近代物理学的奠基人和革命者

1、专题七专题七 近代以来科学技术的辉煌近代以来科学技术的辉煌 物理学物理学生物学生物学 科学革命科学革命 技术革命技术革命 三次工业革命三次工业革命 伽利略伽利略牛顿牛顿普朗克普朗克爱因斯坦爱因斯坦 学测要求：学测要求： 1、了解伽利略、牛顿对建立经典力学所作的贡献。、了解伽利略、牛顿对建立经典力学所作的贡献。 2、了解普朗克提出量子论、爱因斯坦创立相对论、了解普朗克提出量子论、爱因斯坦创立相对论 3、理解相对论、量子论提出的意义、理解相对论、量子论提出的意义 创立自由落体定律创立自由落体定律 一、经典力学体系的创立和发展一、经典力学体系的创立和发展 1 1、经典力学的经典力学的奠基者奠基者 伽

2、利略伽利略 突出成就：突出成就： “两个铁球同时着地两个铁球同时着地”的实验，得出了的实验，得出了 重量不同的两个铁球同时下落的结论，重量不同的两个铁球同时下落的结论， 从此从此推翻了亚里士多德推翻了亚里士多德“物体下落速度物体下落速度 和重量成比例和重量成比例”的学说的学说 推翻推翻了了亚里士多德亚里士多德的力学理论；的力学理论； 为为经典力学经典力学的建立的建立奠定了奠定了基础。基础。 意义：意义： 牛顿捡到了哪些牛顿捡到了哪些“光滑的石子光滑的石子”和和“美丽的贝壳美丽的贝壳”？ “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

3、美丽的贝壳而欢欣鼓舞，而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。展现在我面前的是完全未探明的真理之海。” 牛顿临终遗言牛顿临终遗言 惯性定律惯性定律 加速度定律加速度定律 作用和反作用定律作用和反作用定律 物理运动物理运动 三大定律三大定律 万有引力万有引力 定律定律 经典力学体系经典力学体系 2 2、经典力学的建立者经典力学的建立者 牛顿经典力学的显著特点：牛顿经典力学的显著特点： 一、经典力学体系的创立和发展一、经典力学体系的创立和发展 牛顿牛顿 注重实验和数学化注重实验和数学化 牛顿力学体系及数学、天文学方面的研究成果牛顿力学体系及数学、天文学

4、方面的研究成果 记载在他的科学巨著记载在他的科学巨著自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理中中 “巨人肩上的思索巨人肩上的思索” ” 牛顿曾谦逊地说：牛顿曾谦逊地说：“如果我如果我 比别人看得远些，那是因为比别人看得远些，那是因为 我站在巨人们的肩上。我站在巨人们的肩上。” ” 3 3、经典力学体系的历史地位、经典力学体系的历史地位 三百年前，人类的思想还充斥着迷信和恐惧，水为什么三百年前，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。极的问题，在当时却是根本无法

5、认识和把握的。直到牛直到牛 顿出现，人类才终于结束了这种状态。顿出现，人类才终于结束了这种状态。 大国崛起大国崛起解说词解说词 阅读教材阅读教材P121P121，并进行归纳，并进行归纳 （1 1）标志标志着着近代科学的形成；近代科学的形成； （2 2）完成了完成了人类对自然界认识上的人类对自然界认识上的第一次理论大综合第一次理论大综合； （3 3）运动三定律）运动三定律构成了构成了近代力学体系的近代力学体系的基础基础，成为成为整个整个 近代物理学的近代物理学的重要支柱重要支柱。 一、经典力学体系的创立和发展一、经典力学体系的创立和发展 万有引力定律准确地算出地球的万有引力定律准确地算出地球的平

6、均平均 密度密度和和扁平率扁平率，正确地解释了，正确地解释了潮汐的成因。潮汐的成因。根据这一根据这一 定律，人们还发现了定律，人们还发现了海王星、冥王星。海王星、冥王星。 实践的验证实践的验证： 海王星和冥王星的发现海王星和冥王星的发现 法国的勒维列和英国的亚当斯坚信牛顿力学的正确，用牛法国的勒维列和英国的亚当斯坚信牛顿力学的正确，用牛 顿力学算出了未知行星（顿力学算出了未知行星（海王星）的海王星）的位置和质量，位置和质量，1848年年 9月月23日，柏林天文台台长在收到勒维列来信的当晚，用日，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望远镜对

7、准勒维列所指出的位置，一下子就看到了一颗新 的行星的行星海王星海王星 哈雷慧星轨道的推算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，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。牛顿的好友根本不能用科学来说明。牛顿的好友哈雷用牛顿力学算哈雷用牛顿力学算 出了出了16821682年出现的彗星的轨道，年出现的彗星的轨道，指出它的回归周期是指出它的回归周期是 75767576年，由此年，由此预言它将在预言它将在17581758年再次出现年再次出现。5353年以后年以后 的的17581758年（当时哈雷已去世），这颗彗星果然如期出现。年（当时哈雷已

8、去世），这颗彗星果然如期出现。 哈雷慧星的发现验证了万有引力定律的科学性哈雷慧星的发现验证了万有引力定律的科学性。 牛顿力学体系具有惊人的科学预见力和巨大的理论指导意义牛顿力学体系具有惊人的科学预见力和巨大的理论指导意义 1919世纪末，面对经典物理学世纪末，面对经典物理学近乎完美近乎完美的发的发 展，有的物理学家表示：展，有的物理学家表示：“1919世纪已经将世纪已经将 物理大厦全部建成，今后物理学家只是修物理大厦全部建成，今后物理学家只是修 饰和完美这座大厦饰和完美这座大厦。” 质疑与思考：经典力学体系真的是最完美的物理学理论吗？质疑与思考：经典力学体系真的是最完美的物理学理论吗？ 经典物

9、理学研究对象经典物理学研究对象日常生活中常见的日常生活中常见的低速运动低速运动的物体的物体 高速运动高速运动的微观粒子发生的现象，是经典力学无法解释的！的微观粒子发生的现象，是经典力学无法解释的！ 关于正常光谱能量分布定律的理论关于正常光谱能量分布定律的理论 二、现代物理学理论的发展二、现代物理学理论的发展 标志着人类的认识从标志着人类的认识从宏观世界宏观世界深入到深入到微观世界微观世界 改变了近代物理学中的传统观念改变了近代物理学中的传统观念 1、量子论的诞生与发展、量子论的诞生与发展 （1 1）德国德国爱因斯坦爱因斯坦：解释光电效应，得出光具：解释光电效应，得出光具 有有 波粒二象性波粒二

10、象性 （2 2）法国德布罗意：提出物质波理论；）法国德布罗意：提出物质波理论； （3 3）奥德物理学家：建立量子力学）奥德物理学家：建立量子力学 标志：标志： 发展发展： 影响：影响： 普朗克普朗克 2020世纪最后一期世纪最后一期时代时代周刊，评选出一位周刊，评选出一位“世世 纪人物纪人物”，称他为，称他为“天才、政治难民、人道主义天才、政治难民、人道主义 者、者、原子和宇宙迷的开启者原子和宇宙迷的开启者”、“以其最伟大的以其最伟大的 思想和无与伦比的形象独占鳌头思想和无与伦比的形象独占鳌头”。 据你推断，这个据你推断，这个“世纪人物世纪人物”应是应是谁呢？谁呢？ 英国理论物理学家史迪芬英国

11、理论物理学家史迪芬霍金在关于时间的论文霍金在关于时间的论文 中说：中说：“在过去的在过去的100100年里，世界的变化比过去任年里，世界的变化比过去任 何世纪都大，何世纪都大，其原因在于技术直接紧随基础科学的其原因在于技术直接紧随基础科学的 进步而发展。显然，进步而发展。显然，没有谁比阿尔伯特没有谁比阿尔伯特爱因斯坦爱因斯坦 的成就更能代表科学的进步的成就更能代表科学的进步 ” ”。 2 2、相对论的建立相对论的建立 狭义相对论狭义相对论 内容内容： 基础：基础： 二、现代物理学理论的发展二、现代物理学理论的发展 爱因斯坦爱因斯坦 相对性原理相对性原理 光速不变原理光速不变原理 时间和空间时间

12、和空间都与物质的都与物质的运动运动有关，有关， 随着物质随着物质运动速度运动速度的的变化而变化变化而变化。 提出提出：19051905年，爱因斯坦发表了年，爱因斯坦发表了论动体的电动力学论动体的电动力学 影响影响 否认了否认了牛顿力学牛顿力学的绝对时空观的绝对时空观 继承和发展了继承和发展了牛顿力学牛顿力学 奠定了奠定了利用利用原子能原子能的理论基础的理论基础 这个故事形象地说明了时间和空间的相对这个故事形象地说明了时间和空间的相对 性性 爱因斯坦关于相对论的比喻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

13、：斯坦曾经风趣地对一名男青年说：“我打个比方，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士谈情说爱，那么，同样的时间你觉得哪一个更 长？长？”男青年说：男青年说：“当然坐在火炉上烤的时间觉当然坐在火炉上烤的时间觉 得长久。得长久。”爱因斯坦说：爱因斯坦说：“这就是我的相对论内这就是我的相对论内 容容。” 在未来的某一时间，有一对在未来的某一时间，有一对2020岁的孪生兄弟，弟弟乘岁的孪生兄弟，弟弟乘 宇宙飞船以宇宙飞船以2929万千米万千米/ /秒秒的速度飞行，哥哥留在地球的速度飞行，哥哥留在地

14、球 上。上。5050年以后年以后，当，当哥哥哥哥已经变成已经变成白发苍苍白发苍苍的老人时，的老人时， 他去迎接回到地球的他去迎接回到地球的弟弟弟弟，却发现弟弟还是一个，却发现弟弟还是一个3030多多 岁的年轻人岁的年轻人！ 你认为应该用什么理论来解释这一现象你认为应该用什么理论来解释这一现象 相对论相对论 物体以物体以光速或接近光速运动时光速或接近光速运动时，质量会变大，质量会变大， 距离会变短，距离会变短，时间会变慢时间会变慢；如果物体；如果物体超过光速超过光速 运动，则运动，则时间会倒流时间会倒流”。 穿越时空一般“取材”于爱因斯坦狭义相对论 广义相对论广义相对论 19161916年年 物

15、质存在的现实物质存在的现实空间不是平坦的，而是弯曲的；空间不是平坦的，而是弯曲的； 空间弯曲的程度空间弯曲的程度体现为体现为引力场强度；引力场强度； 时间、空间不是独立的实在，时间、空间不是独立的实在，它们是它们是物质存在的物质存在的 形式。形式。 第一次阐述了第一次阐述了四维时空和物质的分布相联系的四维时空和物质的分布相联系的重重 要思想。要思想。 提出：提出： 2 2、相对论的建立相对论的建立 爱因斯坦爱因斯坦 内容：内容： 意义意义： 爱因斯坦的爱因斯坦的“时空弯曲时空弯曲” 相对论相对论打破了打破了牛顿以来传统的绝对时空观，但并非牛顿以来传统的绝对时空观，但并非 全盘否定牛顿力学。全盘

16、否定牛顿力学。牛顿力学牛顿力学反映的是反映的是宏观物体低速运宏观物体低速运 动动的客观规律，而的客观规律，而狭义相对论狭义相对论反映的是反映的是物体高速运动物体高速运动的的 客观规律，是对牛顿力学的客观规律，是对牛顿力学的继承和发展继承和发展。牛顿力学是相。牛顿力学是相 对论的一种特例（物体低速运动状态），包括在相对论对论的一种特例（物体低速运动状态），包括在相对论 体系中。体系中。 相对论与牛顿力学的关系：相对论与牛顿力学的关系： （1 1）是对）是对近代物理学理论框架的重大突破近代物理学理论框架的重大突破，形成了全，形成了全 新的时空观、运动观和物质观新的时空观、运动观和物质观 （2 2）

17、是人类）是人类思想发展史中一次根本性的改革思想发展史中一次根本性的改革，对整个，对整个 自然科学和哲学都产生了极其深刻的影响。自然科学和哲学都产生了极其深刻的影响。 （3 3）相对论与量子理论一起，构成了现代）相对论与量子理论一起，构成了现代物理学的基物理学的基 本理论框架。本理论框架。 3 3、相对论的影响、相对论的影响 经典力学经典力学 体系的创体系的创 立和发展立和发展 量子理论量子理论 (从普朗克到爱因斯坦从普朗克到爱因斯坦) 相对论相对论 （爱因斯坦）（爱因斯坦） 现代物理现代物理 学学理论的理论的 发展发展 本课知识结构本课知识结构 近代物理学的奠基人和革命者近代物理学的奠基人和革

18、命者 基础基础:伽利略伽利略 标志标志:牛顿牛顿 1创立了自由落体定律，从而推翻了亚里创立了自由落体定律，从而推翻了亚里 斯多德的学说的是（斯多德的学说的是（ ） A、伽利略、伽利略 B、牛顿、牛顿 C、爱因斯坦、爱因斯坦 D、普朗克、普朗克 A 2实现了自然科学第一次理论性大综合的是（实现了自然科学第一次理论性大综合的是（ ） A、哈维的血液循环学说、哈维的血液循环学说 B、法拉第的电磁感应理论、法拉第的电磁感应理论 C、牛顿的经典力学体系、牛顿的经典力学体系 D、爱因斯坦的相对论、爱因斯坦的相对论 3指出指出“物质间所存在的万有引力，是由于物质物质间所存在的万有引力，是由于物质 的存在和分

19、布使时间和空间的性质不均匀而引的存在和分布使时间和空间的性质不均匀而引 起的起的”是（是（ ） A、牛顿力学理论、牛顿力学理论 B、万有引力理论、万有引力理论 C、广义相对论、广义相对论 D、狭义相对论、狭义相对论 C C 18591859年年1111月月2424日日清晨，雾霭中，清晨，雾霭中，伦敦伦敦几家书店的门口人几家书店的门口人 声鼎沸，人们争先恐后地排队购买刚出版的新书声鼎沸，人们争先恐后地排队购买刚出版的新书 物种起源物种起源。初版。初版12501250本书在发行的当天就被销售一本书在发行的当天就被销售一 空。空。书中的书中的观点震撼了世界观点震撼了世界，动摇动摇了禁锢人们思想了禁锢

20、人们思想 许多个世纪的许多个世纪的神创论神创论。 引自引自科学简史科学简史 物种起源物种起源一书为什么能引起人们的热情？什么一书为什么能引起人们的热情？什么 观点震撼了世界？观点震撼了世界？ 1 1、了解物种起源了解物种起源 2 2、了解达尔文进化论的主要观点及其影响了解达尔文进化论的主要观点及其影响 学测要求：学测要求： 追寻生命的起源追寻生命的起源 女娲抟土造人女娲抟土造人上帝创造万物论上帝创造万物论 据据圣经圣经记载：第一记载：第一 天，上帝创造了昼夜；天，上帝创造了昼夜； 第二天第二天第三天第三天陆、陆、 海及植物；第四天海及植物；第四天日日 月；第五天月；第五天动物；第动物；第 六天

21、六天男人亚当；第七男人亚当；第七 天，亚当问上帝，为什天，亚当问上帝，为什 么世间万物独有我如此么世间万物独有我如此 孤独？于是上帝取他的孤独？于是上帝取他的 肋骨制造了女人肋骨制造了女人夏娃夏娃。 谁创造了万物谁创造了万物？ 共同点共同点 以上两图是当时宗教人士为讽刺达尔文所以上两图是当时宗教人士为讽刺达尔文所 作作 达尔文达尔文：物种是进化物种是进化而来的而来的 1 1、达尔文进化论诞生的标志、达尔文进化论诞生的标志 （1 1）生物的物种是不断）生物的物种是不断进化的进化的； （2 2）生物的物种是不断从）生物的物种是不断从低级向高级低级向高级发展的；发展的； （3 3）生物进化的规则是）

22、生物进化的规则是物竞天择、适者生存物竞天择、适者生存 1859年年物种起源物种起源 达尔文（达尔文（1809188218091882） 2 2、主要观点、主要观点 物种由低级向高级物种由低级向高级逐渐进化逐渐进化 颈长的能吃到树叶生存下来，颈短的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却因吃不到树叶而最终饿死了 它们有颈长和颈短的差异它们有颈长和颈短的差异 它们都要吃树叶而树叶不够吃它们都要吃树叶而树叶不够吃 长颈鹿产生的后代超过环境承受能力长颈鹿产生的后代超过环境承受能力 （过度繁殖过度繁殖） （生存斗争生存斗争） （遗传变异遗传变异） （自然选择，自然选择， 适者生存适

23、者生存） 长颈鹿的进化长颈鹿的进化 思考：它们分别体现了达尔文进化论的什么观点？思考：它们分别体现了达尔文进化论的什么观点？ 3、生命起源新说重大影响生命起源新说重大影响 1 1、挑战挑战了封建了封建神学神学，否定了，否定了神神 创说创说（认识的飞跃认识的飞跃） 2 2、开创了、开创了生物科学生物科学新时新时代代 （把把发展变化思想发展变化思想引入生物界引入生物界） 3 3、对处于国家危亡时期的中、对处于国家危亡时期的中 国思想界也产生巨大震动。救亡国思想界也产生巨大震动。救亡 图存的图存的变法运动变法运动和革命运动蓬勃和革命运动蓬勃 兴起。兴起。 严复和严复和天演论天演论 被西方教会势力指责为被西方教会势力指责为“意在扰乱对