第11课-物理学的重大进展可用

第四单元近代以来世界的科学发展历程,什么是近代科学？,近代科学是在收集材料的基础上，从现象深入到本质，从经验定律上升为系统的科学理论。它是建立在观察、试验基础上的实验科学，并广泛应用数学方法使科学知识日益精确化；同时发展了以实验事实为根据和以归纳推理为主要手段的研究方法，确立了一系列定量的科学定律。,探究：他们分别是什么人？有什么贡献？,第11课物理学的重大进展,学习目标：1.简述经典力学的主要内容，认识它的历史地位。2.知道相对论、量子论的主要内容，叙述它的意义。,探究：1、经典力学体系建立的历史背景是什么？,思想条件：,经济条件：,主观条件：,文艺复兴、宗教改革的推动,资本主义经济的发展,科学家的努力,一、经典力学（16、17世纪）,探索2、成就：经典力学体系的建立,自主探究：经典力学体系的建立过程中哪两位科学家起到了关键的作用？他们在科学研究领域有哪些成就？P54-55,一、近代物理学经典力学,伽利略（15641642），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。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，把哥白尼的学说推到了最终胜利的阶段。,伽利略出生于比萨一个没落贵族家庭。17岁进比萨大学学医，但他对物理和数学很有兴趣。他做了大量的实验和研究工作，首次用自制的天文望远镜细心地观察了天体，宣告了和哥白尼学说完全相符的结论。伽利略把他在望远镜中所观察到的壮丽景象，到处宣传，并用观察到的事实和力学原理作了严密的论证，进一步维护和发展了哥白尼的体系。,教会向伽利略发出多次警告，但是他无视这一警告，发表了关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话的巨著，从实践和理论的高度批驳了地球中心说。伽利略的“异端”活动引起了教会的恐慌，罗马教皇向宗教裁判所带头提出控诉，于是这位体弱抱病的科学家被送进了监牢，遭到审讯，以至被终身软禁。软禁期间，他继续研究物理学，写出关于两门新科学的谈话和数学证明。,科学的真理不应在古代圣人的蒙着灰尘的书上去找，而应该在实验中和以实验为基础的理论中去找。伽利略,“近代科学之父”伽俐略,1590年，伽俐略在斜塔的顶层做自由落体运动实验，让两个重量相差10倍的铁球，同时从塔顶落下，结果两球同时着地，因而，雄辩地一举推翻了束缚人们近2000年的希腊学者亚里士多德关于重量不同的物体，其下落的速度也不相同的“物体下落速度与重量成正比”的理论。伽俐略开创了实验物理的新时代，为经典力学的创立奠定基础。,2、经典力学的奠基者伽利略（意大利）,（1）伽利略的成果,A、物理方面：B、天文学方面：C、研究方法：,（2）伽利略的贡献,突出成果创立自由落体定律,制造天文望远镜、证明哥白尼“日心说”的正确性,A、开创了近代科学，被誉为“近代科学之父”B、为经典力学的创立奠定了基础.,观察和实验,牛顿出生于英国的林肯郡，1665年毕业于著名的剑桥大学三一学院，获得学士学位。三年后又获得文学硕士学位。牛顿曾经长期担任英国皇家学会会长，他还担任过英国议会议员，授予爵士称号。1727年，他病逝，被安葬于威斯敏斯特教堂，这是一种极高的荣誉。,牛顿（16421727）,牛顿是生活在地球上的影响最大的科学家之一。他是遗腹子，生于伽利略逝世的那一天。牛顿的背景为天才如何能在逆境中出人头地提供了一个客观范例。牛顿少年时代即表现出手工制作精巧机械的才能。虽然他是个聪明伶俐的孩子，但并未引起他的老师们的注意。他在学校的成绩不好，他体弱多病，性格腼腆。学习成绩是班上倒数几名，还经常受顽皮学生的欺侮。直到有一次跟同学打架。据说那个男孩在牛顿的肚于上踹了一脚，于是牛顿把他狠狠地揍了一顿，并把他的鼻于摁在教堂的墙上蹭来蹭去。从此之后，牛顿便开始在班里崭露头角，尤其在制作模型上表现出心灵手巧。成年时，母亲令其退学，因为希望儿子成为一名出色的农夫。十分幸运的是他的主要天赋不满足于他在农业方面发挥。他被证明不是一个好农夫，干活漫不经心，而且脾气急躁。于是他又被送回学校，18岁那年他进入了剑桥大学，极快地通晓了当时已知的自然与数学知识，之后转入个人的专门研究。,3、建立经典力学体系,A、标志：,1687年自然哲学的数学原理的出版。,B、内容：,提出了著名的万有引力定律和牛顿力学三定律。,D、运用：,利用该理论发现了海王星和冥王星。,C、特征：,以实验为基础，以数学为表达方式。,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。根据万有引力理论，人们设想这可能是由于有一颗未知行星对天王星产生影响的结果。,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科学家勒维列来信的当晚，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,推动了生产力的进步和资本主义的发展（如：蒸汽机）,推动了物理学自身的发展,促进了近代自然科学的进步。,冲击了宗教神学，推动了启蒙运动的发展和思想解放。,3、经典力学体系的影响,3、经济发展：,1、自然科学：,2、思想认识：,2、思想认识：,“牛顿的发现，给人类带来从未有过的自信。曾经匍匐在上帝脚下的人类，终于大胆地抬起头来，开始用自己理性的眼光打量世界。”大国崛起,一、近代物理学经典力学,19世纪经典物理学达到巅峰状态，在人们心目中，经典物理学已经达到近乎完美的程度。这时，年轻的德国人普朗克和他的老师发生了一段对话：普朗克：“老师，我准备把我的一生都献给物理理论学！”老师：“年轻人，物理学是一门已经完成了的学科，不会再有多大的发展，把一生都献给这门学科，太可惜了。”,物理学真的已经完成了吗？,（16421727）,适用范围（缺陷）只适用于物体运动的低速状态，是绝对的时空论；只适用于宏观物体（宏观世界）的运动。,1、背景：,经典力学存在局限性，面临着危机和挑战,建立在绝对时空观的理论之上,适用的范围主要是人们日常生活中的物理现象,二、相对论的创立,高速运动中的物理现象,微观粒子的运动,经典力学无法解释物理学研究中遇到的一些新问题：,2.相对论的提出及主要内容,爱因斯坦（1879-1955）1905-1915年提出了相对论，发展了牛顿力学。,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。,然而就是这样一位光彩夺目的人物，爱因斯坦年幼时也未显出智力超群，相反，到了四岁多还不会说话，家里人甚至担心他是个低能儿。在整个中小学时代却常常被斥为“生性孤僻、智力迟钝”，“心不在焉，想入非非”。中学毕业前夕，校方甚至断言他未来将“一事无成”，勒令他退了学。16岁那年，他以同等学历报考大学，尽管物理。数学成绩很好，但由于需要死记硬背的科目考砸了锅，只得名落孙山。第二年进入大学后，他擅自“刷掉了”很多课程，只以“极大的兴趣”去听某些课和在家里自学。曾被数学教授称为“懒狗”，曾因做实验出事故受到处分，还曾被物理教授认为不适宜学物理而应当改行。,大学毕业时几位同窗好友都留校当了助教，他却因得不到教授们的赏识而遭到了“毕业即失业”的命运。这种种亲身经历，使爱因斯坦对教育的总体印象一直不佳。正因为如此，成名后的爱因斯坦通过自身的体验和长期的观察，形成了一种与众不同的教育观点。“知识是死的；而学校却要为活人服务。”这是爱因斯坦对于学校教育的基本看法。他反对把学校仅仅看做是传授知识的工具，更反对把学生“当作死的工具来对待”。他认为：“学校的目的始终应当是：青年人在离开学校时，是作为一个和谐的人，而不是作为一个专家。”,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,关于爱因斯坦的小故事多得不胜枚举，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。,信不信由你：爱因斯坦小故事,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。,他穿的袜子左右脚常不同颜色；,（1）狭义相对论：物体运动时，质量会随物体运动速度增长而增加，同时，空间和时间也会随着物体运动速度的变化而变化，即会发生尺缩效应和钟慢效应。（2）广义相对论：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。,相对论的内容,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。,二、相对论的创立,4、辨析：爱因斯坦的相对论是对经典力学的完全否定。,相对论否定了经典力学的绝对时空观，并未否定整个牛顿力学。相对论是对牛顿力学的继承和发展，将其概括在相对论力学之中，推动物理学发展到一个新的高度。,观点错误。,相对论打破了牛顿以来传统的绝对时空观，但并非全盘否定牛顿力学。牛顿力学反映的是宏观物体低速运动的客观规律，而狭义相对论反映的是物体高速运动的客观规律，是对牛顿力学的继承和发展。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。,相对论和经典力学的关系,很抱歉推翻了您的理论,爱因斯坦曾说道：“牛顿先生，很抱歉推翻了您的理论，不过您的成就是您那个时代一个人的智力和创造力所能达到的颠峰。但是，当我们对宇宙万物有了更深入的了解以后，这些观念将会被一些更抽象的新观念所取代。”也许将来某一天，会有一位少不更事的科学家说道：“爱因斯坦先生，很抱歉推翻了您的理论，不过您的成就是您那个时代一个人的智力和创造力所能达到的颠峰”,二、相对论的创立,经典力学无法解释一些新问题,20C初，爱因斯坦,狭义相对论，广义相对论,是物理学领域的一次重大革命否定了经典力学的绝对时空观发展了牛顿力学推动物理学发展到一个新高度,由于相对论的观点与人们的日常经验不太一致，甚至有着尖锐的冲突，相对论从一开始就受到包括一些科学家在内的很多人的反对。1921年爱因斯坦获得了诺贝尔奖，当时不少德国的诺贝尔奖获得者威胁说，如果给相对论授奖，他们就要退回已获得的奖章，结果评选委员会只好让爱因斯坦作为光电效应理论的建立者得奖，相对论始终没有获得诺贝尔奖。但相对论在物理学上却非常合理且为实验所证实。,三、量子论的诞生与发展,1.量子论诞生的历史背景,（1）19c末20c初，电子和放射性的发现使人们对物质的认识深入到原子内部。（2）实验表明，微观粒子的运动不能用通常的宏观物体的运动规律进行描述。,2.量子论的诞生、发展和量子力学,（1）诞生：1900年，德国物理学家普朗克提出量子假说，宣告量子论诞生。,（2）发展：爱因斯坦利用量子理论成功解释了光电效应；玻尔提出了有关原子的量子理论；20世纪30年代，量子力学建立。（量子力学：研究微观世界粒子运动规律的科学。）,3.量子论的重要影响,（1）使人类对微观世界的认识取得重大进步，是20世纪最深刻、最有成就的科学理论之一。（2）量子论与相对论共同构成现代物理学的基础，弥补了经典力学在认识宏观世界和微观世界方面的不足。（3）开阔了人们的视野，改变了人们认识世界的角度和方式。,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。,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。,阅读课文，思考：他们对近代物理学的发展所作出的最重大贡献分别是什么？,为经典力学奠定基础,伽利略,牛顿,形成经典力学体系,爱因斯坦,提出相对论，发展牛顿力学,普朗克,提出量子假说、量子论诞生,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,奠基人：伽利略,建立：牛顿,思考总结物理学的发展给