近代物理学的革命者和奠基人

近代物理学的革命者和奠基人（1）托勒密的“地球中心说”——中世纪基督教神学的理论基础（2）哥白尼的“太阳中心说”——动摇了封建神学的基础“天体运行说”的发表标志着近代自然科学的产生天文学成就（3）开普勒发现行星沿椭圆型的轨道绕太阳进行第2页,共27页，2024年2月25日，星期天伽利略1、制成第一架天体望远镜2、“天空的哥伦布”，论证了新天文学的正确性第3页,共27页，2024年2月25日，星期天布鲁诺

发展哥白尼学说，认为太阳也不是中心，宇宙是无限的。第4页,共27页，2024年2月25日，星期天（1）托勒密的“地球中心说”——中世纪天文学的理论基础（2）哥白尼的“太阳中心说”——动摇了封建神学的基础“天体运行说”的发表标志着近代自然科学的产生天文学成就（3）开普勒发现行星沿椭圆型的轨道绕太阳进行（4）伽利略：制成第一架天文望远镜（5）布鲁诺：宇宙是无限的第5页,共27页，2024年2月25日，星期天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近代物理学的奠基人和革命者伽利略是经典力学的奠基者(自由落体定律）牛顿是经典力学的建立者（运动三定律和万有引力定律）知识结构第6页,共27页，2024年2月25日，星期天

一、经典力学体系的创立和发展1、背景（1）物质基础：17世纪英国资本主义经济的迅速发展；（2）思想基础：文艺复兴和宗教改革运动解放了人们的思想，科学逐渐从神学的桎梏中解放出来，进入到实验科学的时代；（3）理论基础：以伽利略为代表的科学家勇于探索的努力，奠定了经典力学的理论基础。第7页,共27页，2024年2月25日，星期天自由落体定律牛顿（1642—1727）“巨人肩上的思索”

牛顿曾谦逊地说：“如果我比别人看得远些，那是因为我站在巨人们的肩上。”

第8页,共27页，2024年2月25日，星期天伽利略：通过观察、实验和推理，得出结论：如果运动物体不受阻碍，它将速度保持不变地持续运动下去。突出成就：创立自由落体定律一、经典力学体系的创立和发展亚里士多德：力学观：必须有力作用在物体上，物体才能运动，没有力的作用，物体就会静止。第9页,共27页，2024年2月25日，星期天附：伽利略奠定基础①创立科学的研究方法：实验和观察。②物理学：实验证明力与运动状态的关系，发现自由落体定律等。（被称为近代自然科学之父、物理学之父）③天文学：自制望远镜观察天体并取得大量成果的第一人，证明了哥白尼“日心说”的正确性。第10页,共27页，2024年2月25日，星期天

1590年，伽利略在比萨斜塔上做了“两个铁球同时落地”的著名实验，从此推翻了亚里士多德“物体落下的速度和重量成比例”的学说，纠正了这个持续了1900年之久的错误结论。自由落体定律第11页,共27页，2024年2月25日，星期天伽利略与望远镜17世纪初，伽利略发明了第一架天文望远镜，在发现木星的四颗大卫星之后，看到了犹如一把弯镰的金星。伽利略在《星际使者》一书中向人们报告了自己的发现。这一重大发现有力地驳斥了地心说，为哥白尼的日心体系提供了一个强有力的证据。第12页,共27页，2024年2月25日，星期天2、牛顿创立经典力学

牛顿曾谦逊地说：“如果我比别人看得远些，那是因为我站在巨人们的肩上。”“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。”

——牛顿临终遗言伽利略的自由落体定律惯性定律加速度定律笛卡尔等人对碰撞运动的研究作用力与反作用力定律开普勒等人有关天体力学方面的研究成果万有引力定律一、经典力学体系的创立和发展第13页,共27页，2024年2月25日，星期天（2）内容：

一、经典力学体系的创立和发展2、牛顿创立经典力学（1）标志：1687年《自然哲学的数学原理》运动三大定律和万有引力定律（3）特点：

以实验为基础，以数学为表达形式经典力学最显著的特征之一就是注重实验，实验可以进一步揭示客观现象和过程之间内在的逻辑联系，并由此得出重要的结论。另一个显著特征是它的数学化，这种数学化的根源是自然内在的数学关系。自然的数学结构是近代科学的先驱们深信不疑的真理。第14页,共27页，2024年2月25日，星期天3、评价：意义：（1）科学意义：（2）社会意义：局限：①牛顿力学体系完成了人类对自然界认识史上的第一次理论大综合，标志近代科学的形成。②体现了自然科学惊人的预见力和巨大的理论指导意义。③适用于整个太阳系、一切天体运动以及宇宙中的所有物体①思想：把造物主（神）从无生命现象的研究领域驱逐出去，促进了思想解放；②经济：经典力学及其后物理学的研究成果，促进了两次科技革命的出现，推动了经济发展。

只适用宏观世界低速运动状态，绝对的时空观无法解释微观高速运动现象。一、经典力学体系的创立和发展第15页,共27页，2024年2月25日，星期天海王星以前发现的行星，都是先通过肉眼或望远镜看到，然后根据观测记录计算出它们的运动轨道。而海王星的发现，是先通过理论分析，计算出了它的运动轨道，然后用望远镜按照计算的结果去观测，果然在预言的位置附近发现了它。2006年8月在布拉格召开的国际天文学联合会大会上通过了行星的定义。按照定义，冥王星已不能算是行星了，所以原先的太阳系九大行星就变成了八大行星，即水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星。海王星和冥王星的发现第16页,共27页，2024年2月25日，星期天哈雷慧星轨道的推算长期以来，人们一直认为彗星是神秘的，不吉利的灾星，根本不能用科学来说明。牛顿的好友哈雷用牛顿力学算出了1682年出现的彗星的轨道，指出它的回归周期是75—76年，由此预言它将在1758年再次出现。53年以后的1758年（当时哈雷已去世），这颗彗星果然如期出现。哈雷慧星的发现验证了万有引力定律的科学性。第17页,共27页，2024年2月25日，星期天牛顿为工业革命创造了一把科学的钥匙，瓦特拿着这把钥匙开启了工业革命的大门。第18页,共27页，2024年2月25日，星期天解析：B。此题对图片信息的解读要求较高，第一层信息月亮受地球引力影响绕着地球转，第二层信息月亮运行同时还受其它星体引力的影响，科学家们正是根据万有引力定律预测和计算才发现了海王星的，故选B。此题用排除法也比较容易选出B。【高考真题】（2010·福建文综20）图9是一张历史研究性学习涉笔活动宣传海报的配图。据此判断，下列标题中最适合于这份海报的是（）A．“超越时空的梦想”B．“探索与发现：海王星”C．“普朗克的假说与验证”D．“比萨斜塔—亚里士多德力学学说的终结”第19页,共27页，2024年2月25日，星期天思考：牛顿的一生有哪些重大理论发现？这些理论发现的贡献是什么？1、数学：提出二项式定理以及微积分的初步算法2、光学：1）用自制的折射望远镜对太阳光实验，证明日光由七色光组成，还进一步说明物体颜色的形成原理

2）1672年《关于光和色的新理论》提出光的本质是微粒学说。与惠更斯的“波动说”构成了关于光的两大基本理论。3、天文学：1）用反射望远镜考察行星运动分析潮汐现象，预言地球不是正球体

2）发现万有引力定律，推动人们对天体运动研究4、物理学：《自然哲学中的数学原理》提出三大运动基本定律和万有引力定律，标志牛顿力学体系建立即经典力学体系建立。第20页,共27页，2024年2月25日，星期天

质疑与思考：经典力学体系是最完美的物理学理论吗？

19世纪末，面对经典物理学近乎完美的发展，有的物理学家表示：“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。”

经典物理学是以日常生活中常见的低速运动的宏观物体为研究对象的，一旦进入光速运动微观世界时，经典物理学的某些结论就变得不准确在这种背景下，相对论与量子论应运而生第21页,共27页，2024年2月25日，星期天标志：1900年，德国科学家普朗克提出量子概念，后在《关于正常光谱能量分布定律的理论》中阐述了这一思想，标志着量子理论的诞生影响：量子力学成为反映自然界基本规律的理论体系，指导者人们向物质运动的各个层面进行深入探讨。标志着人类对客观规律的认识，开始从宏观世界深入到微观世界。改变了近代物理学中的传统观念,使物理学乃至整个自然科学的观念发生了重大变革。1、量子论的诞生与发展──普朗克发展：（1）德国爱因斯坦：解释光电效应，得出光具有波粒二象性；

（2）法国德布罗意：提出物质波理论；

（3）奥、德物理学家：建立量子力学二、现代物理学第22页,共27页，2024年2月25日，星期天3、量子论和量子力学的影响：（1）成为反映自然界基本规律的理论体系，指导着人们向物质运动的各个层面进行深入探讨。量子论使人类对微观世界的基本认识取得革命性的进步，成为20世纪最深刻、最有成就的科学理论之一。（2）让人们从根本上改变了近代物理学中的传统观念，使物理学乃至整个自然科学的观念都发生了重大变革。量子论与相对论一起构成现代物理学的基础，并弥补了经典力学在认识宏观世界和微观世界方面的不足。推动了物理学自身的进步，开阔了人们的视野，改变了人们认识世界的角度和方式。二、现代物理学第23页,共27页，2024年2月25日，星期天（二）爱因斯坦创立相对论1、历史背景：（1）19世纪科学得到了飞速发展；（2）经典力学无法解释研究中遇到的一些问题，如高速运动的微观粒子等。经典力学认为，时间和空间与物质运动无关，存在着绝对的静止和绝对的时间。这与人们的一般看法一致。但到了19世纪，经典力学无法解释研究中遇到的一些新问题，面临着挑战。二、现代物理学第24页,共27页，2024年2月25日，星期天（二）爱因斯坦创立相对论2、相对论的提出及主要内容：（1）提出：（2）内容：

1905年，刚刚得到博士学位的爱因斯坦发表的一篇题为《论动体的电动力学》的文章，提出了著名的相对论，引发了二十世纪物理学的另一场革命。相对论包含狭义相对论和广义相对论。狭义相对论（1905年）认为，①物体运动时，质量会随着物体运动速度增大而增加，②同时，空间和时间也会随着物体运动的变化而变化，即会发生尺缩效应和钟慢效应。广义相对论（1916年）认为，空间和时间的性质不仅取决于物质的运动情况，也取决于物质本身的分布状态。二、现代物理学第25页,共27页，2024年2月25日，星期天相对论和量子力学是现代物理学的两大基本支柱。奠定了经典物理学基础的经典力学，不适用于高速运动的物体和微观领域。相对论解决了高速运动问题；量子力学解决了微观亚原子条件下的问题。相对论颠覆了人类对宇宙和自然的“常识性”观念，提出了“时间和空间的相对性”、“四维时空”、“弯曲空间”等全新的概念。狭义相对论最著名的推论是质能公式，它可以用来计算核反应过程中所释放的能量，并导致了原子弹的诞生。而广义相对论所预言的引力透镜和黑洞，也相继被天文观测所证实。第26页,共27页，2024年2月25日，星期天（二）爱因斯坦创立相对论3、意义：（1）科学：（2）思想：是对牛顿