序言：物理學與人類文明

1、伽利略伽利略牛頓牛頓導入新課 讓我們一起感受身邊物理的物理知識。讓我們一起感受身邊物理的物理知識。 蘋果熟了為什么會從樹上掉下來？蘋果熟了為什么會從樹上掉下來？那為那為什么火箭又能將航天員乘坐的神州飛船推上天呢？什么火箭又能將航天員乘坐的神州飛船推上天呢？最后飛船為什么又能平穩(wěn)地在太空遨游呢？這就最后飛船為什么又能平穩(wěn)地在太空遨游呢？這就是物理。還有，大家都喜歡看電視吧，電視中一是物理。還有，大家都喜歡看電視吧，電視中一個個精彩的節(jié)目，會令屏幕前的你流連忘返，開個個精彩的節(jié)目，會令屏幕前的你流連忘返，開懷捧腹。那么，電視臺的直播間的畫面和音樂是懷捧腹。那么，電視臺的直播間的畫面和音樂是怎么即時

2、傳過來的？又是怎樣在電視屏幕上顯示怎么即時傳過來的？又是怎樣在電視屏幕上顯示出來的呢？這些現(xiàn)象就是物理。出來的呢？這些現(xiàn)象就是物理。緒言緒言 物理學與人類物理物理學與人類物理 通過演示與講解，讓學生對物理學有大致通過演示與講解，讓學生對物理學有大致的了解：了解物理學研究哪些問題；了解物理的了解：了解物理學研究哪些問題；了解物理學與其他科學和技術的關系；了解物理學對人學與其他科學和技術的關系；了解物理學對人類文明所起的作用。通過讓學生課后討論、寫類文明所起的作用。通過讓學生課后討論、寫讀后感的形式，理解為什么要學習高中物理以讀后感的形式，理解為什么要學習高中物理以及怎樣才能學好高中物理，為今后深

3、入學習作及怎樣才能學好高中物理，為今后深入學習作好思想準備與方法準備。好思想準備與方法準備。 教學目標一、物理學一、物理學二、物理學與社會進步二、物理學與社會進步三、物理學與思維觀念三、物理學與思維觀念四、物理學的未來四、物理學的未來本節(jié)導航一、物理學一、物理學 物理學是一門自然科學。它起始于伽物理學是一門自然科學。它起始于伽利略和牛頓的年代。經(jīng)過三個多世紀的發(fā)利略和牛頓的年代。經(jīng)過三個多世紀的發(fā)展，它已經(jīng)成為一門有眾多分支的、令人展，它已經(jīng)成為一門有眾多分支的、令人尊敬和熱愛的基礎科學。尊敬和熱愛的基礎科學。物理在發(fā)展，社會在進步物理在發(fā)展，社會在進步 在遠到宇宙深處，近到至咫尺之間，大到在

4、遠到宇宙深處，近到至咫尺之間，大到廣表蒼穹，小到微觀粒子的浩瀚而又精細的時廣表蒼穹，小到微觀粒子的浩瀚而又精細的時空中，物理學研究物質(zhì)存在的基本形式，以及空中，物理學研究物質(zhì)存在的基本形式，以及它們的性質(zhì)和運動規(guī)律。物理學還研究物質(zhì)的它們的性質(zhì)和運動規(guī)律。物理學還研究物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在不同層次上認識物質(zhì)的各種組成內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在不同層次上認識物質(zhì)的各種組成部分及其相互作用，以及它們運動和轉(zhuǎn)化的規(guī)部分及其相互作用，以及它們運動和轉(zhuǎn)化的規(guī)律。因此，說物理學是關于律。因此，說物理學是關于“萬物之理萬物之理”的學的學問并不為過。問并不為過。 神七升空神七升空“長征二號長征二號”F F型火箭載著神舟型火箭載

5、著神舟號在人航天飛船直入云霄。物理號在人航天飛船直入云霄。物理學的理論基礎是空間技術的基礎。學的理論基礎是空間技術的基礎。 （1）在牛頓力學和萬有引力定律的基礎上發(fā)展起來）在牛頓力學和萬有引力定律的基礎上發(fā)展起來的空間物理，能把宇宙飛船送上太空，使人類實現(xiàn)了飛的空間物理，能把宇宙飛船送上太空，使人類實現(xiàn)了飛天的夢想。也使中國人天的夢想。也使中國人“九天攬月九天攬月”成為可能。成為可能。 （2）帶電粒子在電場中的）帶電粒子在電場中的運動規(guī)律在科學技術的許多領運動規(guī)律在科學技術的許多領域都有重大意義。電子顯微鏡、域都有重大意義。電子顯微鏡、電子顯像管，磁控管、粒子加電子顯像管，磁控管、粒子加速器等

6、都與它密切相關。速器等都與它密切相關。電視機顯像管的剖面圖電視機顯像管的剖面圖 （3）原子核物）原子核物理學的進展，是人理學的進展，是人類直接利用射線和類直接利用射線和核能成為現(xiàn)實。核能成為現(xiàn)實?；寄[瘤的病人在接受放射治療患腫瘤的病人在接受放射治療 （4） 20世紀初相對論和量子力學的建立，是世紀初相對論和量子力學的建立，是物理學史上驚天動地的革命。由此誕生地近代物物理學史上驚天動地的革命。由此誕生地近代物理學以雷霆萬物之勢將世界帶入高科技時代，組理學以雷霆萬物之勢將世界帶入高科技時代，組成物質(zhì)的微粒服從量子規(guī)律。因此半導體芯片等成物質(zhì)的微粒服從量子規(guī)律。因此半導體芯片等產(chǎn)業(yè)離不開量子力學的理

7、論支撐?？梢哉f，沒有產(chǎn)業(yè)離不開量子力學的理論支撐?？梢哉f，沒有力學就沒有現(xiàn)代技術，也就沒有現(xiàn)代化的生活。力學就沒有現(xiàn)代技術，也就沒有現(xiàn)代化的生活。半導體芯片的照片半導體芯片的照片 （5）20世紀世紀60年代初，激光器誕生，激光物年代初，激光器誕生，激光物理的誕生，激光物理的進展為激光在制造業(yè)，醫(yī)理的誕生，激光物理的進展為激光在制造業(yè)，醫(yī)療技術和國防工業(yè)中的應用打開了大門。療技術和國防工業(yè)中的應用打開了大門。光彩奪目的激光束光彩奪目的激光束 （6）當溫度低于超）當溫度低于超導轉(zhuǎn)變點時，超導體具導轉(zhuǎn)變點時，超導體具有完全抗磁性，下方的有完全抗磁性，下方的超導體如同一塊和上方超導體如同一塊和上方的永

8、磁體同極相對的磁的永磁體同極相對的磁鐵一樣，是永碰體片漂鐵一樣，是永碰體片漂浮起來。浮起來。20世紀世紀0年代，年代，高溫超導體的研究取得高溫超導體的研究取得重大突破，為超導的實重大突破，為超導的實際應用開辟了道路。際應用開辟了道路。 超導磁懸浮照超導磁懸浮照片，圖中上面是用片，圖中上面是用超強永磁體制成的超強永磁體制成的圖片，下面是燒制圖片，下面是燒制的高溫超的導體。的高溫超的導體。 （7）20 世紀世紀 90年年代發(fā)展起來的納米科代發(fā)展起來的納米科技，使人們可以按自技，使人們可以按自己的需要去設計并重己的需要去設計并重新排列原子或原子團，新排列原子或原子團，使其具有人們希望的使其具有人們希

9、望的特性。這使人們在材特性。這使人們在材料科學的研究中邁出料科學的研究中邁出了及其重要的一步。了及其重要的一步。 量子圍欄，它是量子圍欄，它是用掃描隧道顯微鏡吧用掃描隧道顯微鏡吧48個個Fe原子搬到原子搬到Cu表面上構(gòu)成的。表面上構(gòu)成的。DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)的雙螺旋結(jié)構(gòu) （8）生命科學的巨大進）生命科學的巨大進展離不開物理學的基礎。脫展離不開物理學的基礎。脫氧核糖核酸（氧核糖核酸（DNA）是存在）是存在于細胞核中的一種重要物質(zhì)，于細胞核中的一種重要物質(zhì)，它是儲存和傳遞生命信息的它是儲存和傳遞生命信息的物質(zhì)基礎。物質(zhì)基礎。1953年，生物學年，生物學家沃森和物理學家克里克利家沃森和物理學家克里克利

10、用用X射線衍射的方法在卡文射線衍射的方法在卡文迪許實驗室成功的測定了迪許實驗室成功的測定了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)。雙螺旋結(jié)構(gòu)。第一輛蒸汽機車第一輛蒸汽機車（模型）（模型） （1）18世紀中葉，蒸世紀中葉，蒸汽機的改進和廣泛應用得汽機的改進和廣泛應用得益于熱學的研究，蒸汽機益于熱學的研究，蒸汽機的廣泛使用，促進了手工的廣泛使用，促進了手工生產(chǎn)向機械化大生產(chǎn)的轉(zhuǎn)生產(chǎn)向機械化大生產(chǎn)的轉(zhuǎn)變，并使路上和海上大規(guī)變，并使路上和海上大規(guī)模的長途運輸成為可能，模的長途運輸成為可能，這大大推動了社會發(fā)展。這大大推動了社會發(fā)展。二、物理學與社會進步二、物理學與社會進步我們生活在電氣化的時代我們生活在電氣化的時代 （2）

11、19世紀后半葉，在電磁學研究的基礎世紀后半葉，在電磁學研究的基礎上發(fā)展起來的電力工業(yè)，給生產(chǎn)和生活帶來深上發(fā)展起來的電力工業(yè)，給生產(chǎn)和生活帶來深刻的影響，是人類社會進入了電氣時代?？痰挠绊懀侨祟惿鐣M入了電氣時代。 （3）20世紀世紀70年代，微觀物理方面的重年代，微觀物理方面的重大突破開創(chuàng)了微電子工業(yè)，從而觸發(fā)了第三大突破開創(chuàng)了微電子工業(yè)，從而觸發(fā)了第三次工業(yè)革命。世界開始進入以電子計算機應次工業(yè)革命。世界開始進入以電子計算機應用為特征的信息時代。用為特征的信息時代。信息時代信息時代古人心中的宇宙古人心中的宇宙三、物理學與思想觀念三、物理學與思想觀念 16世紀，人們世紀，人們意識到地球和行

12、星意識到地球和行星都在繞太陽運動。都在繞太陽運動。 現(xiàn)代天文學家現(xiàn)代天文學家已經(jīng)觀測到距我們已經(jīng)觀測到距我們140億光年的天體。億光年的天體。 （1）在人類文明的初期人們大地是一個大扁）在人類文明的初期人們大地是一個大扁盤，物理學的發(fā)展使人類對大地乃至宇宙的認識盤，物理學的發(fā)展使人類對大地乃至宇宙的認識發(fā)生了翻天腹地的變化。從發(fā)生了翻天腹地的變化。從“天圓地方天圓地方”到到“地地心說心說”到到“日心說日心說”；從太陽系到河外星系；從；從太陽系到河外星系；從靜態(tài)的宇宙道膨脹的宇宙，從靜態(tài)的宇宙道膨脹的宇宙，從“盤古開天地盤古開天地”到到“大爆炸大爆炸”的宇宙演化論的宇宙演化論 哈雷彗星和它的公哈

13、雷彗星和它的公轉(zhuǎn)軌道。公元前轉(zhuǎn)軌道。公元前613年年至公元至公元1910年，中國年，中國有它有它31次回歸的記錄。次回歸的記錄。1705年，英國天文學年，英國天文學家哈雷根據(jù)牛頓的萬家哈雷根據(jù)牛頓的萬有引力的定律正確的有引力的定律正確的語言了它的回歸。語言了它的回歸。 單變量數(shù)值仿真。洛倫茲僅僅相差單變量數(shù)值仿真。洛倫茲僅僅相差0.0001的兩個初始條件輸入一個數(shù)學方程，的兩個初始條件輸入一個數(shù)學方程，計算得出的兩條曲線不久就會分道揚鑣，計算得出的兩條曲線不久就會分道揚鑣，南轅北轍，真是南轅北轍，真是“差之毫厘，失之千里差之毫厘，失之千里”。哈雷彗星哈雷彗星 在牛頓力學建立后，人們能精確地預言

14、在牛頓力學建立后，人們能精確地預言哈雷彗星每哈雷彗星每76年回歸地球一次。這意味著，年回歸地球一次。這意味著，已知受力情況和初始條件已知受力情況和初始條件物體的位置和物體的位置和速度，就可以求出以后任何時刻物體的位置速度，就可以求出以后任何時刻物體的位置和速度，因此，人們形成了和速度，因此，人們形成了“機械決定論機械決定論”的思維方式。很自然的，人們夢想對天氣也的思維方式。很自然的，人們夢想對天氣也能做同樣的預報。能做同樣的預報。 20世紀世紀60年代初，美國氣象學家洛倫茲研年代初，美國氣象學家洛倫茲研究了服從三個含有非線性項方程的氣象末次昂究了服從三個含有非線性項方程的氣象末次昂系統(tǒng)，揭示了

15、復雜系統(tǒng)的行為對微小初值差異系統(tǒng)，揭示了復雜系統(tǒng)的行為對微小初值差異的沒感性依賴性，從而斷言藏起天氣預報不可的沒感性依賴性，從而斷言藏起天氣預報不可能實現(xiàn)。為此，他提出了能實現(xiàn)。為此，他提出了“一只蝴蝶在巴西扇一只蝴蝶在巴西扇動翅膀，有可能在美國德克薩斯引起一場龍卷動翅膀，有可能在美國德克薩斯引起一場龍卷風風”的說法，被稱為的說法，被稱為“蝴蝶效應蝴蝶效應”。這就動搖。這就動搖了長期在人頭腦中站主導地位的了長期在人頭腦中站主導地位的“機械決定論機械決定論”的思維方式。的思維方式。我國泰山核電站我國泰山核電站 科學活動是人類認識自然的活動，現(xiàn)代技術已科學活動是人類認識自然的活動，現(xiàn)代技術已經(jīng)與科

16、學技術密不可分了?？茖W救贖方面的突破對經(jīng)與科學技術密不可分了?？茖W救贖方面的突破對于社會發(fā)展會起到至關重要的作用，正是科學成果于社會發(fā)展會起到至關重要的作用，正是科學成果在技術上的應用，才創(chuàng)造了我們今天的物質(zhì)文明，在技術上的應用，才創(chuàng)造了我們今天的物質(zhì)文明，然而事實表明，技術是一把然而事實表明，技術是一把“雙刃刀雙刃刀”當人類黑爾當人類黑爾明智的利用技術時，他給人類帶來很多恩惠；但是，明智的利用技術時，他給人類帶來很多恩惠；但是，利用不當，甚至濫用就會給人類帶來諸如生態(tài)失衡，利用不當，甚至濫用就會給人類帶來諸如生態(tài)失衡，資源枯竭等問題，人們又責任避免資源枯竭等問題，人們又責任避免i技術的濫用，

17、既技術的濫用，既要大力發(fā)展和利用技術，還要細致的分析技術帶來要大力發(fā)展和利用技術，還要細致的分析技術帶來的正負面的效應，積極開展技術評價和技術預見工的正負面的效應，積極開展技術評價和技術預見工作，讓技術很好的服務于人類。作，讓技術很好的服務于人類。四、物理學的未來四、物理學的未來 科幻與科技，是一對分割不開的科幻與科技，是一對分割不開的“情情侶侶”，而聯(lián)系它們之間的紐帶，就是人們豐，而聯(lián)系它們之間的紐帶，就是人們豐富的想象和科技人員孜孜不倦的追求精神。富的想象和科技人員孜孜不倦的追求精神?？苹秒娪爸辛钊搜Ｄ康母鞣N高科技產(chǎn)品和場科幻電影中令人眩目的各種高科技產(chǎn)品和場景，與人們的現(xiàn)實生活距離有多遙

18、遠？景，與人們的現(xiàn)實生活距離有多遙遠？ 物理呼喚年輕的心物理呼喚年輕的心 哥白尼提出日心說時是哥白尼提出日心說時是38歲；牛頓和萊歲；牛頓和萊布尼茨發(fā)明微積分時分別是布尼茨發(fā)明微積分時分別是22歲和歲和28歲；愛歲；愛迪生發(fā)明留聲機時是迪生發(fā)明留聲機時是29歲，發(fā)明電燈時是歲，發(fā)明電燈時是31歲，貝爾發(fā)明電話時是歲，貝爾發(fā)明電話時是29歲；居里夫人發(fā)現(xiàn)歲；居里夫人發(fā)現(xiàn)鐳、釷、釙三種元素的放射性時是鐳、釷、釙三種元素的放射性時是31歲；愛歲；愛因斯坦提出狹義相對論時是因斯坦提出狹義相對論時是26歲，提出廣義歲，提出廣義相對論時是相對論時是37歲；沃森和克里克提歲；沃森和克里克提DNA雙螺雙螺旋結(jié)構(gòu)時分別是旋結(jié)構(gòu)時分別是25歲和歲和37歲歲. 科學走進科學走進21世紀，仍有許多的難題困擾世紀，仍有許多的難題困擾著科學家，期待著人們?nèi)ヌ剿?，去發(fā)現(xiàn)。著科學家，期待著人