高中历史 专题七 近代以来科学技术的辉煌 一 近代物理学的奠基人和革命者素材1 人民版必修3.doc

近代物理学的奠基人和革命者 科学指运用范畴、定理、定律等思维形式反映现实世界各种现象的本质和规律的知识体系。 技术泛指根据生产实践经验和自然科学原理而发展成的各种工艺操作方法与技能。科学线索： 1、伽利略（15641642）近代科学之父，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（16421727）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，近代自然科学的形成。 3、爱因斯坦（18791955）的相对论和普朗克（18581947）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）（一）认识史上的飞跃-经典力学体系的创立和发展1、时代背景：中世纪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。2、巨人肩上的思索（1） 亚里士多德（前384-前322）的学说：古希腊哲学家，形式逻辑的创始人。在力学方面，他认为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。（2）经典力学的重要奠基者，近代实验科学的奠基者伽利略的贡献:- 创立了自由落体定律教学时首先让学生回顾文艺复兴时期近代科学产生的背景:【1590年，伽利略在比萨斜塔上做了“两个铁球同时落地”的著名实验，从此推翻了亚里士多德“物体落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。】【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。】3、经典力学的建立-近代科学的形成牛顿的贡献:（1） 牛顿的成果 惯性定律牛顿三大定律 加速度定律作用和反作用力定律经典力学体系 万有引力定律牛顿力学体系及数学、天文学方面的研究成果记载在1687年他的科学巨著自然哲学的数学原理中。（2）牛顿力学体系建立的意义：牛顿的运动三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。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。成为近代科学形成的标志。使科学摆脱神学束缚，促进人类思想的解放理论的科学性和预见性：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。历史资料：【1781年天王星被发现，科学家用牛顿力学计算它的轨道，可是计算结果总是同观测纪录不大相符。经反复核算，观测无误。那问题是否出现在牛顿力学上面？法国的勒维列和英国的亚当斯坚信牛顿力学的正确，大胆猜想计算结果之所以不理想，是因为太阳系中还有一颗未知的行星，我们没有考虑到它对天王星的引力作用。他们用牛顿力学算出了这颗未知行星的位置和质量。1848年9月23日，柏林天文台台长在收到勒维列来信的当晚，用望远镜对准勒维列所指出的位置，一下子就看到了一颗新的行星海王星。勒维列无需观测星空，就在笔尖上发现了新行星。牛顿力学又创造了新的奇迹。】【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。】质疑与思考：经典力学体系是最完美的物理学理论吗？l 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在这种背景下，相对论与量子论应运而生二、现代物理学理论的发展1、量子论的诞生与发展从普朗克到爱因斯坦背景：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。19世纪末，物理学界的重大研究课题是黑体辐射，量子理论就是在此过程中发现的。诞生：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。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。标志量子理论诞生发展：德国爱因斯坦：1905年解释光电效应，得出光具有波粒二象性的结论。法国德布罗意：1923年物质波理论。奥地利、德国物理学家：数年后建立量子力学。意义：改变了近代物理学中的传统观念(开始从宏观世界深入到微观世界),使物理学乃至整个自然科学的观念都发生重大变革。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。 2、相对论的建立爱因斯坦狭义相对论和广义相对论狭义相对论广义相对论创立1905年论动体的电动力学1916年内容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。物质存在的现实空间是弯曲的，空间结构取决于物质的质量和分布情况，空间弯曲的程度体现为引力场强度。意义打破绝对时间和绝对空间，但不是牛顿力学对全盘否定，而是继承和发展。第一次阐述了四维时空和物质的分布相联系的重要思想狭义相对论的基础：相对性原理 光速不变原理牛顿力学体系、狭义相对论和广义相对论的关系项 目区 别关系（地位）牛顿力学体系与狭义相对论牛顿宏观物体低速运动的客观规律狭义相对论打破绝对时间和绝对空间，牛顿力学是相对论的一种特例。但不是牛顿力学对全盘否定,而是继承和发展。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。狭义宏观物体高速运动的客观规律狭义相对论与广义相对论狭义适用于高速运动中的匀速运动体系广义相对论第一次阐述四维时空和物质分布相联系的的重要思想。广义适用于高速运动中的加速运动体系意义：对近代物理学理论框架的重大突破，不仅揭示了空间、时间的可变性，而且说明它们都不可能单独发生变化，其改变与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。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。（即：现代物理学的两大支柱）综合：科学家取得的科学成就科学家主要成就意义伽利略自由落体定律为经典力学奠定基础牛顿自然哲学的数学原理（物体运动三大定律和万有引力定律）标志着经典力学建立，标志牛顿力学体系的形成，标志近代科学的形成普朗克量子理论改变了近代物理学中的传统观念(开始从宏观世界深入到微观世界),使物理学乃至整个自然科学的观念都发生重大变革爱因斯坦相对性原理、光速不变原理相对论（狭义、广义）标志人类迈入现代科学技术时代物理学的发展给了我们什么样的启示？ 尊重事实，不迷信权威，敢于质疑，勇于探索创新，实践出真知【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。”这个故事形象地说明了时间和空间的相对性。 【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？“天上方一日，人间已一年” 】爱因斯坦的“时空弯曲”概念：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。 1919年5月，英国派出了两支远征队分赴非洲和南美两地观察日全食，经过认真的研究得出最后的结论是：星光在太阳附近的确发生了一点七秒的偏转。【公元1643年1月4号这天（伽利略逝世的这一天），在英国乡下一个不出名的小村庄里，一位喝得醉醺醺的神父冒着大雪匆匆赶到一家农户给个早产的婴孩洗礼。那个婴孩身形瘦小，嘴巴紧闭，似乎连呼吸都不畅，周围的人都急得手足无措，这时神父突显急智，一口酒喷向婴儿，终于呛得婴孩大声哭闹起来。多年以后，神父仍把这件事作为自己生平最大的功业，因为他拯救的，远不止是一个病怏怏的婴儿，而是人类历史上最伟大的人，issac newton（牛顿）。父母原希望他成为一个农民，但牛顿本人却无意于此。每次，母亲叫他同佣人一道上市场，熟悉做交易的生意经时，他便恳求佣人一个人上街，自己则躲在树丛后看书。牛顿的好学精神感动了舅父，于是舅父劝服了母亲让牛顿复学。后来，作为大学教授，牛顿常常忙得不修边幅，往往领带不结，袜带不系好，马裤也不纽扣，就走进了大学餐厅。有一次，他在向一位姑娘求婚时思想又开了小差，他脑海了只剩下了无穷量的二项式定理。他抓住姑娘的手指，错误的把它当成通烟斗的通条，硬往烟斗里塞，痛得姑娘大叫，离他而去。牛顿也因此终生未娶。他马虎拖沓，曾经闹过许多的笑话。一次，他边读书，边煮鸡蛋，等他揭开锅想吃鸡蛋时，却发现锅里是一只怀表。还有一次，他请朋友吃饭，当饭菜准备好时，牛顿突然想到一个问题，便独自进了内室，朋友等了他好久还是不见他出来，于是朋友就自己动手把那份鸡全吃了，鸡骨头留在盘子，不告而别了。等牛顿想起，出来后，发现了盘子里的骨头，以为自己已经吃过了，便转身又进了内室，继续研究他的问题。1727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，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泰为之深深感动，他感慨道：“走进威斯敏斯特教堂，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。”整个社会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，也是一个国家对于科学的态度。 】【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】【英国著名诗人亚历山大波普曾写过一首赞美牛顿的诗：自然和自然界的规律，隐藏在黑暗里。上帝说：“让牛顿去吧！”于是，一切成为光明。】 【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】【“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】【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。】 【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。