第11课　物理学的重大进展 (3)

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,物理学的重大发展,牛顿和爱因斯坦，谁才是最伟大的科学家?,16421727,18791955,牛顿墓,Nature and natures laws lay hid in night; God said Let Newton be and all was light. Alexander Pope,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

2、国诗人 蒲伯(1688-1744),自然哲学的数学原理,自然哲学的数学原理 书影,1687年，牛顿出版了自然哲学的数学原理，建立起了完整的力学理论体系，实现了物理学史上的第一次大飞跃。,牛顿被誉为“近代科学之父”,2)内容：,1)创立标志：1687年发表自然哲学的数学原理,提出了物体机械运动三大定律和万有引力定律等，形成了以实验为基础的以数学为表达形式的牛顿力学体系。,物理学的重大进展 一、经典力学 1.牛顿创立经典力学体系,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,2)内容：,1)创立标志：1687年发表自然哲学的数学原理,提出了物体机械运动三大定律和万有引力定律等，

3、形成了以实验为基础的以数学为表达形式的牛顿力学体系。,物理学的重大进展 一、经典力学 1.牛顿创立经典力学体系,显著特征 1）注重实验 2）数学化 适用范围 只适用于宏观物体（宏观世界）的运动; 只适用于物体运动的低速状态，是绝对的时空论,海王星的发现,物理学的重大进展 一、经典力学 1.牛顿创立经典力学体系,3）意义:,对解释和预见物理现象有决定性意义；（根据万有引力定律海王星的发现） 实现了自然科学的第一次理论性大综合； 标志着近代科学的形成,有人说：“三个苹果的出现，改变了世界。” 第一个诱惑了夏娃， 第二个砸醒了牛顿， 第三个曾属于史蒂夫-乔布斯的掌握。,近代科学开端的标志：天文学革命

4、 近代科学正式形成的标志：经典力学体系的建立,牛顿墓,牛顿的哲学原理,自然哲学的数学原理,科学艺术女神缪斯,牛顿,伏尔泰,牛顿以他对天地万物的寥寥数条规律的精美绝伦的概括，彰显了人的理性的伟大，暴露了宗教非理性的荒谬。 伏尔泰,启蒙运动,牛顿为工业革命创造了一把科学的钥匙， 瓦特拿着这把钥匙开启了工业革命的大门。,通过牛顿开辟的科学方法，人类可以在实验室里发现事物的真相和原理，揭示规律，然后运用这个原理从事于技术发明，最后再将技术转化为现实的生产力。 正是因为遵循了 、 和 这个全新的模式沟通了人类5000年来一直无法跨越的“技术”和“科学”之间的鸿沟开启了“ ”的大门。,工业革命,科学 技术

5、 生产,物理学的重大进展 一、经典力学 1.牛顿创立经典力学体系,2.经典力学产生的背景,探讨：牛顿何以能创立经典力学？,我不知道世人对我是怎样看的，不过我只觉得自己像是一个在海滨玩耍的孩子，有幸拾到光滑美丽的石子，但真理的大海，我还没有发现。我所以有这样的成就，是因为我站在巨人们的肩膀上的缘故。,经济:资本主义的发展提供了物质基础,思想:文艺复兴、宗教改革等思想解放运动的影响,前人基础：伽利略为经典力学的建立奠定了基础。,物理学的重大进展 一、经典力学 1.牛顿创立经典力学体系,2.经典力学产生的背景,探讨：牛顿何以能创立经典力学？,经济:资本主义的发展提供了物质基础,思想:文艺复兴、宗教改

6、革等思想解放运动的影响,前人基础：伽利略为经典力学的建立奠定了基础。,伽利略的贡献： 物理学 落体定律、匀速运动、匀加速运动 发现科学研究方法 天文学用自制望远镜观测天体，并证明了“日心说”,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。 英国现代派诗人J.CSquire,（18791955）,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),爱因斯坦 （1879-1955）,德国伟大的物理学家。1905-1915年提出了相对论，发展了牛顿力学。1933年因遭德国法西斯迫害前往美国，后入美国籍。

7、20世纪最后一期时代周刊评述他说：“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。”,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。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。 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。,“物理学危机”,科学的飞速发展，出现了无法解释的新现象,新发展的背景:,.19c末20c初，电子和放射性的发现使人们

8、对物质的认识深入到原子内部。大量实验证明微观粒子的运动不能用通常的宏观物体运动规律来描述,二、相对论的创立,1.背景 1）19世纪科学得到了飞速发展； 2）物理学研究中遇到了一些经典力学无法解释的新问题。 2.相对论的提出及主要内容 20世纪初，爱因斯坦提出了狭义相对论和广义相对论,狭义相对论认为：时间和空间随着物质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。,尺缩效应,钟慢效应,双生子宇航问题,（1）,（2）,（3）,（4）,？,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

9、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。”爱因斯坦说：“这就是我的相对论内容。”,二、相对论的创立,1.背景 1）19世纪科学得到了飞速发展； 2）物理学研究中遇到了一些经典力学无法解释的新问题。 2.相对论的提出及主要内容 20世纪初，爱因斯坦提出了狭义相对论和广义相对论,狭义相对论认为：时间和空间随着物质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。,广义相对论认为：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。,二、相对论的创立,1.背景 1）19世纪科学得到了飞速发

10、展； 2）物理学研究中遇到了一些经典力学无法解释的新问题。 2.相对论的提出及主要内容 20世纪初，爱因斯坦提出了狭义相对论和广义相对论,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。,二、相对论的创立,1.背景 1）19世纪科学得到了飞速发展； 2）物理学研究中遇到了一些经典力学无法解释的新问题。 2.相对论的提出及主要内容 20世纪初，爱因斯

11、坦提出了狭义相对论和广义相对论 3.相对论的历史意义 1）是物理学思想的一次重大革命 2）相对论也发展了牛顿力学，推动物理学发展到一个新的高度。,3）再次改变了人们认识世界的角度和方法。 推动了人类第三次科技革命,牛顿和爱因斯坦，谁才是最伟大的科学家,许多人会说，把牛顿和爱因斯坦进行比较就像把苹果和橘子进行比较，但真正重要的是人们了解这两位物理学家所取得的成就，他们对世界的影响超出了实验室和方程式的范围。 英国皇家学会主席罗伯特梅,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

12、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。,相对论和经典力学的关系,对 话 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。”,普朗克（18581947） 是近代德国伟大的物理学家，量子论的奠基人，曾获得1918年诺贝尔物理学奖。,三、量子论的诞生与发展,1.背景： 电子和放射线的发现，打开了原子的大门 微观粒子的运动不能用经典力学原理说明 2、诞生：1900年，德国普朗克提出量子假说 3、发展： 爱因斯坦利用量子理论成功解释光电效应 玻尔提出了有关原子的量子理论 20世纪30年代，量子力学建立 4、影响：,使人类对微观世界的认识取得革命性的进步，是20世纪最深刻、最有成就的科学理论之一 量子论与相对论共同构成现代物理学的基础，弥补了经典力学在认识微观世界和宏观世界方面的不足。 不仅推动了物理学自身的发展，而且还开阔了人们的视野，改变了人们认识世界的角度和方式。,经典力学,小结：力学的进展历程,、