7-1近代物理学的奠基人

1、课标要求（1）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。思考：近代以来西方的科学技思考：近代以来西方的科学技术取得辉煌的成就的条件？术取得辉煌的成就的条件？（1 1）文艺复兴、宗教改革等思想）文艺复兴、宗教改革等思想解放运动的影响；解放运动的影响；（2 2）资本主义的发展提供了物质）资本主义的发展提供了物质基础；基础；（3 3）科学家勇于探索的精神。）科学家勇于探索的精神。一、认识史上的飞跃牛顿经典力学体系的建立背景：背景：受文艺复兴运动的影响，科学逐渐从受文艺复兴运动的影响，科学逐渐从神学的桎梏中解放出来，进入到实验科神学的桎梏中解放出来，进入到实验科学的时代。学的时

2、代。中世纪亚里士多德的学说长期被教会中世纪亚里士多德的学说长期被教会奉为教条。奉为教条。近代科学诞生后，亚里士多德的力学近代科学诞生后，亚里士多德的力学不断受到质疑。不断受到质疑。（17 17世纪）世纪）1 1、经典力学的重要、经典力学的重要奠基者奠基者 伽利略的贡献伽利略的贡献: :发现自由落体定律，为经典力学的建立奠定发现自由落体定律，为经典力学的建立奠定了基础。了基础。 发明天文望远镜发现许多星体，证明了哥白发明天文望远镜发现许多星体，证明了哥白尼尼“日心说日心说”的正确性的正确性( (属于属于天文学天文学成就成就) )。开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体开创了以实验事实为根据并具有

3、严密逻辑体系的近代科学，标志着物理学的真正开端，被系的近代科学，标志着物理学的真正开端，被誉为誉为“近代科学之父近代科学之父”。“重物体比重物体比轻物体下落速度要快些轻物体下落速度要快些”亚里士多德的力学观：亚里士多德的力学观：必须有力作用在物体上，物体才能必须有力作用在物体上，物体才能运动，没有力的作用，物体就会静止。运动，没有力的作用，物体就会静止。伽利略通过伽利略通过观察、实验和推理观察、实验和推理，得出结论：如果运动物体不受得出结论：如果运动物体不受阻碍，它将速度保持不变阻碍，它将速度保持不变地持续运动下去。地持续运动下去。2 2、经典力学的、经典力学的建立者建立者牛牛 顿顿运动三大定

4、律和万有引力定律。运动三大定律和万有引力定律。16871687年年 自然哲学的数学原理一书总结自然哲学的数学原理一书总结了牛顿力学体系以及在数学、天文学方面的了牛顿力学体系以及在数学、天文学方面的研究成果，标志着经典力学的初步建立。研究成果，标志着经典力学的初步建立。经典力学的建立，凝聚着许多科学家的心经典力学的建立，凝聚着许多科学家的心血，牛顿（微积分的创立者之一）则是其中血，牛顿（微积分的创立者之一）则是其中的集大成者，故经典力学又称牛顿力学。的集大成者，故经典力学又称牛顿力学。惯性定律惯性定律加速度定律加速度定律作用力和反作用力定律作用力和反作用力定律牛顿三大定律牛顿三大定律万有引力定律

5、万有引力定律经典力学体系经典力学体系以伽利略研究为基础以伽利略研究为基础以笛卡尔研究为基础以笛卡尔研究为基础牛顿经典力学的显著特征：牛顿经典力学的显著特征：一是注重实验，二是它的数学化。一是注重实验，二是它的数学化。我好像是一个在海边玩耍的孩子，不我好像是一个在海边玩耍的孩子，不时为拾到比通常更时为拾到比通常更光滑的石子光滑的石子或更美丽的或更美丽的贝壳贝壳而欢欣鼓舞，而展现在我面前的是完而欢欣鼓舞，而展现在我面前的是完全未探明的真理之海全未探明的真理之海 牛顿临终遗言牛顿临终遗言 你知道牛顿捡到了哪些你知道牛顿捡到了哪些“光滑的石子光滑的石子”和和“美丽的贝壳美丽的贝壳”？著作自然哲学的数学

6、原理，提出了物体著作自然哲学的数学原理，提出了物体机械运动的三大定律和万有引力定律，机械运动的三大定律和万有引力定律，创建牛顿力学体系等。创建牛顿力学体系等。 “巨人肩上的思索巨人肩上的思索” 牛顿曾谦逊地说：牛顿曾谦逊地说：“如果我比别人如果我比别人看得远些，那是因为我站在巨人们看得远些，那是因为我站在巨人们的肩上。的肩上。” ” 你能举出牛顿站在哪些巨人的肩上的例子吗？对此你又有何认识？牛顿三大定律以伽利略和笛卡尔的研究为基础；牛顿三大定律以伽利略和笛卡尔的研究为基础； 近代科学在否定中发展，在继承中发展，在综近代科学在否定中发展，在继承中发展，在综合中发展。合中发展。 3 3、地位和作用

7、：、地位和作用：牛顿运动三定律构成了近代力学体系的基础，成牛顿运动三定律构成了近代力学体系的基础，成为为近代物理学近代物理学的重要支柱。的重要支柱。牛顿力学体系完成了人类对自然界认识史上第一牛顿力学体系完成了人类对自然界认识史上第一次理论大综合。次理论大综合。 使力学和天文学在理论上达到完备的程度使力学和天文学在理论上达到完备的程度, ,并得到并得到应用和验证。应用和验证。使科学摆脱神学束缚使科学摆脱神学束缚,19,19世纪进入全面繁荣时期世纪进入全面繁荣时期, ,各各自然科学理论体系纷纷建立自然科学理论体系纷纷建立. .成为近代科学形成标志。成为近代科学形成标志。英国著名诗人亚历山大英国著名

8、诗人亚历山大波普曾写过一首赞美牛顿的诗：波普曾写过一首赞美牛顿的诗：自然和自然界的规律，隐藏在黑暗里。自然和自然界的规律，隐藏在黑暗里。上帝说：上帝说：“让牛顿去吧！让牛顿去吧！”于是，一切成为光明。于是，一切成为光明。 海王星和冥王星的发现海王星和冥王星的发现 17811781年天王星被发现，科学家用牛顿力学计算它的轨道，可是计年天王星被发现，科学家用牛顿力学计算它的轨道，可是计算结果总是同观测纪录不大相符。经反复核算，观测无误。那问算结果总是同观测纪录不大相符。经反复核算，观测无误。那问题是否出现在牛顿力学上面？法国的勒维列和英国的亚当斯坚信题是否出现在牛顿力学上面？法国的勒维列和英国的亚

9、当斯坚信牛顿力学的正确，大胆猜想计算结果之所以不理想，是因为太阳牛顿力学的正确，大胆猜想计算结果之所以不理想，是因为太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引力作系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和质量。用。他们用牛顿力学算出了这颗未知行星的位置和质量。18481848年年9 9月月2323日，柏林天文台台长在收到勒维列来信的当晚，用望远镜对日，柏林天文台台长在收到勒维列来信的当晚，用望远镜对准勒维列所指出的位置，一下子就看到了一颗新的行星准勒维列所指出的位置，一下子就看到了一颗新的行星海王海王星。勒维列无需观测星空

10、，就在笔尖上发现了新行星。牛顿力学星。勒维列无需观测星空，就在笔尖上发现了新行星。牛顿力学又创造了新的奇迹。又创造了新的奇迹。根据万有引力定律准确算出了地球的根据万有引力定律准确算出了地球的平均密度和扁平率；平均密度和扁平率；解释潮汐的成因；解释潮汐的成因；发现海王星。发现海王星。请举例说明牛顿的经典力学使力学和天文请举例说明牛顿的经典力学使力学和天文学在理论上达到完备的程度学在理论上达到完备的程度, ,并得到应用和并得到应用和验证。验证。1919世纪末，面对经典物理学近乎完美的发世纪末，面对经典物理学近乎完美的发展，有的物理学家表示：展，有的物理学家表示：“1919世纪已经将世纪已经将物理大

11、厦全部建成，今后物理学家只是修物理大厦全部建成，今后物理学家只是修饰和完美这座大厦。饰和完美这座大厦。” 经典力学体系真的是最完美的物理学理论吗？经典力学体系真的是最完美的物理学理论吗？经典物理学是以日常生活中常见的低速运动经典物理学是以日常生活中常见的低速运动的物体为研究对象的，一旦进入光速运动时，的物体为研究对象的，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（在这种背景下，相对论与量子论应运而生）在这种背景下，相对论与量子论应运而生）二、驱走乌云的太阳二、驱走乌云的太阳1 1、量子论的诞生与发展、量子论的诞生与发展 从普朗克到爱因斯坦从普朗克到爱因

12、斯坦基础：基础： 奥地利物理学家斯蒂芬对黑体的研究成果奥地利物理学家斯蒂芬对黑体的研究成果 诞生：诞生： 1900 1900年，德国物理学家普朗克提出了年，德国物理学家普朗克提出了 量子概念量子概念 发展：发展： 德国爱因斯坦德国爱因斯坦 法国德布罗意法国德布罗意 奥德物理学家奥德物理学家 数年后建立量子力学数年后建立量子力学 标志：标志：19001900年年12 12月月14 14日，德国物理学日，德国物理学家普朗克（家普朗克（M.PlanckM.Planck，1858185819471947）提出：）提出：像原子作为一切物质的构成像原子作为一切物质的构成单元一样，单元一样，“能量子能量子”

13、（量子）是能量（量子）是能量的最小单元，的最小单元，原子吸收或发射能量是一份原子吸收或发射能量是一份一份地进行的。一份地进行的。后来，这一天被认为是量子后来，这一天被认为是量子理论的诞生日。理论的诞生日。量子论确实深奥难懂，甚至连量子论奠基人量子论确实深奥难懂，甚至连量子论奠基人之一的玻尔都说：之一的玻尔都说：“如果谁不为量子论而感如果谁不为量子论而感到困惑，那他就是没有理解量子论。到困惑，那他就是没有理解量子论。”2.2.历史意义：历史意义：量子力学标志着人类对客观规律的量子力学标志着人类对客观规律的认识，开始从认识，开始从宏观世界宏观世界深入到深入到微观世微观世界界；量子理论让人们从根本上

14、改变了近量子理论让人们从根本上改变了近代物理学中的传统观念，使物理学乃代物理学中的传统观念，使物理学乃至整个自然科学的观念都发生了重大至整个自然科学的观念都发生了重大变革。变革。背景：背景：19 19世纪科学技术得到飞速发展。世纪科学技术得到飞速发展。经典力学无法解释高速运动微观经典力学无法解释高速运动微观粒子发生的现象。粒子发生的现象。三、爱因斯坦的三、爱因斯坦的“时空时空” 相对论的提出狭义相对论：狭义相对论： 提出：提出：19051905年，爱因斯坦发表年，爱因斯坦发表论动体的论动体的电动力学电动力学，创立狭义相对论。，创立狭义相对论。内容：内容：相对性原理和光速不变原理；时间和空间相对

15、性原理和光速不变原理；时间和空间都与物质的运动有关，随着物质运动速度都与物质的运动有关，随着物质运动速度 的变化而变化。（的变化而变化。（ ） “相对论相对论”妙解妙解 有一次，群众包围了从德国移居美国的科学家爱因斯坦的住有一次，群众包围了从德国移居美国的科学家爱因斯坦的住宅，要他用宅，要他用“最简单的话最简单的话”解释清楚他的解释清楚他的“相对论相对论”。当时，。当时，据说全世界只有几个高明的科学家看得懂他关于据说全世界只有几个高明的科学家看得懂他关于“相对论相对论”的著作。的著作。 为了对这一深奥的理论做通俗的说明，爱因斯坦风趣地为了对这一深奥的理论做通俗的说明，爱因斯坦风趣地对一名男青年

16、说：对一名男青年说：“我打个比方，比如你屁股坐在火炉上烤我打个比方，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，同样的时间你觉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？得哪一个更长？”男青年说：男青年说：“当然坐在火炉上烤的时间觉当然坐在火炉上烤的时间觉得长久。得长久。”这故事形象说明了时间和空间相对性。这故事形象说明了时间和空间相对性。思考：思考：牛顿力学体系与狭牛顿力学体系与狭义相对论的区别？二者的义相对论的区别？二者的关系如何？关系如何？项项 目目区区 别别关系（地位）关系（地位）牛顿牛顿力学力学体系体系与与狭义狭义相对相对论论牛顿牛顿宏观物体宏观

17、物体低低速速运动的客运动的客观规律观规律狭义相对论狭义相对论打打破绝对时间和破绝对时间和绝对空间，牛绝对空间，牛顿力学是相对顿力学是相对论的一种特例。论的一种特例。但不是牛顿力但不是牛顿力学对全盘否定学对全盘否定, ,而是继承和发而是继承和发展。展。狭义狭义相对相对论论宏观物体宏观物体高高速速运动的客运动的客观规律观规律广义相对论：广义相对论：提出：提出：19161916年，爱因斯坦把狭义相对论推广到年，爱因斯坦把狭义相对论推广到加速运动的参考系中，建立了广义相对论。加速运动的参考系中，建立了广义相对论。 内容：内容：物质存在的现实空间不是平坦的，而是弯物质存在的现实空间不是平坦的，而是弯曲的

18、；曲的；空间弯曲的程度体现为引力场强度；空间弯曲的程度体现为引力场强度；时间、空间不是独立的实在，它们是物质时间、空间不是独立的实在，它们是物质存在的形式。存在的形式。爱因斯坦的爱因斯坦的“时空弯曲时空弯曲”概念概念思考：思考：狭义相对狭义相对论与广义相对论论与广义相对论有何区别？有何区别？狭义相对论适用于狭义相对论适用于高速运动中的匀速高速运动中的匀速运动体系；广义相运动体系；广义相对论适用于高速运对论适用于高速运动中的加速运动体动中的加速运动体系，广义相对论第系，广义相对论第一次阐述四维时空一次阐述四维时空和物质分布相联系和物质分布相联系的的重要思想。的的重要思想。意义：意义：对近代物理学

19、理论框架的重大突破，不仅揭对近代物理学理论框架的重大突破，不仅揭示了空间、时间的可变性，而且说明它们都不示了空间、时间的可变性，而且说明它们都不可能单独发生变化，其改变与物质运动状态密可能单独发生变化，其改变与物质运动状态密不可分。不可分。这种全新的时空观、运动观和物质观的形成，这种全新的时空观、运动观和物质观的形成，是人类思想发展史中的一次根本性变革，对整是人类思想发展史中的一次根本性变革，对整个自然科学和哲学都产生了极其深远的影响。个自然科学和哲学都产生了极其深远的影响。相对论同量子理论一起，构成了现代物理学相对论同量子理论一起，构成了现代物理学的基本理论框架。（即：的基本理论框架。（即：

20、现代物理学现代物理学的两大支的两大支柱）柱） 尊重事实，尊重事实， 不迷信权威，不迷信权威， 敢于质疑，敢于质疑，勇于探索创新，勇于探索创新， 实践出真知，实践出真知， 经典力学经典力学体系的创体系的创立和发展立和发展量子理论的诞生量子理论的诞生（普朗克）（普朗克）相对论的建立相对论的建立（爱因斯坦）（爱因斯坦）现代物理现代物理学理论的学理论的发展发展近代物理学的奠基人和革命者近代物理学的奠基人和革命者伽利略对亚里士多德伽利略对亚里士多德力学观的否定力学观的否定 牛顿对前人科学理论牛顿对前人科学理论的发展的发展 近代自然科学同古代科学相比的近代自然科学同古代科学相比的主要特征是主要特征是实验验证实验验证 直观感受直观感受 数学表达数学表达 哲学思维哲学思维 A A、 B B、 C C、 D D、同相对论理论一起，构成了现代同相对论理论一起，构成了现代物理学的基本理论框架的是物理学的基本理论框架的是A A、万有引力定律、万有引力定律 B B、日心说、日心说 C C、量子理论、量子理论 D D、牛顿力学理论、牛顿力学理论19 19世纪，英国科学家开尔文认为物世纪，英国科学家开尔文认为物理学晴朗的天空中还留有理学晴朗的天空中还留有“两朵乌两朵乌云云”，这里，这里“乌云乌云”是指是指热学的黑体研究热学的黑体研究