11.物理學(xué)的重大進(jìn)展

1、第四單元 近代以來世界的科學(xué)發(fā)展歷程,科學(xué)勃興 進(jìn)展輝煌,轉(zhuǎn)化生產(chǎn) 科技革命,文藝復(fù)興 思想解放,,,----經(jīng)典力學(xué)、相對(duì)論和量子論、進(jìn)化論（11、12課）,----三次科技革命（13課）,科技?xì)v程,,【課程標(biāo)準(zhǔn)】 了解經(jīng)典力學(xué)的主要內(nèi)容，認(rèn)識(shí)其在近代自然科學(xué)理論發(fā)展中的歷史地位。,探究：他們分別是什么人？有什么貢獻(xiàn)？,第11課 物理學(xué)的重大進(jìn)展,伽利略 牛頓 愛因斯坦 普朗克,古希臘科學(xué)

2、家亞里士多德,物理學(xué)的曲折發(fā)展,“落體的速度與重量成正比”,？,“物體從來都是靜止的，除非你用力推它才開始運(yùn)動(dòng)”,1.背景 2.牛頓的經(jīng)典力學(xué),1.背景 2.創(chuàng)立 3.意義,1.背景 2.誕生 3.發(fā)展 4.意義,一．經(jīng)典力學(xué),1.產(chǎn)生背景：,①文藝復(fù)興運(yùn)動(dòng)的影響;資本主義的發(fā)展②伽利略的貢獻(xiàn)及作用,——經(jīng)典力學(xué)重要奠基者,2.牛頓經(jīng)典力學(xué),伽利略的研究成果,1687,《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》物體

3、運(yùn)動(dòng)三大定律和萬有引力定律,對(duì)解釋和預(yù)見物理現(xiàn)象有決定意義,伽利略（1564—1642），偉大的意大利物理學(xué)家和天文學(xué)家，他開創(chuàng)了以實(shí)驗(yàn)事實(shí)為根據(jù)并具有嚴(yán)密邏輯體系和數(shù)學(xué)表述形式的近代科學(xué)，被譽(yù)為“近代科學(xué)之父”。他第一個(gè)把望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)天空進(jìn)行觀測，出版了《星空使者》一書。1632年，他出版了《關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對(duì)話》，把哥白尼的學(xué)說推到了最終勝利的階段。,1610年，伽利略用望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)有4顆衛(wèi)星圍繞著木星轉(zhuǎn)。這一發(fā)現(xiàn)震動(dòng)了

4、整個(gè)歐洲和全球科學(xué)界。 伽利略是第一位利用望遠(yuǎn)鏡觀察天體的人。目前人類發(fā)現(xiàn)的16顆木星衛(wèi)星中，有４顆叫“伽利略衛(wèi)星”。,木星和它的伽利略衛(wèi)星,他又發(fā)現(xiàn)太陽上有黑子，月球上有山脈，為哥白尼的地球繞著太陽公轉(zhuǎn)的“日心說”找到了有力證據(jù)。宗教法庭把他軟禁在家，不準(zhǔn)外出。８年多后，伽伽利略臨死前仍不屈服，堅(jiān)定地說：“地球確實(shí)在圍著太陽轉(zhuǎn)！”他的努力沒有白費(fèi)，越來越多的人開始探索星空和科學(xué)！,,科學(xué)的真理不應(yīng)在古代圣人的蒙著灰塵的書上去找，而應(yīng)

5、該在實(shí)驗(yàn)中和以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的理論中去找。 ——伽利略,“近代科學(xué)之父”伽俐略,1590年，伽俐略在斜塔的頂層做自由落體運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)，讓兩個(gè)重量相差10倍的鐵球，同時(shí)從塔頂落下，結(jié)果兩球同時(shí)著地，因而，雄辯地一舉推翻了束縛人們近2000年的希臘學(xué)者亞里士多德關(guān)于重量不同的物體，其下落的速度也不相同的“物體下落速度與重量成正比”的理論。伽俐略開創(chuàng)了實(shí)驗(yàn)物理的新時(shí)代，為經(jīng)典力學(xué)的創(chuàng)立奠定基礎(chǔ)。,,牛頓出生于英國的林肯郡，

6、1665年畢業(yè)于著名的劍橋大學(xué)三一學(xué)院，獲得學(xué)士學(xué)位。三年后又獲得文學(xué)碩士學(xué)位。牛頓曾經(jīng)長期擔(dān)任英國皇家學(xué)會(huì)會(huì)長，他還擔(dān)任過英國議會(huì)議員，授予爵士稱號(hào)。1727年，他病逝，被安葬于威斯敏斯特教堂，這是一種極高的榮譽(yù)。,牛頓（ 1642—1727）,這就是牛頓在劍橋的蘋果樹,牛頓家里的蘋果樹,牛頓有哪些重要貢獻(xiàn)？其中最重要的是什么？,數(shù)學(xué)：二項(xiàng)式定理，微積分光學(xué)：發(fā)現(xiàn)太陽光的光譜，微粒說天文學(xué)：發(fā)明反射式望遠(yuǎn)鏡等力學(xué)：《自

7、然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》 物體運(yùn)動(dòng)三大定律；萬有引力定律 ——形成經(jīng)典力學(xué)體系,第一件，用牛頓力學(xué)算出地球的形狀象只桔子。古希臘的亞里士多德認(rèn)為地球是個(gè)正球體，兩千年來人們對(duì)此深信不疑。牛頓卻根據(jù)他的力學(xué)，說地球是個(gè)扁球體，象只大桔子。此言一出，學(xué)界嘩然。地球那么大，牛頓又從不出遠(yuǎn)門，他憑什么說地球有點(diǎn)扁？可是法國科學(xué)家經(jīng)過三次實(shí)地測量，終于證實(shí)了牛頓的看法。用力學(xué)能算出地球的形狀，真是個(gè)奇跡。

8、,歷史上證實(shí)牛頓力學(xué)的三件事,第二件，用牛頓力學(xué)算出了哈雷彗星回歸周期長期以來到，人們一直認(rèn)為彗星是神秘的，根本不能用科學(xué)來說明。牛頓說，既然彗星也是天體，就必然遵循力學(xué)規(guī)律。他的好友哈雷用牛頓力學(xué)算出了1682年出現(xiàn)的彗星的軌道，指出它的回歸周期是75—76年，由此預(yù)言它將在1758年再次出現(xiàn)。哈雷1705年發(fā)表這個(gè)預(yù)言，當(dāng)時(shí)他已49歲，卻要預(yù)言53年以后的事，豈非聳人聽聞？可是1758年這顆彗星果然如期出現(xiàn)，并被命名為哈雷彗星。,

9、1781年天王星被發(fā)現(xiàn)，科學(xué)家用牛頓力學(xué)計(jì)算它的軌道，可是計(jì)算結(jié)果總是同觀測紀(jì)錄不大相符。經(jīng)反復(fù)核算，觀測無誤。那問題是否出現(xiàn)在牛頓力學(xué)上面？,科學(xué)家大膽猜想計(jì)算結(jié)果之所以不理想，是因?yàn)樘栂抵羞€有一顆未知的行星，我們沒有考慮到它對(duì)天王星的引力作用。他們用牛頓力學(xué)算出了這顆未知行星的位置和質(zhì)量。1848年9月23日，柏林天文臺(tái)臺(tái)長用望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)那個(gè)位置，一下子就看到了一顆新的行星—海王星。,第三件： 用牛頓力學(xué)算出了一顆未知行星的位置,

10、1727年3月20日，偉大的牛頓逝世，他被埋葬在威斯敏斯特教堂，在他的墓碑上鐫刻著：　 讓人們歡呼這樣一位多么偉大的人類榮耀曾經(jīng)在世界上存在！,,二、相對(duì)論的創(chuàng)立,經(jīng)典力學(xué)無法解釋一些新問題,20世紀(jì)初，愛因斯坦,——狹義相對(duì)論，廣義相對(duì)論,①是物理學(xué)領(lǐng)域的一次重大革命②否定了經(jīng)典力學(xué)的絕對(duì)時(shí)空觀③發(fā)展了牛頓力學(xué)④推動(dòng)物理學(xué)發(fā)展到一個(gè)新高度,,1879年生于德國，是舉世聞名的德裔美國科學(xué)家，現(xiàn)代物理學(xué)的開創(chuàng)者和奠基人。愛因斯坦1

11、900年畢業(yè)于蘇黎士工業(yè)大學(xué)，后在大學(xué)任教，1914年任皇家物理研究所所長兼柏林大學(xué)教授。1921年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 1933年受希特勒迫害離開德國移居美國, 愛因斯坦在物理學(xué)的許多領(lǐng)域都有貢獻(xiàn)，比如建立狹義相對(duì)論并推廣為廣義相對(duì)論、提出光的量子概念，并以量子理論解釋光電效應(yīng)、輻射過程、固體比熱等。,愛因斯坦（1879-1955）,狹義相對(duì)論發(fā)表100周年，也許全世界只有幾十個(gè)人能完全理解他的真諦，但這并不能掩蓋相對(duì)論對(duì)人類

12、生活的巨大改變，這樣的改變還將繼續(xù)下去。,1905年，愛因斯坦26歲，接連寫下4篇改變整個(gè)20世紀(jì)物理學(xué)面貌的論文：1.光的量子說（解釋光電效應(yīng)）2.布朗運(yùn)動(dòng)（證明分子的存在）3.狹義相對(duì)論（修正了牛頓力學(xué)）4.質(zhì)能互換律（E=mc2）1916年，愛因斯坦發(fā)表了廣義相對(duì)論基礎(chǔ)，最具創(chuàng)見也是最偉大的貢獻(xiàn)：5.廣義相對(duì)論（取代了牛頓的萬有引力理論）,1905 神奇的一年,愛因斯坦1905年提出的相對(duì)論，后來稱作狹義相對(duì)論，以

13、光速永不改變、相對(duì)性原則來推論，得到“時(shí)間”會(huì)因速度快慢而改變的結(jié)論。,相對(duì)論的例子：一卷錄音帶，如果在地面上播放需要一個(gè)小時(shí)；在快速飛行的宇宙飛船里播放，宇宙飛船里的人測定也是一個(gè)小時(shí)。但是由地面上的人員，來測定在宇宙飛船中播放的時(shí)間呢？根據(jù)牛頓的理論，因?yàn)闀r(shí)間是絕對(duì)的，所以也是一小時(shí)；但是愛因斯坦的理論則認(rèn)為應(yīng)該是一個(gè)多小時(shí)，因?yàn)闀r(shí)間是相對(duì)的，在不同速度下測量時(shí)間，長度是不一樣的。,什么是狹義相對(duì)論？,什么是廣義相對(duì)論？,廣義相對(duì)論

14、是新的萬有引力概念,廣義相對(duì)論的重要結(jié)論是，加速運(yùn)動(dòng)與引力場的運(yùn)動(dòng)是等價(jià)的，要區(qū)別是由慣性力或者引力所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)是不可能的。 對(duì)此，愛因斯坦作了一個(gè)比喻。假想有一個(gè)人乘摩天樓的電梯自由降落，人不會(huì)感到自己在下降，因?yàn)檫@時(shí)電梯和人都依照重力加速度定律在下降，彷佛在電梯里不存在地球引力。,●相對(duì)論和經(jīng)典力學(xué)有何關(guān)系？,1.相對(duì)論否定了經(jīng)典力學(xué)的絕對(duì)時(shí)空觀；2.相對(duì)論發(fā)展了牛頓力學(xué)，牛頓力學(xué)是相對(duì)論力學(xué)在低速狀態(tài)下的一個(gè)特例；3.牛

15、頓力學(xué)是整個(gè)力學(xué)的基礎(chǔ)，牛頓所創(chuàng)造的概念，至今仍指導(dǎo)著人們的物理學(xué)思想。,很抱歉推翻了您的理論,愛因斯坦曾說道：“牛頓先生，很抱歉推翻了您的理論，不過您的成就是您那個(gè)時(shí)代一個(gè)人的智力和創(chuàng)造力所能達(dá)到的巔峰。但是，當(dāng)我們對(duì)宇宙萬物有了更深入的了解以后，這些觀念將會(huì)被一些更抽象的新觀念所取代?！?也許將來某一天，會(huì)有一位少不更事的科學(xué)家說道：“愛因斯坦先生，很抱歉推翻了您的理論，不過您的成就是您那個(gè)時(shí)代一個(gè)人的智力和創(chuàng)造力所能達(dá)到的巔

16、峰…… ”,由于相對(duì)論的觀點(diǎn)與人們的日常經(jīng)驗(yàn)不太一致，甚至有著尖銳的沖突，相對(duì)論從一開始就受到包括一些科學(xué)家在內(nèi)的很多人的反對(duì)。 1921年愛因斯坦獲得了諾貝爾獎(jiǎng)，當(dāng)時(shí)不少德國的諾貝爾獎(jiǎng)獲得者威脅說，如果給相對(duì)論授獎(jiǎng)，他們就要退回已獲得的獎(jiǎng)?wù)?，結(jié)果評(píng)選委員會(huì)只好讓愛因斯坦作為光電效應(yīng)理論的建立者得獎(jiǎng)，相對(duì)論始終沒有獲得諾貝爾獎(jiǎng)。但相對(duì)論在物理學(xué)上卻非常合理且為實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。,愛因斯坦根據(jù)相對(duì)論的觀點(diǎn)提出質(zhì)能轉(zhuǎn)換理論后，曾

17、致信美國總統(tǒng)羅斯福，建議美國研制原子彈，以便在二戰(zhàn)中盡快戰(zhàn)勝法西斯國家。1945年8月，美國先后在日本的廣島、長畸投下兩顆原子彈，加速了日本法西斯的投降，但對(duì)無辜平民的傷害也同樣令全世界震驚。,當(dāng)原子彈真的從潘多拉魔盒里跳出來后，愛因斯坦陷入了巨大的后悔與痛苦之中，自認(rèn)一生最大錯(cuò)誤就是建議研制原子彈。他痛心地說，“早知如此，我寧可當(dāng)個(gè)修表匠！”愛因斯坦就核武器問題的懊悔，代表了人類良知的高度，是人類良心發(fā)出的最強(qiáng)音。聽愛因斯坦的自責(zé)之聲

18、，我們明白人類良知之寶貴.,關(guān)于愛因斯坦的小故事多得不勝枚舉，無論是真是假，人們對(duì)一位偉大物理學(xué)家的崇拜是不會(huì)改變的。,信不信由你：愛因斯坦小故事,●用手推車推孩子散步，竟會(huì)由于專心思考問題，而一不小心把孩子推到水溝里；●陪太太看電影時(shí)，卻在電影院里用手電筒看書；● 1952年，以色列共和國請(qǐng)愛因斯坦去擔(dān)任總統(tǒng)，因?yàn)閻垡蛩固故仟q太人心目中的精神領(lǐng)袖，然而他沒有接受，覺得自己的個(gè)性并不適合處理行政。,●他穿的襪子左右腳常不同顏色

19、；,為紀(jì)念愛因斯坦對(duì)物理學(xué)的貢獻(xiàn)，聯(lián)合國教科文組織特選定相對(duì)論發(fā)表100周年暨愛因斯坦逝世50周年的05年為世界物理年，許多國家更將2005年定為愛因斯坦年。并透過展示物理在經(jīng)濟(jì)技術(shù)文化等方面的重要作用，爭取公眾對(duì)物理學(xué)的理解與支持，期使物理學(xué)能在21世紀(jì)得到全新的發(fā)展。,尋找本世紀(jì)愛因斯坦，再創(chuàng)科學(xué)奇跡,紅色——代表過去藍(lán)色——代表未來黃綠——代表連結(jié)過去到未來,2005世界物理年,對(duì)物理學(xué)家而言，這個(gè)標(biāo)識(shí)象征的是光錐；對(duì)一般大眾

20、而言常被看成是沙漏，象征著愛因斯坦在時(shí)間相對(duì)性上淵博的見解及洞察力。,,,,,1955年4月18日，愛因斯坦因主動(dòng)脈瘤破裂逝世于普林斯頓。遵照他的遺囑，不發(fā)訃告，不舉行公開葬禮，不建墳?zāi)梗涣⒓o(jì)念碑。火化時(shí)按照他的書面遺囑：免除所有花卉布置以及音樂典禮。骨灰撒在永遠(yuǎn)對(duì)人保密的地方，為的是不使任何地方成為圣地。 遺囑執(zhí)行者用歌德悼念席勒的詩結(jié)束了那樸素的葬禮：    我們?nèi)极@益不淺， &

21、#160;  全世界都感謝他的教誨；    那專屬他個(gè)人的東西，    早已傳遍廣大人群。 他像行將隕滅的彗星，光華四射，    把無限的光芒 同他的光芒永相連結(jié)。,（1879-1955）,,①19C末-20C初,人們對(duì)物質(zhì)的認(rèn)識(shí)深入到原子內(nèi)部,②微觀的粒子運(yùn)動(dòng)不能用經(jīng)典力學(xué)來解釋,①愛因斯坦利用量子論成功解釋了光電效應(yīng)

22、②丹麥玻爾提出有關(guān)原子的量子理論,三、量子論的誕生與發(fā)展,①使人類對(duì)微觀世界的基本認(rèn)識(shí)取得革命性進(jìn)步②與相對(duì)論一起,構(gòu)成現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ),1900,德國物理學(xué)家普朗克,,加熱到不同溫度的物體發(fā)出不同顏色的光,科學(xué)家們?yōu)榱丝偨Y(jié)熱輻射規(guī)律，推導(dǎo)出兩個(gè)公式。但這兩個(gè)公式的計(jì)算結(jié)果總是與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不相符合。 1900年，為了解決熱輻射理論上的疑點(diǎn)，德國物理學(xué)家普朗克提出了量子假說：輻射像物質(zhì)一樣，是由具有能量的基本單位量子來實(shí)現(xiàn)的。,,

23、普朗克生于德國基爾。1879年在慕尼黑大學(xué)獲得博士學(xué)位后，先后在慕尼黑大學(xué)和基爾大學(xué)任教。由于量子論創(chuàng)立，普朗克獲得1918年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。普朗克是德國人所具有的最好品質(zhì)的范例：誠懇，忠于職守，他的業(yè)余愛好是音樂，在這方面表現(xiàn)了專業(yè)藝術(shù)才干；另一項(xiàng)業(yè)余愛好是他一直堅(jiān)持到晚年的登山運(yùn)動(dòng)。,普朗克（1858—1947）,量子論和相對(duì)論是現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱，量子論的形成標(biāo)志著人類對(duì)于客觀規(guī)律的認(rèn)識(shí)，開始從宏觀世界深入到微觀世界。

24、量子力學(xué)和狹義相對(duì)論結(jié)合形成原子核物理學(xué)，指導(dǎo)制造原子彈、氫彈和建立核電站。量子力學(xué)還為電子技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、晶體技術(shù)和激光技術(shù)等奠定了理論基礎(chǔ)。,,物理學(xué)發(fā)展的過程,,,思考總結(jié)—— 物理學(xué)的發(fā)展給了我們什么樣的啟示？,敢于質(zhì)疑，勇于創(chuàng)新，實(shí)踐出真知.,1、17世紀(jì)是人類在自然科學(xué)領(lǐng)域取得重大突破的時(shí)期，其原因不包括A、資本主義經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求B、科學(xué)家的艱苦努力C、理性主義的確立D、工業(yè)資本主義的推動(dòng),隨堂練習(xí)

25、,D,2、（2008年江蘇高考）一位科學(xué)家的墓碑上鐫刻這這樣的銘文：“他以神一般的力量，……第一個(gè)說明了行星的運(yùn)動(dòng)和圖像?！边@位科學(xué)家應(yīng)該是A、伽利略B、牛頓C、愛因斯坦D、普朗克,隨堂練習(xí),B,3、英國著名詩人蒲伯說：“自然界和自然規(guī)律隱藏在黑暗中，上帝說，讓牛頓出生吧！于是一切都是光明。”由此可以看出牛頓的主要貢獻(xiàn)是A、建立了經(jīng)典力學(xué)體系B、建立了微積分理論C、提出了萬有引力定律D、提出了進(jìn)化論的觀點(diǎn),隨堂練習(xí),A,