物理學的重大進展

1、樅陽中學 韓澤平1.1.簡述簡述經(jīng)典力學經(jīng)典力學的主要內(nèi)容，認識它的歷的主要內(nèi)容，認識它的歷史地位史地位; ;2.2.知道知道相對論、量子論相對論、量子論的主要內(nèi)容，敘述的主要內(nèi)容，敘述它的意義它的意義; ;4 4、難點：這三大理論在近代自然科學理論、難點：這三大理論在近代自然科學理論發(fā)展過程中的歷史地位和重要意義發(fā)展過程中的歷史地位和重要意義. .3 3、重點：經(jīng)典力學、相對論、量子論的主、重點：經(jīng)典力學、相對論、量子論的主要內(nèi)容要內(nèi)容; ;（閱讀教材（閱讀教材P54P545555）古希臘科學家亞里士多德古希臘科學家亞里士多德“落體的速度與重量成正比落體的速度與重量成正比”“物體從來都是靜止

2、的，除非物體從來都是靜止的，除非你用力推它才開始運動你用力推它才開始運動”16091609年，年，伽利略伽利略創(chuàng)制了天文望遠鏡。他觀測到月創(chuàng)制了天文望遠鏡。他觀測到月球表面凹凸不平，并繪制了第一幅月面圖。球表面凹凸不平，并繪制了第一幅月面圖。伽利略的折射式望遠鏡伽利略的折射式望遠鏡伽利略伽利略繪制的月面圖繪制的月面圖哥白尼：太陽中心說哥白尼：太陽中心說(1513(1513年年) ) 布魯諾布魯諾(1548-1600)(1548-1600)：信奉太陽中心：信奉太陽中心開普勒：行星沿橢圓形軌道繞太陽運行開普勒：行星沿橢圓形軌道繞太陽運行(1609(1609年年) )伽利略：自制天文望遠鏡進行天文觀

3、察伽利略：自制天文望遠鏡進行天文觀察(“(“哥倫布發(fā)現(xiàn)了新大陸，伽利略發(fā)現(xiàn)了新哥倫布發(fā)現(xiàn)了新大陸，伽利略發(fā)現(xiàn)了新宇宙宇宙”) (1609) (1609年年) )近代自然科學是以天文學的革命為開端的。近代自然科學是以天文學的革命為開端的。（1 1）社會前提：文藝復(fù)興運動對科學研究）社會前提：文藝復(fù)興運動對科學研究產(chǎn)生了重要影響；產(chǎn)生了重要影響； （2 2）物質(zhì)條件：資本主義發(fā)展為其提供了）物質(zhì)條件：資本主義發(fā)展為其提供了物質(zhì)基礎(chǔ)物質(zhì)基礎(chǔ) ；（3 3）主觀條件）主觀條件: :科學家勇于探索的精神?？茖W家勇于探索的精神。（1 1）伽利略的貢獻：）伽利略的貢獻：創(chuàng)立科學的研究方法：實驗和觀察。創(chuàng)立科學

4、的研究方法：實驗和觀察。物理學：實驗證明力與運動狀態(tài)的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)自由物理學：實驗證明力與運動狀態(tài)的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)自由落體定律等。落體定律等。天文學：自制望遠鏡觀察天體并取得大量成果的第一天文學：自制望遠鏡觀察天體并取得大量成果的第一人，證明了哥白尼人，證明了哥白尼“日心說日心說”的正確性。的正確性。 （2 2）意義：）意義：（1 1）開創(chuàng)開創(chuàng)了以實驗事實為根據(jù)并具了以實驗事實為根據(jù)并具有嚴密邏輯體系的有嚴密邏輯體系的近代科學；近代科學；（2 2）為后來）為后來經(jīng)典力學的創(chuàng)造和發(fā)展經(jīng)典力學的創(chuàng)造和發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。奠定了基礎(chǔ)。（3 3）他的發(fā)現(xiàn)和他開始的科學研究）他的發(fā)現(xiàn)和他開始的科學研究方法，方法，

5、標志著物理學的真正開端。標志著物理學的真正開端。3 3、經(jīng)典力學的、經(jīng)典力學的建立者建立者牛頓牛頓 牛頓出生于英國的林牛頓出生于英國的林肯郡，肯郡，16651665年畢業(yè)于著名的年畢業(yè)于著名的劍橋大學三一學院，獲得學劍橋大學三一學院，獲得學士學位。三年后又獲得文學士學位。三年后又獲得文學碩士學位。牛頓曾經(jīng)長期擔碩士學位。牛頓曾經(jīng)長期擔任英國皇家學會會長，他還任英國皇家學會會長，他還擔任過英國議會議員，授予擔任過英國議會議員，授予爵士稱號。爵士稱號。17271727年，他病逝，年，他病逝，被安葬于威斯敏斯特教堂，被安葬于威斯敏斯特教堂，這是一種極高的榮譽。這是一種極高的榮譽。牛頓（牛頓（ 164

6、21727）牛頓有哪些重要貢獻？其中最重要的是什么？牛頓有哪些重要貢獻？其中最重要的是什么？ （1 1）力學方面：）力學方面： 1687 1687年，出版了年，出版了自然哲學的教學原理自然哲學的教學原理一書，一書，提出物理運動的三大定律和萬有引力定提出物理運動的三大定律和萬有引力定律律，而三大定律和萬有引力定律，而三大定律和萬有引力定律標志著標志著形成形成了一個了一個以實驗為基礎(chǔ)，以數(shù)學為表達形式的以實驗為基礎(chǔ)，以數(shù)學為表達形式的牛牛頓力學體系的建立頓力學體系的建立，即即經(jīng)典力學體系經(jīng)典力學體系。經(jīng)典力學又被稱為牛頓力學。經(jīng)典力學又被稱為牛頓力學。（2 2）在光學方面）在光學方面: : 牛頓牛

7、頓發(fā)現(xiàn)了發(fā)現(xiàn)了日光是由不同的顏色即不同波長的光構(gòu)成日光是由不同的顏色即不同波長的光構(gòu)成的，奠定了的，奠定了光譜光譜分析的基礎(chǔ)，制作了牛頓色盤。他在分析的基礎(chǔ)，制作了牛頓色盤。他在17041704年出版了年出版了光學光學一書，創(chuàng)立了光的一書，創(chuàng)立了光的“微粒說微粒說”。（3 3）在數(shù)學方面）在數(shù)學方面: :二項式定理二項式定理, ,他與萊布尼茲幾乎同時創(chuàng)立了他與萊布尼茲幾乎同時創(chuàng)立了微積分學微積分學（4 4）在天文學領(lǐng)域，）在天文學領(lǐng)域，他在他在16711671年創(chuàng)制了年創(chuàng)制了反射式望遠鏡反射式望遠鏡。（1 1）注重實驗）注重實驗（2 2）數(shù)學化）數(shù)學化（1 1）自然科學：）自然科學：（伽利略的

8、實驗方法和邏輯體系為經(jīng)典力學奠（伽利略的實驗方法和邏輯體系為經(jīng)典力學奠定基礎(chǔ)；牛頓完成了經(jīng)典力學體系的建構(gòu)）定基礎(chǔ)；牛頓完成了經(jīng)典力學體系的建構(gòu)）這這一體系對解釋和預(yù)見物理現(xiàn)象，具有決定意義，一體系對解釋和預(yù)見物理現(xiàn)象，具有決定意義，后來根據(jù)萬有引力定律，人們發(fā)現(xiàn)了海王星、后來根據(jù)萬有引力定律，人們發(fā)現(xiàn)了海王星、冥王星。冥王星。推動了物理學自身的發(fā)展推動了物理學自身的發(fā)展, , 促進了近促進了近代自然科學的進步代自然科學的進步。（2 2）思想認識：）思想認識： “ “牛頓的發(fā)現(xiàn)，給人類帶來從未有過的自信。曾經(jīng)牛頓的發(fā)現(xiàn)，給人類帶來從未有過的自信。曾經(jīng)匍匐在上帝腳下的人類，終于大膽地抬起頭來，開

9、始用匍匐在上帝腳下的人類，終于大膽地抬起頭來，開始用自己理性的眼光打量世界。自己理性的眼光打量世界?！?” 大國崛起大國崛起 沖擊了宗教神學，推動了啟蒙運動的發(fā)展沖擊了宗教神學，推動了啟蒙運動的發(fā)展和思想解放。和思想解放。（3 3）經(jīng)濟發(fā)展：）經(jīng)濟發(fā)展： 為為第一、二次工業(yè)革命第一、二次工業(yè)革命的發(fā)明準備了一定的發(fā)明準備了一定的理論基礎(chǔ)，推動了生產(chǎn)力的進步和資本主義的理論基礎(chǔ)，推動了生產(chǎn)力的進步和資本主義的發(fā)展的發(fā)展人物人物貢獻貢獻影響影響經(jīng)經(jīng)典典力力學學奠奠基基者者建建立立者者伽利略伽利略牛頓牛頓標志：標志：1687年牛頓發(fā)表年牛頓發(fā)表自自然哲學的數(shù)學原理然哲學的數(shù)學原理成就：成就：物體運動

10、三大定律；物體運動三大定律；萬有引力定律；形成了以實萬有引力定律；形成了以實驗為基礎(chǔ)、以數(shù)學為表達形驗為基礎(chǔ)、以數(shù)學為表達形式的經(jīng)典力學體系；式的經(jīng)典力學體系；創(chuàng)立科學的研究方法：實驗創(chuàng)立科學的研究方法：實驗和觀察。物理學：實驗證明和觀察。物理學：實驗證明力與運動狀態(tài)的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)自力與運動狀態(tài)的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)自由落體定律等。天文學：自由落體定律等。天文學：自制望遠鏡觀察天體并取得大量制望遠鏡觀察天體并取得大量成果的第一人，證明了哥白尼成果的第一人，證明了哥白尼“日心說日心說”的正確性。的正確性。 對解釋和預(yù)見對解釋和預(yù)見物理現(xiàn)象有決定物理現(xiàn)象有決定意義意義; ;標志著近標志著近代科學的形成；代科學

11、的形成；促進了兩次科技促進了兩次科技革命的出現(xiàn)。革命的出現(xiàn)。 開創(chuàng)了以實驗開創(chuàng)了以實驗事實為根據(jù)并具事實為根據(jù)并具有嚴密邏輯體系有嚴密邏輯體系的近代科學的近代科學,(,(近近代科學之父代科學之父) )為為經(jīng)典力學的創(chuàng)立經(jīng)典力學的創(chuàng)立和發(fā)展奠定了基和發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。開辟了天文礎(chǔ)。開辟了天文學的新時代。學的新時代。愛因斯坦愛因斯坦愛因斯坦愛因斯坦(1879-1955)(1879-1955) 18791879年生于德國，是舉年生于德國，是舉世聞名的德裔美國科學家，世聞名的德裔美國科學家，現(xiàn)代物理學的開創(chuàng)者和奠基現(xiàn)代物理學的開創(chuàng)者和奠基人。愛因斯坦人。愛因斯坦19001900年畢業(yè)于年畢業(yè)于蘇黎士工業(yè)

12、大學，后在大學蘇黎士工業(yè)大學，后在大學任教，任教，19141914年任皇家物理研年任皇家物理研究所所長兼柏林大學教授。究所所長兼柏林大學教授。19211921年獲諾貝爾物理學獎。年獲諾貝爾物理學獎。19051905年，愛因斯坦年，愛因斯坦2626歲，接連寫下歲，接連寫下5 5篇改變整個篇改變整個2020世紀物理學面貌的論文：世紀物理學面貌的論文： 1. 1.光的量子說（解釋光電效應(yīng)）光的量子說（解釋光電效應(yīng)） 2. 2.布朗運動（證明分子的存在）布朗運動（證明分子的存在） 3. 3.狹義相對論（修正了牛頓力學）狹義相對論（修正了牛頓力學） 4. 4.質(zhì)能互換律（質(zhì)能互換律（E=mc2E=mc2

13、） 5.5.廣義相對論（取代了牛頓的萬有引力理論）廣義相對論（取代了牛頓的萬有引力理論）1 1、相對論提出的歷史背景、相對論提出的歷史背景（1 1） 過去的物理學以牛頓理論為基礎(chǔ)，認為過去的物理學以牛頓理論為基礎(chǔ)，認為時間和空間是絕對的，兩者是沒有任何直接聯(lián)時間和空間是絕對的，兩者是沒有任何直接聯(lián)系的。系的。（2 2） 1919世紀隨著科學的飛速發(fā)展，科學家發(fā)世紀隨著科學的飛速發(fā)展，科學家發(fā)現(xiàn)高速運動的微觀粒子發(fā)生的現(xiàn)象，經(jīng)典力學現(xiàn)高速運動的微觀粒子發(fā)生的現(xiàn)象，經(jīng)典力學無法解釋。無法解釋。2.2.相對論的提出及主要內(nèi)容相對論的提出及主要內(nèi)容19331933年受希特勒迫害離開年受希特勒迫害離開德

14、國移居美國德國移居美國, , 愛因斯坦愛因斯坦在物理學的許多領(lǐng)域都有在物理學的許多領(lǐng)域都有貢獻，比如建立狹義相對貢獻，比如建立狹義相對論并推廣為廣義相對論、論并推廣為廣義相對論、提出光的量子概念，并以提出光的量子概念，并以量子理論解釋光電效應(yīng)、量子理論解釋光電效應(yīng)、輻射過程、固體比熱等。輻射過程、固體比熱等。地球地球上顯上顯示的示的時間時間運動運動物體物體上顯上顯示的示的時間時間當速度接近光速時當速度接近光速時當速度達到光速時：當速度達到光速時：質(zhì)量增加質(zhì)量增加物體變重物體變重時間變慢時間變慢鐘慢效應(yīng)鐘慢效應(yīng)長度變短長度變短尺縮效應(yīng)尺縮效應(yīng)鐘表不走鐘表不走時間停止時間停止質(zhì)量：質(zhì)量：狹義相對論

15、狹義相對論廣義相對論廣義相對論相對論相對論打破經(jīng)典力學的絕對時打破經(jīng)典力學的絕對時空觀空觀進一步深化對時間空進一步深化對時間空間和引力現(xiàn)象的認識間和引力現(xiàn)象的認識3 3、相對論提出的歷史意義、相對論提出的歷史意義（1 1）相對論的提出是物理學領(lǐng)域的一）相對論的提出是物理學領(lǐng)域的一次重大革命。次重大革命。（2 2）否定了經(jīng)典力學絕對時空觀，發(fā)）否定了經(jīng)典力學絕對時空觀，發(fā)展了牛頓力學。展了牛頓力學。（3 3）推動物理學發(fā)展到了新的高度。）推動物理學發(fā)展到了新的高度。 相對論和經(jīng)典力學的關(guān)系相對論和經(jīng)典力學的關(guān)系相對論打破了牛頓以來傳統(tǒng)的絕對時空觀，但并相對論打破了牛頓以來傳統(tǒng)的絕對時空觀，但并非

16、全盤否定牛頓力學。非全盤否定牛頓力學。牛頓力學牛頓力學反映的是反映的是宏觀物體宏觀物體低速運動的客觀規(guī)律低速運動的客觀規(guī)律，而，而狹義相對論狹義相對論反映的是反映的是物體物體高速運動的客觀規(guī)律，高速運動的客觀規(guī)律，是對牛頓力學的繼承和發(fā)展。是對牛頓力學的繼承和發(fā)展。牛頓力學是相對論的一種特例（物體低速運動狀牛頓力學是相對論的一種特例（物體低速運動狀態(tài)），包括在相對論體系中。態(tài)），包括在相對論體系中。牛頓力學是整個力學的基礎(chǔ)，牛頓所創(chuàng)造的概念，牛頓力學是整個力學的基礎(chǔ)，牛頓所創(chuàng)造的概念，至今仍指導著人們的物理學思想。至今仍指導著人們的物理學思想。普朗克普朗克 普朗克生于德國基爾。普朗克生于德國基

17、爾。18791879年在慕尼黑大學獲得博士年在慕尼黑大學獲得博士學位后，先后在慕尼黑大學和學位后，先后在慕尼黑大學和基爾大學任教。由于量子論創(chuàng)基爾大學任教。由于量子論創(chuàng)立，普朗克獲得立，普朗克獲得19181918年諾貝爾年諾貝爾物理學獎。普朗克是德國人所物理學獎。普朗克是德國人所具有的最好品質(zhì)的范例：誠懇，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)樂，在這方面表現(xiàn)了專業(yè)藝術(shù)才干；另一項業(yè)余愛好是他一才干；另一項業(yè)余愛好是他一直堅持到晚年的登山運動。直堅持到晚年的登山運動。 普朗克普朗克（1858185819471947）（1 1）

18、 19c19c末末20c20c初，電子和放射性的發(fā)現(xiàn)使初，電子和放射性的發(fā)現(xiàn)使人們對物質(zhì)的認識深入到原子內(nèi)部。人們對物質(zhì)的認識深入到原子內(nèi)部。（2 2） 實驗表明，微觀粒子的運動不能用通實驗表明，微觀粒子的運動不能用通常的宏觀物體的運動規(guī)律進行描述。常的宏觀物體的運動規(guī)律進行描述。19001900年，德國物理學家普朗克提年，德國物理學家普朗克提出量子假說，宣告量子論誕生。出量子假說，宣告量子論誕生。 愛因斯坦利用量子理論成功解釋了光電效應(yīng)，進一愛因斯坦利用量子理論成功解釋了光電效應(yīng)，進一步推動量子論的發(fā)展；步推動量子論的發(fā)展；丹麥物理學家玻爾提出了有關(guān)原子的量子理論，證丹麥物理學家玻爾提出了有關(guān)原子的量子理論，證實原子是由帶正電的原子核和帶負電的電子組成；實原子是由帶正電的原子核和帶負電的電子組成；2020世紀世紀3030年代，量子力學建立。年代，量子力學建立。（量子力學：研究微觀世界粒子運動規(guī)律的科學。）（量子力學：研究微觀世界粒子運動規(guī)律的科學。） （1 1）使人類對微觀世界的認識取得重大進步，是）使人類對微觀世界的認識取得重大進步，是2020世紀最深刻、最有成就的科學理論之一。世紀最深刻、最有成就的科學理論之一。（2 2）量子論與相對論共同構(gòu)成現(xiàn)代物理學的基礎(chǔ)，）量子論與相對論共同構(gòu)成現(xiàn)代物理學的基礎(chǔ)，彌補了經(jīng)典力學在認識宏觀世界和微觀世界方面的彌補了經(jīng)典力學在認識宏觀世