第11课　物理学的重大进展

1、物理学 （经典力学、相对论、量子论） 生物学 （进化论） 三次科技革命 （蒸汽机、电力、计算机）,第四单元 近代以来世界的科学发展历程,第11课 物理学的重大发展,第12课 破解生命起源之迷,第13课 从蒸汽机到互联网,伽利略,牛顿,爱因斯坦,普朗克,第11课 物理学的重大进展,海佩蒂亚，希腊化时代的著名占星家、数学家、物理学家，发明了天体观测仪以及比重仪。因其是异教徒，公元415年被狂热的基督教徒用贝壳挖肉杀死。,阿斯科里，意大利科学家，因其认为大地是球形的，并提出了“地球”的概念，1327年被宗教裁判所处以火刑。,布鲁诺，意大利科学家，因其宣扬哥白尼的日心说和宇宙无限，1600年被宗教裁判

2、所判为“异端”烧死在罗马鲜花广场。,中世纪教会阻碍了科学的发展，任何质疑宗教权威的科学家都要付出生命的代价。,中世纪物理学领域的权威是什么？,力是维持物体运动的原因。 物体的下落速度与质量有关。,亚里士多德,托马斯阿奎那,人类及其居所地球被置于上帝的怀抱之中，它沐浴着上帝的光辉，被圣恩所笼罩。上帝位处宇宙的最外层，推动着宇宙的运行。整个宇宙全都以地球为中心，朝着人类的地球闪烁星光。,物体运动的第一推动者是上帝。,权威,直接经验和直觉推测,封建神学的封闭和束缚，中世纪科学技术发展缓慢,亚里士多德的物理学观点是物理学界的权威,资本主义萌芽,文艺复兴,解放了人们的思想,为什么权威被打破？,理想斜面实

3、验,力是维持运动状态的原因。,物体的下落速度与质量有关。,直接经验和直觉推测,实验,谁先打破权威？驱散神学迷雾,力是改变运动状态的原因。,自由落体定律。,一、近代物理学：经典力学 1、发展原因： （1）经济条件：资本主义萌芽的发展 （2）思想条件：文艺复兴解放了思想 （3）主观条件：科学家的努力,2、奠基者：16C17C伽利略 （1）成就：发现了自由落体定律等 （2）意义： 开创了近代科学 为经典力学的创立和发展奠定基础。,（以实验事实为根据）,如果说我比别人看得更远一些， 那是因为我站在巨人的肩膀上。,真理是不可战胜的！,物体运动三大定律 万有引力定律 ,这些定律体现了经典力学的哪些特征？,

4、经典力学体系,物体运动三大定律：惯性定律， 作用力与反作用力定律， 加速度定律,注重实验,经典力学显著特征一：,数学化,经典力学显著特征二：,自然哲学的数学原理的发表标志着以实验为基础，以数学为表达形式的牛顿力学体系（经典力学体系）的诞生。,我已经把哲学的原理确定下来了，但这些原理不是哲学的，而是数学的。牛顿,第一个“苹果” 诱惑了夏娃，使人类有了智慧之源,第二个“苹果” 砸醒了牛顿，使人类有了近代科学,第三个“苹果” 成就了乔布斯，使人类有了精彩生活,“三个苹果”改变了世界,历史上证实牛顿力学的三件事,第一件：用牛顿力学算出地球的形状象只桔子。,第二件：用牛顿力学算出了哈雷彗星回归周期,第三

5、件：用牛顿力学算出了一颗未知行星的位置,一、近代物理学：经典力学,3、创立者：17C末牛顿,（1）成就：,自然哲学的数学原理1687,提出物体运动三大定律和万有引力定律等,（2）意义： 形成 力学体系 发现 。,以实验为基础、以数学为表达形式,海王星等,近代科学开端的标志：伽利略的天文学革命 近代科学正式形成的标志：经典力学体系的建立,宏观世界、低速运动 （绝对时空观）,19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：“19世纪已经将物理大厦全部建成，今后物理学家只是修饰和完美这座大厦。”,经典力学的权威被打破，相对论与量子论应运而生,？,正当此时，物理学界连续发生了三个重大事件，

6、这就是X射线、电子和放射性元素的发现。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”。,1897年汤姆逊用实验发现电子,1906年获诺贝尔奖,1898年12月26日,居里夫妇发现镭，“放射性元素”,经典力学的权威是不是牢不可破？,关于相对论，有人说：这个形式简洁优美的理论蕴藏了太多令人惊讶的内容，100年来，人们时时从中悟出宇宙层出不穷的奥秘，直到今天，这里还有很多内容没有被我们悟透。,“优美的理论”包含了哪些主要内容呢？,优美的理论相对论,20世纪最后一期时代，这样称一位伟

7、人：天才，政治难民，人道主义者，原子和宇宙谜的开启者，以其最伟大的思想和无与伦比的形象独占鳌头。,狭义相对论（1905年提出）,爱因斯坦认为，物体运动时，质量会随着物体运动速度增大而增加，同时，空间和时间也会随着物体运动速度的变化而变化，即发生尺缩效应和钟慢效应。,穿越时空的梦想 在未来的某一时间，有一对20岁的孪生兄弟，弟弟乘飞船以29万千米/秒的速度飞行，哥哥留在地球上。50年以后，当哥哥已经变成白发苍苍的老人时，他去迎接回到地球的弟弟，却发现弟弟还是一个30多岁的年轻人！原来，对于乘坐光速飞船的弟弟来讲，才刚刚过了十几年。,这个故事形象地说明了时间和空间的相对性。（尺缩效应 、钟慢效应）

8、,时间：时间变慢,钟慢效应,质量：质增效应,空间：长度变短,尺缩效应,否定了经典力学 的绝对时空观,广义相对论（1916年提出）,广义相对论的重要结论是，空间和时间的性质不仅取决于物质的运动情况，也取决于物质本身的分布状态。进一步深化对时间空间和引力现象的认识。 对此，爱因斯坦作了 一个的比喻。假想有一个 人乘摩天楼的电梯自由降 落，人不会感到自己在下 降，因为这时电梯和人都 依照重力加速度定律在下 降，彷佛在电梯里不存在 地球引力。,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

9、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！”,19C末，经典力学面临着挑战,二、现代物理学： 1、相对论的创立：20C初爱因斯坦 （1）背景： （2）内容： 狭义相对论： 广义相对论： （3）意义： 物理学领域的一次重大革命 否定经典力学的绝对时空观 发展牛顿力学，将其概括在相对论之中,揭秘微观世界普朗克,物体在发射辐射与吸收辐射时能量的交换和变化是以不连续的方式进行的，是以一定数量值的整数倍跳跃式变化的。在辐射的发射和吸收过程中，能量不是无限

10、可分的，而是有一个最小的份额单元“量子”。,“自然界无跳跃”,量子假说,二、现代物理学： 1、相对论的创立：20C初爱因斯坦 2、量子论：20C初普朗克 （1）背景： （2）过程 诞生： 发展： （3）意义：,人们对物质认识深入到原子内部,构成现代物理学的两大支柱，标志着人类开始从宏观世界深入到微观世界。,1900年，普朗克提出量子假说 1905年，爱因斯坦解释光电效应 1913年，玻尔提出有关原子的量子理论 20C30年代，量子力学的建立,1905 神奇的一年 1905年，爱因斯坦26岁，提出了四个震惊世界的观点： 1.光的量子说（解释光电效应） 2.布朗运动（证明分子的存在） 3.狭义相对

11、论（修正了牛顿力学） 4.质能互换律（E=mc2）,微观世界、高速运动,时空可变性及时空变化的联系性,自然界无跳跃,能量是不连续跳跃式变化的,相对论,量子论,相对论和量子论一起，构成了现代物理学的基础，弥补了经典力学在认识宏观和微观世界方面的不足，物理学从此发展到了一个新的高度。,詹姆斯卡卡廖斯在量子力学的奇妙故事一书引言中的所述：“量子力学在哪？你不正沉浸于其中吗。”,摆放数十亿个微处理器 （晶体管）的英特尔芯片,激光,电子显微镜下的病毒,原 子 钟,量子论和相对论在现实生活中的运用,今天，我们的现代文明，从电脑，电视，手机，核能，航天，生物技术，几乎没有哪个领域不依赖于量子论。 量子力学和

12、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。,经典力学奠基者（17C初）,经典力学建立者（17C末）,相对论、量子论 （19C末20C初）,伽利略（意）,牛顿（英）,爱因斯坦（德） 普朗克（德）,小结,解释低速运动、宏观世界物理现象,解释高速运动、微观世界物理现象,近代物理学,现代物理学,物理学的进展正是不断打破权威的过程,1、爱因斯坦相对论的提出，是物理学思想的一场重大革命。主要因为该理论（ ） A.否定了牛顿的力学原理 B.借鉴了拉瓦锡的燃素学说 C.修正了能量、质量互化的理论 D.修正了经典力学的绝对时空论

13、，揭示了时间和空间的本质属性 2、菲利普费尔南德兹一阿迈斯托在评价某科学家时指出：在他的宇宙里，“每一种现象都带有欺骗性。物质和能量可以相互转换。双胞胎以不同的速度衰老。平行线可以交叉。光线弯曲的径迹其实缠绕宇宙。”这位科学家是() A伽利略 B达尔文 C牛顿 D爱因斯坦,D,D,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 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,C,B,5、“这一发现成为二十世纪物理学研究的基础，从那个时候起几乎完全决定了物理学的发展。要是没有这一发现，那就不可能建立起分子、原子以及支配它们变化的能量过程的有用理论。”这一“发现”指的是 A经典力学 B进化论 C相对论 D量子论 6、19世纪末和20世纪初,科学家们认为“人们距离可知世界的边界已经不遥远”。打破这种认识