物理学的重大发展

1、 物理学物理学 的重大进展的重大进展经典力学经典力学 奠基者奠基者经典力学经典力学 建立者建立者 从经典力学发展从经典力学发展到相对论、量子论到相对论、量子论伽利略（意）伽利略（意）牛顿（英）牛顿（英）爱因斯坦（德）爱因斯坦（德）普朗克（德）普朗克（德）一、一、经典力学经典力学: :1.1.奠基者奠基者伽利略伽利略 把实验方法提把实验方法提高到真正科学的水高到真正科学的水平，将平，将实验方法和实验方法和数学方法结合数学方法结合，创，创立了近代科学方法立了近代科学方法 (1)(1)物理学上物理学上: : 自由落体定律自由落体定律 (2) (2) 天文学上天文学上: :天文望远镜天文望远镜 尊称为

2、尊称为现代科学之父现代科学之父，其工作标志着自然科学其工作标志着自然科学成为独立的科学成为独立的科学 1609年，伽利略创制了天文望远镜。他观测到月年，伽利略创制了天文望远镜。他观测到月球表面凹凸不平，并绘制了第一幅月面图。球表面凹凸不平，并绘制了第一幅月面图。伽利略的折射式望远镜伽利略的折射式望远镜 伽利略出生于比萨一个伽利略出生于比萨一个没落贵族家庭。他做了大量的没落贵族家庭。他做了大量的实验和研究工作，首次用自制实验和研究工作，首次用自制的天文望远镜细心地观察了天的天文望远镜细心地观察了天体，宣告了和哥白尼学说完全体，宣告了和哥白尼学说完全相符的结论。伽利略把他在望相符的结论。伽利略把他

3、在望远镜中所观察到的壮丽景象，远镜中所观察到的壮丽景象，到处宣传，并用观察到的事实到处宣传，并用观察到的事实和力学原理作了严密的论证，和力学原理作了严密的论证，进一步维护和发展了哥白尼的进一步维护和发展了哥白尼的体系。教会向伽利略发出多次警告，但是他无视这一警告，体系。教会向伽利略发出多次警告，但是他无视这一警告，发表了发表了关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话的巨的巨著，从实践和理论的高度批驳了地球中心说。伽利略的著，从实践和理论的高度批驳了地球中心说。伽利略的“异端异端”活动引起了教会的恐慌，罗马教皇向宗教裁判所活动引起了教会的恐慌，罗马教皇向宗教裁判所

4、带头提出控诉，于是这位体弱抱病的科学家被送进了监牢，带头提出控诉，于是这位体弱抱病的科学家被送进了监牢，遭到审讯，以至被终身软禁遭到审讯，以至被终身软禁。(1)(1)、标志：、标志：自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理(2)(2)、主要内容、主要内容 : :万有引力定律和运动三定律万有引力定律和运动三定律(3)(3)、显著特征、显著特征: :注重注重实验实验, ,数学化数学化 (4)(4)、影响、影响: :标志着标志着近代科学的形成近代科学的形成. .推动了物理学的发展推动了物理学的发展一、一、经典力学经典力学: :2 2、创立者、创立者牛顿牛顿 牛顿牛顿是世界上影响最大的科学是世界上影响最大

5、的科学家之一。少年时代即表现出手工制家之一。少年时代即表现出手工制作精巧的才能。虽然他聪明伶俐，作精巧的才能。虽然他聪明伶俐，但并未引起老师们的注意。他在学但并未引起老师们的注意。他在学校的成绩不好，体弱多病，性格腼校的成绩不好，体弱多病，性格腼腆。成年时，母亲令其退学，因为腆。成年时，母亲令其退学，因为希望儿子成为一名出色的农夫。十希望儿子成为一名出色的农夫。十分幸运的是他被证明不是一个好农分幸运的是他被证明不是一个好农夫，干活漫不经心，而且脾气急躁。夫，干活漫不经心，而且脾气急躁。于是他又被送回学校，于是他又被送回学校，1818岁那年他岁那年他进入了剑桥大学，极快地通晓了当进入了剑桥大学，

6、极快地通晓了当时已知的自然与数学知识，之后转时已知的自然与数学知识，之后转入个人的专门研究。入个人的专门研究。运动三定律运动三定律:第一定律：惯性第一定律：惯性 一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。直到有外力迫使它改变这种状态为止。第二定律：质量第二定律：质量 物体的加速度跟物体所受的外力的合力成正比，物体的加速度跟物体所受的外力的合力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向与合外力的方向相同。跟物体的质量成反比，加速度的方向与合外力的方向相同。第三定律：作用力与反作用力定律第三定律：作用力与反作用力定律 两个物

7、体之间的作用力和反作用力总是大两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相小相等，方向相反，作用在同一条直线上。等，方向相反，作用在同一条直线上。万有引力定律万有引力定律： 自然界中一切具有质量的物体之间都存在着相互吸引的作用自然界中一切具有质量的物体之间都存在着相互吸引的作用力，这一引力的大小与两物体质量的乘积成正比，与它们之间的力，这一引力的大小与两物体质量的乘积成正比，与它们之间的距离平方成反比。距离平方成反比。3 3、经典力学中应注意的地方、经典力学中应注意的地方 （1）显著特征）显著特征 1）注重实验）注重实验 2）数学化）数学化 （2）适用范围）适用范围 只适用于宏观物体（宏观世界）的

8、运动只适用于宏观物体（宏观世界）的运动; 只适用于物体运动的低速状态，是只适用于物体运动的低速状态，是绝对绝对的时空论的时空论一、一、经典力学经典力学: : 19世纪末世纪末，物理学界连续发生了三个重大事，物理学界连续发生了三个重大事件，这就是件，这就是X射线、放射性和电子的发现射线、放射性和电子的发现。这三大。这三大发现以实验事实使得原子不可分、不变化的传统发现以实验事实使得原子不可分、不变化的传统观念发生了动摇。物理学家们曾认为的似乎已经观念发生了动摇。物理学家们曾认为的似乎已经基本上完成了的经典物理学体系，从根本上出现基本上完成了的经典物理学体系，从根本上出现了动摇，这就是所谓的了动摇，

9、这就是所谓的“物理学危机物理学危机”。 过去的物理学都以牛顿的理论为基础，认为时过去的物理学都以牛顿的理论为基础，认为时间和空间是绝对的，两者是没有任何直接联系的。间和空间是绝对的，两者是没有任何直接联系的。似乎宇宙间存在着一个永远走动着的大钟，在任似乎宇宙间存在着一个永远走动着的大钟，在任何情况下，它的速率永远都是相同的，世界上的何情况下，它的速率永远都是相同的，世界上的一切运动在时间上都以它为度量标准。一切运动在时间上都以它为度量标准。二、相对论的创立二、相对论的创立: :爱因斯坦爱因斯坦1919世纪科学得到了飞速发展世纪科学得到了飞速发展经典力学无法解释高速运动微观粒子发生的现象经典力学

10、无法解释高速运动微观粒子发生的现象19051905年狭义相对论和光速不变原理年狭义相对论和光速不变原理19161916年广义相对论年广义相对论物理学思想的一次重大革命物理学思想的一次重大革命推动物理学发展到一个新的高度推动物理学发展到一个新的高度3、意义：、意义：2、内容、内容:1、背景、背景: 艾伯特艾伯特爱因斯坦爱因斯坦（1879187919551955），），18791879年年3 3月月1414日诞生日诞生在德国乌尔姆的一个犹太人在德国乌尔姆的一个犹太人家中。家中。18941894年举家迁居意大年举家迁居意大利米兰。利米兰。19001900年毕业于瑞士年毕业于瑞士苏黎世工业大学。苏黎世

11、工业大学。 爱因斯坦被认为是爱因斯坦被认为是最富于创造力的科学家最富于创造力的科学家，他不但创立了相对论，还提出了光量子的概念，他不但创立了相对论，还提出了光量子的概念，得出了光电效应的基本定律，并揭示了光的波粒得出了光电效应的基本定律，并揭示了光的波粒二重性本质，为量子力学的建立奠定了基础。为二重性本质，为量子力学的建立奠定了基础。为此荣获此荣获19211921年度的诺贝尔物理学奖。同时，他还年度的诺贝尔物理学奖。同时，他还证明了热的分子运动论，提出了测定分子大小的证明了热的分子运动论，提出了测定分子大小的新方法新方法。 经典物理学经典物理学是以日常生活中常见的低速运动是以日常生活中常见的低

12、速运动的物质为研究对象的，在这里，时间和空间被认的物质为研究对象的，在这里，时间和空间被认为是绝对的，是与物质运动无关的因素。因此，为是绝对的，是与物质运动无关的因素。因此，一旦物理学研究的这种基础发生变化，如所研究一旦物理学研究的这种基础发生变化，如所研究的物质是以光速或接近光速运动时，经典物理学的物质是以光速或接近光速运动时，经典物理学的某些结论就变得不准确。的某些结论就变得不准确。 相对论相对论的两个基本原理是相对性原理和光速的两个基本原理是相对性原理和光速不变原理。在相对性原理中，爱因斯坦认为时间、不变原理。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。较典型的运

13、动、质量不是绝对的，而是相对的。较典型的现象是运动的物体长度变短（尺缩效应）、运动现象是运动的物体长度变短（尺缩效应）、运动的钟比静止的钟走得慢（钟慢效应）、运动的物的钟比静止的钟走得慢（钟慢效应）、运动的物体重量变大。体重量变大。 相对论的提出可以广泛地解释不同运动的物质，创相对论的提出可以广泛地解释不同运动的物质，创立了一个全新的物理世界，极大地扩展了物理学应用的领立了一个全新的物理世界，极大地扩展了物理学应用的领域，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。宏观宇宙空间。 由于相对论的观点与人们的日常经验不太一致，甚由于

14、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，相对论从一开始就受到包括一些科学至有着尖锐的冲突，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。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，当时不少德国的诺贝尔奖获得者威胁说，如果给相对论授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，他们就要退回已获得的奖章，结果评选委员会只好让奖，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应理论的建立者得奖，爱因斯坦作为光电效应理论的建立者得奖，相对论始终没相对论始终没有获得诺贝尔奖有获得诺贝尔奖。但相对论在物理学上

15、却非常合理且为实。但相对论在物理学上却非常合理且为实验所证实。验所证实。 请记住爱因斯坦的话吧：请记住爱因斯坦的话吧：“没有能独立思考和独立判断没有能独立思考和独立判断的有创造性的个人，社会的向的有创造性的个人，社会的向上发展是不可想象的。上发展是不可想象的。”三、量子论的诞生与发展三、量子论的诞生与发展19世纪末世纪末20世纪初电子和放射性的发现世纪初电子和放射性的发现实验证明微观粒子的运动不能用宏观物体的运实验证明微观粒子的运动不能用宏观物体的运 动规律来进行描述动规律来进行描述1900年普朗克提出量子假说年普朗克提出量子假说爱因斯坦进一步推动了量子论的发展爱因斯坦进一步推动了量子论的发展

16、玻尔提出原子的量子论玻尔提出原子的量子论20世纪世纪30年代量子力学建立起来年代量子力学建立起来1、背景、背景:2. 过程：过程：3、意义：、意义：P57 量子论量子论和和相对论相对论是现代物理学是现代物理学的两大支柱，量子论的形成标志着的两大支柱，量子论的形成标志着人类对于客观规律的认识，开始从人类对于客观规律的认识，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。 量子力学和狭义相对论结合形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、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电子技术、半导体

17、技术和激光技术等奠定了理论基础。等奠定了理论基础。科学家科学家主要成就主要成就意义意义伽利略伽利略落体定律落体定律为经典力学奠定基础为经典力学奠定基础望远镜、望远镜、关于托勒密关于托勒密和哥白尼两大世界体系和哥白尼两大世界体系的对话的对话（天文方面）（天文方面）证明哥白尼的证明哥白尼的“日心说日心说”的正确性的正确性注重科学研究方法注重科学研究方法标志着物理学的真正开端标志着物理学的真正开端牛顿牛顿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（物体运动三大定律和万有引力定律）万有引力定律）标志着牛顿力学体系的形标志着牛顿力学体系的形成成标志着近代标志着近代科学的形成科学的形成爱因斯

18、爱因斯坦坦相对论相对论（狭义、广义）、（狭义、广义）、光速不变原理光速不变原理P108页。（否定了页。（否定了修修正了正了揭示了揭示了发展了发展了推动推动）为现代自然为现代自然科学和现代科学和现代技术革命提技术革命提供了重要的供了重要的理论基础理论基础解释光电效应出现的现解释光电效应出现的现象和光的本质象和光的本质进一步推动了理子论的发进一步推动了理子论的发展展普朗克普朗克量子论量子论P109页。（揭示了页。（揭示了冲冲击了击了指出了指出了 ） 经典力学发展过程中的主要成就及意义经典力学发展过程中的主要成就及意义物理学发展的原因物理学发展的原因个人努力：艰苦的脑力劳动和科学实验个人努力：艰苦的

19、脑力劳动和科学实验 资本主义经济的发展需要科学知识，又为资本主义经济的发展需要科学知识，又为其奠定物质基础其奠定物质基础资产阶级力量的壮大和统治的确立资产阶级力量的壮大和统治的确立人文主义和理性主义的兴起奠定思想基础人文主义和理性主义的兴起奠定思想基础政府对科技的重视政府对科技的重视方法总结方法总结A A、政治因素：政治制度、国家政策、政局等、政治因素：政治制度、国家政策、政局等B B、经济因素：经济发展的需要，物质基础、经济因素：经济发展的需要，物质基础C C、思想文化因素：民主和开放、文化传承、教育等、思想文化因素：民主和开放、文化传承、教育等D D、国际因素：国际环境、国际交流等、国际因素：国际环境、国际交流等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 打破了经典力学体系的局限性打破了经典力学体系的局限性 使人类对客观世使人类对客观世界