(文科)第一节近现代物理学的奠基人和革命者.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 项目传统科学近代科学 考察 对象 把自然界作为一个 整体 把自然界划分为不同的领域和侧 面，分门别类加以研究，逐步形成以 某一类自然现象为研究对象的自然科 学的各门学科。 研究 手段 依靠直观感受和 哲学思辨对自然界 提出种种猜测 依靠科学实验来检验和发展科学 理论，应用数学方法使科学知识日 益精确化。 科学 与技 术的 关系 科学依赖 学者的潜心研究。 技术依赖工匠 对各种实用技艺的 继承和发展。科学 与技术相分离。 科学与技术从一开始就相互 联系，并逐步走向密切结合，技 术在科学的指导和推动下取得了 长足进步。 第一节第一节 近现代物理学的奠基人和革命者近现代物理学的奠基人和革命者 【课标】 1.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 2.知道相对论和量子论的主要内容，认识其意义。 二、经典力学体系的创立和发展二、经典力学体系的创立和发展 1.经典力学的奠基者伽利略（意大利、17世纪） 一、近现代物理学的发展过程一、近现代物理学的发展过程 经典力学奠基者 （17世纪初） 经典力学建立者（ 17世纪晚期） 从经典力学发展到相对论、量子 论（19世纪末20世纪初） 伽利略（意）牛顿（英） 爱因斯坦（德） 普朗克（德） 2.经典力学的建立者牛顿（英国、17世纪末） 三、现代物理学理论的发展三、现代物理学理论的发展 1.量子理论的诞生和发展普郎克（德国、1900年） 2.相对论的建立爱因斯坦（德国、20世纪初） 背景： 受文艺复兴、宗教改革影响，科学逐渐从神学的桎梏中解放出来； 资本主义发展提供了物质基础；科学家勇于探索的精神。 1.经典力学的奠基者伽利略（意大利） （1 1）伽利略的成果）伽利略的成果 物理方面： 天文学方面： （2 2）伽利略的贡献）伽利略的贡献 突出成果创立自由落体定律 制造天文望远镜、证明哥白尼“日心说”的正确 性 他的发现和他开始的科学研究方法，标志着物理学的真正开端. 为经典力学的创立奠定了基础 开创了近代科学，被誉为“近代科学之父近代科学之父”。 实验,计算 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。 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 15901590年，伽利略在比萨斜塔上做了年，伽利略在比萨斜塔上做了“两个铁球同两个铁球同 时落地时落地”的著名实验，从此推翻了亚里士多德的著名实验，从此推翻了亚里士多德“物物 体落地下的速度和重量成比例体落地下的速度和重量成比例”的学说，纠正了这的学说，纠正了这 个持续了个持续了19001900年之久的错误结论。年之久的错误结论。 16091609年，伽利略创制了天文望远镜。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 他观测到月球表面凹凸不平，并绘制了第一 幅月面图。幅月面图。 伽利略的折射式望远镜伽利略的折射式望远镜 伽利略的手稿伽利略的手稿 牛顿出生于英国的林肯郡，1665年毕业于著名的 剑桥大学三一学院，获得学士学位。三年后又获得 文学硕士学位。牛顿曾经长期担任英国皇家学会会 长，他还担任过英国议会议员，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。 惯性定律 加速度定律 作用和反作用定律 物理运动 三大定律 万有引力 定律 经典力学体系 2.2.经典力学的建立者经典力学的建立者牛顿牛顿 16871687自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理 无论从无论从科学史科学史还是整还是整 个人类的个人类的文明史文明史来看这都是一本来看这都是一本 划时代的巨著。划时代的巨著。 2.经典力学的建立者牛顿（英国） （2 2）牛顿经典力学体系的历史地位）牛顿经典力学体系的历史地位 牛顿（ 16421727） 牛顿力学体系对自然界的力学现象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 自然界认识史上的自然界认识史上的第一次理论大综合第一次理论大综合。 标志标志近代科学近代科学的形成。的形成。 具有惊人的具有惊人的预见性预见性和巨大的和巨大的理论指导理论指导意义意义 A.准确算出了地球的平均密度和扁平率； B.正确地解释了潮汐的成因； C.发现了海王星； 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 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7576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。 大自然和自然定律都在黑 暗中躲藏， 上帝说，让牛顿问世！ 于是一切都有了光明。 英国诗人 蒲伯(1688-1744) 牛顿以他对天地万物 的寥寥数条规律的精美绝 伦的概括，彰显了人的理 性的伟大，暴露了宗教非 理性的荒谬。 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。 2.经典力学的建立者牛顿（英国） （2 2）牛顿经典力学体系的历史地位）牛顿经典力学体系的历史地位 牛顿（ 16421727） 牛顿力学体系对自然界的力学现象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 自然界认识史上的自然界认识史上的第一次理论大综合第一次理论大综合。 标志标志近代科学近代科学的形成。的形成。 具有惊人的具有惊人的预见性预见性和巨大的和巨大的理论指导理论指导意义意义 A.准确算出了地球的平均密度和扁平率； B.正确地解释了潮汐的成因； C.发现了海王星； 摆脱宗教神学思想的束缚； 推动了工业革命和欧洲启蒙运动发展 我之所以我之所以 能比别人看得远能比别人看得远 些，是因为我站在些，是因为我站在 巨人们的肩上。巨人们的肩上。 牛顿牛顿 牛顿获得巨大成就的原因牛顿获得巨大成就的原因 1.具有虚怀若谷、谦虚好学精神； 2.勇于探索的科学精神； 3.科学的研究方法； 4.甘于寂寞，献身科学的精神等； 5.吸收伽利略等前人的研究成果； 6.有利的社会环境：启蒙运动、英国资产 阶级革命的洗礼 17271727年，牛顿去世。英国以隆重的年，牛顿去世。英国以隆重的 国葬仪式将他安葬在威斯敏斯特大教堂国葬仪式将他安葬在威斯敏斯特大教堂 ，这里一向是王公贵族的墓地，牛顿成，这里一向是王公贵族的墓地，牛顿成 为第一个安息在此的科学家。出殡的那为第一个安息在此的科学家。出殡的那 天，成千上万的普通市民涌向街头为他天，成千上万的普通市民涌向街头为他 送行；抬棺椁的，是两位公爵、三位伯送行；抬棺椁的，是两位公爵、三位伯 爵和一位大法官；在教堂合唱的哀歌中爵和一位大法官；在教堂合唱的哀歌中 ，王公贵族、政府大臣和文人学士们一，王公贵族、政府大臣和文人学士们一 起向这位科学巨人告别。起向这位科学巨人告别。 目睹了牛顿葬礼的法国思想家伏尔 目睹了牛顿葬礼的法国思想家伏尔 泰为之深深感动，他感慨道：泰为之深深感动，他感慨道：“ “走进威走进威 斯敏斯特教堂，人们所瞻仰的不是君王斯敏斯特教堂，人们所瞻仰的不是君王 们的陵寝，而是国家为感谢那些为国增们的陵寝，而是国家为感谢那些为国增 光的最伟大人物建立的纪念碑。这便是光的最伟大人物建立的纪念碑。这便是 英国人民对于才能的尊敬。英国人民对于才能的尊敬。” ”整个社会整个社会 在向一个科学家表达着由衷的敬意，这在向一个科学家表达着由衷的敬意，这 是一个国家对于科学家的态度，也是一是一个国家对于科学家的态度，也是一 个国家对于科学的态度。个国家对于科学的态度。 1919世纪经典物理学达到巅峰状态，在人世纪经典物理学达到巅峰状态，在人 们心目中，经典物理学已经达到近乎完美的们心目中，经典物理学已经达到近乎完美的 程度。这时，年轻的德国人普朗克和他的老程度。这时，年轻的德国人普朗克和他的老 师发生了一段对话：师发生了一段对话： 普朗克： 普朗克：“老师，我准备把我的一生都老师，我准备把我的一生都 献给物理理论学！献给物理理论学！” 老师： 老师：“年轻人，物理学是一门已经完年轻人，物理学是一门已经完 成了的学科，不会再有多大的发展，把一生成了的学科，不会再有多大的发展，把一生 都献给这门学科，太可惜了。都献给这门学科，太可惜了。” 量子论和相对论产生量子论和相对论产生 物理学真的已经完成了吗？物理学真的已经完成了吗？ 普朗克，普朗克，生于基尔。生于基尔。18791879年年 普朗克在慕尼黑大学获得博士学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，普大学任教。由于量子论创立，普 朗克获得朗克获得19181918年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖 。他的父亲是一位杰出的法律教。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、忠于职守好品质的范例：诚恳、忠于职守 ，他的业余爱好是音乐，在这方，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业余爱好是他一直坚持到晚年的 登山运动。登山运动。 二、量子理论；二、量子理论； 1.1.背景：（简单了解一下）背景：（简单了解一下） 1919世纪末世纪末2020世纪初，世纪初，电子和放射性电子和放射性 的发现的发现，促进人们对物质的认识深，促进人们对物质的认识深 入到了原子内部。入到了原子内部。 但大量的实验表明，微观粒子的运但大量的实验表明，微观粒子的运 动不能用通常的宏观物体的运动规动不能用通常的宏观物体的运动规 律进行描述。律进行描述。 这就需要人们对这就需要人们对微观世界微观世界开展研究开展研究 。 二、量子理论；二、量子理论； 2.2.过程：过程： 3.3.标志：标志： 4.4.发展：发展： 斯蒂芬斯蒂芬普朗克。普朗克。 19001900年年关于正常光谱能量分布定律的理论关于正常光谱能量分布定律的理论。 （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。 5.5.影响：影响：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对于客观规律的认识，开始从宏 观世界深入到微观世界。 狭义相对论狭义相对论 创立创立 19051905年爱因斯坦发表年爱因斯坦发表 ， 创立了狭义相对论创立了狭义相对论 内容内容： 时间和空间都与物质运动有关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时间和空间随着物质运动速度的变化而变化 影响：影响： 打破了打破了牛顿经典力学的绝对时空观牛顿经典力学的绝对时空观 继承和发展了继承和发展了牛顿力学牛顿力学 奠定了奠定了利用原子能的理论基础利用原子能的理论基础 论动体的电动力学论动体的电动力学 如果一个人以光的速如果一个人以光的速 度运动，他将看到一幅什度运动，他将看到一幅什 么样的世界景象呢？么样的世界景象呢？ 质量随着速度的增加质量随着速度的增加 而增加，当速度接近光速而增加，当速度接近光速 时，质量趋于无穷大时，质量趋于无穷大 ， 时间停止为零。时间停止为零。E=mc2E=mc2 为了对这一深奥的理论做通俗的说明，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：爱因斯坦曾经风趣地对一名男青年说：“我我 打个比方，比如你屁股坐在火炉上烤和坐在打个比方，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？时间你觉得哪一个更长？”男青年说：男青年说：“当当 然坐在火炉上烤的时间觉得长久。然坐在火炉上烤的时间觉得长久。”爱因斯爱因斯 坦说：坦说：“这就是我的相对论内容。这就是我的相对论内容。” (2)(2)广义相对论广义相对论 提出：提出：19161916年年 内容：内容： 意义：意义：第一次阐述了四维时空和物质第一次阐述了四维时空和物质 的分布相联系的重要思想的分布相联系的重要思想 A.A.物质存在的现实空间不是平坦的，而是弯的。物质存在的现实空间不是平坦的，而是弯的。 B.B.空间的结构取决于物质的质量及其分布情况。空间的结构取决于物质的质量及其分布情况。 C.C.空间弯曲空间弯曲的程度体现为引力场强度。的程度体现为引力场强度。 爱因斯坦相对论的意义： (1)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）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极其深远的影响。 （3 3）与量子理论共同构成了）与量子理论共同构成了现代物理学现代物理学的基本理论框架的基本理论框架 。 尺缩效应 成功的秘诀成功的秘诀 一个爱说废话而不爱用功的青年，整天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，便写了一诀。爱因斯坦厌烦了，便写了一 个公式给个公式给 他：他：A Ax xy yz z 爱因斯坦解释道：爱因斯坦解释道：“A A 代表成功，代表成功，x x代表艰苦的劳动，代表艰苦的劳动，y y代表正确的代表正确的 方法方法” “z” “z代表什么？代表什么？”青年迫不青年迫不 及待地问。及待地问。“代表少说废话。代表少说废话。”爱因斯坦说爱因斯坦说 。 项目项目区别区别 关系（地位）关系（地位） 牛顿牛顿 力学力学 体系体系 与与 狭义狭义 相对相对 论论 牛顿牛顿宏观宏观物体物体低速低速运运 动的客观规律动的客观规律狭义相对论狭义相对论打破绝对时间打破绝对时间 和绝对空间，牛顿力学是和绝对空间，牛顿力学是 相对论的一种特例。相对论的一种特例。但不但不 是牛顿力学对全盘否定是牛顿力学对全盘否定, , 而是继承和发展。而是继承和发展。 狭义狭义 宏观宏观物体物体高速高速运运 动的客观规律动的客观规律 狭义狭义 与与 广义广义 相对相对 论论 狭义狭义适用于高速运动适用于高速运动 中的中的匀速匀速运动体运动体 系系 广义相对论广义相对论第一次阐述四第一次阐述四 维时空和物质分布相联系维时空和物质分布相联系 的的重要思想。的的重要思想。广义广义适用于高速运动适用于高速运动 中的中的加速加速运动体运动体 系系 科学家主要成就意义义 伽利略 牛顿顿 普朗克 近代物理学发展过程中的主要成就及意义 自由落体定律 匀速运动、匀加速运动 用自制的望远镜证明了哥白 尼的“日心说” 为经典力学奠定基础 证明哥白尼的“日心说”的正确性 自然哲学的数学原理 （物体运动三大定律和万有引 力定律） 运动三定律是近 代物理学的重要 支柱 相对性原理、光速不变原理 相对论（狭义、广义） 量子理论 爱因斯坦 近代物理学理论 框架的重大突破 继承和发展了 牛顿力学 构成现代物理 学的基本理论 框架 经典力学是近代 自然科学理论体 系中最先成熟和 完善的核心理论 体系 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？ a.欧洲中世纪时期农业、手工业的发展，资本主义萌 芽，为近代自然科学的兴起奠定了物质基础 （物质基础） b.新兴资产阶级在生产中的技术改造和要求掌握政权 ，对自然科学的迫切需要。（经济上和政治上） c.文艺复兴以来，崇尚科学、知识、注重实验，鼓励 探索未知世界。（思想条件） d.新航路开辟，重商主义，殖民扩张，资产阶级为了 满足日益扩大的市场需求，迫切需要革新科技来提高 生产，征服世界。（生产经验、技术能力） e.科学家勇于探索的精神。 3近代科学形成的标志是（ ） A.卡尔创立解析几何 B.达尔文创立生物进化论学说 C.牛顿力学体系的建立 D.道尔顿科学的原子论的建立 1中世纪，谁的学说长期被