近代物理学的奠基人和革命者.ppt

近代以来科学技术的辉煌,专题七,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。,近代物理学的奠基人和革命者,第一课,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,1、伽利略对亚里士多德力学观的否定,（一）经典力学体系的创立和发展,2、牛顿对前人科学理论的发展（1）经典力学体系的主要内容,（2）经典力学体系的历史地位,经典力学体系,2、牛顿对前人科学理论的发展（1）经典力学体系的主要内容,牛顿力学体系及数学、天文学方面的研究成果记载在他的科学巨著自然哲学的数学原理中。,（2）经典力学体系的历史地位,理论的综合：牛顿力学体系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。经典力学体系的建立标志着近代科学的形成。,实践的验证：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。根据这一定律，人们还发现了海王星、冥王星。,（二）量子理论的诞生,1、普朗克提出量子假说。,2、爱因斯坦提出光的量子理论。,3、量子论的意义,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。,今天，我们的现代文明，从电脑，电视，手机到核能，航天，生物技术，几乎没有哪个领域不依赖于量子论。,（三）相对论的建立,1、狭义相对论。1905年，爱因斯坦发表了论动体的电动力学，创立了狭义相对论。,狭义相对论认为：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。,狭义相对论的基础：相对性原理光速不变原理,2、广义相对论1916年，爱因斯坦又建立了广义相对论。,广义相对论认为，物质存在的现实空间不是平坦的，而是弯曲的，空间的结构取决于物质的质量及其分布情况，空间弯曲的程度体现为引力场强度。广义相对论第一次阐述了四维时空和物质的分布相联系的重要思想。,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。,3、相对论与牛顿力学的关系：,4、相对论建立的意义,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。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极其深远的影响。,伽利略对亚里士多德力学观的否定,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。如：“推箱子”的例子,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。,对地球认识的变化,海王星王和冥星的发现,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。,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,英国著名的哲学家休谟曾说：“我们被放在这有如戏院的世界上，每个事件的起源和缘由却完全隐瞒不让我们知道，我们既没有足够的智慧预见未来，也没有能力防止那些使我们不断受伤害的不幸事件发生。我们被悬挂在永恒的疑惧之中”大国崛起解说词,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,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,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！,量子论确实深奥难懂，甚至连量子论奠基人之一的玻尔都说：“如果谁不为量子论而感到困惑，那他就是没有理解量子论。”,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。,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。,“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？,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