四川省大英县育才中学高中历史 7.1 近代物理学的奠基人和革命者课件 人民版必修3.ppt

专题七近代以来科学技术的辉煌 第一节近代物理学的奠基人和革命者 人们杀戮动物来取悦强大的神 算命者烧牛尾预卜未来 奴隶制是天经地义的 女人们通常被束缚在家里 很少在公共场所抛头露面 很少有人能读书 人们聚集在一起听诗人们凭记忆背诵荷马史诗 这就是亚里士多德时代的希腊世界 亚里士多德 亚里士多德著作集 按照亚里士多德的理论 宇宙由两个世界 月球世界和地球世界构成 月球世界从月球开始向上扩展 由恒星和行星组成 地球是一个天体 它静止地躺在宇宙的中心 地球是固定的 诸天体围绕着它运动 中世纪 学者都是修士 他们的思想都与上帝对人类的拯救和对上帝的赞美有关 而忽略了对自然界细节的质询 他们生活在一个不利于独立思考和质疑的环境里 有关自然界的知识只是建立在对最初的希腊思想中分离出来的理论加以评论的基础上 仅以一种混乱的 片段的形式存在着 剑桥插图世界科学史 一 认识史上的飞跃 1 站在巨人肩上 静止于万物中心的是太阳 在这无比美丽的殿堂中 要让这盏明灯同时照亮万物 谁还能将之置于另一个或者更好的所在呢 哥白尼 日心说 近代科学的开端 以真正的归纳法来形成概念和原理 这确实乃是排除和肃清假像的对症良药 抛开种种观念 从头了解事物 确定一个新的起点 从不证自明的第一原理出发 运用不可推翻的逻辑推演 培根和笛卡尔的差异在于 笛卡尔致力于宏大的体系建构 重视数学 相对忽视实验 笛卡尔曾经暗示 我们真正需要的其实就是一个起点 接下来几何学就可以带着我们完成旅程 伽利略及其制作的望远镜 由伽利略 培根和笛卡尔发起的思想革命 在17世纪后半期得到许多人的热烈支持 科学和数学所引发的兴趣成为几乎没有人能够抵挡的诱惑 尽管科学成果捷报频传 但是在牛顿之前没有产生一个公认的综合体系 没有一个普遍的运动和引力理论 而且新的世界观正在经受推敲 1672年 一位学者认为 有4种不同的宇宙学说供人选择 还有人说有7种 例如 第谷的学说主张 行星围绕太阳运转 太阳围绕地球运转 但是 根据观测的结果 无法在这几种学说中做出选择 因为这几个模式都同样符合观察资料 2 牛顿的革命 上帝说 让牛顿出世 于是便有了光 蒲柏 1 成就 运动三大定律 万有引力定律 建立经典力学体系 牛顿懂得实验验证的重要性 因此在利用数学作为研究工具的同时也纠正笛卡尔对演绎法的夸大 当然 他接受伽利略和笛卡尔的基本假定 科学探讨的是 基本性质 而且他用数学方法来表达他的著名引力等式 哈雷将牛顿处理运动学采用的数学方法和引力思想应用于彗星 他看到曾于1531年和1607年被观测到的彗星在外观上与1682年的这颗明亮的彗星如出一辙 他假设它们根本是同一天体 预测出它将于1758年十月返回 并使用普适的引力定律计算出由于木星引力造成的延迟时间 它真的如同预测的那样重新出现了 这颗 哈雷彗星 也成为了牛顿理论的第一次胜利 2 影响 近代物理学支柱 近代科学形成的标志 推动启蒙运动的开展 由于牛顿1687年对运动定律和引力定律做出了伟大的综合与总结 所有的迷雾似乎被一扫而光 尘埃落定 大自然显露出最隐秘的秘密 于是 欧洲准备进入乐观的启蒙运动时期 威斯敏斯特大教堂内的牛顿棺木 如果我们以为这是常识战胜迷信的征程 那就错了 最大的错觉莫过于 因为我们现在知道了某种知识 所以就认为那种只是应该是很容易了解的 我们现在觉得理所当然的东西 当年是需要天才来揭示的 天才的一个特征就是 他能够设想任何东西都不是它表面那个样子 表面简单的牛顿公式背后所包含的是超过一个世纪的天才们的努力 二 驱走乌云的太阳 物理学是一门已经完成了的科学 不会再有多大的发展了 将一生献给这门学科 太可惜了 1900年4月27日 英国物理学家开尔文勋爵做了题为 热和光的动力理论上空的19世纪之乌云 的演讲 大量新现象与古典理论之间的矛盾日渐突出 我并不期望发现新大陆 只希望理解已经存在的物理学基础 或许能将其加深 普朗克 只要假定物体的辐射能不是连续变化 而是以一定的整数倍跳跃式变化 就可以合理解释古典热力学不能解释的实验现象 普朗克将最小地不可再分的能量单元称做 量子 第一个意识到量子概念的普遍意义 并将其运用到其它问题上的是爱因斯坦 他用光量子论解释光电效应 说明光的波粒二象性 爱因斯坦因此获得1921年诺贝尔物理学奖 三 爱因斯坦的 时空 4岁的爱因斯坦 刚开口说话不久 14岁的爱因斯坦 语言方面并不出色 但自然科学十分出众 并且爱上莫扎特的音乐 1902年 爱因斯坦大学毕业后取得瑞士国籍 进入伯尔尼瑞士专利局成为技术员 从事发明专利申请的鉴定工作 并利用业余时间开展科学研究 第二年取得苏黎世大学的博士学位 1905年 爱因斯坦发表六篇划时代的论文 光的波粒二象性与狭义相对论就是在此时提出 设ab两地个发生了一个事件 在ab的中点c处的观察者 由ab两地发来的光信号同时到达这一点 推测两件事是同时发生的 按定义 它也的确是同时发生的 因此地面上的每一位静止的观察者均会同意 但一个由a向b运动的观察者却不同意 因为也是在c点 他却发现b点的闪光先于a点到达 按定义 b事件先于a事件 它们是不同时的 也就是说 同时性不是绝对的 而取决于观察者的运动状态 这一结论否定了牛顿力学引以为基础的绝对时间和绝对空间框架 1921年 诺贝尔物理学奖的公告中并没有提及相对论 因为这一理论在当时仍受争议 甚至有诺贝尔获奖者威胁说 如果给相对论授奖 他们就要退回已获奖章 但1919年发生的日全食已经为验证相对论提供了契机 并且观测结果也有利于爱因斯坦 英国皇家学会会长汤姆逊说 爱因斯坦的相对论是人类思想史上最伟大的成就 也许就是最伟大的成就 它不是发现一个孤岛 而是发现了新的科学思想的新大陆 为纪念爱因斯坦的理论发表100周年 2005年被定为 世界物理年 1930年 爱因斯坦赴美国加州理工学院讲学 1932年冬天 他在美国得知希特勒上台 决定不再返回德国 定居普林斯顿 爱因斯坦从小厌恶战争 热爱和平 一直持极端的和平主义立场 他号召青年人不要当兵 兵工厂应该罢工 但二战中 爱因斯坦意识到反抗法西斯的战争不可避免 为防止纳粹德国最先造出原子弹 他亲自给罗斯福写信 建立尽早研制原子弹 但当美国在日本投下两枚原子弹后 他又对这个恐怖的杀人武器忧心忡忡 感到自己有责任制止核武器扩散 1955年4月18日 爱因斯坦在英国哲学家罗素发起的呼吁用和平方式解决国际冲突的宣言上签字 当天夜里因脑溢血逝世 按照我的见解 他也许比牛顿伟大 因为他对于科学的贡献 更加深刻地进入了人类思想基本概念的结构中 朗之万 我一生中犯了一个巨大的错误 我签署了那封要求罗斯福总统制造核武器的信 但是犯这个错误是有原因的 德国人制造核武器的危险是存在的 一个美国记者问爱因斯坦关于他成功的秘诀 他回答 早在1901年 我还是二十二岁的青年时 我已经发现了成功的公式 我可以把这公式的秘密告诉你 那就是a x y z a就是成功 x就是正确的方法 y是努力工作 z是少说废话 这公式对我有用 我想对许多人也一样有用 1930年 德国出版了一本批判相对论的书 书名叫做 一百位教授出面证明爱因斯坦错了 爱因斯坦闻讯后 仅仅耸耸肩道 100位 干吗要这么多人 只要能证明我真的错了 哪怕是一个人出面也足够了 根据这一理论 将时间和空间说成是绝对的是没有意义的 因为对这两种范畴的测量通常随着观察者的运动而改变 对于门外汉来说 这些观点 通常用不能理解的数学公式解释 表明科学已经达到了能被人类所知的界限 上述 理论 的主要意义是a 开创了以实验为基础的近代科学b 预见海王星存在的准确性c 弥补经典力学对时空认识的不足d 发现能量辐射的运动原则 c 1919年英国