專題七·1近代物理學的奠基人和革命者

1、 科學科學指運用范疇、定理、定律等思維指運用范疇、定理、定律等思維形式反映現(xiàn)實世界形式反映現(xiàn)實世界各種現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律各種現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律的的知識體系知識體系。 技術(shù)技術(shù)泛指根據(jù)生產(chǎn)實踐經(jīng)驗和自然科泛指根據(jù)生產(chǎn)實踐經(jīng)驗和自然科學原理而發(fā)展成的各種學原理而發(fā)展成的各種工藝操作方法工藝操作方法與與技能技能。近代以來科學技術(shù)的輝煌近代以來科學技術(shù)的輝煌基礎(chǔ)知識：基礎(chǔ)知識：物理學的重大進展物理學的重大進展生物學的發(fā)展生物學的發(fā)展三次工業(yè)革命三次工業(yè)革命近代科學的發(fā)展近代科學的發(fā)展近代技術(shù)的發(fā)展近代技術(shù)的發(fā)展及科技的結(jié)合及科技的結(jié)合探究：他們分別是什么人？有什么貢獻？探究：他們分別是什么人？有什么貢獻？

2、伽利略伽利略（1564156416421642）牛頓牛頓（1642164217271727） 普朗克普朗克（1858185819471947） 愛因斯坦愛因斯坦（1879187919551955）物理學革命物理學革命經(jīng)典力學體系經(jīng)典力學體系 近代自然科學的形成近代自然科學的形成相對論相對論量子論量子論近代科學之父近代科學之父 實驗科學實驗科學經(jīng)典力學奠基者經(jīng)典力學奠基者（1717世紀初）世紀初）經(jīng)典力學建立者經(jīng)典力學建立者（1717世紀晚期）世紀晚期）從經(jīng)典力學發(fā)展到從經(jīng)典力學發(fā)展到量子論、量子論、相對論相對論（19世紀末世紀末20世紀初）世紀初）伽利略（意）伽利略（意）牛頓（英）牛頓（英）普

3、朗克（德）普朗克（德）愛因斯坦（德）愛因斯坦（德）近代物理學的發(fā)展過程近代物理學的發(fā)展過程公元1643年1月4號這天（伽利略逝世的這一天），在英國鄉(xiāng)下一個不出名的小村莊里，一位喝得醉醺醺的神父冒著大雪匆匆趕到一家農(nóng)戶給個早產(chǎn)的嬰孩洗禮。那個嬰孩身形瘦小，嘴巴緊閉，似乎連呼吸都不暢，周圍的人都急得手足無措，這時神父突顯急智，一口酒噴向嬰兒，終于嗆得嬰孩大聲哭鬧起來。多年以后，神父仍把這件事作為自己生平最大的功業(yè)，因為他拯救的，遠不止是一個病怏怏的嬰兒，而是人類歷史上最偉大的人，Issac Newton（牛頓）。 你知道牛頓撿到了哪些“光滑的石子”和“美麗的貝殼”？我好像是一個在海邊玩耍的孩子，不

4、時為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(xiàn)在我面前的是完全未探明的真理之海。牛頓近代科學的形成近代科學的形成牛頓的貢獻牛頓的貢獻 牛頓的成果牛頓的成果 牛頓的貢獻牛頓的貢獻慣性定律慣性定律加速度定律加速度定律作用力和反作用力作用力和反作用力定律定律牛頓三大牛頓三大定律定律萬有引力萬有引力定律定律經(jīng)典力學體系的建立經(jīng)典力學體系的建立標志著近代科學標志著近代科學的形成的形成經(jīng)典力學體系經(jīng)典力學體系 牛頓力學體系及數(shù)學、牛頓力學體系及數(shù)學、天文學方面的研究成果記天文學方面的研究成果記載在他的科學巨著載在他的科學巨著自然自然哲學的數(shù)學原理哲學的數(shù)學原理中。中。1781年天王星被發(fā)現(xiàn)，科

5、學家用牛頓力學計算它的軌道，可是計算結(jié)果總是同觀測紀錄不大相符。經(jīng)反復核算，觀測無誤。那問題是否出現(xiàn)在牛頓力學上面？法國的勒維列和英國的亞當斯堅信牛頓力學的正確，大膽猜想計算結(jié)果之所以不理想，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(zhì)量。1848年9月23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星海王星。勒維列無需觀測星空，就在筆尖上發(fā)現(xiàn)了新行星。牛頓力學又創(chuàng)造了新的奇跡。海王星和冥王星的發(fā)現(xiàn)海王星和冥王星的發(fā)現(xiàn)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

6、認為彗星是神秘的，不吉利的災(zāi)星，長期以來，人們一直認為彗星是神秘的，不吉利的災(zāi)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16821682年出現(xiàn)的彗星的軌道，指出它的回歸周期是年出現(xiàn)的彗星的軌道，指出它的回歸周期是75757676年，年，由此預言它將在由此預言它將在17581758年再次出現(xiàn)。年再次出現(xiàn)。5353年以后的年以后的17581758年（當時年（當時哈雷已去世），這顆彗星果然如期出現(xiàn)。哈雷慧星的發(fā)現(xiàn)驗哈雷已去世），這顆彗星果然如期出現(xiàn)。哈雷慧星的發(fā)現(xiàn)驗證了萬有引力定律的科學性。證了萬有引力定律的科學性。英國著名詩人亞歷山

7、大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。上帝說：“讓牛頓去吧！”于是，一切成為光明。 我之所以能比別人看得遠些，是因為我站在巨人們的肩上。牛頓 后來，作為大學教授，后來，作為大學教授，牛頓常常忙得不修邊幅牛頓常常忙得不修邊幅，往往領(lǐng)帶不結(jié)，襪帶不系好，往往領(lǐng)帶不結(jié)，襪帶不系好，馬褲也不紐扣，就走進了大學餐廳。有一次，他在向一位姑娘求婚時思想又開馬褲也不紐扣，就走進了大學餐廳。有一次，他在向一位姑娘求婚時思想又開了小差，他腦海了只剩下了無窮量的二項式定理。他抓住姑娘的手指，錯誤的了小差，他腦海了只剩下了無窮量的二項式定理。他抓住姑娘的手指，錯誤的把它當成通煙斗的通條，硬往

8、煙斗里塞，痛得姑娘大叫，離他而去。牛頓也因把它當成通煙斗的通條，硬往煙斗里塞，痛得姑娘大叫，離他而去。牛頓也因此此終生未娶終生未娶。 他馬虎拖沓，曾經(jīng)鬧過許多的笑話。一次，他邊讀書，邊煮雞蛋，等他揭開他馬虎拖沓，曾經(jīng)鬧過許多的笑話。一次，他邊讀書，邊煮雞蛋，等他揭開鍋想吃雞蛋時，卻發(fā)現(xiàn)鍋里是一只懷表。還有一次，他請朋友吃飯，當飯菜準鍋想吃雞蛋時，卻發(fā)現(xiàn)鍋里是一只懷表。還有一次，他請朋友吃飯，當飯菜準備好時，牛頓突然想到一個問題，便獨自進了內(nèi)室，朋友等了他好久還是不見備好時，牛頓突然想到一個問題，便獨自進了內(nèi)室，朋友等了他好久還是不見他出來，于是朋友就自己動手把那份雞全吃了，雞骨頭留在盤子，不告

9、而別了。他出來，于是朋友就自己動手把那份雞全吃了，雞骨頭留在盤子，不告而別了。等牛頓想起，出來后，發(fā)現(xiàn)了盤子里的骨頭，以為自己已經(jīng)吃過了，便轉(zhuǎn)身又等牛頓想起，出來后，發(fā)現(xiàn)了盤子里的骨頭，以為自己已經(jīng)吃過了，便轉(zhuǎn)身又進了內(nèi)室，繼續(xù)研究他的問題。進了內(nèi)室，繼續(xù)研究他的問題。 父母父母原希望他成為一個農(nóng)民，但牛原希望他成為一個農(nóng)民，但牛頓本人卻無意于此。每次，母親叫他同頓本人卻無意于此。每次，母親叫他同傭人一道上市場，熟悉做交易的生意經(jīng)傭人一道上市場，熟悉做交易的生意經(jīng)時，他便懇求傭人一個人上街，自己則時，他便懇求傭人一個人上街，自己則躲在樹叢后看書。牛頓的好學精神感動躲在樹叢后看書。牛頓的好學精神

10、感動了舅父，于是舅父勸服了母親讓牛頓復了舅父，于是舅父勸服了母親讓牛頓復學。學。三百年前，人類的思想還充斥著迷信和恐懼，水為什么往低處流？太陽為什么升起落下？這些今天看來簡單之極的問題，在當時卻是根本無法認識和把握的。直到牛頓出現(xiàn)，人類才終于結(jié)束了這種狀態(tài)。大國崛起解說詞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？ 牛頓的運動三定律構(gòu)成了近代力學體系的基礎(chǔ)，牛頓的運動三定律構(gòu)成了近代力學體系的基礎(chǔ)，成為整個成為整個近代物理學的重要支柱近代物理學的重要支柱。牛頓力學體系對自然界的力學現(xiàn)象做了牛頓力學體系對自然界的力學現(xiàn)象做了系統(tǒng)合理的說明，從而完成了系統(tǒng)合理的說明，從而完

11、成了人類對自然人類對自然界認識史上的第一次理論大綜合界認識史上的第一次理論大綜合。成為成為近代科學形成的標志近代科學形成的標志。1727年，牛頓去世。英國以隆重的國葬儀式將他安葬在威斯敏斯特大教堂，這里一向是王公貴族的墓地，牛頓成為第一個安息在此的科學家。出殯的那天，成千上萬的普通市民涌向街頭為他送行；抬棺槨的，是兩位公爵、三位伯爵和一位大法官；在教堂合唱的哀歌中，王公貴族、政府大臣和文人學士們一起向這位科學巨人告別。 目睹了牛頓葬禮的法國思想家伏爾泰為之深深感動，他感慨道：“走進威斯敏斯特教堂，人們所瞻仰的不是君王們的陵寢，而是國家為感謝那些為國增光的最偉大人物建立的紀念碑。這便是英國人民對

12、于才能的尊敬?！闭麄€社會在向一個科學家表達著由衷的敬意，這是一個國家對于科學家的態(tài)度，也是一個國家對于科學的態(tài)度。 質(zhì)疑與思考：經(jīng)典力學體系是最完美的物理質(zhì)疑與思考：經(jīng)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(jīng)典物理學近乎完美的發(fā)展，世紀末，面對經(jīng)典物理學近乎完美的發(fā)展，有的物理學家表示：有的物理學家表示：“1919世紀已經(jīng)將物理大廈全部世紀已經(jīng)將物理大廈全部建成，今后物理學家只是修飾和完美這座大廈。建成，今后物理學家只是修飾和完美這座大廈?！?l 經(jīng)典物理學是以日常生活中常見的低速運動經(jīng)典物理學是以日常生活中常見的低速運動的物體的物體為研究對象的為研究對象的，一旦進

13、入光速運動時，一旦進入光速運動時，經(jīng)典物理學的某些結(jié)論就變得不準確經(jīng)典物理學的某些結(jié)論就變得不準確l 在這種背景下，相對論與量子論應(yīng)運而生在這種背景下，相對論與量子論應(yīng)運而生 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。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(zhì)的范例：誠懇、

14、忠于職守，他質(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；另一項業(yè)余現(xiàn)了專業(yè)藝術(shù)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。 量子論確實深奧難懂，甚至連量子量子論確實深奧難懂，甚至連量子論奠基人之一的玻爾都說：論奠基人之一的玻爾都說：“如果誰不如果誰不為量子論而感到困惑，那他就是沒有理為量子論而感到困惑，那他就是沒有理解量子論。解量子論?！绷孔诱摰囊饬x量子論的意義 量子力學標志著人類對客觀規(guī)律的認識，量子力學標志著人類對客觀規(guī)律的認識，開始從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。狹義相

15、對論發(fā)表狹義相對論發(fā)表100100周年，周年，也許全世界只有幾十個人能完全理解他的真諦，也許全世界只有幾十個人能完全理解他的真諦，但這并不能掩蓋相對論對人類生活的巨大改變。但這并不能掩蓋相對論對人類生活的巨大改變。 “天上方一日，人間已一年天上方一日，人間已一年” 乘坐乘坐“光子火箭光子火箭”的星際旅的星際旅行行 乘坐乘坐“光子火箭光子火箭”以光速作星際旅行，以光速作星際旅行，回到地球時，我們會發(fā)現(xiàn)什么變化？回到地球時，我們會發(fā)現(xiàn)什么變化？這個故事形象地說明了時間和空間的相對性。這個故事形象地說明了時間和空間的相對性。 愛因斯坦關(guān)于相對論的比喻。愛因斯坦關(guān)于相對論的比喻。 為了對這一深奧的理論

16、做通俗的說明，愛因為了對這一深奧的理論做通俗的說明，愛因斯坦曾經(jīng)風趣地對一名男青年說：斯坦曾經(jīng)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士談情說愛，那么，同樣的時間你覺得哪一個更長？長？”男青年說：男青年說：“當然坐在火爐上烤的時間覺當然坐在火爐上烤的時間覺得長久。得長久。”愛因斯坦說：愛因斯坦說：“這就是我的相對論內(nèi)這就是我的相對論內(nèi)容。容。”相對論的現(xiàn)實意義舉例相對論的現(xiàn)實意義舉例相對論能修正相對論能修正GPSGPS（全球定位系統(tǒng)）（全球定位系統(tǒng)） 全球定位系

17、統(tǒng)全球定位系統(tǒng)GPSGPS的應(yīng)用也已普及化了，許的應(yīng)用也已普及化了，許多城市的公共汽車、出租車上都安裝了它。早期的多城市的公共汽車、出租車上都安裝了它。早期的GPSGPS接接收器確定物體位置的誤差是在收器確定物體位置的誤差是在1515米范圍內(nèi)，這個誤差可米范圍內(nèi)，這個誤差可以用愛因斯坦相對論來修正。以用愛因斯坦相對論來修正。成功的秘訣一個愛說廢話而不愛用功的青年，整天纏著大科學家愛因斯坦，要他公開成功的秘訣。愛因斯坦厭煩了，便寫了一 個公式給他：Axyz。愛因斯坦解釋道：“A代表成功，x代表艱苦的勞動，y代表正確的方法” “z代表什么？”青年迫不及待地問。“代表少說廢話。”愛因斯坦說。1955

18、年4月18日，愛因斯坦因主動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)?，不立紀念碑?；鸹瘯r按照他的書面遺囑：免除所有花卉布置以及所有音樂典禮。骨灰撒在永遠對人保密的地方，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，全世界都感謝他的教誨；那專屬他個人的東西，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)。他的主治醫(yī)生賀維博士認為如此偉大的大腦，應(yīng)該進行研究，所以他便把愛因斯坦的大腦保留了下來，并切成200片帶走。但至今沒有結(jié)論。相對論建立的意義相對論建立的意義相對論的建立是對相對論的建立是對近代物理學理論框架的重近代物理學理論框架的重大突破大突破。是是人類思想發(fā)展史中的一次根本性