近代以来的世界科学历程

近代以来的世界科学历程Physics专题七近代以来科学技术的辉煌powerinformationizelifesciences第2页,共49页，2024年2月25日，星期天本专题主要涉及的问题：涉及的主要理论问题：

近代物理学中牛顿力学体系形成和爱因斯坦在理论物理学方面的革命性成就；人类探索生命起源的历程，重点涉及细胞学说、进化论和物种起源；蒸汽机应用于生产给人类文明发展带来的巨大变化；现代交通通信技术的发展，改变了人类的时空概念，使人类进入电子信息时代。讲述了人类认识由低级向高级发展的历程，从科学技术层面了解人类社会发展的基本特征。●科学技术创新与尊重权威的关系、●科学与哲学和宗教的关系、●科学技术是生产力以及科学改变人类的命运等。第3页,共49页，2024年2月25日，星期天

学习思考：

为什么15世纪下半叶以后西方的科学技术取得了辉煌的成就？文艺复兴、宗教改革等思想解放运动的影响资本主义的发展提供了物质基础科学家勇于探索的精神第4页,共49页，2024年2月25日，星期天一，近代物理学的奠基人和革命者探究：他们分别是什么人？有什么贡献？第5页,共49页，2024年2月25日，星期天内容标准：＊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。◆了解伽利略、牛顿对经典力学建立的主要贡献。◆认识经典力学在近代自然科学理论发展中的历史地位。◆体会尊重事实，不迷信权威、勇于探索创新的科学精神。＊知道相对论、量子论的主要内容，认识其意义▲知道爱因斯坦相对论、普朗克量子论的主要内容。▲认识相对论、量子论的意义。▲学习爱因斯坦等科学家为科学而不断探索的进取精神。第6页,共49页，2024年2月25日，星期天经典力学奠基者（17世纪初）经典力学建立者（17世纪晚期）从经典力学发展到相对论、量子论（19世纪末～20世纪初）伽利略（意）牛顿（英）爱因斯坦（德）普朗克（德）近代物理学的发展过程第7页,共49页，2024年2月25日，星期天科学家主要成就意义伽利略牛顿普朗克近代物理学发展过程中的主要成就及意义自由落体定律匀速运动、匀加速运动用自制的望远镜证明了哥白尼的“日心说”为经典力学奠定基础

证明哥白尼的“日心说”的正确性

《自然哲学的数学原理》（物体运动三大定律和万有引力定律）运动三定律是近代物理学的重要支柱

相对性原理、光速不变原理相对论（狭义、广义）量子理论爱因斯坦近代物理学理论框架的重大突破继承和发展了牛顿力学构成现代物理学的基本理论框架经典力学是近代自然科学理论体系中最先成熟和完善的核心理论体系第8页,共49页，2024年2月25日，星期天

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。第9页,共49页，2024年2月25日，星期天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

第10页,共49页，2024年2月25日，星期天伽利略（1564—1642），伟大的意大利物理学家和天文学家，他开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系和数学表述形式的近代科学，被誉为“近代科学之父”。他第一个把望远镜对准天空进行观测，出版了《星空使者》一书。1632年，他出版了《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》，把哥白尼的学说推到了最终胜利的阶段。第11页,共49页，2024年2月25日，星期天

1609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。伽利略的折射式望远镜伽利略的手稿第12页,共49页，2024年2月25日，星期天

牛顿出生于英国的林肯郡，1665年毕业于著名的剑桥大学三一学院，获得学士学位。三年后又获得文学硕士学位。牛顿曾经长期担任英国皇家学会会长，他还担任过英国议会议员，授予爵士称号。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。牛顿（1642—1727）第13页,共49页，2024年2月25日，星期天牛顿（1642-1727）著作：《自然哲学的数学原理》（1687）他提出了物体机械运动的三大定律和万有引力定律，创建牛顿力学体系。第14页,共49页，2024年2月25日，星期天1、在光学方面，牛顿发现了日光是由不同的颜色即不同波长的光构成的，奠定了光谱分析的基础，制作了牛顿色盘。他在1704年出版了《光学》一书，创立了光的“微粒说”。2、在热学方面也有研究成果，确定了冷却定律3、在数学方面，他与莱布尼兹几乎同时创立了微积分学，同时，他还在前人研究基础上，建立了二项式定理。4、在天文学领域，他在1671年创制了反射望远镜，初步考察了行星的运动规律；他还解释了潮汐现象，并预言地球不是正球体，并由此说明了岁差现象。第15页,共49页，2024年2月25日，星期天

背景：经典物理学的危机

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，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从经典力学到相对论

以牛顿力学为代表的经典物理学无法解释19世纪末以来的物理学新发现，如：黑体辐射、光电效应等等第16页,共49页，2024年2月25日，星期天

19世纪末，物理学界连续发生了三个重大事件，这就是X射线、放射性和电子的发现。这三大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“物理学危机”。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。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，世界上的一切运动在时间上都以它为度量标准。第17页,共49页，2024年2月25日，星期天

经典物理学是以日常生活中常见的低速运动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，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，经典物理学的某些结论就变得不准确。相对论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、运动、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）、运动的钟比静止的钟走得慢（钟慢效应）、运动的物体重量变大。第18页,共49页，2024年2月25日，星期天

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。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，相对论从一开始就受到包括一些科学家在内的很多人的反对。1921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，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且为实验所证实。第19页,共49页，2024年2月25日，星期天爱因斯坦（1879-1955）1905-1915年提出了相对论，发展了牛顿力学。第20页,共49页，2024年2月25日，星期天1955年4月18日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，

全世界都感谢他的教诲；

那专属他个人的东西，

早已传遍广大人群。他像行将陨灭的彗星，

光华四射，

把无限的光芒同他的光芒永相连结。

他的主治医生贺维博士认为如此伟大的大脑，应该进行研究，所以他便把爱因斯坦的大脑保留了下来，并切成200片带走。但至今没有结论。第21页,共49页，2024年2月25日，星期天成功的秘诀

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。”爱因斯坦说第22页,共49页，2024年2月25日，星期天普朗克（1858—1947）生于基尔。1879年普朗克在慕尼黑大学获得博士学位后，先后在慕尼黑大学和基尔大学任教。由于量子论创立，普朗克获得1918年诺贝尔物理学奖。他的父亲是一位杰出的法律教授。普朗克家是德国人所具有的最好品质的范例：诚恳，忠于职守，他的业余爱好是音乐，在这方面表现了专业艺术才干；另一项业余爱好是他一直坚持到晚年的登山运动。

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量子论和相对论是现代物理学的两大支柱，量子论的形成标志着人类对于客观规律的认识，开始从宏观世界深入到微观世界。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术、半导体技术和激光技术等奠定了理论基础。第24页,共49页，2024年2月25日，星期天1现代自然科学和现代技术革命的基础是A、牛顿力学B、相对论C、量子假说D、量子理论、相对论D第25页,共49页，2024年2月25日，星期天3、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B、经典物理学所适用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D、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4、海王星的发现是根据A、哥白尼日心说的推算B、牛顿理论的推测C、法拉第演说计算

D、爱因斯坦对时间、空间属性的揭示CB第26页,共49页，2024年2月25日，星期天2、材料解析题：（5）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的人所能发现的唯一道路；牛顿所创造的概念，至今仍然指导着我们的物理学思想。请回答：①“牛顿时代”在物理学上指什么时代？②有人认为相对论出现后，牛顿在历史上的光辉完全被抹掉。爱因斯坦是如何评价牛顿的？你同意哪一种观点？说出你的理由。第27页,共49页，2024年2月25日，星期天小结：物理学的发展给了我们什么样的启示？尊重事实，不迷信权威，敢于质疑，勇于探索创新，实践出真知第28页,共49页，2024年2月25日，星期天二，追寻生命的起源简述进化论的主要观点，概括科学与宗教在人类起源问题上产生分歧的根源1.简述达尔文进化论的主要观点。2.概括科学与宗教在人类起源问题上产生分歧的根源。3.通过进化论发展传播过程中出现的争论，认识到科学发展并不是一帆风顺的，但科学终将战胜愚昧和迷信。内容标准第29页,共49页，2024年2月25日，星期天近代生命科学的成果（17世纪以后）林耐：着重研究群体，，著有《自然系统》一书，将动、植物分类的通用层次分为纲、目、属、种四级。为进化论产生打下基础。但认为生物是神创的。哈维：着重研究个体，运用解剖和实验的方法建立血液循环理论。施莱登和施旺:创立细胞学说。巴斯德:奠定了微生物学的基础。拉马克：提出生物由低级向高级进化，肯定了环境对生物进化的影响。为达尔文创立进化论奠定基础。第30页,共49页，2024年2月25日，星期天

主要观点：自然界中生物的物种是不断进化的，是不断从低级向高级发展的。自然界进化的规则是物竞天择，适者生存。1，简述达尔文进化论的主要观点著作：《物种起源》背景：（1）文艺复兴,宗教改革和启蒙运动的洗礼.（2）基督教神学受重创,思想观念更加开放并形成良好的氛围.（3）资产阶级革命和工业革命对科学技术进步的推动.（4）前人的研究成果为达尔文正式提出进化论打下基础达尔文理论的继承者：赫胥黎，《人类在自然界中的位置》，促进了进化论的传播第31页,共49页，2024年2月25日，星期天3、进化论思想的影响:否定了神创说,促进了人类认识的飞跃.把发展变化思想引入生物界,开创了生物科学发展的新时代.为马克思主义理论提供了自然史基础.对处于国家危亡时期的中国思想界也产生了巨大震动.第32页,共49页，2024年2月25日，星期天2.概括科学与宗教在人类起源问题上产生分歧的根源根源：生产力的发展情况。古代生产力的落后，人们对自然认识的有限性。根本分歧是：生命是自然界进化的结果，还是上帝创造的产物？第33页,共49页，2024年2月25日，星期天练习1、达尔文生物进化论演说对科学发展的最重要意义在于：A、是触犯教会禁令的典范B、提示了自然界优胜劣汰的竞争法则C、完成了对生物学的一次伟大综合D、将“变化”“发展”等观念引入科学领域，使人类在思想上发生了跃进。D第34页,共49页，2024年2月25日，星期天1、进化论引起处于国家危亡时期的中国思想界的巨大震动，其传入中国

A、直接导致辛亥革命的发生

B、促进维新变法运动的产生

C、引起了中国生物学的革命

D、使中国避免了亡国灭种之灾3、下列事件中给基督教神学以重创的有①文艺复兴②宗教改革③启蒙运动④生物进化论

A、①②③④B、①②③C、①③④D、②③④第35页,共49页，2024年2月25日，星期天2、生物进化论演说最直接的社会意义在于：A、鼓励了社会的竞争意识B、进一步挑战了教会的权威C、促进了社会经济的发展D、促进了人口的大幅度增长B第36页,共49页，2024年2月25日，星期天3、达尔文进化论对近代中国社会的深远影响是：A、唤醒中国民众救亡图存B、让中国人于被压迫C、激发中国人民的革命热情D、为变法图强提供理论依据A第37页,共49页，2024年2月25日，星期天学习思考：古代没有形成真正科学而系统的生物学的原因有哪些？其中主要的原因是什么？科学技术发展的落后，科学的研究方法尚未出现生产力发展水平低，人们对自然的认识有限；统治者的精神独裁，神学、宗教、传说对人们思想的束缚；第38页,共49页，2024年2月25日，星期天

学习思考：达尔文写作《物种起源》给我们的启发有哪些？达尔文在考察中得出的结论和林耐的结论有什么不同科学探索要有敏锐的洞察力和持之以恒的精神。林耐认为生物是神创的，因此物种是不变的。达尔文则认为自然界中生物的物种是不断进化的，是不断从低级向高级发展的。自然界进化的规则是物竞天择，适者生存。第39页,共49页，2024年2月25日，星期天自我测评：达尔文进化论的核心观点是什么？进化论是怎样传入中国的？产生了什么影响？核心观点：略1894年，维新派人物严复翻译《天演论》，系统介绍了进化论。进化论传入中国，震动了思想界，对维新变法运动和新文化运动起了巨大的推动作用第40页,共49页，2024年2月25日，星期天三，人类文明的引擎——蒸汽和电的革命课标内容：以蒸汽机的发明（第一次工业革命）和电气技术的应用（第二次工业革命）等为例，说明科学技术进步对社会发展的作用。以网络技术为例，理解现代信息技术对人类社会的影响。四，向“距离”挑战——交通运输业信息技术的革命第41页,共49页，2024年2月25日，星期天棉纺织机器的发明表时间(18世纪)发明动力60年代中珍妮纺纱机人力60年代末水力纺纱机水力70年代末骡机水力80年代中水力织布机水力●18世纪60年代开始，英国的棉纺织业出现了一系列的技术创新，揭开了工业革命的序幕。●至此，英国的棉纺织业已经在技术上完成了手工业向机器大工业的过渡。第一次工业革命（18世纪中期至19世纪中期）第42页,共49页，2024年2月25日，星期天

18世纪60年代，“珍妮纺纱机”的出现揭开了工业革命的序幕第43页,共49页，2024年2月25日，星期天万能的原动机——蒸汽机的改进背景：1，社会生产的直接推动，工业革命中棉纺织业对动力的需要。

2，实验科学的长期孕育万能蒸汽机的创制Ａ.18世纪60年代，瓦特改良蒸汽机，但弊端严重；Ｂ.1782年万能蒸汽机诞生，蒸汽机得到广泛应用，成为一切生产部门的“万能的原动力”Ｃ.1785年，万能蒸汽机首先投入一家纺纱厂使用，且很快在不同工厂得到推广。●蒸汽机是人类继发明火之后，在驯服自然力方面所取得的最大成果。工厂的大量出现之后，世界进入了——蒸汽时代

第一次工业革命第44页,共49页，2024年2月25日，星期天蒸汽机的意义（为什么说蒸汽机是工业革命中最伟大的发明？）

1）解决了工业发展的动力问题；自然力（人力、畜力、水力、风力）蒸汽动