近代物理学的奠基者和革命者

专题七近代以来科学技术的辉煌科学——指运用范畴、定理、定律等思维形式反映现实世界各种现象的本质和规律的知识体系。技术——泛指根据生产实践经验和自然科学原理而发展成的各种工艺操作方法与技能。专题七近代以来科学技术的辉煌知识结构：物理学的重大进展生物学的发展三次工业革命近代科学的发展近代技术的发展及科技的结合牛顿经典力学普朗克爱因斯坦量子论相对论革命者奠基人一、近代物理学的奠基人和革命者

——人类对自然认识的改变经典力学创立的原因材料1：“假如我有一点微小成就的话，没有其它秘诀，唯有勤奋而已。”

——牛顿1.个人因素：牛顿的勤奋、探索和创新精神

一次，在书房中，他一边思考着问题，一边在煮鸡蛋。苦苦地思索，简直使他痴呆。突然，锅里的水沸腾了，赶忙掀锅一看，”啊！“他惊叫起来，锅里煮的却是一块怀表。原来他考虑问题时竟心不在焉地随手把怀表当做鸡蛋放在锅里了。

还有一次，牛顿邀请一位朋友到他家吃午饭。他研究科学入了迷，把这件事忘掉了。他的佣人照例只准备了牛顿个人吃的午饭。临近中午，客人应邀而来。客人看见牛顿正在埋头计算问题，桌上、床上摆着稿纸、书籍。看到这种情形，客人没有打搅牛顿，见桌上摆着饭菜，以为是给他准备的，便坐下吃了起来。吃完后就悄悄地走了。当牛顿把题计算完了，走到餐桌旁准备吃午饭时，看见盘子里吃过的鸡骨头，恍然大悟地说：“我以为我没有吃饭呢，我还是吃了。”经典力学创立的原因材料2：我之所以能比别人看得远些，是因为我站在巨人们的肩上。

——牛顿2.前人的基础：伽利略等科学家奠定了理论基础

地心说

中世纪时，基督教会宣扬的宇宙观是宇宙是一个封闭的大盒子或大帐篷，天是盒（篷）盖，地是盒（篷）底，圣地耶路撒冷居盒（篷）底的中央，日月星辰悬挂在盖上，此即所谓的“宇宙帐篷说”。后来，亚里士多德和托勒密所提出的希腊宇宙体系逐渐深入人心，托马斯·阿奎那将亚里士多德理论融入基督教神学之后，地心理论即获得了正统地位。地球居宇宙中心的思想被赋予了宗教意义，人类及其居住的地球被置于上帝的怀抱之中，沐浴着上帝的光辉，并被圣恩所笼罩。上帝位处宇宙的最外层，推动着宇宙的运行，注视着人类的一举一动。

力学观：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。亚里士多德

“物体下落的速度和重量成比例”的学说。亚里士多德的学说长期被教会奉为教条哥白尼提出太阳中心说从根本上动摇了宗教神学的理论基础

伽利略与望远镜

17世纪初，伽利略发明了第一架天文望远镜，在发现木星的四颗大卫星之后，看到了犹如一把弯镰的金星。伽利略在《星际使者》一书中向人们报告了自己的发现。这一重大发现有力地驳斥了地心说，为哥白尼的日心体系提供了一个强有力的证据。伽利略

力学观：如果运动物体不受阻碍，它将速度保持不变地持续运动下去。自由落体定律：

1590年，伽俐略在斜塔的顶层做自由落体运动实验，让两个重量相差10倍的铁球，同时从塔顶落下，结果两球同时着地，因而，雄辩地一举推翻了束缚人们近2000年的希腊学者亚里士多德关于重量不同的物体，其下落的速度也不相同的“物体下落速度与重量成正比”的理论。伽俐略开创了实验物理的新时代，为经典力学的创立奠定基础。途径：实验、计算。启示：实践是检验真理的唯一标准。【合作探究】1：你认为伽利略能够确定自由落体定律的关键途径是什么？你有何启示？

1616年，伽利略被传唤到罗马的宗教裁判所，并责令伽利略保持沉默。伽利略发表《两种世界观的对话》一书，被教会认为违反了禁令被召到罗马囚禁受到缺席审判，遭到苦刑和恐吓，并被迫当众跪着忏悔，最后被判处终身监禁，他的书也被列为禁书。

1642年，伽利略在贫病交加中逝世。在他离开人世的前夕，他还重复着这样一句话：“追求科学需要特殊的勇气。”

1983年，罗马教廷正式承认，350年前宗教裁判所对伽利略的审判是错误的。但教会对科学的干涉和对伽利略的迫害所造成的严重后果是无法挽回的。伽利略之后，意大利在很长一段时间内，没有再产生重要的科学家。

经典力学创立的原因经济条件——资本主义经济发展思想条件——文艺复兴、宗教改革解放人们的思想政治条件——英国资产阶级革命的进行，资本主义制度的建立3、结合所学知识，简述牛顿所处的社会环境经典力学创立的原因3、社会环境：经济条件——资本主义经济发展思想条件——文艺复兴、宗教改革解放人们的思想政治条件——英国资产阶级革命的进行，资本主义制度的建立2.前人的基础：伽利略等科学家奠定了理论基础1.个人因素：牛顿的勤奋、探索和创新精神牛顿捡到了哪些“光滑的石子”和“美丽的贝壳”？

“我好像是一个在海边玩耍的孩子，不时为拾到比通常更光滑的石子或更美丽的贝壳而欢欣鼓舞，而展现在我面前的是完全未探明的真理之海。”

——牛顿临终遗言？问题

(万有引力定律；运动三大定律：惯性定律、加速度定律、作用力和反作用力定律。)

惯性定律加速度定律作用和反作用定律物理运动三大定律万有引力定律经典力学体系经典力学体系内容及形成标志

标志：1687年牛顿出版《自然哲学的数学原理》。

经典力学显著的特征：以实验为基础，以数学为表达形式。

经典力学的意义1、

牛顿力学体系对自然界的力学现象做了系统合理的说明，从而完成了人类对自然界认识史上的第一次理论大综合。

2、

标志近代科学的形成。

三百年前，人类的思想还充斥着迷信和恐惧，水为什么往低处流？太阳为什么升起落下？这些今天看来简单之极的问题，在当时却是根本无法认识和把握的。直到牛顿出现，人类才终于结束了这种状态。

——《大国崛起》解说词3、经典力学打击了神学，促进了人们思想解放。

4、具有惊人的预见性和巨大的理论指导意义5、对第一次工业革命起了一定的指导和促进作用。6、证明了理性的正确性，从而促进了启蒙运动的进一步发展。海王星和冥王星的发现哈雷慧星轨道的推算

长期以来，人们一直认为彗星是神秘的，不吉利的灾星，根本不能用科学来说明。牛顿的好友哈雷用牛顿力学算出了1682年出现的彗星的轨道，指出它的回归周期是75—76年，由此预言它将在1758年再次出现。53年以后的1758年（当时哈雷已去世），这颗彗星果然如期出现。哈雷慧星的发现验证了万有引力定律的科学性。1727年，他病逝，被安葬于威斯敏斯特教堂，这是一种极高的荣誉。

19世纪经典物理学达到巅峰状态，在人们心目中，经典物理学已经达到近乎完美的程度。这时，年轻的德国人普朗克和他的老师发生了一段对话：普朗克：“老师，我准备把我的一生都献给物理理论学！”老师：“年轻人，物理学是一门已经完成了的学科，不会再有多大的发展，把一生都献给这门学科，太可惜了。”物理学真的已经完成了吗？量子论产生的背景

19世纪末，物理学界的重大研究课题是黑体辐射问题。

高速运动的微观粒子发生的现象，是经典力学无法解释的！微观世界二、量子理论2、过程：3、标志：4、发展：普朗克1900年《关于正常光谱能量分布定律的理论》。

（1）德国爱因斯坦：解释光电效应，得出光具有波粒二象性；（2）法国德布罗意：提出物质波理论；（3）奥德物理学家：建立量子力学。影响：改变了近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发生了重大变革。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。此情形并未能持久，魔鬼喝道：“嗬！让爱因斯坦问世！”世界又变得难以捉摸。

——英国现代派诗J.C．Squire（1879—1955）大自然和自然定律都在黑暗中躲藏，上帝说，让牛顿问世！于是一切都有了光明。

——英国诗人蒲伯(1688-1744)

照片里的他故事里的他四岁多还不会说话，家里人担心他是个低能儿。行为迟钝，他说话所用的时间比起别的孩子要多得多。照片里的他中小学时代常常被斥为“生性孤僻、智力迟钝”，“不守纪律、心不在焉、想入非非”。中学毕业前夕，校方甚至断言他未来将“一事无成”，勒令他退了学。16岁那年，他以同等学历报考大学，尽管物理、数学成绩很好，但由于需要死记硬背的科目考砸了锅，只得名落孙山。故事里的他照片里的他故事里的他大学里老师都不大看得起他，不愿意把他留下来做助教；他几次去请求，人家也不要他；甚至于有几次他几乎要失业了。几次在中学里面求职，最后在专利局里面找到一个职位。他每个星期要在专利局工作大概40多个小时。20世纪的科学伟人爱因斯坦成功的秘诀

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。爱因斯坦厌烦了，便写了一

个公式给他：A＝x＋y＋z爱因斯坦解释道：“A代表成功，x代表艰苦的劳动，y代表正确的方法……”

“z代表什么？”青年迫不及待地问。“代表少说废话。”爱因斯坦说。名称时间内容狭义相对论1905年《论动体的电动力学》反映的是物体高速运动的客观规律。认为，“时间和空间都与物质的运动有关，随着物质运动速度的变化而变化。”广义相对论1916年第一次阐述了四维时空和物质的分布相联系的思想。

认为，“物质存在的现实空间不是平坦的，而是弯曲的，空间的结构取决于物质的质量及其分布情况，空间弯曲的程度体现为引力场强度。空间、时间不是独立的实在，它们是物质存在的形式。”。相对论的建立--爱因斯坦狭义相对论广义相对论相对论打破经典力学的绝对时空观，反映的是物体高速运动的客观规律。进一步深化对时间空间和引力现象的认识1905年《论动体的电动力学》时间和空间都与物质的运动有关，随着物质运动速度的变化而变化。物质存在的现实空间不是平坦的，而是弯曲的，空间的结构取决于物质的质量及其分布情况，空间弯曲的程度体现为引力场强度。广义相对论第一次阐述了四维时空和物质的分布相联系的重要思想。爱因斯坦关于相对论的比喻。为了对这一深奥的理论做通俗的说明，爱因斯坦曾经风趣地对一名男青年说：“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，同样的时间你觉得哪一个更长？”男青年说：“当然坐在火炉上烤的时间觉得长久。”这故事形象说明了时间和空间相对性。爱因斯坦的“时空弯曲”概念狭义相对论发表100周年，也许全世界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。

有一次，爱因斯坦与著名演员卓别林一起出席一个宴会，他们都受到了热烈的欢迎。卓别林对爱因斯坦开玩笑说：“大家欢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。”

1939年8月2日，爱因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出原子弹。

1945年8月，美国先后在日本的广岛、长崎投下两颗原子弹，加速了日本法西斯的投降，但对无辜平民的伤害也同样令全世界震惊。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弹。

他痛心地说：“早知如此，我宁可当个修表匠！”我不知道第三次世界大战用什么武器，但是第四次世界大战人们将只会用木棒和石头打仗了。

——爱因斯坦

1955年4月18日，爱因斯坦因主动脉瘤破裂逝世于普林斯顿。遵照他的遗嘱，不发讣告，不举行公开葬礼，不建坟墓，不立纪念碑。火化时按照他的书面遗嘱：免除所有花卉布置以及所有音乐典礼。骨灰撒在永远对人保密的地方，为的是不使任何地方成为圣地。遗嘱执行者用歌德悼念席勒的诗结束了那朴素的葬礼：

我们全都获益不浅