高中历史 4.1《物理学的重大进展》历史材料与解读 新人教版必修3

用心 爱心 专心 1 第第 1111 课课 物理学的重大进展物理学的重大进展 经典力学经典力学 1 1 伽利略对物理学的贡献 伽利略对物理学的贡献 材料一材料一 外力是改变物体运动状态的原因 一个运动的物体假如有了某种速度以后 只要没有增加或减小速度的外部原因 便会始 终保持这种速度 这个条件只有在水平的平面上才有可能 因为假如在沿斜面运动的状况 里 朝下运动则已经有了减速的起因 由此可知 只有水平的平面上的运动才是不变的 运 动既不会减小或减弱 更不会消灭 伽利略 关于两门新科学的对话 材料二材料二 加速度概念的确定 正如匀速运动被解释为相等时间中保持相等的速度 所以我们也可以用类似的方法 设想在一段相等的时间中 速度的增加并不会复杂 这样我们可以认为速度是平衡的 连续 的变化着 在任意相等的时间间隔中 速度的增加总是确定的 伽利略 关于两门新科学的对话 解读解读 关于两门新科学的对话 是伽利略关于自然运动科学和材料强度科学的一部 重要著作 为物理学的发展作出卓越的贡献 伽利略对于力学的研究 在他的科学活动中占有极为重要的地位 他所建立的摆的定 律 惯性定律 落体运动定律 以及对抛体运动的研究和他提出的相对性原理 奠定了动力 学的重要基础 以后经牛顿的发展完善 建立了现代经典力学的系统理论 2 2 伽利略捍卫发展哥白尼的日心说 伽利略捍卫发展哥白尼的日心说 材料材料 萨 如果世界的中心确是所有天层以及星体 即行星 环绕运行的中心点 那就完全可以肯定 处于宇宙中心的是太阳 而不是地球 因此 作为第一个普遍概念而言 中心的地点就是太阳的地点 而地球离开中心的距离就是它离开太阳的距离 辛 你是怎样引申出行星环绕的中心是太阳而不是地球呢 用心 爱心 专心 2 萨 这是根据最明显 因而也是最具有说服力的许多观察而引申出来的 在这些把地 球从中心排除出去 而把太阳放在中心的观察中 一个最确实可靠的观察是 我们发现所有 的行星在某一个时候靠近地球 而在另一个时候又距地球较远 关于托勒密和哥白尼两大世界体系对话 解读解读 关于托勒密和哥白尼两大世界体系对话 一书 是伽利略天文学研究成果总 集 在天文学方面 伽利略的贡献是极其巨大的 他的宇宙观的核心是维护和坚持 发展了 哥白尼学说 他的日心说观点是完全建立在对天文的长期观测所获得的大量新发现的可靠事 实基础之上的 3 3 伽利略的科学研究方法 伽利略的科学研究方法 材料一材料一 哲学被写在宇宙这本大书中 正一页一页的为我们展开 但我们只有先学懂 它的语言 认识组成语言的字母 才能读懂这本书 这本书是用数学的语言写成的 它的字 母就是三角形 圆和其他几何图形 没有这些字母 人类就不能懂得书里的任何一个单词 没有这些字母 人类只能迷失在黑暗的迷宫中 伽利略的发现与见解 转引自 S 德雷克著唐云江译 伽利略 材料二材料二 抛射体 45 度时射程最远 仅用数学便得到如此严格的证明 这使我心中充满又惊又喜的感觉 大炮和破击炮 轰击时 最大射程 即炮弹发射的最远距离 是在仰角 45 度时获得的 但是要理解为 什么发生这种情况 这比从别人那里得到证据甚至反复实验得到的证据重要的多 通过探 索原因而达到对某一效应的理解会使人顿开茅塞 从而使理解和确证其他事实无须再借助实 验 目前的例子恰好证明了这一点 伽利略 关于两门新科学的对话 用心 爱心 专心 3 材料三材料三 伽利略的发现以及他所应用的科学的推理方法是人类思想史上最伟大的成就 之一 而且标志着物理学的真正开端 英费尔德 物理学的进化 材料四材料四 意大利一直是古典学术复兴的舞台 也是在意大利 伽利略和他的追随者为 近代科学奠定了基础 沃尔夫 16 17 世纪科学 技术和哲学史 解读解读 伽利略是近代科学史上划时代的人物 他对近代科学的主要贡献表现在三个方 面 一是奠定了经典力学的基础 二是捍卫和发展了哥白尼的日心说 三是创立了实验与数 学相结合的科学研究方法 在观察实验的基础上 经过推理和计算对现象提出假定性的说明和描述 并用数学公式 表示出来 然后再用实验方法去考核推理的结果是否正确 这是近代科学研究的一般程序和 经典方法 伽利略是这种科学研究方法和传统的奠基人 这种研究方法既推动了经典力学的 发展 也推动了数学的发展 人们称伽利略是近代实验科学之父 近代科学方法的奠基人 4 4 牛顿对物理学基本概念的定义 牛顿对物理学基本概念的定义 材料材料 定义 1 物质的量是物质的度量 可由其密度和体积共同求出 定义 2 运动的量是运动的度量 可由速度和物质的量共同求出 用心 爱心 专心 4 定义 3 物质固有的力 是一种起抵抗作用的力 它存在于每一物体当中 大小与该物体 相当 并使其保持现有的状态 或是静止 或是匀速直线运动 定义 4 外力是一种对物体的推动作用 使其改变静止的或匀速直线运动的状态 定义 5 向心力使物体受到指向一个中心点的吸引 或推斥任何倾向于该点的作用 定义 6 以向心力的绝对度量量度向心力 它正比于中心导致向心力产生并通过周围空间 传递的作用源的性能 定义 7 以向心力的加速度度量量度向心力 它正比于向心力在给定时间里所产生的速度 部分 定义 8 以向心力的运动度量量度向心力 它正比于向心力在给定时间里所产生的运动部 分 牛顿 自然哲学之数学原理 解读解读 自然哲学之数学原理 一书 是牛顿经典力学研究成果汇编 这部重要著作 被称为 17 世纪物理科学的百科全书 自然哲学之数学原理 由四部分组成 前言 说明了研究理论物理的目的和方法 他指出 从物理的全部任务看来就在于从各 种运动的现象来研究各种自然力 然后再用这些力去论证其他现象 用心 爱心 专心 5 第一 二编定义并分析了质量 动量 惯性 力 向心力 时间 空间等一系列奠定力 学基础的概念 提出了严谨的天体力学理论 讨论了物体在有阻力的介质中的运动问题 叙 述了牛顿力学三条基本运动定律和万有引力定律 以及流体动力学的有关定律 第三编运用 前两编推导出的运动定律来解释自然界的实际问题 如月球的运动 潮汐 二分点的岁差和 彗星的运动等 5 5 经典力学理论 经典力学理论 材料一材料一 牛顿物体运动三大定律 定律 1 每个物体都保持其静止 或匀速直线运动的状态 除非有外力作用于它迫使它改 变那种状态 定律 2 运动的变化正比于外力 变化的方向沿外力作用的直线方向 定律 3 每一种作用都有一个相等的反作用 或者 两个物体间的相互作用总是相等的 而且指向相反 牛顿 自然哲学之数学原理 材料二材料二 万有引力定律 命题 76 如果若干球体 就其物质密度和吸引力而言 相互间由其中心到表面的同类比 值完全不相似 但各球在其到中心给定距离处是相似的 而且各点的吸引力随其到被吸引物 体的距离的平方而减小 则这些球体中的一个吸引其他球体的全部的力反比于球心距离的平 方 用心 爱心 专心 6 推论 3 一个球相对于另一个球的运动吸引 或二者见的相对重量 在相同的球心距离处 共同正比于吸引的与被吸引的球 即正比于这两个球的乘积 推理 4 在不同的距离处 正比于该乘积 反比于二球心距离的平方 牛顿 自然哲学之数学原理 解读解读 经典力学理论体系由牛顿力学三大运动定律和万有引力定律组成 牛顿第一定律即惯性定律 是继承和发展了伽利略的成果 伽利略根据斜面实验发现了 水平方向的惯性运动 牛顿把它扩大到任意方向 任何物体没有外力作用 将永远保持静止 或匀速直线运动状态 牛顿第二定律也是继承和发展了伽利略的工作 伽利略纠正了亚里士多德力与速度有关 的传统观念 指出力不是同速度有关而是与加速度有关 牛顿进一步指出 力与加速度和质 量的乘积有关 牛顿在研究碰撞与动量问题的基础上 又总结出运动第三运动定律 即作用 与反作用定律 牛顿力学三大定律深刻揭示了机械运动的普遍规律 万有引力定律则把天体的运动和地 球上物体的运动联系起来了 最后完成经典力学理论体系 6 6 牛顿提出哲学中的推理规则 牛顿提出哲学中的推理规则 材料材料 规则 1 寻求自然事物的原因 不得超出真实和足以解释其现象者 因此对于相同的自然现象 必须尽可能地寻求相同的原因 用心 爱心 专心 7 物体的特征 若其程度既不能增加也不能减少 且在实验所及范围内为所有物体所共有 则应视为一切物体的普遍属性 在实验哲学中 我们必须将由现象所归纳出的命题视为完全正确的或基本正确的 而不 管想象所可能得到的与之相反的种种假说 直到出现了其他的或可排除这些命题 或可使之 变得更加精确的现象之时 牛顿 自然哲学之数学原理 解读解读 牛顿的 自然哲学之数学原理 不仅是一本划时代的科学著作 它在科学方法 上也有重要意义 牛顿发展了从经验事实概括为自然科学原理的方法 牛顿指出 在自然科学里 应该像在数学里一样 在研究困难的时候 总是应当先用分 析的方法 然后采用综合的方法 这种分析包括做实验和观察 用归纳法从中做出普遍结论 并且不使这些结论遭到异议 除非这些异议来自实验或其他可靠的真理方面 用这样的分析 方法 我们就可以从复合物论证到它们的成分 从运动到产生运动的力 一般地说 从结果 到原因 从特殊原因到普遍原因 一直论证到最普遍的原因为止 这就是分析的方法 而综 合的方法则假定原因已经找到 并且把它们立为原理 再由这些原理去解释由它们发生的现 象 并证明这些解释的正确性 相对论的创立相对论的创立 1 1 爱因斯坦提出狭义相对论 爱因斯坦提出狭义相对论 用心 爱心 专心 8 材料一材料一 绝对静止这概念 不仅在力学中 而且在电动力学中也不符合现象的特性 倒是应该认为 凡是对力学方程适用的一切坐标系 对于上述电动力学和光学的定律也一样 适用 对于第一级微量来说 这是已经证明了的 我们要把这个猜想 它的内容以后就称之 为 相对性原理 提升为公设 并且还要引进另一条在表面上看来和它不相容的公设 光 在空虚空间里总是以一确定的速度 V 传播着 这速度与发射体的运动状态无关 由这两条公 设 根据静体的麦克斯韦理论 就可以得到一个简单而又不自相矛盾的动体电动力学 爱因斯坦 论动体的电动力学 材料二材料二 狭义相对论是以下面的公设为基础的 而伽利略 牛顿的力学也满足这个 公设 如果这样来选取一个坐标系 K 使物理定律参照于这个坐标系得以最简单的形式成 立 那么对于任何另一个相对于 K 做匀速平移运动的坐标系 K 这些定律也同样成立 这 条公设我们叫它 狭义相对性原理 狭义 这个词表示这条原理限制在 K 对 K 做匀速 运动的情况 但 K 同 K 的等效性并没有扩充到 K 对 K 做非匀速运动的情况 爱因斯坦 论动体的电动力学 解读解读 爱因斯坦在物理学的许多领域中都有重大的贡献 其中最重要的是创立了相对 论和发展了量子论 爱因斯坦在 1905 年 6 月完成的 论动体的电动力学 一文中 提出了狭义相对论 这 一理论告诉我们 如果我们承认光在真空中的速度传播速度是恒定的 而且在一切惯性参照 系中自然定律都是相同的 那么就可以确定 时间和物质运动的认识 发生了革命性的变化 具有划时代的意义 2 广义相对论的两条公设 材料材料 等效原理 物理学的定律必须具有这样的性质 它们对于以无论哪种方式运 动着的参照系都是成立的 广义协变原理 普遍的自然规律是由那些对一切坐标系都有效的方程来表示的 也就 是说 它们对于无论哪种变换都是协变的 广义协变 用心 爱心 专心 9 广义相对论的基础 解读解读 1916 年 爱因斯坦 广义相对论的基础 的论文 建立了广义相对论 狭义相 对论主要论述电磁现象及其在时间和空间中的传播 广义相对论主要研究引力理论 这个理 论的中心思想是引力的实质是由于质量的存在而引起的时空连续场的弯曲 他根据广义相对 论 作出光线在引力场作用下会发生弯曲 水星近日发生运动和引力场中的光谱线向红端移 动的三大预言 以后都被实验观察所证实 1919 年 英国物理学家汤姆生曾激动地说 爱因 斯坦创立的相对论是 人类思想史上最伟大的成就之一 3 3 科学应造福于人类 科学应造福于人类 材料材料 如果你们想使你们一生的工作有益于人类 那么 你们只懂得应用科学是不够 的 关心人的本身 应当始终成为一切技术上奋斗的主要目标 关心怎样组织人的劳动和产 品分配这样一些尚未解决的重大问题 用以保证我们科学思想的成果会造福于人类 而不致 成为祸害 纪念爱因斯坦译文集 解读解读 爱因斯坦的历史地位 不仅仅因为他的科学贡献 还有他对世界的人文关怀 他不仅是一位伟大的科学家 还是一位和平主义者 他目睹了两次世界大战对人类的摧残 认为和平是人类的首要问题 1955 年 4 月 弥留之际的爱因斯坦签署了 罗素 爱因斯坦宣 言 呼吁人们团结起来 防止新型的世界大战的爆发 爱因斯坦要求科学要造福于人类 而人类也从爱因斯坦的研究成果中获益匪浅 后世得益于爱因斯坦理论的重大发明 用心 爱心 专心 10 太阳能电池 防盗报警器和照相机的测光表都是以光电效应为基础的 核能利用了这样一个物理现象 当铀原子发生裂变时 总质量的微量损失可以转变成能 量 其依据正是爱因斯坦的著名等式 E MC2 如今 核能为英国提供了 25 的电力 狭义相对论与量子理论相结合 指出了反物质的存在 科学家们利用正电子 即反物质 电子 通过 X 射线层析照相术研究大脑活动 爱因斯坦 1916 年至 1917 年对光子的研究为人类 40 年后发现激光奠定了基础 量子论的诞生与发展量子论的诞生与发展 1 1 爱因斯坦对普朗克发现的评价 爱因斯坦对普朗克发现的评价 材料材料 这一发现成为二十世纪物理学研究的基础 从那个时候起几乎完全决定了物理 学的发展 要是没有这一发现 那就不可能建立起分子 原子以及支配它们变化的能量过程 的有用理论 诺贝尔物理奖金获得者 解读解读 普朗克在物理学上最主要的成就是提出著名的普朗克辐射公式 创立能量子概 念 普朗克从 1896 年开始对热辐射进行了系统的研究 他经过几年艰苦努力 终于导出了 一个和实验相符的公式 他于 1900 年 10 月下旬在 德国物理学会通报 上发表一篇只有三 页纸的论文 题目是 论维恩光谱方程的完善 第一次提