近代物理学的奠基人和革命者.ppt

江苏省仪征中学王玉兵教学课件1 专题七 近代以来科学技术的辉煌 导语 （一）本专题主要涉及的问题 （二）涉及的主要理论问题 （三）学习思考 为什么15世纪下半叶以后西 方的科学技术取得了辉煌的成就 ？ 江苏省仪征中学王玉兵教学课件2 （一）本专题主要涉及的问题 近代物理学中牛顿力学体系形成和爱因 斯坦在理论物理学方面的革命性成就；人类探 索生命起源的历程，重点涉及细胞学说、进化 论和物种起源；蒸汽机应用于生产给人类文明 发展带来的巨大变化；现代交通通信技术的发 展，改变了人类的时空概念，使人类进入电子 信息时代。 讲述了人类认识由低级向高级发展的历 程，从科学技术层面了解人类社会发展的基本 特征。 江苏省仪征中学王玉兵教学课件3 （二）涉及的主要理论问题 科学技术创新与尊重权威的 关系; 科学与哲学和宗教的关系; 科学技术是生产力以及科学 改变人类的命运等。 江苏省仪征中学王玉兵教学课件4 （三）学习思考 为什么15世纪下半叶以后西方的科学技 术取得了辉煌的成就？ （1）文艺复兴、宗教改革等思想 解放运动的影响； （2）资本主义的发展提供了物质 基础； （3）科学家勇于探索的精神。 江苏省仪征中学王玉兵教学课件5 一、近代物理学的奠基人和革命者 课标要求 了解经典力学的主要内容 ，认识其在近代自然科学理论 发展中的历史地位。知道相对 论、量子论的主要内容，认识 其意义。 江苏省仪征中学王玉兵教学课件6 （一）巨人肩上的思索 （经典力学体系的创立和发展） 1经典力学的奠基者意大利 科学家伽利略 （1）伽利略对亚里士多德力学观的否定 （2）开创科学的研究方法 （3）突出成就 2牛顿对前人科学理论的发展 江苏省仪征中学王玉兵教学课件7 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”。他第一个把望远镜对准天 空进行观测，出版了星空使者 一书。1632年，他出版了关 于托勒密和哥白尼两大世界体系 的对话，把哥白尼的学说推到 了最终胜利的阶段。 江苏省仪征中学王玉兵教学课件8 (1)伽利略对亚对亚 里士多德力学观观的否定 亚里士多德的力学观：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。 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。 江苏省仪征中学王玉兵教学课件9 （2）开创创科学的研究方法： 伽利略的折射式望远镜 伽利略的手稿 1609年，伽利略创制了天文望远镜。他观 测到月球表面凹凸不平，并绘制了第一幅月 面图。 观察、实验 和推理。 江苏省仪征中学王玉兵教学课件10 （3）突出成就 创立了自 由落体定 律，从而 推翻了亚 里士多德 的学说。 意大利的比萨斜塔 江苏省仪征中学王玉兵教学课件11 2。牛顿对前人科学理论的发展 （1）科学巨著 自然 哲学的数学 原理总结 了牛顿力学 体系以及在 数学、天文 学方面的研 究成果。 牛顿（ 16421727） 牛顿出生于英国 的林肯郡，牛顿 曾经长期担任英 国皇家学会会长 ，授予爵士称号 。1727年，他病 逝，被安葬于威 斯敏斯特教堂， 这是一种极高的 荣誉。 江苏省仪征中学王玉兵教学课件12 江苏省仪征中学王玉兵教学课件13 惯性定律 加速度定律 作用和反作用定律 万有引力定律 牛顿 运动 三定 律 经典力学体系 （2）经典力学体系的主要内容 江苏省仪征中学王玉兵教学课件14 （3）经典力学体系的历史地位 理论：牛顿力学体系正确地反映了宏观物体低 速运动的客观规律，对自然界的力学现象做出 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。 影响：经典力学体系的建立标志着近代科学的 形成；从此科学摆脱了神学的束缚向前发展。 实践：根据万有引力定律，人们准确地算出地 球的平均密度和扁平率；正确地解释了潮汐的 成因；还发现了海王星。 江苏省仪征中学王玉兵教学课件15 对地球认识的变化 江苏省仪征中学王玉兵教学课件16 海王星王和冥星的发现 江苏省仪征中学王玉兵教学课件17 牛顿捡到了哪些“光滑的石子”和 “美丽的贝壳”？ “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 江苏省仪征中学王玉兵教学课件18 牛顿（1642-1727 ） 著作：自然哲学 的数学原理（ 1687） 他提出了物体机械 运动的三大定律和 万有引力定律，创 建牛顿力学体系。 江苏省仪征中学王玉兵教学课件19 牛顿的成就与前人研究成果的关系 “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。” 近代科学在否定中发展，在继承中 发展，在综合中发展 江苏省仪征中学王玉兵教学课件20 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。” 高速运动的微观粒子发生的现 象，是经典力学无法解释的！ 江苏省仪征中学王玉兵教学课件21 （二）驱走乌云的太阳 （量子理论的诞生） 1量子理论的诞生 2量子理论的发展 3量子论和量子力学的意义 江苏省仪征中学王玉兵教学课件22 1量子理论的诞生 （1）基础： （2）诞生： 奥地利物理学家斯蒂芬对黑体的研 究成果。 1900年，德国物理学家普朗克提出了 量子概念。并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。 江苏省仪征中学王玉兵教学课件23 普朗克，生于基尔。1879年 普朗克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。由于量子论创立，普 朗克获得1918年诺贝尔物理学奖 。他的父亲是一位杰出的法律教 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，在这方 面表现了专业艺术才干；另一项 业余爱好是他一直坚持到晚年的 登山运动。 江苏省仪征中学王玉兵教学课件24 2量子理论的发展 （1）德国爱因斯坦：将量子理论推广 到光学中，成功解释了光电效应，得 出光具有波粒二象性的结论。 （2）法国德布罗意：提出物质波理论 。 （3）数年后，奥地利、德国的物理学 家建立了量子力学。 江苏省仪征中学王玉兵教学课件25 3量子论和量子力学的意义 （1）量子力学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。 （2）量子理论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。 江苏省仪征中学王玉兵教学课件26 （三）爱因斯坦的“时空” （相对论的建立） 1狭义相对论 2广义相对论 3相对论建立的意义 江苏省仪征中学王玉兵教学课件27 狭义相对论发表100周年， 也许全世界只有几十个人能完全理解他的真谛， 但这并不能掩盖相对论对人类生活的巨大改变。 江苏省仪征中学王玉兵教学课件28 关于相对论，有人说：这个形式简洁 优美的理论蕴藏了太多令人惊讶的内 容，100年来，人们时时从中悟出宇宙 层出不穷的奥秘，直到今天，这里还 有很多内容没有被我们悟透。 这个“优美的理论”包含了哪些主要 内容呢？让我们一起来领略相对论 的奥妙。 江苏省仪征中学王玉兵教学课件29 1狭义相对论 （1）提出： （2）内容： （3）认识： 1905年，爱因斯坦发表论动体的电 动力学，创立狭义相对论。 相对性原理和光速不变原理；时间和 空间都与物质的运动有关，随着物质运动 速度的变化而变化。（E=mc2） 否认了牛顿力学的绝对时空观点，是 对牛顿力学的继承和发展。 江苏省仪征中学王玉兵教学课件30 “天上方一日，人间已一年” 乘坐“光子火箭”的星际旅行 乘坐“光子火箭”以光速作 星际旅行，回到地球时，我们会 发现什么变化？ 江苏省仪征中学王玉兵教学课件31 这个故事形象地说明了时间和空间 的相对性。 爱因斯坦关于相对论的比喻。 为了对这一深奥的理论做通俗的说明，爱 因斯坦曾经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。”爱因斯坦说：“这就 是我的相对论内容。” 江苏省仪征中学王玉兵教学课件32 2广义相对论 （1）提出： （2）内容： （3）认识： 1916年，爱因斯坦把狭义相对论推广到 加速运动的参考系中，建立了广义相对论。 物质存在的现实空间不是平坦的，而是 弯曲的；空间弯曲的程度体现为引力场强度 ；时间、空间不是独立的实在，它们是物质 存在的形式。 它第一次阐述了四维时空和物质的分布 相联系的重要思想。 江苏省仪征中学王玉兵教学课件33 爱因斯坦的“时空弯曲”概念 江苏省仪征中学王玉兵教学课件34 3相对论建立的意义 （1）爱因斯坦相对论的建立，是对近代物理学 理论框架的重大突破，它不仅揭示了空间、 时间的可变性，时空的变化和时空结构同物 质的运动和状态密不可分。 （2）这种全新的时空观、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 ，对整个自然科学和哲学都产生了深远的影 响。 （3）相对论同量子理论一起，构成了现代物理 学的基本理论框架。 江苏省仪征中学王玉兵教学课件35 江苏省仪征中学王玉兵教学课件36 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。 江苏省仪征中学王玉兵教学课件37 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 江苏省仪征中学王玉兵教学课件38 相对论与牛顿力学的关系怎样？ 相对论打破了牛顿以来传统的绝对 时空观，但并非全盘否定牛顿力学。牛 顿力学反映的是宏观物体低速运动的客 观规律，而狭义相对论反映的是物体高 速运动的客观规律，是对牛顿力学的继 承和发展。牛顿力学是相对论的一种特 例（物体低速运动状态），包括在相对 论体系中。 江苏省仪征中学王玉兵教学课件39 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 小结 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 科学线索： 1、伽利略是经典力学奠基者，他的落体定律和匀速、加速运动概念，标志 着物理学的真正开端。 2、牛顿是经典力学的建立者，他的物体机械运动三大定律和万有引力定律 ，标志着近代物理学的形成。 3、爱因斯坦的相对论和普朗克的量子论，是物理学思想的一次重大革命。 相对论否定了经典力学的绝对时空观，深刻地揭示时间和空间的本质属性 ，即时空的可变性及时空变化的联系性，树立起新的时空观、运动观和物质观 。量子论及在其基础上发展起来的量子力学，促进了原子物理、固体物理和原 子核物理等科学分支的发展，使人类对客观物质世界的认识，由宏观世界深入 到微观世界。 4、以物理学革命为先导，带动了化学、生物学、天文学、地理学等学科的 理论也都发生了革命性的突破。 5、生物进化论的诞生，破解了生命起源之迷，给基督教神学以致命打击， 在科学界和思想界产生了巨大深远震动。 技术线索： 主要讲了近代以来的三次科技革命。 1、蒸汽时代。瓦特改良的蒸汽机，被称为万能蒸汽机，是工业革命中 最伟大的发明，他解决了工业发展的动力问题，从此工业革命轰轰烈烈的开 展起来，人类社会进入“蒸汽时代”。轮船、火车的出现，把原来彼此隔离 的世界联系起来，改变了世界的格局。 2、电气时代。电气技术的应用，引发了第二次工业革命，人类社会进 入“电气时代”。电力成为 工业发展的主要动力。电灯、电话、电报、电 车、电影、无线电、广播电台的相继问世，改善了信息交流，便捷了交通运 输，加强了世界各地联系，丰富了人们的娱乐生活，使世界面貌大为改观。 3、信息时代。互联网的诞生，标志着信息时代到来，人类进入信息化 社会。人类正面临一个蓬勃发展的全新的文明形态。网络与社会生活融为一 体，把人类推向一个新的生活空间。 江苏省仪征中学王玉兵教学课件42 1创立了自由落体定律，从而推翻了亚里 斯多德的学说的是（ ） A、伽利略 B、牛顿 C、爱因斯坦 D、普朗克 2近代科学进入了全面繁荣的时代，各门 自然科学的理论体系纷纷建立起来是在（ ） A 、17世纪 B 、18世纪 C 、19世纪 D 、20世纪 A C 江苏省仪征中学王玉兵教学课件43 3实现了自然科学第一次理论性大综合的是（ ） A、哈维的血液循环学说 B、法拉第的电磁感应理论 C、牛顿的经典力学体系 D、爱因斯坦的相对论 4指出“物质间所存在的万有引力，是由于物 质的存在和分布使时间和空间的性质不均匀 而引起的”是（ ） A、牛顿力学理论 B、万有引力理论 C、广义相对论 D、狭义相对论 C C 江苏省仪征中学王玉兵教学课件44 5同相对论理论一起，构成了现代物理学的 基本理论框架的是（ ） A、万有引力定律 B、日心说 C、量子理论 D、牛顿力学理论 6近代自然科学同古代科学相比的主要特