近代物理学的奠基者.ppt

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 本专题总体知识结构 经典力学奠基者 （17世纪初） 经典力学建立者 （17世纪晚期） 从经典力学发展到 量子论、相对论 （19世纪末20世纪初 ） 伽利略（意） 牛顿（英） 普朗克（德） 爱因斯坦（德） 近代物理学的发展过程 巨人肩上的思索 1、背景 在中世纪的欧洲，亚里士多德的学说长 期被教会奉为教条。近代科学诞生后，亚 里士多德的力学不断受到质疑。 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，把哥白尼学说推 到最终胜利的阶段。 2、伽利略的贡献 （1）匀速运动、匀加速运动 （2）自由落体定律 （3）用自己制造的望远镜证明了哥白尼的“日 心说” 1590年，伽利略在比 萨斜塔上做了“自由落体 ”的著名实验，从此推翻 了亚里士多德“物体落地 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 。 3、牛顿的贡献 1666年秋天的一个傍晚，牛顿坐在 花园的苹果树下，正在考虑一个运动的 问题。忽然一只熟透的苹果掉了下来， 正好落在牛顿的前面。这只苹果引起了 牛顿的注意。他想，苹果为什么不向天 上飞，也不向前后左右落，而偏偏垂直 地落到地面上呢？肯定是地球在吸引它 。既然地球能吸引离地面这么高的苹果 树上的苹果，那它也肯定在吸引着月亮 。经过研究、演算和论证，牛顿发现了 万有引力定律。 引自科学简史 （1）牛顿的运动三大定律 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。 （2）牛顿的万有引力定律 （3）科学巨著自然哲学的数学原理总结了 他的力学体系及数学、天文学方面的研究成果。 惯性定律 加速度定律 作用力和反作用力定律 牛顿的运动 三大定律 万有引力定律 经典力学体系 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 1、重大意义 （1）牛顿力学体系对自然界的 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。 （2）万有引力定律不仅适用于 太阳系而且适用于用于一切天体 运动和宇宙中的所有物体。使力 学和天文学在理论上达到相当完 备的程度，并且在科学实验中得 到广泛的应用和验证，根据万有 引力定律，人们准确地算出了地 球的平均密度和扁平度，正确地 解释了潮汐的成因。还在理论上 首先预测了海王星的存在。 （立。 3）从此，科学摆脱了神学的束缚向 前发展，成为近代科学形成的标志。 19世纪近代科学进入全面繁荣时期 ，各门自然科学的理论体系纷纷建立 。 海王星和冥王星的发现 驱走乌云的太阳 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 的物体为研究对象的，一旦进入光速运动时， 经典物理学的某些结论就变得不准确。 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，两者是没有任何直接联系的。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。 1、背景 （1）19世纪的物理学领域，以牛顿力学为基础，形 成了完整的理论体系； （2）19世纪末，物理学界的重大研究课题士黑体辐 射，量子理论就是在此过程中发现的。 2、诞生 （1）奥地利斯蒂芬：1879年发现黑体辐射的总能量 与其温度之间的定量关系； （2）德国普朗克：1900年在关于正常光谱能量分 布定律的理论中提出量子概念。标志着量子理论 的诞生。 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。 3、发展 （1）德国爱因斯坦：1905年解释光电效应，得出了 光具有波粒二象性的结论； （2）法国德布罗意：1923年提出物质波理论； （3）奥、德物理学家：建立量子力学。 4、意义 （1）量子力学成为反映自然界基本规律的理论体系 ，指导人们向物质运动的各个层面进行深入探讨； （2）理论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重大变革 。 1999年12月，在 20世纪最后一期的 时代周刊中，评出 了一位“世纪人物”。 该刊称赞他为“天才 、政治难民、人道主 义者、原子弹和宇宙 迷的开启者”，“以其 伟大的思想和无与伦 比的形象独占鳌头” 。 爱因斯坦的“时空” 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。 1、狭义相对论2、广义相对论 创立 内容 意义 1905年论动体的电 动力学 1916年 （1）时间和空间都与物 质运动有关； （2）时间和空间随着物 质运动的速度的变化而 变化 （1）物质存在的现实空间是 弯曲的 （2）空间结构取决于物质的 质量和分布情况 （3）空间弯曲的程度体现为 引力场强度 （4）空间时间不是独立的存 在，它们是物质的存在形式 。 打破绝对时间和绝对空间 ，但不是对牛顿力学的全 盘否定，而是继承和发展 第一次阐述了思维时空和 物质的分布相联系的重要 思想 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。” 爱因斯坦的“时空弯曲”概念 3、意义 （1）相对论的建立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。 （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