第11课物理学的重大进展

1、主讲：江西省樟树中学历史教研组主讲：江西省樟树中学历史教研组 谢小华谢小华第四单元第四单元 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科学勃兴科学勃兴 进展辉煌进展辉煌转化生产转化生产 科技革命科技革命文艺复兴（文艺复兴（141416C16C） 思想解放思想解放-经典力学、相对论经典力学、相对论和量子论、进化论和量子论、进化论（1111、1212课）课）-三次科技革命（三次科技革命（1313课）课）科技历程科技历程单元感知单元感知第第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 普朗克普朗克经典力学经典力学奠基者奠基者（17世纪世纪初）初）经

2、典力学经典力学建立者建立者（17世纪世纪晚期）晚期）从经典力学发展到相从经典力学发展到相对论、量子论对论、量子论（19世纪末世纪末20世纪世纪初）初）伽利略伽利略（意）（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）伽利略伽利略（1564156416421642），），伟大的意大利物理学家和伟大的意大利物理学家和天文学家，他开创了以实天文学家，他开创了以实验事实为根据并具有严密验事实为根据并具有严密逻辑体系和数学表述形式逻辑体系和数学表述形式的近代科学，被誉为的近代科学，被誉为“近近代科学之父代科学之父”。他第一个他第一个把望远镜对准天空进行观把望远镜对准天空进行

3、观测，出版了测，出版了星空使者星空使者一书。一书。16321632年，他出版了年，他出版了关于托勒密和哥白尼两关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话大世界体系的对话，把，把哥白尼的学说推到了最终哥白尼的学说推到了最终胜利的阶段。胜利的阶段。物理学方面物理学方面 贡献贡献A.A.外力并不是维持运动状态的原外力并不是维持运动状态的原 因，只是改变运动状态的原因；因，只是改变运动状态的原因； 天文学方面天文学方面 A.A.利用望远镜观察天体并取得大量成果第一人；利用望远镜观察天体并取得大量成果第一人； 意义意义：B.B.发现自由落体定律等定律；发现自由落体定律等定律；B.B.证明了哥白尼证明了哥白尼“

4、日心说日心说”的正确性；的正确性；开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系的近代科学的近代科学, ,为后来为后来经典力学经典力学的创立和发展的创立和发展奠奠定了基础。定了基础。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

5、木星和它的伽利略卫星 他又发现太阳上有他又发现太阳上有黑子，月球上有山脉黑子，月球上有山脉，为哥白尼的，为哥白尼的地球绕着太阳公转的地球绕着太阳公转的“日心说日心说”找到了有力证据找到了有力证据。宗教法。宗教法庭把他软禁在家，不准外出。年多后，伽伽利略临死前庭把他软禁在家，不准外出。年多后，伽伽利略临死前仍不屈服，坚定地说：仍不屈服，坚定地说：“地球确实在围着太阳转！地球确实在围着太阳转！”他的他的努力没有白费，越来越多的人开始探索星空和科学！努力没有白费，越来越多的人开始探索星空和科学！ 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

6、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，雄辩地一举雄辩地一举推翻推翻了束缚人了束缚人们近们近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

7、大学三一学院，名的剑桥大学三一学院，获得学士学位。三年后获得学士学位。三年后又获得文学硕士学位。又获得文学硕士学位。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议员，授任过英国议会议员，授予爵士称号。予爵士称号。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。极高的荣誉。牛顿牛顿（ 1642164217271727）一、经典力学一、经典力学2 2、建立者、建立者牛顿牛顿(2)(2)物理学的成就：物理学的成就： 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

8、了以实验为基础、以数学为表达形式的形成了以实验为基础、以数学为表达形式的经典力学体系；经典力学体系；1 1、奠基者、奠基者伽利略伽利略(1)(1)代表作：代表作： 自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理标志着经典力学的成熟标志着经典力学的成熟(3)(3)意义：意义：经典力学体系对解释和预见物理现象，经典力学体系对解释和预见物理现象，具有决定性意义，它的建立具有决定性意义，它的建立标志着近代标志着近代科学的形成。科学的形成。 牛顿的成果牛顿的成果 牛顿的贡献牛顿的贡献经典力学体系经典力学体系物理运动物理运动三大定律三大定律1.万有引力万有引力定律定律2.惯性定律惯性定律加速度的比例定律加速度的比例

9、定律作用和反作用定律作用和反作用定律1. 经典力学体系经典力学体系标志近代科学的形成标志近代科学的形成2.促进了资本主义的两次科技革命的出现促进了资本主义的两次科技革命的出现 经典力学体系经典力学体系注重实验注重实验 数学化数学化特征：特征：建立的标志：建立的标志：自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理运用：运用：海王星、冥王星的发现海王星、冥王星的发现 经典力学的主要内容：经典力学的主要内容： 经典力学又称牛顿力学。在经典力学领域中，最重要的成就是万有引力定律和运动三定律的发现，这些成就构成了经典力学的基本内容。 第一件，用牛顿力学算第一件，用牛顿力学算出地球的形状象只桔子。出地球的形状象只桔

10、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力学

11、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。他的好友遵循力学规律。他的好友哈雷用牛顿力学哈雷用牛顿力学算出了算出了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，当时他已个预

12、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，并被命名为被命名为哈雷彗星。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阳系

13、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质能转换理论理论后，曾致信美国后，曾致信美国总统罗斯福，建

14、议美总统罗斯福，建议美国研制国研制原子弹原子弹，以便，以便在二战中尽快战胜法在二战中尽快战胜法西斯国家。西斯国家。19451945年年8 8月月，美国先后在日本的，美国先后在日本的广岛、长畸投下两颗广岛、长畸投下两颗原子弹，加速了日本原子弹，加速了日本法西斯的投降，但对法西斯的投降，但对无辜平民的伤害也同无辜平民的伤害也同样令全世界震惊。样令全世界震惊。一个爱说废话而不爱用功的青年，整天缠着一个爱说废话而不爱用功的青年，整天缠着大科学家爱因斯坦，要他公开成功的秘诀。大科学家爱因斯坦，要他公开成功的秘诀。爱因斯坦厌烦了，便写了一爱因斯坦厌烦了，便写了一 个公式给他：个公式给他：Axyz 爱因斯坦

15、解释道：爱因斯坦解释道：“A代表成功，代表成功，x代表艰苦的劳动，代表艰苦的劳动，y代表正确的方法代表正确的方法” “z代表什么？代表什么？”青年迫不及待地问。青年迫不及待地问。“代表代表少说废话。少说废话。”爱因斯坦说爱因斯坦说二、相对论的创立：背景、过程、二、相对论的创立：背景、过程、意义意义1 1、背景、背景2 2、过程、过程（1 1）19051905年提出狭义相对论年提出狭义相对论( (内容内容) )（2 2）19161916年，完成广义相对论的最终形式年，完成广义相对论的最终形式( (内容内容) ) P56P563 3、意义、意义(2)19(2)19世纪科学得到了飞速发展，经典力世纪

16、科学得到了飞速发展，经典力学无法解释研究中遇到的一些新问题学无法解释研究中遇到的一些新问题, ,面面临挑战。临挑战。(1)19(1)19世纪末三大发现：世纪末三大发现：x x射线、放射射线、放射性和电子性和电子；作为科学家的爱因斯坦，作为科学家的爱因斯坦，他是窥见上帝秘密的人；他是窥见上帝秘密的人；作为思想家的爱因斯坦，作为思想家的爱因斯坦，他是窥见人间秘密的人。他是窥见人间秘密的人。 有高度社会责任感的人，通常是具有良心的智有高度社会责任感的人，通常是具有良心的智识者。让我们轻轻地伸出我们的手，抚摸一下识者。让我们轻轻地伸出我们的手，抚摸一下爱因斯坦的滚烫的良心：爱因斯坦的滚烫的良心：193

17、9年年8月月2日，爱因日，爱因斯坦出于对人类命运的极大关注，写信给罗斯斯坦出于对人类命运的极大关注，写信给罗斯福总统建议美国务必抢在法西斯德国之前制造福总统建议美国务必抢在法西斯德国之前制造出原子弹；后来，当原子弹真的从出原子弹；后来，当原子弹真的从潘多拉魔盒潘多拉魔盒里跳出来后，爱因斯坦陷入了巨大的后悔与痛里跳出来后，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建议研制原子苦之中，自认一生最大错误就是建议研制原子弹。他痛心地说，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！”爱因斯坦就核武器问题的懊悔，代表爱因斯坦就核武器问题的懊悔，代表了人类良知的高

18、度，是人类良心发出的最强音。了人类良知的高度，是人类良心发出的最强音。听爱因斯坦的自责之声，我们明白人类良知之听爱因斯坦的自责之声，我们明白人类良知之宝贵宝贵 请记住爱因斯坦的话吧：请记住爱因斯坦的话吧：“没有没有能独立思考和独立判断的有创造能独立思考和独立判断的有创造性的个人，社会的向上发展是不性的个人，社会的向上发展是不可想象的。可想象的。”在世纪在世纪思想家的画思想家的画廊中，爱因廊中，爱因斯坦，就是斯坦，就是公正、善良、公正、善良、真理的化身真理的化身。他的品格与他的品格与天地日月相天地日月相争辉，他的争辉，他的科学贡献，科学贡献，人类将万世人类将万世景仰。景仰。 （1 1）狭义狭义相

19、对论：物体运动时，相对论：物体运动时，质量会随质量会随物体运动速度增长而增加，物体运动速度增长而增加，同时，空间和同时，空间和时间也会随着物体运动速度的变化而变化，时间也会随着物体运动速度的变化而变化，即会发生即会发生尺缩效应和钟慢效应尺缩效应和钟慢效应。（2 2）广义广义相对论：空间和时间的性质不仅相对论：空间和时间的性质不仅取决于物质的运动情况，也取决于物质的运动情况，也取决于物质本取决于物质本身的分布状态。身的分布状态。（1 1）相对论的提出是物理学领域的一次）相对论的提出是物理学领域的一次重大重大革命。革命。它它否定了经典力学的绝对空间观否定了经典力学的绝对空间观，深，深刻地揭示了时间

20、和空间的本质属性。刻地揭示了时间和空间的本质属性。（2 2）相对论发展了牛顿力学相对论发展了牛顿力学，将其概括在相，将其概括在相对论力学之中，推动物理学发展到一个新的对论力学之中，推动物理学发展到一个新的高度。高度。（1）爱因斯坦）爱因斯坦首先首先认识到量子概念，利用原子论认识到量子概念，利用原子论成功地解释了成功地解释了光电效应光电效应出现的现象及光的本质，出现的现象及光的本质，进一步推动了量子论的发展。进一步推动了量子论的发展。（2）丹麦物理学家）丹麦物理学家玻尔玻尔在此基础上提出了有关原在此基础上提出了有关原子的量子理论。子的量子理论。（3）20世纪世纪30年代量子力学建立起来年代量子力

21、学建立起来。 量子力学和狭义相对论结合形成量子力学和狭义相对论结合形成原子核物理学原子核物理学，指导制造原子弹、，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、半导体技术和激光技术等奠定了理论基础。等奠定了理论基础。1）使人类对微观世界的基本认识取得革命性的进步，成为20世纪最深刻、最有成就的科学理论之一。量子论的形成标志着人类对客观规律的认识，开始从宏观世界深入到微观世界。2 2）它与相对论一起，）它与相对论一起，构成了现代物理学的基础构成了现代物理学的基础。3 3）弥补了经典力学在认识宏观世界和微观世界）弥补了经典力学在

22、认识宏观世界和微观世界方面的不足，它们的提出，不仅推动了物理学方面的不足，它们的提出，不仅推动了物理学自身的进步，而且开阔了人们的视野，自身的进步，而且开阔了人们的视野，改变了改变了人们认识世界的角度和方式。人们认识世界的角度和方式。 相对论：相对论：爱因斯坦爱因斯坦量子论：量子论：普朗克普朗克19世纪末世纪末20世纪初世纪初经典力学：奠基：伽利略（经典力学：奠基：伽利略（16C末末-17C初）初） 建立：牛顿（建立：牛顿（17C晚期）晚期）1 1、（、（2009年广东卷）普朗克曾这样评论爱因斯坦的科学成就：“这个原理在物理世界观上所引起的革命，只有哥白尼世界体系的引入才能与之相提并论。”文中

23、的“这个原理”是A.相对论 B.日心说C.量子假说 D.万有引力定律A【课堂演练【课堂演练】2、爱因斯坦相对论的提出是物理学领域的一场重大革命，、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 揭示了时揭示了时间、空间并非绝对不变的本质属性间、空间并非绝对不变的本质属性 打破了经典力学体打破了经典力学体系的局限系的局限 性性 使人类对客观世界的认识开始从宏观世界使人类对客观世界的认识开始从宏观世界深入到微观世界深入到微观世界A、 B、 C、 D、3、 现代自然科学和现代技术革命的基础是现代自然科学和现代技术革命的基础是A

24、、牛顿力学、牛顿力学 B、相对论、相对论 C、量子假说、量子假说 D、量子理论、相对论、量子理论、相对论AD4、下列表述不正确的是、下列表述不正确的是A、牛顿创立的经典力学是经典物理学的基础、牛顿创立的经典力学是经典物理学的基础B、经典物理学所适用的主要是日常生活中的物理现象、经典物理学所适用的主要是日常生活中的物理现象C、相对论的提出证明经典的物理学是完全错误的、相对论的提出证明经典的物理学是完全错误的D、量子理论使人类对微观世界的基本认识有了革命性的、量子理论使人类对微观世界的基本认识有了革命性的进步进步5、海王星的发现是根据、海王星的发现是根据A、哥白尼日心说的推算、哥白尼日心说的推算 B、牛顿理论的推测、牛顿理论的推测C、法拉第演说计算、法拉第演说计算 D、爱因斯坦对时间、空间属性的揭示、爱因斯坦对时间、空间属性的揭示CBD 7.7.（20072007广东，广东，2525）2020世纪，物理学本身发生了一场世纪，物理学本身发生了一场革命性的变化。下列选项中推动这一变化的是革命性的变化。下列选项中推动这一变化的是A.A.电的发明和利用电的发明和利用