第25课现代科学革命可用

1、 这两部电视剧想必大家都不陌生，里面都有穿越时光隧道的这两部电视剧想必大家都不陌生，里面都有穿越时光隧道的画面，而这种穿越时光隧道的梦想在近年来已经越来越多地出现画面，而这种穿越时光隧道的梦想在近年来已经越来越多地出现在电视与电影里。你知道吗？这种穿越时空的梦想早在在电视与电影里。你知道吗？这种穿越时空的梦想早在2020世纪初世纪初期期爱因斯坦爱因斯坦就已经提出来了，这是科学家的梦想。那么生活在科就已经提出来了，这是科学家的梦想。那么生活在科技如此发达的今天的我们又有着怎样的梦想呢？但是要想实现自技如此发达的今天的我们又有着怎样的梦想呢？但是要想实现自己的梦想，我们依旧需要站在前人的肩膀上。己

2、的梦想，我们依旧需要站在前人的肩膀上。 你是否能举举例子？你是否能举举例子？我们衣食住行的每个细节都闪现着爱因斯坦的影子。我们衣食住行的每个细节都闪现着爱因斯坦的影子。 电脑显示器电脑显示器 在短促的瞬间，电子显像在短促的瞬间，电子显像在显示屏上在显示屏上这正好符合这正好符合爱因斯坦的爱因斯坦的狭义相对论狭义相对论。发明电脑显示器的工程师必须发明电脑显示器的工程师必须使显示器符合使显示器符合“相对论效应相对论效应”，否则控制电子飞驰的磁铁就会否则控制电子飞驰的磁铁就会在显示屏上产生模糊图像，使在显示屏上产生模糊图像，使你无法工作，当然，精彩的电你无法工作，当然，精彩的电脑游戏也玩不起来了。脑游

3、戏也玩不起来了。 精准的激光精准的激光 当你到超市购物，你手里的每当你到超市购物，你手里的每一件商品条形码也得益于爱因一件商品条形码也得益于爱因斯坦的斯坦的激光理论激光理论，只有激光才，只有激光才能准确读出条形码中的编码。能准确读出条形码中的编码。 数码相机数码相机 假期你和家人轻松郊游。假期你和家人轻松郊游。当你打开数码相机，准备当你打开数码相机，准备摄下家人温馨的笑容时，摄下家人温馨的笑容时，要先感谢爱因斯坦。从镜要先感谢爱因斯坦。从镜头飞进来的光子会把半导头飞进来的光子会把半导体里的电子挤走，这同样体里的电子挤走，这同样利用了宝贵的利用了宝贵的光电效应光电效应。 控制控制X射线的能量射线

4、的能量 某人长了一个肿瘤，幸亏是某人长了一个肿瘤，幸亏是良性的，但因长在胸腺上，手术良性的，但因长在胸腺上，手术后需要放射治疗。医生在为他实后需要放射治疗。医生在为他实施放射治疗前，需要估计施放射治疗前，需要估计X射线射线可能对他的细胞造成的伤害，根可能对他的细胞造成的伤害，根据就是爱因斯坦的据就是爱因斯坦的E=mc2（即能量（即能量=质量乘光速平方）质量乘光速平方） 据此理论人们造出据此理论人们造出原子弹、氢原子弹、氢弹弹的同时，也治好了胸腺瘤。的同时，也治好了胸腺瘤。 爱因斯坦的小板凳 爱因斯坦小的时候，有一次上手工课，他想做一只小木凳。下课铃响了，同学们争先恐后拿出自己的作品，交给女教师

5、。爱因斯坦没有拿出自己的作品，急得满头大汗。女教师宽厚地望着这个小男孩，相信他第二天能交上一件好作品。 第二天，爱因斯坦交给女教师的是一个制作得很粗糙的小板凳，一条凳腿还钉偏了。满怀期望的女教师十分不满地说：“你们有谁见过这么糟糕的凳子？”同学们纷纷摇头。老师又看了爱因斯坦一眼，生气地说：“我想，世界上不会再有比这更坏的凳子了。”教室里一阵哄笑。爱因斯坦脸上红红的，他走到老师面前，肯定地对老师说：“有，老师，还有比这更坏的凳子。”教室里一下子静下来，大家都望着爱因斯坦。他走回自己的座位，从书桌下拿出两个更为粗糙的小板凳，说：“这是我第一次和第二次制作的，刚才交给老师的是第三个木板凳。虽然它并不

6、使人满意，可是比起前两个总要强一些。”这回大家都不笑了，女教师向爱因斯坦亲切又深思地点着头，同学们也向他投去敬佩和赞许的目光。 这个小故事让我们看到爱因斯坦的韧性，无论做任何事，他都要力求做好，让自己的潜能充分发挥。（这其实和相对论有点像） 孔子有过孔子有过“逝者如斯夫逝者如斯夫”的名言，时光匆匆，怎能倒流？的名言，时光匆匆，怎能倒流？ 然而，大量事实明白无误地告诉我们，在过去的然而，大量事实明白无误地告诉我们，在过去的20世纪里，时光倒流确实不可思议地发生过。世纪里，时光倒流确实不可思议地发生过。意大利客机的空中历险意大利客机的空中历险1994年初，一架意大利客机在非洲海岸上空飞行。突然，客

7、机从控制室的雷达屏幕上消失年初，一架意大利客机在非洲海岸上空飞行。突然，客机从控制室的雷达屏幕上消失了。正当地面上的机场工作人员焦急万分之际，客机又在原来的空域出现，雷达又追踪到了客机了。正当地面上的机场工作人员焦急万分之际，客机又在原来的空域出现，雷达又追踪到了客机的讯号。的讯号。当这架客机安全降落在意大利境内的机场时，客机上的机组人员和当这架客机安全降落在意大利境内的机场时，客机上的机组人员和315名乘客，并不知道他名乘客，并不知道他们曾经们曾经“失踪失踪” 过。但每个乘客的手表都慢了过。但每个乘客的手表都慢了20分钟。分钟。对此现象，专家们认为惟一的解释是：在对此现象，专家们认为惟一的解

8、释是：在“失踪失踪”的一刹那，时间的一刹那，时间“静止静止”不动了，或者说不动了，或者说出现了时光倒流。出现了时光倒流。现代银币进入古代庙宇现代银币进入古代庙宇就在意大利客机空中历险的同一年，一个由法国考古学家组成的考古工作队，在古埃及尼罗就在意大利客机空中历险的同一年，一个由法国考古学家组成的考古工作队，在古埃及尼罗河畔最早出现人类活动的地区发现了一座人迹罕至的太阳神庙，距今已有河畔最早出现人类活动的地区发现了一座人迹罕至的太阳神庙，距今已有4000年的历史。考古年的历史。考古学家意外在一块古老的石碑下发现了一枚美国现代银币，更不可思议的是，这是一枚已经铸造好、学家意外在一块古老的石碑下发现

9、了一枚美国现代银币，更不可思议的是，这是一枚已经铸造好、准备在准备在3年之后才进入市场的面值为年之后才进入市场的面值为25美分的未流通银币。美分的未流通银币。美国的现代银币为何美国的现代银币为何“跑到跑到”4000年前的古埃及庙宇之中？科学家们百思不得其解。年前的古埃及庙宇之中？科学家们百思不得其解。“目睹目睹”金字塔的建造金字塔的建造随着前苏联的解体，一些机密文件不断面世，科学家查阅到其中也有时光倒流的内容。随着前苏联的解体，一些机密文件不断面世，科学家查阅到其中也有时光倒流的内容。1971年年8月的一天，前苏联飞行员亚历山大月的一天，前苏联飞行员亚历山大斯诺夫驾驶米格斯诺夫驾驶米格21型飞

10、机在做例行飞行时，无型飞机在做例行飞行时，无意中意中“闯入闯入”了古埃及。于是，他看到了金字塔建造的场面：在一望无际的荒漠中，一座金字塔了古埃及。于是，他看到了金字塔建造的场面：在一望无际的荒漠中，一座金字塔巍然矗立，而另一座金字塔刚刚奠起塔基巍然矗立，而另一座金字塔刚刚奠起塔基1982年，一位北约飞行员在一次从北欧起飞的飞行训练中，他的视野里，竟然出现了数百只恐龙，年，一位北约飞行员在一次从北欧起飞的飞行训练中，他的视野里，竟然出现了数百只恐龙，飞机竟然来到了史前非洲大陆。飞机竟然来到了史前非洲大陆。时光可以倒流吗？时光可以倒流吗？根据爱因斯坦的理论，时光倒流绝非没有可能，时间和空间可以在光

11、速中发生变化。假如一根据爱因斯坦的理论，时光倒流绝非没有可能，时间和空间可以在光速中发生变化。假如一个物体以个物体以30万千米万千米/秒的光速飞行时，则时间可以变慢。科学家们已经发现，宇宙中存在比光速秒的光速飞行时，则时间可以变慢。科学家们已经发现，宇宙中存在比光速还要快的神秘质点，如当太空船经过重力场时，把重力场的拉力转换成推力，太空船在那段时间还要快的神秘质点，如当太空船经过重力场时，把重力场的拉力转换成推力，太空船在那段时间内，便可以以光速甚至超光速飞行。到了那时，内，便可以以光速甚至超光速飞行。到了那时，“时光倒流时光倒流”将不再是个不解之谜。将不再是个不解之谜。 牛顿牛顿爱因斯坦爱因

12、斯坦普朗克普朗克课标要求：课标要求：知道相对论、量子理论的知道相对论、量子理论的主要内容主要内容，认识其，认识其意义意义自主学习自主学习（1010分钟）分钟）1 1、相对论的提出时间和标志？、相对论的提出时间和标志？2 2、相对论的主要内容。、相对论的主要内容。3 3、相对论提出的意义。、相对论提出的意义。4 4、量子理论的提出及发展概况。、量子理论的提出及发展概况。5 5、量子理论提出的意义。、量子理论提出的意义。6 6、现代物理学兴起的意义？、现代物理学兴起的意义？ 3.1西学东渐和维新变法思想一、牛顿经典力学的创立一、牛顿经典力学的创立近代科学形成的标志近代科学形成的标志1 1、牛顿的主

13、要成就（数学和物理学）、牛顿的主要成就（数学和物理学）（1 1）数学：微积分的创立。）数学：微积分的创立。（2 2）物理学：总结出）物理学：总结出万有引力定律万有引力定律和和牛顿力学三定律牛顿力学三定律（包括在经典力学体系中）（包括在经典力学体系中）（3 3）代表作：）代表作：16871687年年自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理，建立起，建立起一个完整的力学理论体系。实现了物理学史上的第一次大一个完整的力学理论体系。实现了物理学史上的第一次大飞跃。飞跃。2 2、牛顿经典力学的影响、牛顿经典力学的影响有助于人类解释与预见物理现象，是经典物理学和天文有助于人类解释与预见物理现象，是经典物理学和

14、天文学的基础，学的基础，标志标志人类科学时代的开始。人类科学时代的开始。（自然科学角度，（自然科学角度，实现了自然科学的第一次理论性大综合）实现了自然科学的第一次理论性大综合）牛顿力学和热学引发了第一次工业革命牛顿力学和热学引发了第一次工业革命（生产力和社会（生产力和社会发展角度）发展角度）为启蒙思想和唯物主义哲学奠定科学基础为启蒙思想和唯物主义哲学奠定科学基础（哲学角度）（哲学角度）3.1西学东渐和维新变法思想想一想：想一想：分解问题一：展示材料，并思考这段材料说明了什么？分解问题一：展示材料，并思考这段材料说明了什么？二、经典物理学的危机二、经典物理学的危机晴空上晴空上漂浮着两朵乌云漂浮着

15、两朵乌云 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。可见，人们人类对自然界的认识已经到了尽头。可见，人们对于牛顿力学的权威是多么的崇拜。对于牛顿力学的权威是多么的崇拜。 有人说，有人说，1919世纪，经典物理学的权威与危机世纪，经典物理学的权威与危机并存，你知道表现在哪些方面吗？并存，你知道表现在哪些方面吗？ 材料：当德国著名的物理学家普朗克年轻时向他的老师材料：当德国著名的物理学家普朗克年轻时向他的老师求教，是选择音乐还是物理学作为自己终身的职业时，求教，是选择音乐还是物理学作为自己终身的职业时，得到的答复是：得到

16、的答复是：“物理学基本是一门已经完成了的科学，物理学基本是一门已经完成了的科学，因此，对于物理学的研究实际上是不会有多大成果的。因此，对于物理学的研究实际上是不会有多大成果的。”想一想：根据事物发展的规律和过程，会有终极的的理想一想：根据事物发展的规律和过程，会有终极的的理论和真理吗？到了论和真理吗？到了1919世纪末期，经典物理学的发展又出世纪末期，经典物理学的发展又出现了什么问题？请同学们结合课本内容思考作答。现了什么问题？请同学们结合课本内容思考作答。显然不会。显然不会。 到到1919世纪末，经典物理学对世纪末，经典物理学对宏观宏观和和微观微观两个两个方面出现的一系列新问题已无法作出解释

17、，经典方面出现的一系列新问题已无法作出解释，经典物理学出现了危机，科学家们把经典物理学的危物理学出现了危机，科学家们把经典物理学的危机形象的比喻为机形象的比喻为“晴空上漂浮着两朵乌云晴空上漂浮着两朵乌云”，一，一朵乌云与朵乌云与宏观世界里光的速度宏观世界里光的速度有关，一朵与有关，一朵与微观微观世界里的热体辐射世界里的热体辐射有关。有关。 三、爱因斯坦与相对论三、爱因斯坦与相对论散去散去宏观世界宏观世界的乌云的乌云问题探究问题探究1 1：爱因斯坦的相对论包括哪些内容吗？：爱因斯坦的相对论包括哪些内容吗？ 提出：提出：19051905年年论动体的电动力学论动体的电动力学狭义相对狭义相对论论；19

18、161916年建立了年建立了广义相对论广义相对论内容：内容：相对论的两个基本原理：相对论的两个基本原理：相对性原理相对性原理和和光速光速不变原理。不变原理。 时间和空间都是物质存在的形式，随着物质运动速度变化时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。而变化。 四维时空和物质的分布相联系，四维时空和物质的分布相联系，时间、空间、运动、质量不是时间、空间、运动、质量不是绝对不变的绝对不变的，而是相对的，可以相互转化。，而是相对的，可以相互转化。为了理解这一深奥的理论，爱因斯坦曾经风趣地对为了理解这一深奥的理论，爱因斯坦曾经风趣地对一名男青年说：一名男青年说：“我打个比方，比如你屁股

19、坐在火我打个比方，比如你屁股坐在火炉上烤和坐在公园柳荫下与女士谈情说爱，那么，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长？同样的时间你觉得哪一个更长？”男青年说：男青年说：“当当然坐在火炉上烤的时间觉得长久。然坐在火炉上烤的时间觉得长久。”这故事形象说明了这故事形象说明了时间和空间相对性时间和空间相对性。 u有一次卓别林和爱因斯坦共同出席一次宴有一次卓别林和爱因斯坦共同出席一次宴会都受到了热闹欢迎，卓别林说：大家欢会都受到了热闹欢迎，卓别林说：大家欢迎我是因为他们都能理解我，大家欢迎你迎我是因为他们都能理解我，大家欢迎你是因为他们都不理解你。是因为他们都不理解你。u

20、说明了说明了相对论深奥难懂相对论深奥难懂，而且，而且有悖于有悖于人们的日常生活。人们的日常生活。u狭义相对论发表狭义相对论发表100100多年了，多年了，也许全世界也许全世界只有几十个人能完全理解他的真谛，但这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。并不能掩盖相对论对人类生活的巨大改变。牛顿的光辉不可抹杀牛顿的光辉不可抹杀u爱因斯坦说，在牛顿时代，牛顿的道爱因斯坦说，在牛顿时代，牛顿的道路是一位具有最高思维能力和创造力路是一位具有最高思维能力和创造力的人所能发现的唯一道路；的人所能发现的唯一道路；牛顿所创牛顿所创造的概念，至今仍然指导着我们的物造的概念，至今仍

21、然指导着我们的物理学思想。理学思想。u谁企图在真理的认识的领域内要人们谁企图在真理的认识的领域内要人们认为他是不可动摇的权威，那他就要认为他是不可动摇的权威，那他就要在上帝的哈哈大笑中垮台。在上帝的哈哈大笑中垮台。 爱因斯坦的相对论是对牛顿力学的爱因斯坦的相对论是对牛顿力学的概括概括而不是否定，只否定了牛顿的绝而不是否定，只否定了牛顿的绝对时空观。牛顿力学是相对论力学在对时空观。牛顿力学是相对论力学在低速状态下的一个特例，相对论低速状态下的一个特例，相对论发展发展了牛顿力学。了牛顿力学。 由于相对论的观点与人们的日常经验不太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

22、一开一致，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多人的反始就受到包括一些科学家在内的很多人的反对。对。19211921年爱因斯坦获得了诺贝尔奖，当时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胁说，如果给不少德国的诺贝尔奖获得者威胁说，如果给相对论授奖，他们就要退回已获得的奖章，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因斯坦作为光电效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，相对论始终没有获得应理论的建立者得奖，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理诺贝尔奖。但相对论在物理学上却非常合理且为实验所证实。且

23、为实验所证实。思考：这说明了一个什么问题思考：这说明了一个什么问题? ?可以给我们什么启发可以给我们什么启发? ? 说明了常识并不一定总是正确的，不要被常识和日常说明了常识并不一定总是正确的，不要被常识和日常经验所蒙蔽。经验所蒙蔽。 这就提醒人们要敢于这就提醒人们要敢于怀疑常识，勇于创新怀疑常识，勇于创新。 有一次，一个美国记者问爱因斯坦关于他成功的秘决。有一次，一个美国记者问爱因斯坦关于他成功的秘决。他回答：他回答：“早在早在19011901年，我还是十二岁的青年时，我已经年，我还是十二岁的青年时，我已经发现了成功的公式。我可以把这公式的秘密告诉你，那就发现了成功的公式。我可以把这公式的秘密

24、告诉你，那就是是A=X+Y+Z! AA=X+Y+Z! A就是成功，就是成功，X X就是努力工作，就是努力工作，Y Y是懂得休息，是懂得休息，Z Z是少说废话！这公式对我有用，我想对许多人也是一样是少说废话！这公式对我有用，我想对许多人也是一样有用。有用。”一个人对社会的价值首先取决于他的感情、思想一个人对社会的价值首先取决于他的感情、思想和行动对增进人类利益有多大作用。和行动对增进人类利益有多大作用。 爱因斯爱因斯坦坦 第第25课课 现代科学革命现代科学革命一、背景：一、背景：经典物理学的辉煌与危机。经典物理学的辉煌与危机。二、现代科学革命二、现代科学革命1、相对论的创立、相对论的创立提出提出

25、1905年提出匀速运动体系的年提出匀速运动体系的狭义相对论狭义相对论1916年提出加速运动体系的年提出加速运动体系的广义相对论广义相对论相对论相对论内容内容光速不变原理光速不变原理相对性原理：相对性原理： 时间、空间、运动、质量是相对的时间、空间、运动、质量是相对的意义意义对物理学：物理学领域对物理学：物理学领域最伟大的革命最伟大的革命否定了否定了经典力学的经典力学的绝对时空观绝对时空观，揭示了，揭示了时空的相对性时空的相对性对人类思维：辩证的看待世界对人类思维：辩证的看待世界能力提升爱因斯坦相对论与牛顿经典力学的关系：爱因斯坦相对论与牛顿经典力学的关系：（1）不是全盘否定，是）不是全盘否定，

26、是部分否定部分否定：否定了牛顿绝对时空观，提出时间和空间不是绝否定了牛顿绝对时空观，提出时间和空间不是绝对不变的，是相对的。对不变的，是相对的。（2）继承发展继承发展：它把牛顿力学概括在相对论力学中，牛顿力学只它把牛顿力学概括在相对论力学中，牛顿力学只是相对论力学低速状态时的一个特例。是相对论力学低速状态时的一个特例。创立：创立：普朗克提出普朗克提出量子假说量子假说 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意义意义人类对客观规律的认识：人类对客观规律的认识：带来许多划时代的技术创新：带来许多划时代的技术创新：宏

27、观世宏观世界界微观世界微观世界半导体半导体、激光器激光器等等四、量子理论四、量子理论散去散去微观世界微观世界的乌云的乌云什么叫量子力学什么叫量子力学 ？量子力学是描述微观世界结构、运动与变化规律的物理科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。它对多个科学领域都产生了重大影响。学。它对多个科学领域都产生了重大影响。 材料材料1 201 20世纪爱因斯坦的相对论解释了时间和空间与世纪爱因斯坦的相对论解释了时间和空间与物质分布、运动之间的辩证关系，提出了新的宇宙观，同物质分布、运动之间的辩证关系，提出了新的宇宙观，同时使得现代物理学和天文学如此结合而产生了天体物理学，时使得现代物理学和

28、天文学如此结合而产生了天体物理学，为人类研究和探索宇宙提供了新的更广泛的途径。为人类研究和探索宇宙提供了新的更广泛的途径。 材料材料2 2 今天，我们的现代文明，从电脑，电视，手机今天，我们的现代文明，从电脑，电视，手机到核能，航天，生物技术，几乎没有哪个领域不依赖于量到核能，航天，生物技术，几乎没有哪个领域不依赖于量子论。量子力学和狭义相对论结合形成原子核物理学，指子论。量子力学和狭义相对论结合形成原子核物理学，指导制造原子弹、氢弹和建立核电站。量子力学还为电子技导制造原子弹、氢弹和建立核电站。量子力学还为电子技术、半导体技术和激光技术等奠定了理论基础。术、半导体技术和激光技术等奠定了理论基

29、础。问题导学：问题导学： 伟大理论的诞生必定会产生不可估量的影响，你伟大理论的诞生必定会产生不可估量的影响，你知道科学将会怎样改变世界吗？知道科学将会怎样改变世界吗？ 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（两大支柱两大支柱）相对论相对论量子论量子论内容：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：历程：普朗克的量子假说，历程：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；玻尔的原子的量子理论玻尔的原子的量子理论意义：意义：影响：构成了现代物理学的基础，

30、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 有高度社会责任感的人 1939年年8月月2日，爱因斯坦写信给罗斯日，爱因斯坦写信给罗斯福总统，建议美国务必抢在德国之前制造福总统，建议美国务必抢在德国之前制造出原子弹；后来，当原子弹真的从潘多拉出原子弹；后来，当原子弹真的从潘多拉魔盒里跳出来后，爱因斯坦陷入了巨大的魔盒里跳出来后，爱因斯坦陷入了巨大的后悔与痛苦之中，自认一生最大错误就是后悔与痛苦之中，自认一生最大错误就是建议研制原子弹。他痛心地说建议研制原子弹。他痛心地说，“早知如早知如此，我宁可当个修表匠！此，我宁可当个修表匠！”广岛核爆