高中歷史專題7第1節(jié)近代物理學的奠基者和革命者課件人民版必修3

1、歷史：專題第節(jié)近代物理學的奠基者和革命者：課件PPT（人民版必修）（一）奠基：經典力學的創(chuàng)立（一）奠基：經典力學的創(chuàng)立地球中心說地球中心說地心說的起源很早，最地心說的起源很早，最初由古希臘學者歐多克斯提初由古希臘學者歐多克斯提出，經出，經亞里斯多德亞里斯多德完善，又完善，又為為托勒密托勒密進一步發(fā)展成為一進一步發(fā)展成為一個盛行于古代歐洲個盛行于古代歐洲10001000多年多年的宇宙學說體系。的宇宙學說體系。 地心說認為地心說認為地球處于宇地球處于宇宙中心位置宙中心位置并靜止不動，太并靜止不動，太陽、月亮、行星和其他衛(wèi)星陽、月亮、行星和其他衛(wèi)星都圍繞地球運轉。都圍繞地球運轉。 托勒密托勒密（90

2、90168168）對地球認識的變化對地球認識的變化15431543年，哥白尼發(fā)年，哥白尼發(fā)表表天體運行論天體運行論，提，提出出“太陽中心說太陽中心說”，否，否定了中世紀以來占據統定了中世紀以來占據統治地位的治地位的“地心說地心說”，使自然科學開始從基督使自然科學開始從基督教神學的束縛中解放出教神學的束縛中解放出來，標志著來，標志著近代自然科近代自然科學的興起。學的興起。 伽利略（伽利略（1564164215641642），偉大），偉大的的意大利意大利物理學家和天文學家，他物理學家和天文學家，他開創(chuàng)了以實驗事實為根據并具有嚴開創(chuàng)了以實驗事實為根據并具有嚴密邏輯體系和數學表述形式的近代密邏輯體系和

3、數學表述形式的近代科學，被譽為科學，被譽為“近代科學之父近代科學之父”。他第一個把他第一個把望遠鏡望遠鏡對準天空進行觀對準天空進行觀測，出版了測，出版了星空使者星空使者一書。一書。16321632年，他出版了年，他出版了關于托勒密和關于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話哥白尼兩大世界體系的對話，把，把哥白尼學說推到最終勝利的階段。哥白尼學說推到最終勝利的階段。巨人肩上的思索巨人肩上的思索伽利略創(chuàng)立自由落體定律伽利略創(chuàng)立自由落體定律牛頓（牛頓（1642164217271727）牛頓曾經使用過的牛頓曾經使用過的望遠鏡望遠鏡慣性定律慣性定律加速度定律加速度定律作用和反作用定律作用和反作用定律物理運動物

4、理運動三大定律三大定律1.萬有引力萬有引力定律定律2.經典力學體系經典力學體系2 2、牛頓對前人科學理論的發(fā)展、牛頓對前人科學理論的發(fā)展（1 1）經典力學體系的主要內容）經典力學體系的主要內容 牛頓力學體系及數學、天文學方面牛頓力學體系及數學、天文學方面的研究成果記載在他的科學巨著的研究成果記載在他的科學巨著自自然哲學的數學原理然哲學的數學原理中。中。（2 2）經典力學體系的歷史地位）經典力學體系的歷史地位 理論的綜合理論的綜合：牛頓力學體系對自然界的力學現：牛頓力學體系對自然界的力學現象做出了系統、合理的說明，從而完成了人類對自象做出了系統、合理的說明，從而完成了人類對自然界認識史上的第一次

5、理論大綜合。然界認識史上的第一次理論大綜合。 經典力學體系的建立經典力學體系的建立標志著近代科學的形成標志著近代科學的形成。 實踐的驗證實踐的驗證：根據萬有引力定律，人們準確地算：根據萬有引力定律，人們準確地算出地球的平均密度和扁平率，正確地解釋了潮汐的出地球的平均密度和扁平率，正確地解釋了潮汐的成因。根據這一定律，人們還發(fā)現了成因。根據這一定律，人們還發(fā)現了海王星、冥王海王星、冥王星。星。 你知道牛頓撿到了哪些你知道牛頓撿到了哪些“光滑的石子光滑的石子”和和“美麗的貝殼美麗的貝殼”？ “我好像是一個在海邊玩耍的孩子，不時我好像是一個在海邊玩耍的孩子，不時為拾到比通常更光滑的石子或更美麗的貝為

6、拾到比通常更光滑的石子或更美麗的貝殼而歡欣鼓舞，而展現在我面前的是完全殼而歡欣鼓舞，而展現在我面前的是完全未探明的真理之海。未探明的真理之海?！?牛頓臨終遺言牛頓臨終遺言英國著名詩人亞歷山大英國著名詩人亞歷山大波普曾寫過一首贊美牛頓的詩：波普曾寫過一首贊美牛頓的詩： 自然和自然界的規(guī)律，隱藏在黑暗里。自然和自然界的規(guī)律，隱藏在黑暗里。上帝說：上帝說：“讓牛頓去吧讓牛頓去吧!”于是，一切成為光明。于是，一切成為光明。 我之所以我之所以能比別人看得遠能比別人看得遠些，是因為我站在些，是因為我站在巨人們的肩上。巨人們的肩上。 牛頓牛頓思考牛頓力學體系建立的意義是什么？思考牛頓力學體系建立的意義是什么

7、？ 牛頓的運動三定律構成了近代力學體系的基礎，牛頓的運動三定律構成了近代力學體系的基礎，成為整個近代物理學的重要支柱。成為整個近代物理學的重要支柱。牛頓力學體系對自然界的力學現象做了系統合理牛頓力學體系對自然界的力學現象做了系統合理的說明，從而完成了人類對自然界認識史上的第一的說明，從而完成了人類對自然界認識史上的第一次理論大綜合。次理論大綜合。成為近代科學形成的標志。成為近代科學形成的標志。牛頓力學牛頓力學理論的科理論的科學性和預見性學性和預見性準確算出了地球的平均密度準確算出了地球的平均密度和扁平率和扁平率正確地解釋了潮汐的成因正確地解釋了潮汐的成因發(fā)現了海王星發(fā)現了海王星海王星的發(fā)現海王

8、星的發(fā)現18461846年，德國天文學家加勒利用萬有引力定年，德國天文學家加勒利用萬有引力定律發(fā)現海王星律發(fā)現海王星17811781年天王星被發(fā)現，年天王星被發(fā)現，科學家用牛頓力學計算科學家用牛頓力學計算它的軌道，可是計算結它的軌道，可是計算結果總是同觀測紀錄不大果總是同觀測紀錄不大相符。經反復核算，觀相符。經反復核算，觀測無誤。那問題是否出測無誤。那問題是否出現在牛頓力學上面？法現在牛頓力學上面？法國的勒維列和英國的亞國的勒維列和英國的亞當斯堅信牛頓力學的正當斯堅信牛頓力學的正確，大膽猜想計算結果確，大膽猜想計算結果之所以不理想，之所以不理想，是因為太陽系中還有一顆未知的行星，我們沒有考慮到

9、它對天王是因為太陽系中還有一顆未知的行星，我們沒有考慮到它對天王星的引力作用。他們用牛頓力學算出了這顆未知行星的位置和質星的引力作用。他們用牛頓力學算出了這顆未知行星的位置和質量。量。18481848年年9 9月月2323日，柏林天文臺臺長在收到勒維列來信的當晚，日，柏林天文臺臺長在收到勒維列來信的當晚，用望遠鏡對準勒維列所指出的位置，一下子就看到了一顆新的行用望遠鏡對準勒維列所指出的位置，一下子就看到了一顆新的行星星海王星。勒維列無需觀測星空，就在筆尖上發(fā)現了新行星。海王星。勒維列無需觀測星空，就在筆尖上發(fā)現了新行星。牛頓力學又創(chuàng)造了新的奇跡。牛頓力學又創(chuàng)造了新的奇跡。 海王星和冥王星的發(fā)現

10、海王星和冥王星的發(fā)現哈雷慧星軌道的推算哈雷慧星軌道的推算 長期以來，人們一直認為彗星是神秘的，不吉利長期以來，人們一直認為彗星是神秘的，不吉利的災星，根本不能用科學來說明。牛頓的好友哈雷用的災星，根本不能用科學來說明。牛頓的好友哈雷用牛頓力學算出了牛頓力學算出了16821682年出現的彗星的軌道，指出它的年出現的彗星的軌道，指出它的回歸周期是回歸周期是75757676年，由此預言它將在年，由此預言它將在17581758年再次出年再次出現?，F。5353年以后的年以后的17581758年（當時哈雷已去世），這顆彗年（當時哈雷已去世），這顆彗星果然如期出現。哈雷慧星的發(fā)現驗證了萬有引力定星果然如期出

11、現。哈雷慧星的發(fā)現驗證了萬有引力定律的科學性。律的科學性。 質疑與思考：經典力學體系是最完美的物理質疑與思考：經典力學體系是最完美的物理學理論嗎？學理論嗎？ 1919世紀末，面對經典物理學近世紀末，面對經典物理學近乎完美的發(fā)展，有的物理學家表示：乎完美的發(fā)展，有的物理學家表示：“1919世紀已經將物理大廈全部建成，世紀已經將物理大廈全部建成，今后物理學家只是修飾和完美這座今后物理學家只是修飾和完美這座大廈。大廈。” 高速運動的微觀粒子發(fā)生的現象，高速運動的微觀粒子發(fā)生的現象，是經典力學無法解釋的！是經典力學無法解釋的！ 1919世紀末，物理學界連續(xù)發(fā)生了三個重大事件，世紀末，物理學界連續(xù)發(fā)生了

12、三個重大事件，這就是這就是X X射線射線、放射性放射性和和電子的發(fā)現電子的發(fā)現。這三大發(fā)現以實。這三大發(fā)現以實驗事實使得原子不可分、不變化的傳統觀念發(fā)生了動驗事實使得原子不可分、不變化的傳統觀念發(fā)生了動搖。物理學家們曾認為的似乎已經基本上完成了的經搖。物理學家們曾認為的似乎已經基本上完成了的經典物理學體系，從根本上出現了動搖，這就是所謂的典物理學體系，從根本上出現了動搖，這就是所謂的“物理學危機物理學危機”。 過去的物理學都以牛頓的理論為基礎，認為時間過去的物理學都以牛頓的理論為基礎，認為時間和空間是絕對的，兩者是沒有任何直接聯系的。似乎和空間是絕對的，兩者是沒有任何直接聯系的。似乎宇宙間存在

13、著一個永遠走動著的大鐘，在任何情況下，宇宙間存在著一個永遠走動著的大鐘，在任何情況下，它的速率永遠都是相同的，世界上的一切運動在時間它的速率永遠都是相同的，世界上的一切運動在時間上都以它為度量標準。上都以它為度量標準。驅走烏云的太陽驅走烏云的太陽（二）革命：相對論和量子論（二）革命：相對論和量子論量子理論量子理論誕生：誕生： 19001900年年普朗克普朗克提出提出“量子量子”概念概念發(fā)展：發(fā)展：19051905年愛因斯坦推廣到光學中年愛因斯坦推廣到光學中成熟：成熟：在量了理論的基礎上，奧地利、在量了理論的基礎上，奧地利、德國的物理學家建立了量子力學德國的物理學家建立了量子力學相對論相對論19

14、051905年，年，愛因斯坦愛因斯坦創(chuàng)立狹義相對論創(chuàng)立狹義相對論19161916年，愛因斯坦創(chuàng)立廣義相對論年，愛因斯坦創(chuàng)立廣義相對論意義意義對近代物理學理論框架的重大突破對近代物理學理論框架的重大突破是人類思想發(fā)展史中的一次根本性變革是人類思想發(fā)展史中的一次根本性變革構成現代物理學的基本理論框架構成現代物理學的基本理論框架 普朗克，普朗克，生于基爾。生于基爾。18791879年年普朗克在慕尼黑大學獲得博士學普朗克在慕尼黑大學獲得博士學位后，先后在慕尼黑大學和基爾位后，先后在慕尼黑大學和基爾大學任教。由于量子論創(chuàng)立，普大學任教。由于量子論創(chuàng)立，普朗克獲得朗克獲得19181918年諾貝爾物理學獎。

15、年諾貝爾物理學獎。他的父親是一位杰出的法律教授。他的父親是一位杰出的法律教授。普朗克是德國人所具有的最好品普朗克是德國人所具有的最好品質的范例：誠懇、忠于職守，他質的范例：誠懇、忠于職守，他的業(yè)余愛好是音樂，在這方面表的業(yè)余愛好是音樂，在這方面表現了專業(yè)藝術才干；另一項業(yè)余現了專業(yè)藝術才干；另一項業(yè)余愛好是他一直堅持到晚年的登山愛好是他一直堅持到晚年的登山運動。運動。 （18581947）普朗克與愛因斯坦在一起普朗克與愛因斯坦在一起量子理論的誕生量子理論的誕生（2 2）德國物理學家普朗克發(fā)現輻射過程中的能量頒布規(guī)律。）德國物理學家普朗克發(fā)現輻射過程中的能量頒布規(guī)律。19001900年，他提出量

16、子概年，他提出量子概念。并發(fā)表念。并發(fā)表關于正常光譜能量分布定律的理論關于正常光譜能量分布定律的理論，標志著量子理論的誕生。，標志著量子理論的誕生。（3 3）19051905年，德國科學家愛因斯坦提出光的量子理論。年，德國科學家愛因斯坦提出光的量子理論。3 3、量子論的意義：、量子論的意義：（1） 量子力學標志著人類對客觀規(guī)律的認識，開始從量子力學標志著人類對客觀規(guī)律的認識，開始從宏觀世界宏觀世界深入到深入到微觀世界微觀世界。改變近代物理學傳統觀念乃至整個自然科學觀念發(fā)生重大變革。改變近代物理學傳統觀念乃至整個自然科學觀念發(fā)生重大變革。（2 2）今天，我們的現代文明，從電腦，電視，手機到核能，

17、航天，生物技術，幾）今天，我們的現代文明，從電腦，電視，手機到核能，航天，生物技術，幾乎沒有哪個領域不依賴于量子論。乎沒有哪個領域不依賴于量子論。 19世紀的物理學領域，以牛頓力學為基礎。世紀的物理學領域，以牛頓力學為基礎。到到19世紀末，物理學界的重大研究課題是黑體輻射問題。世紀末，物理學界的重大研究課題是黑體輻射問題。2、量子論誕生的過程：、量子論誕生的過程：（1）1979年，奧地利物理學家斯蒂芬通過實驗發(fā)現了黑體輻射的總能量與其溫度之年，奧地利物理學家斯蒂芬通過實驗發(fā)現了黑體輻射的總能量與其溫度之間的定量關系。間的定量關系。（4）1923年，法國物理學家德布羅意提出物質波理論。年，法國物

18、理學家德布羅意提出物質波理論。（5）在量子理論的基礎上，奧地利、德國的物理學家建立了量子力學。）在量子理論的基礎上，奧地利、德國的物理學家建立了量子力學。狹義相對論狹義相對論創(chuàng)立：創(chuàng)立：內容：內容：時間和空間都與物質運動有關時間和空間都與物質運動有關時間和空間隨著物質運動速度的變化而變化時間和空間隨著物質運動速度的變化而變化狹義相對狹義相對論的影響論的影響否認了牛頓力學的絕對時空觀否認了牛頓力學的絕對時空觀繼承和發(fā)展了牛頓力學繼承和發(fā)展了牛頓力學奠定了利用原子能的理論基礎奠定了利用原子能的理論基礎1905年，愛因斯坦發(fā)表了年，愛因斯坦發(fā)表了論動體的電動力學論動體的電動力學，創(chuàng)，創(chuàng)立了狹義相對論

19、。立了狹義相對論。（三）相對論的建立（三）相對論的建立愛因斯坦（愛因斯坦（18791955）(2)廣義相對論廣義相對論提出提出:1916年年內容：內容：意義意義第一次闡述了四維時空和物質的第一次闡述了四維時空和物質的分布相聯系的重要思想分布相聯系的重要思想愛因斯坦關于相對論的比喻。愛因斯坦關于相對論的比喻。為了對這一深奧的理論做通俗的為了對這一深奧的理論做通俗的說明，愛因斯坦曾經風趣地對一名男青年說：說明，愛因斯坦曾經風趣地對一名男青年說：“我打個比方，我打個比方，比如你屁股坐在火爐上烤和坐在公園柳蔭下與女士談情說愛，比如你屁股坐在火爐上烤和坐在公園柳蔭下與女士談情說愛，那么，同樣的時間你覺得哪一個更長？那么，同樣的時間你覺得哪一個更長？”男青年說：男青年說：“當然坐當然坐在火爐上烤的時間覺得長久。在火爐上烤的時間覺得長久。”這故事形象說明了時間和空間這故事形象說明了時間和空間相對性。相對性。廣義相對論認為，物質存在的現實空間不是平廣義相對論認為，物質存在的現實空間不是平坦的，而是彎曲的，空間的結構取決于物質的坦的，而是彎曲