第11课物理学的重大进展..ppt

1、单元线索 物理学领域的重大进展； 生物学关于人类生命的起源 三次科技革命的成果及对社会发 展的影响。,第四单元 近代以来世界的科学发展历程,第四单元 近代以来世界的科学发展历程,科学勃兴 进展辉煌,转化生产 科技革命,文艺复兴 思想解放,经典力学、相对论和量子论；进化论,三次科技革命,科技历程,探究：他们分别是什么人？有什么贡献？,第11课 物理学的重大进展,伽利略 牛顿 爱因斯坦 普朗克,课程标准：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。,伽利略 牛顿 爱因斯坦 普朗克,经典力学的奠基和建立 伽利略和牛顿(17世纪) 从经典力学到相对论 爱因斯坦(19世纪末到20世

2、纪初) 量子论的诞生和发展 普朗克(19世纪末到20世纪初),怀 疑,中世纪的神学世界观及其对人们思想认识的束缚,探究：1、经典力学体系建立的历史背景是什么？ （近代自然科学形成的背景/为什么会怀疑）,思想条件：,经济条件：,主观条件：,文艺复兴的推动,资本主义的发展,科学家的探索,一、近代物理学经典力学,古希腊科学家 亚里士多德,“落体的速度与重量成正比”,“物体从来都是静止的，除非你用力推它才开始运动”,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。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

3、正统地位。地球居宇宙中心的思想被赋予了宗教意义。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。,哥白尼(14731543)提出“太阳中心说” (1513年)沉重地打击了教会的宇宙观。从根本上动摇了宗教神学的理论基础。,地心说,日心说,信奉并宣传日心说和宇宙观的布鲁诺(1548-1600)被教会以火刑处死。,开普勒(15711630),德国天文学家开普勒发现了行星运动的三大定律即：行星沿椭圆形轨道绕太阳运行(1609年)。 为哥白尼的日心说提供了最可靠的证据。,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,伽利略绘制的

4、月面图,近代自然科学是以天文学的革命为开端的。 哥白尼：太阳中心说(1513年) 布鲁诺(1548-1600)：信奉太阳中心 开普勒：行星沿椭圆形轨道绕太阳运行(1609年) 伽利略：自制天文望远镜进行天文观察(“哥伦布发现了新大陆，伽利略发现了新宇宙”) (1609年),文艺复兴；资义发展,科学领域,伽利略（15641642），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。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。,经典力学的奠基者伽利略,木星

5、和它的伽利略卫星,1610年，伽利略用望远镜发现有4颗卫星围绕着木星转。这一发现震动了整个欧洲和全球科学界。 伽利略是第一位利用望远镜观察天体的人。目前人类发现的16颗木星卫星中，有颗叫“伽利略卫星”。,他又发现太阳上有黑子，月球上有山脉，为哥白尼的地球绕着太阳公转的“日心说”找到了有力证据。宗教法庭把他软禁在家，不准外出。年多后，伽利略临死前仍不屈服，坚定地说：“地球确实在围着太阳转！”,“两个铁球同时落地！”,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

6、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。,采用的方法： 通过观察和实验,探究：结合教材知识和以上材料思考：观察和实验的科学探究方式还为伽利略带来了什么学术成就？它对人类产生了什么影响？,物理学：发现自由落体定律。 天文学：利用望远镜观察天体并取得大 量成果的第一人。证明了哥白 尼“日心说”的正确性。,影响：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，为经 典力学的创立和发展奠定了基础。,经典力学的建立者牛顿,牛顿(16421727),牛顿出生于英国的林肯郡，1665年毕业于著名的剑桥大学，获得学士学

7、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。,牛顿有哪些重要贡献？其中最重要的是什么？,数学：二项式定理，微积分 光学：发现太阳光的光谱，微粒说 天文学：发明反射式望远镜等 力学：自然哲学的数学原理 物体运动三大定律；万有引力定律 形成经典力学体系,第一件，用牛顿力学算出地球的形状象只桔子。古希腊的亚里士多德认为地球是个正球体，两千年来人们对此深信不疑。牛顿却根据他的力学，说地球是个扁球体，象只大桔子。此言一出，学界哗然。地球那么大，牛顿又从不出远门，他凭什么说地球有点扁？可是法国科学家经过三次

8、实地测量，终于证实了牛顿的看法。用力学能算出地球的形状，真是个奇迹。,历史上证实牛顿 力学的三件事,第二件，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7576年，由此预言它将在1758年再次出现。哈雷1705年发表这个预言，当时他已49岁，却要预言53年以后的事，岂非耸人听闻？可是1758年这颗彗星果然如期出现，并被命名为哈雷彗星。,1781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

9、复核算，观测无误。那问题是否出现在牛顿力学上面？,科学家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用。他们用牛顿力学算出了这颗未知行星的位置和质量。1848年9月23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海王星。,第三件： 用牛顿力学算出了一颗未知行星的位置,（2）建立牛顿,B、建立起以实验为基础以数学为表达形式（特点）的牛顿力学体系，即经典力学体系。,A、1687年，出版自然哲学的数学原理，提出运动三大定律和万有引力定律。,站在巨人的肩膀上,探索 2、成就：经典力学体系的建立,科学研究领域的成就：,物体运动+天

10、体运动,一、近代物理学经典力学,经典力学的建立者牛顿, 基础:, 创立:,伽利略的研究成果,1687自然哲学的数学原理 物体运动三大定律和万有引力定律。, 意义:,对解释和预见物理现象有决定意义;标志着近代科学的形成。,伽利略,牛顿,标志：1687年牛顿发表自然哲学的数学原理 成就：物体运动三大定律；万有引力定律；形成了以实验为基础、以数学为表达形式的经典力学体系；,创立科学的研究方法：实验和观察。物理学：实验证明力与运动状态的关系，发现自由落体定律等。天文学：自制望远镜观察天体并取得大量成果的第一人，证明了哥白尼“日心说”的正确性。,对解释和预见物理现象有决定意义;标志着近代科学的形成；促进

11、了两次科技革命的出现。,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,(近代科学之父)为经典力学的创立和发展奠定了基础。开辟了天文学的新时代。,解析低速运动、宏观世界物理现象。无法解释微观高速运动现象。,中国古代科技特点与西方近代科技比较,推动了生产力的进步和资本主义的发展,（伽利略的实验方法和逻辑体系为经典力学奠定基础；牛顿完成了经典力学体系的建构）推动了物理学自身的发展, 促进了近代自然科学的进步。,冲击了宗教神学，推动了启蒙运动的发展和思想解放。,进步：3、经典力学体系的影响,3、经济发展：,1、自然科学：,2、思想认识：,2、思想认识：,“牛顿的发现，给人类带来从未有过的自信。曾

12、经匍匐在上帝脚下的人类，终于大胆地抬起头来，开始用自己理性的眼光打量世界。” 大国崛起,一、近代物理学经典力学,“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”,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”。,(二)相对论的创立爱因斯坦,爱因斯坦 (1879-1955),1879年生于德国，是举世闻名的德裔美国科学家，现代物理学的开创者和奠基人。爱因斯坦1900年毕业于苏黎士

13、工业大学，后在大学任教，1914年任皇家物理研究所所长兼柏林大学教授。1921年获诺贝尔物理学奖。,作为科学家的爱因斯坦，他是窥见上帝秘密的人；作为思想家的爱因斯坦，他是窥见人间秘密的人。,1905年，爱因斯坦26岁，接连写下4篇改变整个20世纪物理学面貌的论文： 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.狭义相对论（修正了牛顿力学） 4.质能互换律（E=mc2） 1916年，爱因斯坦发表了广义相对论基础，最具创见也是最伟大的贡献： 5.广义相对论（取代了牛顿的万有引力理论）,1905 神奇的一年,爱因斯坦1905年提出的相对论，后来称作狭义相对论，时间和空间随着物质

14、运动速度的变化而变化，发生尺缩效应和钟慢效应；质量会随着物体运动速度增大而增大,相对论的例子：一卷录音带，如果在地面上播放需要一个小时；在快速飞行的宇宙飞船里播放，宇宙飞船里的人测定也是一个小时。但是由地面上的人员，来测定在宇宙飞船中播放的时间呢？根据牛顿的理论，因为时间是绝对的，所以也是一小时；但是爱因斯坦的理论则认为应该是一个多小时，因为时间是相对的，在不同速度下测量时间，长度是不一样的。,什么是狭义相对论？,什么是广义相对论？,广义相对论是新的万有引力概念,广义相对论的重要结论是，加速运动与引力场的运动是等价的，要区别是由惯性力或者引力所产生的运动是不可能的。 对此，爱因斯坦作了一个的比

15、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。,地球 上显 示的 时间,运动 物体 上显 示的 时间,当速度接近光速时,当速度达到光速时：,质量增加物体变重,时间变慢钟慢效应,长度变短尺缩效应,钟表不走时间停止,质量：,相对论和经典力学的关系,相对论打破了牛顿以来传统的绝对时空观，但并非全盘否定牛顿力学。牛顿力学反映的是宏观物体低速运动的客观规律，而狭义相对论反映的是物体高速运动的客观规律，是对牛顿力学的继承和发展。牛顿力学是相对论的一种特例（物体低速运动状态），包括在相对论体系中。,经典力学,狭义相对论,

16、广义相对论,影响：否定了经典力学的绝对时空观，弥补了经典力学在宏观物体高速运动研究的不足。,(二)相对论的创立爱因斯坦,1、提出：20世纪初，爱因斯坦发表论动体的电动力学 2、内容： 1905年爱因斯坦提出狭义相对论和光速不变原理。 1916年他完成了广义相对论的最终形式。这被看作人类思想史上最伟大的成就之一 3、意义： 是物理学领域的一次重大革命； 否定了经典力学的绝对时空观； 发展了牛顿力学； 推动物理学发展到一个新高度,加热到不同温度的物体发出不同颜色的光,科学家们为了总结热辐射规律，推导出两个公式。但这两个公式的计算结果总是与实验结果不相符合。1900年，为了解决热辐射理论上的疑点，德

17、国物理学家普朗克提出了量子假说：辐射像物质一样，是由具有能量的基本单位量子来实现的。,普朗克生于德国基尔。1879年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。普朗克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。,普朗克 （18581947）,(三)量子论的诞生与发展,1、背景： 19世纪末20世纪初，电子和放射性的发现。 实验表明微观粒子的运动不能用经典力学的理论来说明。,2、诞生：1900,德国物理学家普朗克,3、发展： 爱因斯坦

18、利用量子论成功解释了光电效应 丹麦玻尔提出有关原子的量子理论,4、意义： 使人类对微观世界的基本认识取得革命性进步 与相对论一起,构成现代物理学的基础,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、晶体技术和激光技术等奠定了理论基础。,经典力学： 解析低速运动、宏观世界物理现象,近代物理学,相对论： 微观世界、 高速运动,量子论： 解释微观世 界物理现象,现代物理学,为相对论的提出奠定基础,继承和发展了经典力学,经典力学、相对论、量子论的关系：,19C末经典 物理学危机,经典力学,伽利略奠基,牛顿创立,标志：,特点：,以 为基础, 以 为表达形式,贡献,物理学：,发现 定律,天文学：,证明 的正确,影响,开创了重 和重 的近代科学,为 的创立奠定了基础,影响：,对解释和预见物理现象具