近代物理学的奠基人和革命者16348.ppt

一近代物理学的奠基人和革命者 专题七近代以来科学技术的辉煌 吕准能 本专题总体知识结构 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 世界近代科学是从中世纪的神学中解放出来从而得到发展的 并对人类生活的各个方面产生深远的影响 17世纪牛顿力学体系的建立 将天上和地上的物质运动第一次加以理论性的概括和综合 反映了宏观物体低速运动的客观规律 是近代科学形成的标志 哈维的血液循环标志现代生物学的建立 19世纪初到20世纪初 科学技术长足发展 细胞学说 生物进化论 相对论是这一时期的突出成就 第一次工业革命的开展 蒸汽机的发明使人类进入到蒸汽时代 法拉第发现电磁感应现象 以电的发明为明显特征的第二次工业革命把人类推进到电气时代 科学发展并和技术相结合推动了人类社会的进步 到20世纪40 50年代 电子计算机的应用等使人类进入到第三次工业革命时期 伽利略 1564 1642 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 巨人肩上的思索 你知道牛顿捡到了哪些 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 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 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 1643年1月4日 伽利略逝世的这一天 牛顿出生 只有三磅重 谁也没有料到这个看起来微不足道的小东西会成为了一位科学巨人 并且竟活到了85岁 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 2 牛顿力学体系 1 产生过程 牛顿运动三定律 惯性定律 加速度定律 作用和反作用力定律 万有引力定律 2 理论的科学性和预见性 准确算出了地球的平均密度和扁平率 正确地解释了潮汐的成因 发现了海王星 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 认识史上的飞跃 1 在光学方面 牛顿发现了日光是由不同的颜色即不同波长的光构成的 奠定了光谱分析的基础 制作了牛顿色盘 他在1704年出版了 光学 一书 创立了光的 微粒说 2 在热学方面也有研究成果 确定了冷却定律 3 在数学方面 他与莱布尼兹几乎同时创立了微积分学 同时 他还在前人研究基础上 建立了二项式定理 4 在天文学领域 1671年创制了反射望远镜 初步考察了行星的运动规律 他还解释了潮汐现象 并预言地球不是正球体 并由此说明了岁差现象 思考牛顿力学体系建立的意义是什么 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 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 海王星和冥王星的发现 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 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 高速运动的微观粒子发生的现象 是经典力学无法解释的 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 量子力学的创立者 艾伯特 爱因斯坦 1879 1955 1879年3月14日诞生在德国乌尔姆的一个犹太人家中 1894年举家迁居意大利米兰 1900年毕业于瑞士苏黎世工业大学 爱因斯坦被认为是最富于创造力的科学家 他不但创立了相对论 还提出了光量子的概念 得出了光电效应的基本定律 并揭示了光的波粒二重性本质 为量子力学的建立奠定了基础 为此荣获1921年度的诺贝尔物理学奖 同时 他还证明了热的分子运动论 提出了测定分子大小的新方法 爱因斯坦的 时空 狭义相对论 创立 1905年爱因斯坦创立了狭义相对论 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 狭义相对论的影响 否认了牛顿力学的绝对时空观 继承和发展了牛顿力学 奠定了利用原子能的理论基础 2 广义相对论 提出 1916年 内容 意义 第一次阐述了四维时空和物质的分布相联系的重要思想 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 这故事形象说明了时间和空间相对性 相对论建立的意义 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 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 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 量子力学和狭义相对论结合形成原子核物理学 指导制造原子弹 氢弹和建立核电站 量子力学还为电子技术 半导体技术和激光技术等奠定了理论基础 红色 代表过去蓝色 代表未来黄绿 表连结过去到未来 2005世界物理年 对物理学家而言 这个标识象征的是光锥 对一般大众而言常被看成是沙漏 象征着爱因斯坦在时间相对性上渊博的见解及洞察力 1955年4月18日因主动脉瘤破裂逝世于普林斯顿 遵照他的遗嘱 不发讣告 不举行公开葬礼 不建坟墓 不立纪念碑 火化时按照他的书面遗嘱 免除所有花卉布置以及所有音乐典礼 骨灰撒在永远对人保密的地方 为的是不使任何地方成为圣地 遗嘱执行者用歌德悼念席勒的诗结束了那朴素的葬礼 我们全都获益不浅 全世界都感谢他的教诲 那专属他个人的东西 早已传遍广大人群 他像行将陨灭的彗星 光华四射 把无限的光芒同他的光芒永相连结 他的主治医生贺维博士认为如此伟大的大脑 应该进行研究 所以他便把爱因斯坦的大脑保留了下来 并切成200片带走 但至今没有结论 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 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 相对论的现实意义举例 相对论能修正GPS 全