科技魅力2.ppt

中学物理与STS教育：陈报南,一 近代物理学的奠基人和革命者,专题七 近代以来科学技术的辉煌,追寻大师足迹 领略科技魅力,讲授者：吕准能,三百年前，人类的思想还充斥着迷信和恐惧，水为什么往低处流？太阳为什么升起落下？这些今天看来简单之极的问题，在当时却是根本无法认识和把握的。直到牛顿出现，人类才终于结束了这种状态。 大国崛起解说词,巨人肩上的思索,伽利略（15641642），伟大的意大利物理学家和天文学家，他开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系和数学表述形式的近代科学，被誉为“近代科学之父”。他第一个用望远镜进行观测，出版了星空使者一书。,比萨斜塔，伽利略在此做过落体实验,我之所以能比别人看得远些，是因为我站在巨人们的肩上。 牛顿,古代物理学家： 墨子、阿基米德、 亚里士多德,后来作为大学教授，牛顿常常忙得不修边幅，往往领带不结，袜带不系好，马裤也不纽扣，就走进了餐厅。牛顿终生未娶。他马虎拖沓，曾经闹过许多的笑话。一次他边读书边煮鸡蛋，等他揭开锅想吃鸡蛋时，却发现锅里是一只怀表。还有一次，他请朋友吃饭，当饭菜准备好时，牛顿突然想到一个问题，便独自进了内室，朋友等了他好久就自己动手把那份鸡全吃不告而别了。,1643年伽利略逝世的这一天，牛顿出生，只有三磅重，谁也没有料到这个看起来微不足道的小东西会成为了一位科学巨人，并且竟活到了85岁。,2.牛顿力学体系,（1）产生过程,牛顿运动三定律,惯性定律,加速度定律,作用和反作用力定律,万有引力定律,（2）理论的科学性和预见性,准确算出了地球的平均密度和扁平率,正确地解释了潮汐的成因,发现了海王星,认识史上的飞跃,剑桥大学牛顿桥,无论从科学史还是整个人类的文明史来看这都是一本划时代的巨著。 -王克迪,1、光学，牛顿发现了日光是由不同的颜色即不同波长的光构成的，奠定了光谱分析的基础，制作了牛顿色盘。他在1704年出版了光学一书，创立了光的“微粒说”。 2、热学方面也有研究成果，确定了冷却定律。 3、数学，他与莱布尼兹几乎同时创立了微积分学，他还在前人研究基础上，建立了二项式定理。 4、天文学，1671年创制了反射望远镜，初步考察了行星的运动规律；他还解释了潮汐现象，并预言地球不是正球体，并由此说明了岁差现象。,牛顿之“牛”,牛顿力学体系建立的意义,构成了近代力学体系的基础，成为整个近代物理学的重要支柱。,对自然界的力学现象做了系统合理的说明，从而完成了人类对自然界认 识史上的第一次理 论大综合。,近代科学形成的标志。推动了第一次工业革命。,“19世纪已经将物理大厦全部建成，今后物理学家只是修饰和完美这座大厦。”,“我好像是一个在海边玩耍的孩子，不时为拾到比通常更光滑的石子或更美丽的贝壳而欢欣鼓舞，而展现在我面前的是完全未探明的真理之海。” 牛顿临终遗言,此情形并未能持久， 魔鬼喝道： “嗬！让爱因斯坦问世！” 世界又变得难以捉摸。 -英国现代派诗人J.CSquire,爱因斯坦的“时空” ,一沙一世界，一花一天堂。 无限掌中置，刹那成永恒。 徐志摩 译,艾伯特爱因斯坦（18791955），1879年诞生在德国乌尔姆的犹太人家中。1894年举家迁居米兰。1900年毕业于瑞士苏黎世工业大学。 爱因斯坦被认为是最富于创造力的科学家，他不但创立了相对论，还提出了光量子的概念，得出了光电效应的基本定律，并揭示了光的波粒二重性本质，为量子力学的建立奠定了基础。为此荣获1921年度的诺贝尔物理学 奖。同时，他还证明了热的分子 运动论，提出了测定分子大小的 新方法。,狭义相对论,创立,1905年创立,内容,时间和空间都与物质运动有关,时间和空间随着物质运动速度 的变化而变化,狭义相对论的影响,修正了牛顿力学的绝对时空观,继承和发展了牛顿力学,奠定了利用原子能的理论基础,2005世界物理年,(2)广义相对论,提出:1916年,内容,意义,第一次阐述了四维时空和物质的分布相联系的重要思想,爱因斯坦关于相对论的比喻。为了对这深奥理论做通俗的说明，曾风趣地对一名男青年说：我打个比方，比如你屁股坐在火炉上烤和坐在公园柳荫下与女士谈情说爱，那么，同样的时间你觉得哪一个更长？”男青年说：“当然坐在火炉上烤的时间觉得长久。”形象说明了时空相对性。,相对论建立的意义,是对近代物理学理论框架的重大突破，深刻揭示了空间和时间的本质属性,全新的时空观，运动观和物质观的形成，是人类思想发展史中的一次根本性变革，,量子论和相对论是现代物理学的两大支柱，量子论的形成标志着人类开始从宏观世界深入到微观世界。量子力学和狭义相对论结合形成原子核物理学，指导制造原子弹、氢弹和建立核电站。量子力学还为电子技术、半导体技术和激光技术等奠定了理论基础。,1955年4月18日因主动脉瘤破裂逝世于普林斯顿。遵照他的遗嘱，不发讣告，不举行公开葬礼，不建坟墓，不立纪念碑。骨灰撒在永远对人保密的地方，为的是不使任何地方成为圣地。 他的主治医生贺维博士认为如此伟大的大脑，应该进行研究，所以他便把爱因斯坦的大脑保留了下来，并切成200片带走。但至今没有结论。,“爱因斯坦的相对论是人类思想史上最伟大的成就之一，也许就是最伟大的成就，它不是发现一个孤岛，而是发现了新的科学思想的新大陆。” （英国）皇家学会会长汤姆逊,经典力学体系的创立和发展,量子理论的诞生(从普朗克到爱因斯坦),相对论的建立（爱因斯坦）,现代物理学理论的发展,本课知识结构,近代物理学的奠基人和革命者,伽利略对亚里士多德力学观的否定,牛顿对前人科学理论的发展,课外讨论：我们应如何优化教育来培养科学精神？,普朗克，生于基尔，在慕尼黑大学获得博士学位。由于量子论创立，普朗克获得1918年诺贝尔物理学奖。父亲是杰出的法律教授。普朗克是德国人所具有的最好品质的范例：诚恳、忠于职守，他的业余爱好是音乐，表现了专业艺术才干；另一业余爱好是他一直坚持的登山运动。,量子力学的创立者,驱走乌云的太阳,19世纪末，物理学界连续发生了三个重大事件，这就是X射线、放射性和电子的发现。这三大发现以实验事实使得原子不可分、不变化的传统观念发生了动摇。物理学家们曾认为的似乎已经基本上完成了的经典物理学体系，从根本上出现了动摇，这就是所谓的“物理学危机”。 过去的物理学都以牛顿的理论为基础，认为时间和空间是绝对的，似乎宇宙间存在着一个永远走动着的大钟，在任何情况下，它的速率永远都是相同的，世界上的一切运动在时间上都以它为度量标准。,假如我说我有一些微小的成就的话，没有其他秘诀，唯有勤奋而已。 今后的历史学家会把我描述成“最幸运”的科学家，因为我以一种前所未有的方法，并在一个极为有利的时代，将许多现存的科学进展组合在一起。牛顿,科学的基本定义 科学是崇尚真理和真实的人们的，永无止境地探索、实践，阶段性地趋于逼近真理，阶段性地解释和揭示真理的阶段性、发展性、历史性、辩证性、普遍性、特殊性、信息性等特点，尽可能不包含自相矛盾的知识体系,且是一项永远造福人类社会的高尚事业。,1781年天王星被发现，科学家用牛顿力学计算它的轨道，可是计算结果总是同观测纪录不大相符。经反复核算，观测无误。,因为太阳系中还有一颗未知行星，没有考虑到它对天王星的引力作用。用牛顿力学算出了这颗未知行星的位置和质量。1848年9月23日，柏林天文台台长用望远镜对准勒维列所指出的位置，一下子就看到了一颗新的行星海王星。勒维列无需观测星空，就在笔尖上发现了新行星。牛顿力学又创造了新的奇迹。,海王星和冥王星的发现,成功的秘诀 一个爱说废话而不爱用功的青年，整天缠着大科学家爱因斯坦，要他公开成功的秘诀。爱因斯坦厌烦了，便写了一 个公式给他：Axyz 爱因斯坦解释道：“A代表成功，x代表艰苦的劳动，y代表正确的方法” “z代表什么？”青年迫不及待地问。“代表少说废话。”爱因斯坦说。,相对论的现实意义举例相对论能修正GPS（全球定位系统） 全球定位系统GPS的应用也已普及化了，许多城市的公共汽车、出租车上都安装了它。早期的GPS接收器确定物体位置的误差是在15米范围内，这个误差可以用爱因斯坦相对论来修正。,红色代表过去 蓝色代表未来 黄绿表连结过 去到未来,2005世界物理年,对物理学家而言，这个标识象征的是光锥；对一般大众而言常被看成是沙漏，象征着爱因斯坦在时间相对性上渊博的见解及洞察力。,本专题总体知识结构,科学 革命,技术 革命,物理学 领域,生物学 领域,经典力学体系的创立和发展（从伽利略到牛顿）,量子理论的诞生（从普朗克到爱因斯坦）,相对论的建立（爱因斯坦）,进化论理论（达尔文与赫胥黎）,万能原动机与“蒸汽机时代”（瓦特）,电力的广泛应用与“电气时代”（法拉第、西门子等）,现代信息技术与信息时代,现代物理学理论的发展,世界近代科学是从中世纪神学中解放出来从而得到发展的。17世纪牛顿力学体系的建立，将天上和地上的物质运动第一次加以理论性的概括和综合，反映了宏观物体低速运动的客观规