课现代科学革命课件

1、课现代科学革命 导言导言 科学总是向前发展的，托勒密的地心说被哥白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。越，而最终的目的是科学的进步。2020世纪初，在牛世纪初，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出现了对这种权威的挑战爱因斯坦提出的相对爱因斯坦提出的相对论和普朗尼提出的量子论，而这个挑战引起了物理论和普朗尼提出的量子论，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，学的一场革命

2、，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。本节课，我们将了解相对论和量人们的自然观念。本节课，我们将了解相对论和量子论的主要内容及其意义。子论的主要内容及其意义。课现代科学革命牛顿牛顿爱因斯坦爱因斯坦普朗克普朗克课标要求：课标要求：1、现代物理学的两大支柱理论、现代物理学的两大支柱理论相对论、相对论、 量子论出现的历史背景；量子论出现的历史背景；2、相对论、量子论的提出、主要内容及意义；、相对论、量子论的提出、主要内容及意义；3、通过对相对论、量子论出现过程的学习，培养、通过对相对论、量子论出现过程

3、的学习，培养敢于怀疑、勇于创新的精神。敢于怀疑、勇于创新的精神。 课现代科学革命一、经典物理学的危机一、经典物理学的危机牛顿经典物理学有哪些内容牛顿经典物理学有哪些内容?有何意义？有何意义？内容：内容：力学三定律力学三定律（惯性定律、加速度的比例（惯性定律、加速度的比例 定律、作用与反作用定律）和定律、作用与反作用定律）和万有引力定律万有引力定律课现代科学革命1、1719世纪牛顿经典力学日趋完善、成熟。世纪牛顿经典力学日趋完善、成熟。 普朗克：普朗克：“老师，我准备把我的一生都献给物理老师，我准备把我的一生都献给物理学！学！” 老师：老师：“年轻人，物理学是一门已经完成了的学年轻人，物理学是一

4、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，不会再有多大的发展，把一生都献给这门学科，太可惜了。科，太可惜了。” 当时许多物理学家认为：物理学的大厦已经落成，当时许多物理学家认为：物理学的大厦已经落成，人类对自然界的认识已经到了尽头。人类对自然界的认识已经到了尽头。 课现代科学革命思考：思考：以牛顿的理论为代以牛顿的理论为代表的经典物理学理论是不表的经典物理学理论是不是就绝对正确、无所不能是就绝对正确、无所不能的呢？的呢？ 课现代科学革命 第一朵乌云第一朵乌云“以太以太”说的破灭。说的破灭。19世纪的物理学家普遍接受了以太的概念，世纪的物理学家普遍接受了以太的概念，认为象水波

5、传播是以水为载体一样，光、认为象水波传播是以水为载体一样，光、电等的传播是以以太为载体的。电等的传播是以以太为载体的。1887年，年，迈克尔逊与美国物理学家莫雷通过实验证迈克尔逊与美国物理学家莫雷通过实验证明明“以太以太”是不存在的。是不存在的。 这使得经典物理这使得经典物理学赖以建立的绝对时空观受到了严峻的挑学赖以建立的绝对时空观受到了严峻的挑战。战。课现代科学革命第二朵乌云黑体辐射与“紫外灾难”在同样的温度下，不同物体的发光亮度和颜色在同样的温度下，不同物体的发光亮度和颜色（波长）不同。颜色深的物体吸收辐射的本领比（波长）不同。颜色深的物体吸收辐射的本领比较强。所谓较强。所谓“黑体黑体”是

6、指能够全部吸收外来辐射是指能够全部吸收外来辐射而毫无任何反射和透射、吸收率是而毫无任何反射和透射、吸收率是100的理想的理想物体，真正的黑体是不存在的。物体，真正的黑体是不存在的。19世纪末，卢梅世纪末，卢梅尔等人的著名实验尔等人的著名实验黑体辐射实验，发现黑体黑体辐射实验，发现黑体辐射的能量不是连续的，它按波长分布的规律仅辐射的能量不是连续的，它按波长分布的规律仅与黑体的温度有关。从经典物理学的角度看，这与黑体的温度有关。从经典物理学的角度看，这个实验的结果是不可思议的。个实验的结果是不可思议的。课现代科学革命一、经典物理学的危机一、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以牛

7、顿力学为代表的经典物理学无法解释19世纪末以来的物理学新发现，如：黑体辐射、世纪末以来的物理学新发现，如：黑体辐射、光电效应等等光电效应等等l 经典物理学是以经典物理学是以日常生活中常见的低速运动日常生活中常见的低速运动 的物质的物质为研究对象的，一旦进入光速运动时，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经典物理学的某些结论就变得不准确l 在这种背景下，在这种背景下，相对论与量子论相对论与量子论应运而生应运而生课现代科学革命二、爱因斯坦与相对论二、爱因斯坦与相对论生平简介生平简介爱因斯坦（爱因斯坦（Albert Einstein，1879-1955），）， 1879

8、年生于德国，是举世年生于德国，是举世闻名科学家，闻名科学家，现代物理学的开创者和现代物理学的开创者和奠基人。奠基人。爱因斯坦爱因斯坦1900年毕业于苏黎年毕业于苏黎士工业大学，士工业大学，1909年开始在大学任教，年开始在大学任教，1914年任威廉皇家物理研究所所长兼年任威廉皇家物理研究所所长兼柏林大学教授。柏林大学教授。 1933年受希特勒迫害年受希特勒迫害离开德国移居美国离开德国移居美国, 爱因斯坦在物理学爱因斯坦在物理学的许多领域都有贡献，比如建立狭义的许多领域都有贡献，比如建立狭义相对论并推广为广义相对论、相对论并推广为广义相对论、提出光提出光的量子概念，并以量子理论解释光电的量子概念

9、，并以量子理论解释光电效应、辐射过程、固体比热等。效应、辐射过程、固体比热等。1921年获诺贝尔物理学奖。年获诺贝尔物理学奖。课现代科学革命二、爱因斯坦与相对论二、爱因斯坦与相对论 1905年年，爱因斯坦发表，爱因斯坦发表论动体的电动力论动体的电动力学学，提出了狭义相对论，提出了狭义相对论 1916年年，他完成了广义相对论的最终形式。，他完成了广义相对论的最终形式。这被看作人类思想史上最伟大的成就之一这被看作人类思想史上最伟大的成就之一2005年年，是是“国际物理年国际物理年”，这是联合国这是联合国首次为一个学科确定的全球规模的纪念活首次为一个学科确定的全球规模的纪念活动动课现代科学革命二、爱

10、因斯坦与相对论二、爱因斯坦与相对论 1、主要内容、主要内容相对性原理与和光速不变原理相对性原理与和光速不变原理 在相对性原理中，爱因斯坦认为时间、在相对性原理中，爱因斯坦认为时间、运动、质量不是绝对的，而是相对的。时运动、质量不是绝对的，而是相对的。时间和空间都是物质存在的形式，随着物质间和空间都是物质存在的形式，随着物质运动速度变化而变化。运动速度变化而变化。 光速不变原理则认为光的传播速度在光速不变原理则认为光的传播速度在任何条件下都是不变的任何条件下都是不变的 课现代科学革命课现代科学革命二、爱因斯坦与相对论二、爱因斯坦与相对论 2、意义、意义（1）物理学领域最伟大的革命）物理学领域最伟

11、大的革命（2）解决了经典物理学危机（广泛解释不）解决了经典物理学危机（广泛解释不同运动状态的物质），极大地扩展了物理学同运动状态的物质），极大地扩展了物理学应用的领域应用的领域 （3）打破了经典物理学绝对化的思维模式，）打破了经典物理学绝对化的思维模式，为人们提供了辩证地看待世界的途径为人们提供了辩证地看待世界的途径课现代科学革命 要敢于怀疑常识，勇于创新、实践出真知要敢于怀疑常识，勇于创新、实践出真知(因为即使因为即使生活中习以为常、看起来无懈可击的规律都有可能生活中习以为常、看起来无懈可击的规律都有可能是不科学的是不科学的) 由于相对论的观点与人们的日常经验由于相对论的观点与人们的日常经验

12、不太一致，甚至有着尖锐的冲突，相对论不太一致，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从一开始就受到包括一些科学家在内的很多人的反对。多人的反对。1921年爱因斯坦获得了诺贝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，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相对论始终没有获得诺贝尔奖。但相对论。但相对论在物理学上却非常合理且为

13、实验所证实。在物理学上却非常合理且为实验所证实。这可以给我们什么启发这可以给我们什么启发?说一说说一说:课现代科学革命1955年年 4月月18日因主动脉瘤破裂逝世于普林斯顿。遵照日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，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为的是不使任何地方成为圣地。遗嘱执行者用歌德悼念席

14、勒的诗结束了那朴素的葬礼：席勒的诗结束了那朴素的葬礼： 我们全都获益不浅，我们全都获益不浅， 全世界都感谢他的教诲；全世界都感谢他的教诲； 那专属他个人的东西，那专属他个人的东西， 早已传遍广大人群。早已传遍广大人群。 他像行将陨灭的彗星，他像行将陨灭的彗星， 光华四射，光华四射， 把无限的光芒同他的光芒永相连结。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。片带走。但至今没有结论。课现代

15、科学革命 成功的秘诀 一个爱说废话而不爱用功的青年，整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，便写了一功的秘诀。爱因斯坦厌烦了，便写了一 个公式给他：个公式给他：Axyz 爱因斯坦解爱因斯坦解释道：释道：“A代表成功，代表成功，x代表艰苦的劳动，代表艰苦的劳动，y代表正确的方法代表正确的方法” “z代表什么？代表什么？”青年迫不及待地问。青年迫不及待地问。“代表少说废话。代表少说废话。”爱因斯坦说爱因斯坦说课现代科学革命 相对论相对论构成了现代物理学的构成了现代物理学的两大支柱之一两大支柱之一.那么那么,现代

16、物理学现代物理学的另一个支柱又是什么呢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。量子理论是现代物理学的另一大支柱。课现代科学革命1、创立：、创立：普朗克提出普朗克提出量子假说量子假说2、发展、发展爱因斯坦提出爱因斯坦提出光的量子理论光的量子理论玻尔提出玻尔提出原子的量子理论原子的量子理论量子力学建立量子力学建立三、三、量子理论量子理论 是是20世纪、标志人类对客观规律的认识开世纪、标志人类对客观规律的认识开始从宏观世界深入到微观世界始从宏观世界深入到微观世界 带来了许多划时代的技术创新（激光技术、计算带来了许多划时代的技术创新（激光技术、计算机）机） 推动生产力的发展，人类从此

17、进入核能时代推动生产力的发展，人类从此进入核能时代 从根本上改变了人类的物质生活从根本上改变了人类的物质生活 （二）意义：（二）意义：量子力学： 是描述微观世界结构、运动与变化规律的物理科学。（一）内容：（一）内容：内容内容课现代科学革命四、科学革命的影响四、科学革命的影响 对学科的影响对学科的影响-现代物理学基础，弥现代物理学基础，弥补了、补了、 开阔了人们的视野，改变了、开阔了人们的视野，改变了、 （哲学）（哲学）-对人类的思维产生了影响对人类的思维产生了影响课现代科学革命共同点：共同点：从背景上看，从背景上看，19世纪末，物理学得到了极大的发展，物理学的世纪末，物理学得到了极大的发展，物

18、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。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。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。真理的结果。第二，都经历了一个产生发展完善的过程。 说明了社会意识是一定的社会存在的反映；任何事说明了社会意识是一定的社会存在的反映；任何事物的产生和发

19、展都要经历一个曲折的过程。物的产生和发展都要经历一个曲折的过程。课现代科学革命阅读阅读宇宙发现巨大宇宙发现巨大“轴线轴线”“”“相对论相对论”可能遭颠覆可能遭颠覆 据俄罗斯媒体2006年2月3日报道，美国“宇宙微波背景辐射探测器”日前传回的最新数据在世界科学界引起了巨大震动，有可能颠覆现有的部分基础性理论。 在测量宇宙中各个不同区域背景辐射温度的过程中，“宇宙微波背景辐射探测器”意外地发现，在辽阔的宇宙空间中居然存在着一条贯穿整个宇宙的奇特“轴线”。目前，科学家们正在着手构建该“轴线”的空间模型。 专家们指出，新近发现的这条“轴线”将会动摇当今所有有关宇宙诞生和演化过程的理论，这其中也爱因斯坦

20、的“相对论”。 根据爱因斯坦提出的“相对论”，空间和时间的分布在“大爆炸”发生后便一直是非常混乱的，而宇宙本身从总体上看应是非常均匀的并且存在着向各个方向扩展的趋势。 但是，美国“宇宙微波背景辐射探测器”传回的最新数据却从根本上否定了这一著名的假设。据专家们介绍，测量结果显示，宇宙背景辐射温度的分布并不是混乱无章的，它们所处的位置都相当确定，或者说是“有计划的”。 科学家们宣称，在宇宙中似乎存在着一条巨大的轴线，而整个宇宙都环绕在它的周围。 课现代科学革命现现 代代 科科 学学 革革 命命背景：经典物理学的危机背景：经典物理学的危机 内容内容（两大（两大支柱）支柱）相对论相对论量子论量子论提出

21、：提出：内容：狭义相对论与广义相内容：狭义相对论与广义相对论；相对性原理与光速不对论；相对性原理与光速不变原理变原理 意义：意义：内容：普朗克的量子假说，内容：普朗克的量子假说， 爱因斯坦的光的量子理论；爱因斯坦的光的量子理论；玻尔的原子量子理论；玻尔的原子量子理论； 意义：意义：影响：构成了现代物理学的基础，影响：构成了现代物理学的基础， 改变了人们看世界的角度和方式，改变了人们看世界的角度和方式， 对人类的思维产生了影响对人类的思维产生了影响 权威权威危机危机课现代科学革命1、爱因斯坦相对论的提出是物理学领域的一场重大、爱因斯坦相对论的提出是物理学领域的一场重大 革命，主要是因为革命，主要

22、是因为 否定了经典力学的绝对时空观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揭示了时间、空间并非绝对不变的本质属性 打打破了经典力学体系的局限性破了经典力学体系的局限性 使人类对客观世界的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认识开始从宏观世界深入到微观世界A B C D 2、 现代物理学的基础是现代物理学的基础是A、牛顿力学、牛顿力学 B、相对论、相对论 C、量子假说、量子假说 D、量子理论、相对论、量子理论、相对论课堂练习课堂练习:课现代科学革命 3、下列表述不正确的是、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、牛顿创立的经典力学是经

23、典物理学的基础 B、经典物理学所适用的主要是日常生活中的物、经典物理学所适用的主要是日常生活中的物理现象理现象 C、相对论的提出证明经典的物理学是完全错误、相对论的提出证明经典的物理学是完全错误的的 D、量子理论使人类对微观世界的基本认识有了、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革命性的进步 4、海王星的发现是根据、海王星的发现是根据 A、哥白尼日心说的推算、哥白尼日心说的推算 B、牛顿理论的推测、牛顿理论的推测 C、法拉第演说计算、法拉第演说计算 D、爱因斯坦对时间、空间属性的揭示、爱因斯坦对时间、空间属性的揭示课现代科学革命爱因斯坦根据相对论的观点提出质能转换理论后，曾致信美

24、国总统爱因斯坦根据相对论的观点提出质能转换理论后，曾致信美国总统罗斯福，建议美国研制原子弹，以便在二战中尽快战胜法西斯国家罗斯福，建议美国研制原子弹，以便在二战中尽快战胜法西斯国家。1945年年8月，美国先后在日本的广岛、长畸投下两颗原子弹，加月，美国先后在日本的广岛、长畸投下两颗原子弹，加速了日本法西斯的投降，但对无辜平民的伤害也同样令全世界震惊速了日本法西斯的投降，但对无辜平民的伤害也同样令全世界震惊。爱因斯坦为此非常懊悔。从这件事中，我们能得到什么启发？我。爱因斯坦为此非常懊悔。从这件事中，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？ 答题要点：答题要点：科学理

25、论对科学技术的发展有巨大的推动作用科学理论对科学技术的发展有巨大的推动作用，但科学技术本身是一把双刃剑。科技能造福人类，推动，但科学技术本身是一把双刃剑。科技能造福人类，推动生产力水平的提高，但如果运用不当，也能危害人类。生产力水平的提高，但如果运用不当，也能危害人类。课现代科学革命科学技术是一把双刃剑科学技术是一把双刃剑 （1）科学技术是第一生产力。既是先进生产力）科学技术是第一生产力。既是先进生产力的主要标志，也是人类文明进步的基石。是推动的主要标志，也是人类文明进步的基石。是推动社会发展的强大动力。社会发展的强大动力。 （2）科学技术又是一把双刃剑。由于科技应用）科学技术又是一把双刃剑。由于科技应用不当和科技自身的局限，科技发展也会对地球生不当和科技自身的局限，科技发展也会对地球生态环境、人类社会生活和伦理道德产生巨大的负态环境、人类社会生活和伦理道德产生巨大的负面效应，影响人类社会的可持续发展。我们要趋面效应，影响人类社会的可持续