高中历史第26课 现代科学革命课件岳麓版必修3.ppt

第26课现代科学革命 课标 了解牛顿力学体系的创建 爱因斯坦的相对论和普朗克的量子论的提出 认识物理学的发展及对近代科学发展的推动 牛顿力学的创立 人类科学时代开始的标志是什么 牛顿力学经典著作 自然哲学的数学原理 导言科学总是向前发展的 托勒密的地心说被哥白尼的日心说取代 这就是一种对权威的挑战以及超越 而最终的目的是科学的进步 20世纪初 在牛顿经典物理学达到顶峰 形成一种权威的时候 也出现了对这种权威的挑战 爱因斯坦提出的相对论和普朗克提出的量子论 而这个挑战引起了物理学的一场革命 也促进了科技和经济 社会的飞跃 促进了人类认识能力和思维模式的发展 也改变了人们的自然观念 学习本课 你将了解相对论和量子论的主要内容及其意义 一 现代科学革命的背景 经典物理学的危机 p106 1 17世纪牛顿创立的经典力学发展完善 经典物理学成为绝对权威 2 19世纪末物理学的新发现 陷入危机 酝酿物理学革命 二 现代科学革命的主要内容 一 爱因斯坦与相对论1 相对论的提出 2 两个基本原理 3 意义 1 物理学领域最伟大的革命 2 解决经典物理学危机 扩展了物理学应用领域 3 打破了经典物理学绝对化的思维 为人们提供了辩证地看待世界的途径 相对性原理和光速不变原理 1905年狭义相对论 论动体的电动力学 1916年广义相对论 二 现代科学革命的主要内容 一 爱因斯坦与相对论 二 量子理论中的微观世界1 诞生 1900年普朗克量子假说2 发展 1 爱因斯坦 光的量子理论 2 玻尔 原子的量子理论 3 一门新的物理学分支量子力学建立起来3 意义 p108 1 20世纪最深刻 最有成就科学理论之一 人类对微观世界的基本认识有了革命性的进步 2 量子力学对化学 生物学 医学 考古学 古生物学和地质学等科学领域产生重大影响 带来划时代的技术创新 这直接推动社会生产力发展 根本上改变人类物质生活 三 现代物理学兴起的意义 1 量子理论和相对论构成现代物理学的基础 两大支柱 2 量子理论和相对论弥补了经典物理学在宏观世界和微观的粒子世界面前的空缺 开阔了人们的视野 改变了人们看世界的角度和方式 3 量子理论和相对论不仅对物理科学本身 对自然科学 而且对整个人类的思维都产生了不可磨灭的影响 相对论和量子理论出现 它们掀起了物理学革命 构成了现代物理学的两大支柱 课中思考 量子力学的产生和相对论的产生有什么共同点 这说明了什么 共同点 从背景上看 19世纪末 物理学得到了极大的发展 物理学的研究一方面深入到物质内部的微观世界 另一方面扩展到整个宇宙 但是 一系列新的发现无法用经典物理学解释 这使得经典物理学陷入了危机 面临着挑战 从产生过程看 第一 都是科学大师们敢于向权威挑战 追求真理的结果 第二 都经历了一个产生发展完善的过程 说明 社会意识是一定的社会存在的反映 任何事物的产生和发展都要经历一个曲折的过程 1 爱因斯坦是基于维护人类和平的热忱而作出上述举动 是正确的 2 启发 科学技术本身是一把双刃剑 能造福人类 推动生产力 但如运用不当 也能危害人类 科研初衷与实际效果可能有偏差 科技运用于军事可以以暴制暴3 态度 科技发展应不受利益集团左右 我们应该理性对待科学 使之造福人类 p109 解析与探究 选择题练习 2 海王星的发现是根据 a 哥白尼日心说的推算b 牛顿理论的推测c 法拉第演说计算d 爱因斯坦对时间 空间属性的揭示 1 现代物理学的基础是 a 牛顿力学b 相对论c 量子假说d 量子理论 相对论 3 爱因斯坦相对论的提出是物理学领域的一场重大革命 主要是因为 否定了经典力学的绝对时空观 揭示了时间 空间并非绝对不变的本质属性 打破了经典力学体系的局限性 使人类对客观世界的认识开始从宏观世界深入到微观世界a b c d 4 下列表述不正确的是 a 牛顿创立的经典力学是经典物理学的基础b 经典物理学适用的主要是日常生活中的物理现象c 相对论的提出证明经典的物理学是完全错误的d 量子理论使人类对微观世界的基本认识有了革命性的进步 5 打破了经典物理学的绝对化思维 为人们提供了辨证地看待世界的途径的成就是a 相对论的提出b 量子理论c 量子假说d 万有引力定律 6 19世纪末 以牛顿力学为基础的经典物理学出现危机的根本原因是 经典物理学不够完善 经典物理学自身的局限性 物理学出现一系列新发现 经典物理学仅能解释地球上的物理现象 7 普朗克提出量子理论是为解决下列那一问题 a 热辐射理论上的疑点b 天体物理学上的疑点c 热力学上的疑点d 电磁学上的疑点 8 运动的尺缩短 运动的钟变慢 的含义是a 运动具有破坏性b 运动回产生奇迹c 时间 空间随着物质的运动而变化d 这是相对论的简要概括说明 温故知新 联系p60 牛顿是一位伟大的科学家 数学界 他总结出了微积分 在物理界 他总结出了万有引力定律以及经典力学运动三定律 在光学方面 他最早发现了白光的组成 指出了色散的本质 1727年3月20日 伟大的牛顿逝世 他被埋葬在威斯敏斯特教堂 在他的墓碑上镌刻着 让人们欢呼这样一位多么伟大的人类荣耀曾经在世界上存在 牛顿力学刚刚问世时 曾受到不少人的怀疑和反对 牛顿力学是否是科学 只能由实践来检验 牛顿力学不断被证实 历史上最著名的有三件事 第一件 用牛顿力学算出地球的形状象只桔子 古希腊的亚里士多德认为地球是个正球体 两千年来人们对此深信不疑 牛顿却根据他的力学 说地球是个扁球体 象只大桔子 此言一出 学界哗然 地球那么大 牛顿又从不出远门 他凭什么说地球有点扁 可是法国科学家经过三次实地测量 终于证实了牛顿的看法 用力学能算出地球的形状 真是个奇迹 第二件 用牛顿力学算出了哈雷彗星的回归周期 长期以来到 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 牛顿说 既然彗星也是天体 就必然遵循力学规律 他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75 76年 由此预言它将在1758年再次出现 哈雷1705年发表这个预言 当时他已49岁 却要预言53年以后的事 岂非耸人听闻 可是1758年这颗彗星果然如期出现 并被命名为哈雷彗星 牛顿力学剥掉了彗星的神秘外衣 对它的运行作出了科学预见 这又是一个奇迹 例子 1875年时 普朗克在慕尼黑大学学物理 物理老师曾劝他不要学纯理论 因为物理学 是一门高度发展的 几乎是臻善臻美的科学 现在这门科学 看来很接近于采取最稳定的形式 也许 在某个角落里还有一粒尘屑或一个小气泡 对它们可以去进行研究和分类 但是 作为一个完整的体系 那是建立得足够牢固的 而理论物理学正在明显地接近于几何学在数百年中所已具有的那样完美的程度 17 19世纪牛顿经典力学日趋完善 成熟 危机与机遇 晴空上漂浮着两朵乌云 第一朵乌云 以太 说破灭 水波的传播要有水做媒介 声波的传播要有空气做媒介 它们离开了介质都不能传播 太阳光穿过真空传到地球上 几十亿光年以外的星系发出的光 也穿过宇宙空间传到地球上 光波为什么能在真空中传播 它的传播介质是什么 物理学家给光找了个传播介质 以太 他们假定整个宇宙空间都充满了 以太 以太 是一种由非常小的弹性球组成的稀薄的 感觉不到的媒介 以太 是光 电 磁的共同载体的概念为人们所普遍接受 形成了一门 以太学 按照牛顿的经典时空观 宇宙中应当存在一种绝对静止的媒质 以太 人无法感受它 但它能传递电 磁 力 光亦借助于它才能传播 地球以每秒30公里的速度绕太阳运动 就必须会遇到每秒30公里的 以太风 迎面吹来 同时 它也必须对光的传播产生影响 这个问题的产生 引起人们去探讨 以太风 存在与否 1887年 实验结果证明 不论地球运动的方向同光的射向一致或相反 测出的光速都相同 在地球同设想的 以太 之间没有相对运动 因而 根本找不到 以太 或 绝对静止的空间 19c末以牛顿力学为基础的经典物理学陷入危机 事情还要从19世纪下半叶说起 1870年在 铁血宰相 俾斯麦的领导下 德国 普鲁士 赢得了普法战争 从法国得到大量战争赔款 同时迫使法国割让了阿尔萨斯和洛林两个省 当时的德国 急于从一个以农业为主的 土豆王国 变成一个工业化的 钢铁王国 德国的鲁尔区产煤 而紧靠鲁尔区的阿尔萨斯和洛林有丰富的铁矿 再加上大量的赔款 德国发展钢铁工业万事具备 就只欠提高冶炼技术这个东风了 炼钢的关键是控制炉温 数千度的炉温 任何温度计都会熔化 第二朵乌云 黑体辐射 热辐射 困难 于是人们希望从钢水的颜色来辨认温度 这就大大促进了对黑体辐射 热辐射 的研究 早已完成工业革命的英国 当然也在改进炼钢技术 因此许多英国科学家和德国同行一样 也致力于黑体辐射的研究 奇怪的是 无论怎么努力 构造什么样的辐射模型 理论算出的黑体辐射曲线都不能与实验曲线一致 不是在长波波段符合不好 就是在短波波段出现发散 即所谓 紫外光灾难 这就是黑体辐射困难 2004年6月 联合国第58次大会通过决议 确定2005年为 世界物理年 1 右图是2005年 世界物理年 的徽标 观察这个徽标 提出一个问题 并写在下面的横线上 上海高考题 例 为什么把2005年确定为世界物理年 为纪念爱因斯坦对物理学的贡献 联合国教科文组织特选定相对论发表100周年暨爱因斯坦逝世50周年的05年为世界物理年 许多国家更将2005年定为爱因斯坦年 并透过展示物理在经济技术文化等方面的重要作用 争取公众对物理学的理解与支持 期使物理学能在21世纪得到全新的发展 寻找本世纪爱因斯坦 再创科学奇迹 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 1905年 爱因斯坦26岁 接连写下4篇改变整个20世纪物理学面貌的论文 1 光的量子说 解释光电效应 2 布朗运动 证明分子的存在 3 狭义相对论 修正了牛顿力学 4 质能互换律 e mc2 1916年 爱因斯坦发表了广义相对论基础 最具创见也是最伟大的贡献 5 广义相对论 取代了牛顿的万有引力理论 1905神奇的一年 人教 狭义相对论认为 物体运动时 质量会随着物体运动速度增大而增加 同时 时间和空间也会随着物质的速度的变化而变化 即会发生尺缩效应和钟慢效应 相对论的例子 一卷录音带 如果在地面上播放需要一个小时 在快速飞行的宇宙飞船里播放 宇宙飞船里的人测定也是一个小时 但是由地面上的人员 来测定在宇宙飞船中播放的时间呢 根据牛顿的理论 因为时间是绝对的 所以也是一小时 但是爱因斯坦的理论则认为应该是一个多小时 因为时间是相对的 在不同速度下测量时间 长度是不一样的 参考教材p107例子 什么是狭义相对论 什么是广义相对论 广义相对论是新的万有引力概念 爱因斯坦阐述 万有引力 的本质是导因于物质的分布而弯曲了邻近的时间 空间几何结构 从而导出比牛顿万有引力定律更精确的理论 得到弯曲的四维时空观念 牛顿的万有引力理论成了广义相对论中的一个特例 人教 广义相对论认为 空间和时间的性质不仅取决于物质的运动情况 也取决于物质本身的分布状态 爱因斯坦能够取得伟大成就有哪些条件 1 科学发展提供的基础 2 科学发展需要提供动力 3 个人坚持不懈勤奋追求真理的优秀品质 4 科学的工作和研究方法 发散思维 关于爱因斯坦的小故事多得不胜枚举 有此些是因为他的知名度太高 穿凿附会 以讹传讹 有些则是真实的 无论是真是假 人们对一位伟大物理学家的崇拜是不会改变的 爱因斯坦的小故事 例如他穿的袜子左右脚常不同颜色 用手推车推孩子散步 竟会由于专心思考问题 而一不小心把孩子推到水沟里 陪太太看电影时 却在电影院里用手电筒看书 1952年 以色列共和国请爱因斯坦去担任总统 因为以色列都是犹太人 爱因斯坦是犹太人心目中的精神领袖 然而他没有接受 觉得自己的个性并不适合处理行政 人文历史 思考中的晚年爱因斯坦 青年时期的爱因斯坦 作为科学家的爱因斯坦 他是窥见上帝秘密的人 作为思想家的爱因斯坦 他是窥见人间秘密的人 爱因斯坦 没有能独立思考和独立判断的有创造性的个人 社会的向上发展是不可想象的 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 代表少说废话 成功的秘诀 a x y z 相对论构成了现代物理学的两大支柱之一 那么 现代物理学的另一个支柱又是什么呢 量子理论是现代物理学的另一大支柱 普朗克量子假说 普朗克 普朗克是近代伟大的德国物理学家 量子论的奠基人 1858年4月23日生于基尔 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 1900年他在黑体辐射研究中引入能量量子 加热到不同温度的物体发出不同颜色的光 科学的革命 背景 经典物理学的危机 以牛顿力学为代表的经典物理学无法解释世纪末以来的物理学新发现 现代物理学的两大支柱 相对论 量子论 内容 相对性原理与和光速不变原理 时间 空间 运动 质量是相对的 意义 扩展了物理学的研究空间和应用领域 从日常范围到宏观宇宙空间 开阔了人们的思维 过程 普朗克的量子假说 玻尔提出原子的量子理论 爱因斯坦提出光电效应 意义 对化学 生物学 医学等多门学科产生重大影响 直接推动了生产力的发展 从根本上改变了人类的物质生活 小结 趣味小故事 年的一天 在著名的布拉格大学校园里的一片草地上 一群大学生围坐在一位年轻学者的身旁 正进行着激烈的讨论 请您通俗地解释一下 什么叫相对论 一位学生微笑着向青年学者发问 年轻学者环视一下周围的男女学生 微笑着答道 如果你在一个漂亮的姑娘旁边坐了两个小时 就会觉得只过了 分钟 而你若在一个火炉旁边坐着 即使只坐 分钟 也会感觉到已过了两个小时 这就是相对论 大学生们先是一愣 接着便大笑起来 很抱歉推翻了您的理论 爱因斯坦曾说道 牛顿先生 很