创立了狭义相对论.ppt

一近代物理学的奠基人和革命者 探究 他们分别是什么人 有什么贡献 伽利略 1564 1642 牛顿 1642 1727 普朗克 1858 1947 爱因斯坦 1879 1955 物理学革命 经典力学体系 近代自然科学的形成 相对论 量子论 近代科学之父 实验科学 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 近代物理学的发展过程 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 自由落体定律 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 IssacNewton 牛顿 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 经典力学体系 1 牛顿对前人科学理论的发展 1 经典力学体系的主要内容 牛顿力学体系及数学 天文学方面的研究成果记载在他的科学巨著 自然哲学的数学原理 中 2 经典力学体系的历史地位 理论的综合 牛顿力学体系对自然界的力学现象做出了系统 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 经典力学体系的建立标志着近代科学的形成 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 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 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75 76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 哈雷彗星的发现验证了万有引力定律的科学性 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 二 现代物理学理论的发展 相对论的建立 1 狭义相对论 1905年 爱因斯坦发表了 论动体的电动力学 创立了狭义相对论 狭义相对论认为 时间和空间都与物质的运动有关 随着物质运动速度的变化而变化 狭义相对论的基础 相对性原理光速不变原理 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 马裤也不扣纽扣 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 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 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 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 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 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 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 量子论确实深奥难懂 甚至连量子论奠基人之一的玻尔都说 如果谁不为量子论而感到困惑 那他就是没有理解量子论 量子论的意义 量子力学标志着人类对客观规律的认识 开始从宏观世界深入到微观世界 狭义相对论发表100周年 也许全世界只有几十个人能完全理解他的真谛 但这并不能掩盖相对论对人类生活的巨大改变 关于相对论 有人说 这个形式简洁优美的理论蕴藏了太多令人惊讶的内容 100年来 人们时时从中悟出宇宙层出不穷的奥秘 直到今天 这里还有很多内容没有被我们悟透 这个 优美的理论 包含了哪些主要内容呢 让我们一起来领略相对论的奥妙 这个故事形象地说明了时间和空间的相对性 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 2 广义相对论1916年 爱因斯坦又建立了广义相对论 广义相对论认为 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 广义相对论第一次阐述了四维时空和物质的分布相联系的重要思想 爱因斯坦的 时空弯曲 概念 3 相对论建立的意义 爱因斯坦相对论的建立 是对近代物理学理论框架的重大突破 它不仅揭示了空间 时间的可变性 时空的变化和时空结构同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 相对论的现实意义举例 相对论能修正GPS 全球定位系统 全球定位系统 GPS的应用也已普及化了 许多城市的公共汽车 出租车上都安装了它 早期的GPS接收器确定物体位置的误差是在15米范围内 这个误差可以用爱因斯坦相对论来修正 1955年4月18日 爱因斯坦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 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 第二课追寻生命的起源 2007 05 0510 44 15南方都市报报道 3日晚 美国共和党10名总统竞选人齐聚里根总统图书馆 举行首轮集体电视辩论 10人中有3人不认同进化论 而倾向于 智能设计论 这种理论由宗教保守派推出 宣称生命由某种超级智慧设计 并非源于物种进化 多利 克隆羊 达尔文和进化论 1 拉马克的生物进化观 提出了生物是从低级向高级发展进化的观点 肯定了环境对物种变化的影响 拉马克 1744 1829 关于达尔文达尔文 1809 1882 出生在英国 祖父和父亲都是有名的医生 他从小就活泼好动 喜欢采集昆虫 特别热衷于打猎和骑马旅行 16岁时 为了让他将来继承祖业 父亲送他到爱西堡大学学医 但他对医学并不感兴趣 常到海边向人学习采集生物标本 对动物进行解剖 分类和作观察记录 19岁那年 达尔文又进入剑桥大学学习神学 在这期间 他结识了一些朋友 从他们那里 他学会了如何发掘并鉴定地质矿物标本等 为他将来从事自然科学的研究打下了基础 22岁那年 经朋友推荐 达尔文以博物学者的身份登上了 贝格尔 号远航考察船 随船进行为期5年的科学考察 那时候 达尔文还相信生物是由上帝创造的 每到一个地方 达尔文都要仔细考察当地动物 植物资源 许多实例引起他的思考 并使他对 上帝造物论 产生了怀疑 达尔文 1809 1882 在南美洲 达尔文发现了古犰狳的化石 它们与现代生活的犰狳十分相似 但又有不同 这是否说明现代的动物是由古代的动物发展而来的呢 在加拉帕戈斯群岛上 达尔文发现 这里不同岛上的地雀各有其特点 这种现象使达尔文想到物种可能在不断地变化着 各地的所见所闻 都说明随着时间的推移 生物是在逐渐进化的 但是 当时达尔文还不能说明引起生物进化的原因 考察归来 达尔文就开始研究这个问题 达尔文耐心地收集资料和证据 他访问过农夫 种子供应店店主和家畜 家禽饲养人 他还亲自饲养鸽子 观察家鸽在人工饲养下所产生的变异 经过大量的观察和研究 达尔文终于成功地用自然选择学说解释了生物进化的原因 并于1859年出版了 物种起源 这部巨著 引起极大的反响 达尔文的进化论被恩格斯赞誉为19世纪自然科学的三大发现之一 贝格尔号 舰的航行 2 达尔文的生物进化观 自然界中生物的物种是不断进化的 是不断从低级向高级发展的 自然界进化的规则是物竞天择 适者生存 1859年11月24日清晨 雾霭中 伦敦几家书店的门口人声鼎沸 人们争先恐后地排队购买刚出版的新书 物种起源 初版1250本书在发行的当天就被销售一空 书中的观点震撼了世界 动摇了禁锢人们思想许多个世纪的特创论 引自 科学简史 物种起源 一书为什么能引起人们的热情 什么观点震撼了世界 达尔文认为长颈鹿的进化原因是 长颈鹿产生的后代超过环境承受能力 过度繁殖 它们都要吃树叶而树叶不够吃 生存斗争 它们有颈长和颈短的差异 遗传变异 颈长的能吃到树叶生存下来 颈短的却因吃不到树叶而最终饿死了 适者生存 结合上述背景材料和教材有关达尔文科学探索过程的资料达尔文的科学探索过程给了我们哪些启发 在达尔文的自传中 他这样总结自己的一生 最重要的是 爱好科学 不厌深思 勤勉观察和收集资料 相当的发明能力和常识 达尔文尊重事实 勇于探索的科学精神 1863年 赫胥黎发表 人类在自然界中的位置 通过比较解剖学的研究 论证了 人的构造和其他动物一样 尤其和猿更接近 它使人猿同祖论进一步得到了确立 促进了进化论的传播 造物主的落幕 赫胥黎 1825 1895 以上两图是当时宗教人士为讽刺达尔文所作 科学理论传播的艰难 科学与宗