物理学的重大进展课件

1、物理学的重大进展第四单元近代以来第四单元近代以来世界的科学发展历程世界的科学发展历程物理学的重大进展 牛顿是一位伟大的科学家。牛顿是一位伟大的科学家。数学界，他总结出了微积分；数学界，他总结出了微积分；在物理界，他总结出了万有引在物理界，他总结出了万有引力定律以及经典力学的三大定力定律以及经典力学的三大定律；在光学方面，他最早发现律；在光学方面，他最早发现了白光的组成，指出了色散的了白光的组成，指出了色散的本质。本质。17271727年年3 3月月2020日，伟大的日，伟大的牛顿逝世，他被埋葬在威斯敏牛顿逝世，他被埋葬在威斯敏斯特教堂，在他的墓碑上镌刻斯特教堂，在他的墓碑上镌刻着：着：让人们欢

2、呼这样一位多么让人们欢呼这样一位多么伟大的人类曾经荣耀在世界上伟大的人类曾经荣耀在世界上存在！存在！物理学的重大进展 牛顿力学刚刚问世时，曾受到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，历史上最著名顿力学不断被证实，历史上最著名的有三件事。的有三件事。 第一件，第一件，用牛顿力学算出地球用牛顿力学算出地球的形状象只桔子。古希腊的亚里士的形状象只桔子。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。牛顿却根据来人们对此深信不疑。牛

3、顿却根据他的力学，说地球是个扁球体，象他的力学，说地球是个扁球体，象只大桔子。此言一出，学界哗然。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，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。用力学能算出地实了牛顿的看法。用力学能算出地球的形状，真是个奇迹。球的形状，真是个奇迹。物理学的重大进展第二件，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

4、说明。牛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顿力学算出了16821682年出现的彗星的轨道，指出它的回归周期是年出现的彗星的轨道，指出它的回归周期是75767576年，由此预言它将在年，由此预言它将在17581758年再次出现。哈雷年再次出现。哈雷17051705年发表这个预言，当年发表这个预言，当时他已时他已4949岁，却要预言岁，却要预言5353年以后的事，岂非耸人听闻？可是年以后的事，岂非耸人听闻？可是17581758年这年这颗彗星果

5、然如期出现，并被命名为哈雷彗星。牛顿力学剥掉了彗星的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。神秘外衣，对它的运行作出了科学预见，这又是一个奇迹。物理学的重大进展 第三件，第三件，用牛顿力学用牛顿力学算出了一颗未知行星的位算出了一颗未知行星的位置。置。17811781年天王星被发现，年天王星被发现，科学家用牛顿力学计算它科学家用牛顿力学计算它的轨道，可是计算结果总的轨道，可是计算结果总是同观测纪录不大相符。是同观测纪录不大相符。经反复核算，观测无误。经反复核算，观测无误。那问题是否出现在牛顿力那问题是否出现在牛顿力学上面？法

6、国的勒维列和学上面？法国的勒维列和英国的亚当斯坚信牛顿力英国的亚当斯坚信牛顿力学的正确，大胆猜想计算学的正确，大胆猜想计算结果之所以不理想，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。用。他们用牛顿力学算出了这颗未知行星的位置和质量。18481848年年9 9月月2323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维列所指出的位置

7、，一下子就看到了一颗新的行星海王星。勒维列无需观海王星。勒维列无需观测星空，就在笔测星空，就在笔 尖上发现了新行星。牛顿力学又创造了新的奇迹。尖上发现了新行星。牛顿力学又创造了新的奇迹。 有了牛顿力学，秀才不出门，能知地球事，能知天上事。牛顿力学创造有了牛顿力学，秀才不出门，能知地球事，能知天上事。牛顿力学创造的一次又一次奇迹，使科学享有崇高的威望。的一次又一次奇迹，使科学享有崇高的威望。物理学的重大进展 然而，科学总是向前然而，科学总是向前发展的。发展的。2020世纪初，在世纪初，在牛顿经典物理学达到顶牛顿经典物理学达到顶峰，形成一种权威的时峰，形成一种权威的时候，科学上一系列无法候，科学上

8、一系列无法解释的现象越来越需要解释的现象越来越需要科学本身的发展来解决。科学本身的发展来解决。物理学的重大进展危机与机遇：危机与机遇：“晴空上漂浮着两朵乌云晴空上漂浮着两朵乌云”第一朵乌云：第一朵乌云： “以太以太”说破灭说破灭 水波的传播要有水做媒介，声波的传播要有空气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

9、播介质是什么？物理学家给光找了个传播播？它的传播介质是什么？物理学家给光找了个传播介质介质“以太以太”。 他们假定整个宇宙空间都充满了他们假定整个宇宙空间都充满了“以太以太”，“以以太太”是一种由非常小的弹性球组成的稀薄的、感觉不是一种由非常小的弹性球组成的稀薄的、感觉不到的媒介。到的媒介。“以太以太”是光、电、磁的共同载体的概念是光、电、磁的共同载体的概念为人们所普遍接受，形成了一门为人们所普遍接受，形成了一门“以太学以太学”。物理学的重大进展 地球以每秒地球以每秒3030公里的速公里的速度绕太阳运动，就必须会遇度绕太阳运动，就必须会遇到每秒到每秒3030公里的公里的“以太风以太风”迎面吹来

10、，同时，它也必须迎面吹来，同时，它也必须对光的传播产生影响。这个对光的传播产生影响。这个问题的产生，引起人们去探问题的产生，引起人们去探讨讨“以太风以太风”存在与否。存在与否。 18871887年，实验结果证明，年，实验结果证明，不论地球运动的方向同光的不论地球运动的方向同光的射向一致或相反，测出的光射向一致或相反，测出的光速都相同，在地球同设想的速都相同，在地球同设想的“以太以太”之间没有相对运动。之间没有相对运动。因而，根本找不到因而，根本找不到“以太以太”或或“绝对静止的空间绝对静止的空间”。物理学的重大进展无法解释之例子一：无法解释之例子一：夜空的金牛座上的夜空的金牛座上的“蟹状星云蟹

11、状星云”，是是900900多年前一次超新星爆发中抛出来的气体壳层。多年前一次超新星爆发中抛出来的气体壳层。 结论：结论：在在2525年持续看到超新星爆发时发出的强光。年持续看到超新星爆发时发出的强光。史书记载：史书记载：强光从出现到隐没还不到两年。强光从出现到隐没还不到两年。矛盾矛盾L（距离）（距离）C+V（速度）（速度）物理学的重大进展19051905年，年，爱因斯坦爱因斯坦2626岁，接连写下岁，接连写下4 4篇改变整个篇改变整个2020世纪物理学面貌的论文：世纪物理学面貌的论文：1 1、光的量子说（解释光电效应）、光的量子说（解释光电效应）2 2、布朗运动（证明分子的存在）、布朗运动（证

12、明分子的存在）3 3、狭义相对论、狭义相对论（修正了牛顿力学）（修正了牛顿力学）4 4、质能互换律（、质能互换律（E=mc2E=mc2）19161916年，年，爱因斯坦发表了广义相对论基础，最具创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：见也是最伟大的贡献：5 5、广义相对论、广义相对论（取代了牛顿的万有引力理论）（取代了牛顿的万有引力理论）19051905 神奇的一年神奇的一年物理学的重大进展 爱因斯坦爱因斯坦19051905年提出的相对论，后来称作狭义相对年提出的相对论，后来称作狭义相对论，以光速永不改变、相对性原则来推论，得到论，以光速永不改变、相对性原则来推论，得到“时间

13、时间”会因速度快慢而改变的结论。会因速度快慢而改变的结论。 相对论的例子：一卷录音相对论的例子：一卷录音带，如果在地面上播放需要一带，如果在地面上播放需要一个小时；在快速飞行的宇宙飞个小时；在快速飞行的宇宙飞船里播放，宇宙飞船里的人测船里播放，宇宙飞船里的人测定也是一个小时。但是由地面定也是一个小时。但是由地面上的人员，来测定在宇宙飞船上的人员，来测定在宇宙飞船中播放的时间呢？根据牛顿的中播放的时间呢？根据牛顿的理论，因为时间是绝对的，所理论，因为时间是绝对的，所以也是一小时；但是爱因斯坦以也是一小时；但是爱因斯坦的理论则认为应该是一个多小的理论则认为应该是一个多小时，因为时间是相对的，在不时

14、，因为时间是相对的，在不同速度下测量时间，长度是不同速度下测量时间，长度是不一样的。一样的。 什么是狭义相对论？什么是狭义相对论？物理学的重大进展什么是广义相对论？什么是广义相对论？广义相对论是新的万有引力概念广义相对论是新的万有引力概念 爱因斯坦阐述爱因斯坦阐述“万有引力万有引力”的本质的本质是导因于物质的分布是导因于物质的分布而弯曲了邻近的时间而弯曲了邻近的时间空间几何结构，从空间几何结构，从而导出比牛顿万有引而导出比牛顿万有引力定律更精确的理论，力定律更精确的理论，得到弯曲的四维时空得到弯曲的四维时空观念，牛顿的万有引观念，牛顿的万有引力理论成了广义相对力理论成了广义相对论中的一个特例。

15、论中的一个特例。 广义相对论的重要结论是，加速运动与引力广义相对论的重要结论是，加速运动与引力场的运动是等价的，要区别是由惯性力或者引力场的运动是等价的，要区别是由惯性力或者引力所产生的运动是不可能的。对此，爱因斯坦作了所产生的运动是不可能的。对此，爱因斯坦作了一个的比喻。假想有一个人乘摩天楼的电梯自由一个的比喻。假想有一个人乘摩天楼的电梯自由降落，人不会感到自己在下降，因为这时电梯和降落，人不会感到自己在下降，因为这时电梯和人都依照重力加速度定律在下降，彷佛在电梯里人都依照重力加速度定律在下降，彷佛在电梯里不存在地球引力。不存在地球引力。 物理学的重大进展1 1、相对论的两条基本原理：、相对

16、论的两条基本原理： 1 1）相对性原理）相对性原理 2 2）光速不变原理）光速不变原理 2 2、相对论的意义：、相对论的意义：（1 1）解决了经典物理学的危机，创造了一个全）解决了经典物理学的危机，创造了一个全新的物理学世界，极大地扩展了物理学的应用新的物理学世界，极大地扩展了物理学的应用的领域；也使人们对自然规律的探索从普通世的领域；也使人们对自然规律的探索从普通世界深入到广阔的宏观宇宙空间。界深入到广阔的宏观宇宙空间。（2 2）打破了经典物理学绝对化的思维模式，为）打破了经典物理学绝对化的思维模式，为人们提供了辩证看待世界的途径。人们提供了辩证看待世界的途径。物理学的重大进展很抱歉推翻了您

17、的理论很抱歉推翻了您的理论 爱因斯坦曾说道：爱因斯坦曾说道：“牛顿先生，牛顿先生，很抱歉推翻了您的理论，不过您的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，您所创造创造力所能达到的颠峰，您所创造的许多观念直到今日都仍在引导我的许多观念直到今日都仍在引导我们的物理思维。虽然我们知道，当们的物理思维。虽然我们知道，当我们对宇宙万物有了更深入的了解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以后，这些观念将会被一些更抽象的新观念所取代。的新观念所取代。” 也许将来某一天，会有一位少也许将来某一天，会有一位少不更事的科

18、学家说道：不更事的科学家说道：“爱因斯坦爱因斯坦先生，很抱歉推翻了您的理论，不先生，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智力和创造力所能达到的颠峰 ” ”物理学的重大进展爱因斯坦能够取得伟大成就有哪些条件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；）科学发展提供的基础；（2）科学发展需要提供动力；）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；）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。）科学的工作和研究方法。物理学的重大进展爱因斯坦根据相对论的观点提爱因斯坦根据

19、相对论的观点提出质能转换理论后，曾致信美出质能转换理论后，曾致信美国总统罗斯福，建议美国研制国总统罗斯福，建议美国研制原子弹，以便在二战中尽快战原子弹，以便在二战中尽快战胜法西斯国家。胜法西斯国家。4545年年8 8月月 美国美国 先后在日本的广岛、长畸投下先后在日本的广岛、长畸投下两颗原子弹，加速了日本法西两颗原子弹，加速了日本法西斯的投降，但对无辜平民的伤斯的投降，但对无辜平民的伤害也同样令全世界震惊。爱因害也同样令全世界震惊。爱因斯坦为此非常懊悔。从这件事斯坦为此非常懊悔。从这件事中，我们能得到什么启发？我中，我们能得到什么启发？我们应如何对待科学的发展？们应如何对待科学的发展？ 科学技

20、术本身是一把双刃剑科学技术本身是一把双刃剑。科技能造福人类，推动生。科技能造福人类，推动生产力水平的提高，但如果运产力水平的提高，但如果运用不当，也能危害人类。用不当，也能危害人类。物理学的重大进展 关于爱因斯坦的小故事多得不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对一位伟大物理学家的崇拜是不会改变的。改变的。例如他穿的袜子左右脚常不同颜例如他穿的袜子左右脚常不同颜色；色；爱因斯坦的小故事爱因斯坦的小

21、故事用手推车推孩子散步，竟会由于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；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；陪太太看电影时，却在电影院里用手电筒看书； 19521952年，以色列共和国请爱因斯坦去担任总统，因为以色列年，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。有接受，觉得自己的个性并不适合处理行政。物理学的重大进展红色红色代表过去代表过去蓝色蓝色代表未来代表未来黄绿黄

22、绿表连结过表连结过 去到未来去到未来20052005世界物理年世界物理年对物理学家而言，这个标对物理学家而言，这个标识象征的是光锥；对一般大众识象征的是光锥；对一般大众而言常被看成是沙漏，象征着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爱因斯坦在时间相对性上渊博的见解及洞察力。的见解及洞察力。物理学的重大进展 为纪念爱因斯坦对物理学的贡献，联合国教科文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组织特选定相对论发表100100周年暨爱因斯坦逝世周年暨爱因斯坦逝世5050周周年的年的0505年为世界物理年，许多国家更将年为世界物理年，许多国家更将20052005年定为

23、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，期使物理学能在物理学能在2121世纪得到全新的发展。世纪得到全新的发展。 寻找本世纪爱因斯坦，再创科学奇迹寻找本世纪爱因斯坦，再创科学奇迹 物理学的重大进展 18751875年时，普朗克在慕尼黑年时，普朗克在慕尼黑大学学物理，物理老师曾劝他不大学学物理，物理老师曾劝他不要学纯理论，因为物理学要学纯理论，因为物理学“是一是一门高度发展的、几乎是臻善臻美门高度发展的、几乎是臻善臻美的科学的科学”，现在这门科学，现在

24、这门科学“看来看来很接近于采取最稳定的形式。也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接近于几何学在数百年中所已具有的那样完美的程度。有的那样完美的程度。”物理学的重大进展 19001900年，普朗克为年，普朗克为了克服经典物理学对黑了克服经典物理学对黑体辐射现象解释上的困体辐射现象解释上的困难，创立了

25、物质辐射难，创立了物质辐射（或吸收）的能量只能（或吸收）的能量只能是某一最小能量单位是某一最小能量单位（能量量子）的整数倍（能量量子）的整数倍的假说，即量子假说。的假说，即量子假说。他引进了一个物理普适他引进了一个物理普适常数，即普朗克常数，常数，即普朗克常数，以符号以符号h h表示，其数值为表示，其数值为6.6261766.6261761010-27-27尔尔格格秒，是微观现象量秒，是微观现象量子特性的表征。子特性的表征。物理学的重大进展量子力学的产量子力学的产生和相对论的生和相对论的产生有什么共产生有什么共同点？这说明同点？这说明了什么？了什么？共同点：共同点：从背景上看，从背景上看，19

26、19世纪末，物理学得到了极大的发世纪末，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。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。的过程。说明：说明：社会意识是一

27、定的社会存在的反映；任何事物的产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。生和发展都要经历一个曲折的过程。物理学的重大进展（1 1）经典物理学形成的基础是什么？这一基础建立）经典物理学形成的基础是什么？这一基础建立的理论是什么？的理论是什么？ 17 17世纪牛顿创立的经典力学，它是建立在绝世纪牛顿创立的经典力学，它是建立在绝对时空观的理论基础上的。对时空观的理论基础上的。（2 2）到）到1919世纪时，经典物理学发展到何种程度？他世纪时，经典物理学发展到何种程度？他所适用的范围主要是什么？所适用的范围主要是什么？ 到到1919世纪，在经典力学的世纪，在经典力学

28、的 基础上，光学、基础上，光学、热力学、电磁学、天体物理学等新兴学科取得了热力学、电磁学、天体物理学等新兴学科取得了长足的进步，把人类对自然界的认识推进到前所长足的进步，把人类对自然界的认识推进到前所未有的深度和广度。它所适用的范围主要是我们未有的深度和广度。它所适用的范围主要是我们日常生活中的物理现象。日常生活中的物理现象。物理学的重大进展（3 3）1919世纪末，物理学的发展对经典物理学提出世纪末，物理学的发展对经典物理学提出了怎样的挑战？了怎样的挑战？ 19 19世纪末，物理学的研究一方面深入到物质内世纪末，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，超出了部的微

29、观世界，另一方面扩展到整个宇宙，超出了经典物理学的范围，经典物理学赖以建立的绝对时经典物理学的范围，经典物理学赖以建立的绝对时空观受到严峻挑战。空观受到严峻挑战。（4 4）2020世纪物理学的发展取得的两项最重大的成就世纪物理学的发展取得的两项最重大的成就是什么？它们与经典物理学的关系是什么？是什么？它们与经典物理学的关系是什么？ 量子理论和相对论。它们发展了经典物理学，量子理论和相对论。它们发展了经典物理学，弥补了经典物理学在宏观宇宙世界和微观的粒子弥补了经典物理学在宏观宇宙世界和微观的粒子世界面前的空缺，为人类描绘了一个崭新的世界，世界面前的空缺，为人类描绘了一个崭新的世界，对整个人类的思

30、维都产生了不可磨灭的影响。对整个人类的思维都产生了不可磨灭的影响。物理学的重大进展课时小结课时小结一、物理学发展的原因一、物理学发展的原因文艺复兴、宗教改革等思想解放文艺复兴、宗教改革等思想解放运动的影响运动的影响资本主义的发展提供了物质基础资本主义的发展提供了物质基础科学家勇于的探索精神科学家勇于的探索精神二、物理学发展的过程二、物理学发展的过程中观世界中观世界经典力学（奠基者、创立者）经典力学（奠基者、创立者）宏观世界宏观世界相对论（爱因斯坦：广义与狭义）相对论（爱因斯坦：广义与狭义）微观世界微观世界量子论（普朗克、爱因斯坦、玻尔）量子论（普朗克、爱因斯坦、玻尔）物理学的重大进展1、经典力学的奠基者、经典力学的奠基者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2、近代科学形成的标志是、近代科学形成的标志是A、 “日心说日心说”的提出的提出 B、 “地心说地心说”的提出的提出C、牛顿力学体系的建立、牛顿力学体系的建立 D、落体定律的提出、落体定律的提出3、20世纪初物理学思想的一场重大革命是指世纪初物理学思想的一场重大革命是指A.万有引力定律的提出万有引力定律的提出 B.发射现象的发现发射现象的发现C.电子的发现电子的发现 D.相对论的提出