高中历史选修四牛顿爱因斯坦

1、影响世界发展进程的科学巨人课标要求课标要求: 了解了解牛顿、爱因斯坦等人的成长历牛顿、爱因斯坦等人的成长历程及主要科学成就，程及主要科学成就，认识认识他们在社会他们在社会发展中的作用。发展中的作用。西欧资本主义的发展。西欧资本主义的发展。 英国资产阶级革命正蓬勃展开，欧洲的启蒙运动也英国资产阶级革命正蓬勃展开，欧洲的启蒙运动也在发动阶段。在发动阶段。文艺复兴促进思想解放和观念启蒙，带来了欧洲精文艺复兴促进思想解放和观念启蒙，带来了欧洲精神文化的空前繁荣。神文化的空前繁荣。欧洲的自然科学蓬勃成长欧洲的自然科学蓬勃成长,并与文学艺术、思想解放并与文学艺术、思想解放和政治革命汇合在一起，促进和政治革

2、命汇合在一起，促进。2 2、牛顿的重要成就：、牛顿的重要成就：1717世纪最伟大的科学巨匠世纪最伟大的科学巨匠物理学物理学建立牛顿力学体系。建立牛顿力学体系。 内容：内容：牛顿三大定律和万有引力定律；牛顿三大定律和万有引力定律；创立崭新的创立崭新的天文学分支天文学分支天体力学天体力学。 标志：标志：16871687年发表的年发表的自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理。 意义：意义：完成了物理学发展史上的第一次大综合，经完成了物理学发展史上的第一次大综合，经典力学理论居物理学的统治地位达典力学理论居物理学的统治地位达200200年；标志着近年；标志着近代科学体系形成；推动工业革命的进程代科学体系

3、形成；推动工业革命的进程。数学方面：数学方面： 发现二项式定理，创立微积分，开辟数学新纪元。发现二项式定理，创立微积分，开辟数学新纪元。 光学方面：光学方面： 发现白光是由各种不同颜色的光组成的；发现白光是由各种不同颜色的光组成的； 制成第一架反射望远镜；制成第一架反射望远镜； 提出光的提出光的“微粒说微粒说”。 ：他他 思考：思考：曾经有人问牛顿：曾经有人问牛顿：“你获得成功的秘诀是什么？你获得成功的秘诀是什么？”牛顿回答：牛顿回答：“我有一点微小成就的话，没有其他秘诀，惟有我有一点微小成就的话，没有其他秘诀，惟有勤奋而已。勤奋而已。”他还：他还：“我看得远些，那是因为我站在巨人们我看得远些

4、，那是因为我站在巨人们的肩上。的肩上。”牛顿为什么能由一个平凡的人成为一个伟大的科牛顿为什么能由一个平凡的人成为一个伟大的科学家？学家？ 提示：提示： 牛顿自身的因素：牛顿自身的因素：具有具有虚怀若谷、谦虚好学虚怀若谷、谦虚好学精神；精神；尊重他尊重他人的科研成果、勇于探索人的科研成果、勇于探索精神；精神；甘于寂寞，献身科学甘于寂寞，献身科学的精神；的精神；注重实验、科学的研究方法注重实验、科学的研究方法，实行，实行“归纳归纳演绎演绎”法；法； 客观条件：客观条件：资本主义的发展和资产阶级的兴起为其科学研资本主义的发展和资产阶级的兴起为其科学研究提供了究提供了良好的社会环境良好的社会环境；西欧

5、；西欧思想解放运动思想解放运动提供思想基础；提供思想基础；前人的研究成果前人的研究成果为牛顿提供很好的条件。为牛顿提供很好的条件。物理学处于急剧变革时代，其间出现的一系物理学处于急剧变革时代，其间出现的一系列新现象，牛顿列新现象，牛顿经典力学理论经典力学理论已无法解释。已无法解释。第二次工业革命推动科技迅速发展。第二次工业革命推动科技迅速发展。2 2、重要成就、重要成就-物理学的革命物理学的革命光的量子理论光的量子理论（光电效应）（光电效应）： 19051905年年相对论：相对论：19051905年、年、19161916年年质能关系式：质能关系式： 揭示质量与能量的内在联系，为后来利用原子揭示

6、质量与能量的内在联系，为后来利用原子能提供理论依据。能提供理论依据。反对战争，捍卫和平：反对战争，捍卫和平：一战期间，多次公开发表反战宣言。一战期间，多次公开发表反战宣言。二战后，致力于反对核战争，呼吁世界和平。二战后，致力于反对核战争，呼吁世界和平。：。（永无止境）（永无止境） （如：从牛顿到爱因斯坦，实现了物理学上的飞跃如：从牛顿到爱因斯坦，实现了物理学上的飞跃 ）。 在欧洲社会大变革的时代：科学巨匠哥白尼、开在欧洲社会大变革的时代：科学巨匠哥白尼、开普勒、伽利略以及笛卡尔等先后驰名欧洲。当时，普勒、伽利略以及笛卡尔等先后驰名欧洲。当时，欧洲的科学成就主要包括几个方面：欧洲的科学成就主要包

7、括几个方面：天文学天文学有开普有开普勒三大定律和笛卡尔的以太理论，勒三大定律和笛卡尔的以太理论，数学数学有代数、三有代数、三角、几何以及笛卡尔的把代数和几何联系起来的解角、几何以及笛卡尔的把代数和几何联系起来的解析几何，析几何，力学力学有阿基米德静力学和伽利略动力学，有阿基米德静力学和伽利略动力学，主要是落体运动规律，另外还有开普勒、伽利略和主要是落体运动规律，另外还有开普勒、伽利略和笛卡尔等的笛卡尔等的光学光学知识，因此牛顿曾谦逊地说知识，因此牛顿曾谦逊地说“我站我站在巨人的肩上在巨人的肩上”。但是，这些但是，这些科学成就虽然耀眼，科学成就虽然耀眼，却又头绪纷繁，真伪杂陈，它需要科学巨匠运用

8、科却又头绪纷繁，真伪杂陈，它需要科学巨匠运用科学研究方法进行艰巨的归纳和融会贯通。学研究方法进行艰巨的归纳和融会贯通。 牛顿力学体系牛顿力学体系说明了当时人们所能理解说明了当时人们所能理解的的切力学现象，解决了行星运动、落体运切力学现象，解决了行星运动、落体运动、振子运动、微粒运动、声音和波、潮涨动、振子运动、微粒运动、声音和波、潮涨潮落以及地球的扁圆形状等各种各样的问题。潮落以及地球的扁圆形状等各种各样的问题。从而发现了宇宙间的规律，完成了物理学发从而发现了宇宙间的规律，完成了物理学发展史上的第一次大综合，成为宏伟壮丽的力展史上的第一次大综合，成为宏伟壮丽的力学大厦的主要支柱。学大厦的主要支

9、柱。 17271727年，牛顿去世。英国以隆重的国年，牛顿去世。英国以隆重的国葬仪式将他安葬在威斯敏斯特大教堂，葬仪式将他安葬在威斯敏斯特大教堂，这这里一向是王公贵族的墓地，牛顿成为第一里一向是王公贵族的墓地，牛顿成为第一个安息在此的科学家。出殡的那天，成千个安息在此的科学家。出殡的那天，成千上万的普通市民涌向街头为他送行；抬棺上万的普通市民涌向街头为他送行；抬棺椁的，是两位公爵、三位伯爵和一位大法椁的，是两位公爵、三位伯爵和一位大法官官；在教堂合唱的哀歌中，王公贵族、政；在教堂合唱的哀歌中，王公贵族、政府大臣和文人学士们一起向这位科学巨人府大臣和文人学士们一起向这位科学巨人告别。告别。 目睹

10、了牛顿葬礼的法国思想家伏尔泰目睹了牛顿葬礼的法国思想家伏尔泰为之深深感动，他感慨道：为之深深感动，他感慨道：“走进威斯敏走进威斯敏斯特教堂，人们所瞻仰的不是君王们的陵斯特教堂，人们所瞻仰的不是君王们的陵寝，而是国家为感谢那些为国增光的最伟寝，而是国家为感谢那些为国增光的最伟大人物建立的纪念碑。这便是英国人民对大人物建立的纪念碑。这便是英国人民对于才能的尊敬。于才能的尊敬。”整个社会在向一个科学整个社会在向一个科学家表达着由衷的敬意，这是一个国家对于家表达着由衷的敬意，这是一个国家对于科学家的态度，也是一个国家对于科学的科学家的态度，也是一个国家对于科学的态度。态度。 爱因斯坦光的量子理论：爱因

11、斯坦光的量子理论： 19051905年年 爱因斯坦用爱因斯坦用量子理论量子理论成功地解释了光电成功地解释了光电效应，得出了光具有波粒二象性的结论，效应，得出了光具有波粒二象性的结论，即光的量子理论即光的量子理论, ,进一步推动了量子论的发进一步推动了量子论的发展。展。 在此基础上形成的量子力学标志着人类在此基础上形成的量子力学标志着人类对世界的认识有了革命性的进步，开始从对世界的认识有了革命性的进步，开始从宏观世界深入到微观世界。宏观世界深入到微观世界。 19211921年因年因光电效应研究获诺贝尔物理学光电效应研究获诺贝尔物理学奖奖。 经典物理学经典物理学是以日常生活中常见的是以日常生活中常

12、见的低速运低速运动的物质动的物质为研究对象的，在这里，为研究对象的，在这里，时间和空间时间和空间被认为是绝对的，是与物质运动无关的因素。被认为是绝对的，是与物质运动无关的因素。 相对论中，爱因斯坦认为相对论中，爱因斯坦认为时间、运动、质时间、运动、质量不是绝对的，而是相对的。量不是绝对的，而是相对的。爱因斯坦指出，爱因斯坦指出，随着物体（观察者所见到的）线性运动速度的随着物体（观察者所见到的）线性运动速度的加快，时间会变慢。加快，时间会变慢。 相对论的例子：相对论的例子：一卷录音带，如果在地面一卷录音带，如果在地面上播放需要一个小时；在快速飞行的宇宙飞上播放需要一个小时；在快速飞行的宇宙飞船里

13、播放，宇宙飞船里的人测定也是一个小船里播放，宇宙飞船里的人测定也是一个小时。但是由地面上的人员，来测定在宇宙飞时。但是由地面上的人员，来测定在宇宙飞船中播放的时间呢？根据牛顿的理论，因为船中播放的时间呢？根据牛顿的理论，因为时间是绝对的，所以也是一小时；但是爱因时间是绝对的，所以也是一小时；但是爱因斯坦的理论则认为应该是一个多小时，因为斯坦的理论则认为应该是一个多小时，因为时间是相对的，在不同速度下测量时间，长时间是相对的，在不同速度下测量时间，长度是不一样的。度是不一样的。 “天上一天，地上一年天上一天，地上一年”！ 1919世纪，近代科学获得了极大发展。在物理学世纪，近代科学获得了极大发展

14、。在物理学领域，以牛顿力学为基础，统一了声学、光学、领域，以牛顿力学为基础，统一了声学、光学、电磁学和热学，有效地解释着小到超显微粒子，电磁学和热学，有效地解释着小到超显微粒子，大到宇宙天体的物理世界。海王星的发现显示了大到宇宙天体的物理世界。海王星的发现显示了牛顿力学无比强大的理论威力，光学、电磁学与牛顿力学无比强大的理论威力，光学、电磁学与力学的统一使物理学显示出一种形式上的完整，力学的统一使物理学显示出一种形式上的完整，被誉为被誉为“一座庄严雄伟的建筑体系和动人心弦的一座庄严雄伟的建筑体系和动人心弦的美丽的殿堂美丽的殿堂”。于是很多人得出这样的结论：物。于是很多人得出这样的结论：物理学的

15、各种基本问题在原则和理论上都得到了解理学的各种基本问题在原则和理论上都得到了解决，取得了终极的形式，物理学遗留下来的工作决，取得了终极的形式，物理学遗留下来的工作只是精度的测定问题，即解决小数点以后数据的只是精度的测定问题，即解决小数点以后数据的准确性问题，一时出现了物理学的准确性问题，一时出现了物理学的“顶峰论顶峰论”。 牛顿在牛顿在自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理一书中从哲学一书中从哲学角度提出了绝对时间和绝对空间的概念，认为时角度提出了绝对时间和绝对空间的概念，认为时间和空间是客观存在的，彼此没有联系，和物质间和空间是客观存在的，彼此没有联系，和物质运动没有关系。但是，从麦克斯韦方程

16、组可以推运动没有关系。但是，从麦克斯韦方程组可以推算出光在真空中的速度大约是每秒算出光在真空中的速度大约是每秒3030万公里，这万公里，这个速度和光源本身的运动速度无关，也就是个速度和光源本身的运动速度无关，也就是光速光速不变。不变。而经典物理学告诉我们，任何物体的运动而经典物理学告诉我们，任何物体的运动速度都是相对于一定的坐标系的。速度都是相对于一定的坐标系的。一个坐在火车一个坐在火车上的人，以火车为坐标系，人的速度是零；以地上的人，以火车为坐标系，人的速度是零；以地球作为坐标系，人的速度就等于火车的运行速度。球作为坐标系，人的速度就等于火车的运行速度。为什么会有和坐标系没有关系的不变光速呢

17、为什么会有和坐标系没有关系的不变光速呢? ?经典经典物理学解释不了这个问题。物理学解释不了这个问题。v爱因斯坦曾在爱因斯坦曾在1939年写给罗斯福总统的信件中警年写给罗斯福总统的信件中警告罗斯福总统，德国可能在制造原子弹，并提出告罗斯福总统，德国可能在制造原子弹，并提出美国也应该制造原子武器。这一建议让他懊悔终美国也应该制造原子武器。这一建议让他懊悔终生，并促使他致力于销毁核武器的运动。战后，生，并促使他致力于销毁核武器的运动。战后，他为开展反对核战争的和平运动和反对美国国内他为开展反对核战争的和平运动和反对美国国内法西斯威胁，进行了不懈的斗争。法西斯威胁，进行了不懈的斗争。v爱因斯坦为何会有

18、前后态度的变化爱因斯坦为何会有前后态度的变化?v爱因斯坦想依靠原子弹战胜法西斯国家，结束战爱因斯坦想依靠原子弹战胜法西斯国家，结束战争，但原子弹完成它的这个使命后，它本身又成争，但原子弹完成它的这个使命后，它本身又成为严重威胁人类安全的因素。为严重威胁人类安全的因素。v由此延伸出科学的双重性问题由此延伸出科学的双重性问题科学技术是一科学技术是一把双刃剑，它既可以是造福人类的力量，也可以把双刃剑，它既可以是造福人类的力量，也可以是毁灭人类的力量。今天科学技术的威力不得不是毁灭人类的力量。今天科学技术的威力不得不让我们关注科技的利用问题和科学技术的伦理道让我们关注科技的利用问题和科学技术的伦理道德

19、问题。合理利用科技已成为人类社会发展的必德问题。合理利用科技已成为人类社会发展的必要条件。要条件。v 科技与人们生活的关系。可以分以下几点来说科技与人们生活的关系。可以分以下几点来说明：明：v人类生活的面貌，人们的衣食住行都在发生革人类生活的面貌，人们的衣食住行都在发生革命性变化。如让同学列举：家用电器产品，像洗命性变化。如让同学列举：家用电器产品，像洗衣机、电视机等，已步入平常百姓家；家居中的衣机、电视机等，已步入平常百姓家；家居中的室内装饰、高档卫生间设施和电话等，也不再是室内装饰、高档卫生间设施和电话等，也不再是少数富人的专用品；在文化娱乐方面，电影、电少数富人的专用品；在文化娱乐方面，

20、电影、电视、音乐、戏曲等人们熟悉的娱乐形式，由于高视、音乐、戏曲等人们熟悉的娱乐形式，由于高科技的发展，变得更加先进和吸引人。科技的发展，变得更加先进和吸引人。v世界各国在政治方面发生了巨大的适应性变化。世界各国在政治方面发生了巨大的适应性变化。政治的现代化涉及权威的合理化、权力结构的分政治的现代化涉及权威的合理化、权力结构的分离和公民政治参与程度的加深与扩大。离和公民政治参与程度的加深与扩大。v新技术革命使经济活动进新技术革命使经济活动进步国际化。由于电步国际化。由于电脑、信息传播技术的飞速发展，各国间科技、信脑、信息传播技术的飞速发展，各国间科技、信息交流和专利产品的买卖已成为经济发展的首

21、要息交流和专利产品的买卖已成为经济发展的首要因素。世界市场的作用日益增强，任何因素。世界市场的作用日益增强，任何个国家个国家都无法脱离世界经济而独立生存与发展。战后经都无法脱离世界经济而独立生存与发展。战后经济的地区化、集团化和全球化趋势不可阻挡，发济的地区化、集团化和全球化趋势不可阻挡，发达国家和发展中国家之间相互依存的关系也变得达国家和发展中国家之间相互依存的关系也变得更加密切。更加密切。v科技发展促进第三产业的迅速发展和工业内部科技发展促进第三产业的迅速发展和工业内部结构的变化与调整。结构的变化与调整。v科学技术的进步直接促进了劳动生产率的显著提科学技术的进步直接促进了劳动生产率的显著提高，使更多的人从第一产业和第二产业的领