第11课-物理学的重大进展

1、单元线索单元线索1. 1.物理学物理学领域的重大进展；领域的重大进展；2.2.生物学生物学关于人类生命的起源关于人类生命的起源3.3.三次科技革命三次科技革命的成果及对社会发展的的成果及对社会发展的影响。影响。第四单元第四单元近代以来世界的科学发展历程近代以来世界的科学发展历程【课程标准【课程标准】 了解经典力学的主要内容，认识其在近了解经典力学的主要内容，认识其在近代自然科学理论发展中的历史地位。代自然科学理论发展中的历史地位。探究：他们分别是什么人？有什么贡献？探究：他们分别是什么人？有什么贡献？第第1111课课 物理学的重大进展物理学的重大进展伽利略伽利略 牛顿牛顿 爱因斯坦爱因斯坦 普

2、朗克普朗克1. 1.背景背景 2.2.牛顿的经典力学牛顿的经典力学 经典力学经典力学 量子论的诞生与发展量子论的诞生与发展 相对论的创立相对论的创立物理学的重大进展物理学的重大进展1. 1.背景背景 2.2.创立创立 3.3.意义意义1. 1.背景背景 2.2.诞生诞生 3.3.发展发展 4.4.意义意义 一经典力学一经典力学1.1.产生背景：产生背景：1、文艺复兴运动的影响、文艺复兴运动的影响2、资本主义发展提供物质基础、资本主义发展提供物质基础3、伽利略、伽利略的贡献及作用的贡献及作用经典力学重要奠基者经典力学重要奠基者2.2.牛顿经典力学牛顿经典力学基础基础: :创立创立: :意义意义:

3、 :伽利略伽利略的研究成果的研究成果16871687, ,自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理物体运动三大定律和万有引力定律物体运动三大定律和万有引力定律对解释和预见物理现象有对解释和预见物理现象有决定意义决定意义伽利略伽利略（1564156416421642），），伟大的意大利物理学家和天伟大的意大利物理学家和天文学家，他开创了以实验事文学家，他开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体实为根据并具有严密逻辑体系和数学表述形式的近代科系和数学表述形式的近代科学，被誉为学，被誉为“近代科学之近代科学之父父”。他第一个把望远镜对。他第一个把望远镜对准天空进行观测，出版了准天空进行观测，出版了星空使者

4、星空使者一书。一书。16321632年，年，他出版了他出版了关于托勒密和哥关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话白尼两大世界体系的对话，把哥白尼的学说推到了最终把哥白尼的学说推到了最终胜利的阶段。胜利的阶段。16101610年，伽利略用望远镜发年，伽利略用望远镜发现有现有4 4颗卫星围绕着木星转。颗卫星围绕着木星转。这一发现震动了整个欧洲和这一发现震动了整个欧洲和全球科学界。全球科学界。 伽利略是第一位利用望远镜伽利略是第一位利用望远镜观察天体的人。目前人类发观察天体的人。目前人类发现的现的1616颗木星卫星中，有颗木星卫星中，有颗叫颗叫“伽利略卫星伽利略卫星”。 木星和它的伽利略卫星木星和它的

5、伽利略卫星 他又发现太阳上有黑子，月球上他又发现太阳上有黑子，月球上有山脉，为哥白尼的地球绕着太阳公有山脉，为哥白尼的地球绕着太阳公转的转的“日心说日心说”找到了有力证据。宗找到了有力证据。宗教法庭把他软禁在家，不准外出。教法庭把他软禁在家，不准外出。年多后，伽伽利略临死前仍不屈服，年多后，伽伽利略临死前仍不屈服，坚定地说：坚定地说：“地球确实在围着太阳地球确实在围着太阳转！转！”他的努力没有白费，越来越多他的努力没有白费，越来越多的人开始探索星空和科学！的人开始探索星空和科学！ 科学的真理不应在科学的真理不应在古代圣人的蒙着灰尘古代圣人的蒙着灰尘的书上去找，而应该的书上去找，而应该在实验中和

6、以实验为在实验中和以实验为基础的理论中去找。基础的理论中去找。 伽利略伽利略“近代科学之父近代科学之父”伽俐略伽俐略 1590 1590年，年，伽俐略伽俐略在斜塔在斜塔的顶层做自由落体运动实的顶层做自由落体运动实验，让两个重量相差验，让两个重量相差1010倍倍的铁球，同时从塔顶落下，的铁球，同时从塔顶落下，结果两球同时着地，因而，结果两球同时着地，因而，雄辩地一举推翻了束缚人雄辩地一举推翻了束缚人们近们近20002000年的希腊学者年的希腊学者亚亚里士多德里士多德关于重量不同的关于重量不同的物体，其下落的速度也不物体，其下落的速度也不相同的相同的“物体下落速度与物体下落速度与重量成正比重量成正

7、比”的理论。的理论。伽伽俐略开创了实验物理的新俐略开创了实验物理的新时代，时代，为经典力学的创立为经典力学的创立奠定基础奠定基础。牛顿牛顿出生于英国的林出生于英国的林肯郡，肯郡，16651665年毕业于著年毕业于著名的剑桥大学三一学院，名的剑桥大学三一学院，获得获得学士学士学位。三年后学位。三年后又获得又获得文学文学硕士学位。硕士学位。牛顿曾经长期担任英国牛顿曾经长期担任英国皇家学会会长，他还担皇家学会会长，他还担任过英国议会任过英国议会议员议员，授，授予予爵士爵士称号。称号。17271727年，年，他病逝，被安葬于威斯他病逝，被安葬于威斯敏斯特教堂，这是一种敏斯特教堂，这是一种极高的荣誉。极

8、高的荣誉。牛顿（牛顿（ 1642164217271727）这就是牛顿在这就是牛顿在剑桥的苹果树剑桥的苹果树牛顿家里的牛顿家里的苹果树苹果树牛顿有哪些重要贡献？牛顿有哪些重要贡献？其中最重要的是什么？其中最重要的是什么？ 数学数学：二项式定理，微积分二项式定理，微积分 光学光学：发现太阳光的光谱，微粒说发现太阳光的光谱，微粒说 天文学天文学：发明反射式望远镜等发明反射式望远镜等 力学力学：自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理 物体运动三大定律；万有引力定律物体运动三大定律；万有引力定律 形成经典力学体系形成经典力学体系 第一件，第一件，用牛顿力学算用牛顿力学算出地球的形状象只桔子。出地球的形状象

9、只桔子。古希腊的亚里士多德认为地古希腊的亚里士多德认为地球是个正球体，两千年来人球是个正球体，两千年来人们对此深信不疑。牛顿却根们对此深信不疑。牛顿却根据他的力学，说据他的力学，说地球是个扁地球是个扁球体，象只大桔子球体，象只大桔子。此言一。此言一出，学界哗然。地球那么大，出，学界哗然。地球那么大，牛顿又从不出远门，他凭什牛顿又从不出远门，他凭什么说地球有点扁？可是法国么说地球有点扁？可是法国科学家经过三次实地测量，科学家经过三次实地测量，终于证实了牛顿的看法。终于证实了牛顿的看法。用用力学能算出地球的形状，真力学能算出地球的形状，真是个奇迹。是个奇迹。历史上证实牛顿历史上证实牛顿力学的三件事

10、力学的三件事第二件，第二件，用牛顿力学算出了哈雷彗星回归周期用牛顿力学算出了哈雷彗星回归周期长期以来到，人们一直认为彗星是神秘的，根本不能长期以来到，人们一直认为彗星是神秘的，根本不能用科学来说明。牛顿说，既然彗星也是天体，就必然用科学来说明。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力学算出了遵循力学规律。他的好友哈雷用牛顿力学算出了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75757676年，年，由此预言它将在由此预言它将在17581758年再次出现。哈雷年再次出现。哈雷17051705年发表这年发表这个预言，当时他已

11、个预言，当时他已4949岁，却要预言岁，却要预言5353年以后的事，岂年以后的事，岂非耸人听闻？可是非耸人听闻？可是17581758年这颗彗星果然如期出现，并年这颗彗星果然如期出现，并被命名为哈雷彗星。被命名为哈雷彗星。 1781 1781年天王星被年天王星被发现，科学家用牛发现，科学家用牛顿力学计算它的轨顿力学计算它的轨道，可是计算结果道，可是计算结果总是同观测纪录不总是同观测纪录不大相符。经反复核大相符。经反复核算，观测无误。那算，观测无误。那问题是否出现在牛问题是否出现在牛顿力学上面？顿力学上面？科学家大胆猜想计算结果之所以不理想，科学家大胆猜想计算结果之所以不理想，是因为太阳系是因为太

12、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。和质量。18481848年年9 9月月2323日，柏林天文台台长用望远镜对准日，柏林天文台台长用望远镜对准那个位置，一下子就看到了一颗新的行星那个位置，一下子就看到了一颗新的行星海王星海王星。第三件：第三件： 用牛顿力学算出了一颗用牛顿力学算出了一颗未知行星的位置未知行星的位置 17271727年年3 3月月2020日，日，伟大的牛顿逝世，他伟大的牛顿逝世，他被埋葬在威斯敏斯特被埋葬在威斯敏斯

13、特教堂，在他的墓碑上教堂，在他的墓碑上镌刻着：镌刻着： 让人们欢呼这样让人们欢呼这样一位多么伟大的人类一位多么伟大的人类荣耀曾经在世界上存荣耀曾经在世界上存在！在！二、相对论的创立二、相对论的创立经典力学无法解释一些新问题经典力学无法解释一些新问题20C20C初，初，爱因斯坦爱因斯坦 狭义相对论，广义相对论狭义相对论，广义相对论是物理学领域的一次是物理学领域的一次重大革命重大革命否定了否定了经典力学的绝对时空观经典力学的绝对时空观发展了发展了牛顿力学牛顿力学推动推动物理学发展到一个新高度物理学发展到一个新高度 1879 1879年生于年生于德国德国，是举世闻名，是举世闻名的德裔美国科学家，的德

14、裔美国科学家，现代物理学现代物理学的开创者和奠基人的开创者和奠基人。爱因斯坦。爱因斯坦19001900年毕业于苏黎士工业大学，年毕业于苏黎士工业大学，后在大学任教，后在大学任教，19141914年任皇家物年任皇家物理研究所所长兼柏林大学教授。理研究所所长兼柏林大学教授。19211921年获年获诺贝尔物理学奖诺贝尔物理学奖。 19331933年受希特勒迫害离开德国年受希特勒迫害离开德国移居美国移居美国, , 爱因斯坦在物理学的爱因斯坦在物理学的许多领域都有贡献，比如建立狭许多领域都有贡献，比如建立狭义相对论并推广为广义相对论、义相对论并推广为广义相对论、提出光的量子概念，并以量子理提出光的量子概

15、念，并以量子理论解释光电效应、辐射过程、固论解释光电效应、辐射过程、固体比热等。体比热等。爱因斯坦爱因斯坦（1879-19551879-1955）狭义相对论发表狭义相对论发表100100周年，周年，也许全世界只有几十个人能完全理解他的真谛，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，但这并不能掩盖相对论对人类生活的巨大改变，这样的改变还将继续下去。这样的改变还将继续下去。 19051905年，年，爱因斯坦爱因斯坦2626岁岁，接连写下，接连写下4 4篇改变整个篇改变整个2020世世纪物理学面貌的论文：纪物理学面貌的论文：1.1.光的量子说（解释光电效应）

16、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 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

17、到论，以光速永不改变、相对性原则来推论，得到“时间时间”会因速度快慢而改变会因速度快慢而改变的结论。的结论。 相对论的例子：相对论的例子：一卷录音一卷录音带，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

18、论则认为应该是一个多小时，因为时间是相对的，在不时，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？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 广义相对论的重要结论是，广义相对论的重要结论是，加速运动与引力加速运动与引力场的运动是等价的场的运动是等价的，要区别是由惯性力或者引，要区别是由惯性力或者引力所产生的运动是不可能的。力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降落，人不会感到自

19、个人乘摩天楼的电梯自由降落，人不会感到自己在下降，因为这时电梯和人都依照重力加速己在下降，因为这时电梯和人都依照重力加速度定律在下降，彷佛在电梯里不存在地球引力。度定律在下降，彷佛在电梯里不存在地球引力。 .相对论否定了经典力学的相对论否定了经典力学的绝对时空观绝对时空观；2.相对论相对论发展发展了牛顿力学，牛顿力学是相了牛顿力学，牛顿力学是相对论力学在低速状态下的一个对论力学在低速状态下的一个特例特例；3.牛顿力学是整个力学的牛顿力学是整个力学的基础基础，牛顿所创，牛顿所创造的概念，至今仍指导着人们的物理学思造的概念，至今仍指导着人们的物理学思想。想。很抱歉推翻了您的理论很抱歉推翻了您的理论

20、 爱因斯坦曾说道：爱因斯坦曾说道：“牛顿牛顿先生，先生，很抱歉推翻了您的理论很抱歉推翻了您的理论，不过您的成就是您那个时代一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个人的智力和创造力所能达到的颠峰。但是，当我们对宇宙的颠峰。但是，当我们对宇宙万物有了更深入的了解以后，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这些观念将会被一些更抽象的新观念所取代。新观念所取代。” 也许将来某一天，会有一也许将来某一天，会有一位少不更事的科学家说道：位少不更事的科学家说道：“爱因斯坦先生，爱因斯坦先生，很抱歉推翻很抱歉推翻了您的理论了您的理论，不过您的成就是，不过您的成就是您那个时代一个人

21、的智力和创您那个时代一个人的智力和创造力所能达到的颠峰造力所能达到的颠峰 ” ” 由于相对论的观点与人们的日常经验不太一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。受到包括一些科学家在内的很多人的反对。 19211921年爱因斯坦获得了诺贝尔奖年爱因斯坦获得了诺贝尔奖，当时不，当时不少德国的诺贝尔奖获得者威胁说，如果给相对少德国的诺贝尔奖获得者威胁说，如果给相对论授奖，他们就要论授奖，他们就要退回已获得的奖章退回已获得的奖章，结果评，结果评选委员会只好让爱因斯坦作为选委员会只好让爱因

22、斯坦作为光电效应理论光电效应理论的建立者得奖，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。但相对论在物理学上却非常合但相对论在物理学上却非常合理且为实验所证实。理且为实验所证实。 爱因斯坦根据相对论爱因斯坦根据相对论的观点提出的观点提出质能转换理质能转换理论论后，曾致信美国总统后，曾致信美国总统罗斯福，建议美国研制罗斯福，建议美国研制原子弹原子弹，以便在二战中，以便在二战中尽快战胜法西斯国家。尽快战胜法西斯国家。19451945年年8 8月，美国先后月，美国先后在日本的广岛、长畸投在日本的广岛、长畸投下两颗原子弹，加速了下两颗原子弹，加速了日本法西斯的投降，但日本法西斯

23、的投降，但对无辜平民的伤害也同对无辜平民的伤害也同样令全世界震惊。样令全世界震惊。 当原子弹真的从潘多拉魔当原子弹真的从潘多拉魔盒里跳出来后，爱因斯坦陷盒里跳出来后，爱因斯坦陷入了巨大的后悔与痛苦之中，入了巨大的后悔与痛苦之中，自认一生最大错误就是建议自认一生最大错误就是建议研制原子弹。他痛心地说，研制原子弹。他痛心地说，“早知如此，我宁可当个修早知如此，我宁可当个修表匠！表匠！”爱因斯坦就核武器爱因斯坦就核武器问题的懊悔，代表了人类良问题的懊悔，代表了人类良知的高度，是人类良心发出知的高度，是人类良心发出的最强音。听爱因斯坦的自的最强音。听爱因斯坦的自责之声，我们明白人类良知责之声，我们明白

24、人类良知之宝贵之宝贵. . 关于爱因斯坦的小故事多得不胜枚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。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

25、心目中的精神领袖，然而他没有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。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；他穿的袜子左右脚常不同颜色； 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年为年为世界物理年世界物理年，许多国家更将，许多国家更将20052005年定为年定为爱爱因斯坦年因斯坦年。并透过展示物理在经济技术文化等方面的。并透过展示物理在经济技术文化等方面的重要作用，争

26、取公众对物理学的理解与支持，期使物重要作用，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 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。 19551955年年4 4月

27、月1818日，爱因斯坦因主动脉瘤破裂逝世于日，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音乐典礼。骨灰撒在永远嘱：免除所有花卉布置以及音乐典礼。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。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遗嘱执行者用歌德悼念席勒的诗结束了那朴素的葬礼：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

28、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，光华四射，他像行将陨灭的彗星，光华四射， 把无限的光芒把无限的光芒 同他的光芒永相连结。同他的光芒永相连结。（1879-1955）19C19C末末-20C-20C初初, ,人们对物质的认识深入到原子内部人们对物质的认识深入到原子内部微观的微观的粒子运动粒子运动不能用经典力学来解释不能用经典力学来解释爱因斯坦利用量子论成功解释了光电效应爱因斯坦利用量子论成功解释了光电效应丹麦玻尔提出有关原子的量子理论丹麦玻尔提出有关原子的量子理论三、量子论的诞生与发展三、量子论的诞生与发展使人类对微观世界的基本认识取得革命性进步使人类对微观世界的基本认识取得革命性进步与相对论一起与相对论一起, ,构成现代物理学的基础构成现代物理学的基础1900,1900,德国物理学家德国物理学家普朗克普朗克加热到不同温度的物体发出不同颜色的光加热到不同温度的物体发出不同颜色的光 科学家们为了总结热辐射