梁德勤校本課程

高中物理學家簡介一、教學目標1、了解愛因斯坦生平簡歷、科學方面形成的成就。2、了解愛因斯坦相對論的相關知識，與課本知識向呼應3、通過對愛因斯坦科學探究過程的了解，感受科學家為科學探究獻身的精神，激發(fā)學習興趣二、教學內容阿爾伯特·愛因斯坦（AlbertEinstein，1879年3月14日－1955年4月18日），世界十大杰出物理學家之一，現(xiàn)代物理學的開創(chuàng)者、集大成者和奠基人。作為20世紀猶太裔理論物理學家，愛因斯坦創(chuàng)立了相對論——現(xiàn)代物理學的兩大支柱之一（另一個是量子力學），其質能方程E=mc2著稱于世，并因為“對理論物理的貢獻，特別是發(fā)現(xiàn)了光電效應”而獲得1921年諾貝爾物理學獎。1955年4月18日，愛因斯坦因病逝世。愛因斯坦一生成就卓越，其名字已成為“天才”的代名詞。愛因斯坦總共發(fā)表了300多篇科學論文和150篇非科學作品。愛因斯坦被譽為是“現(xiàn)代物理學之父”及二十世紀世界最重要科學家之一。他卓越的科學成就和原創(chuàng)性使得“愛因斯坦”一詞成為“天才”的同義詞。[1]2

榮譽記錄德國波茨坦有一座阿爾伯特·愛因斯坦科學公園。公園中的愛因斯坦大廈是一座天文觀測臺。美國首都華盛頓DC有一座愛因斯坦的青銅雕像。這座雕像位于美國國家科學院（NationalAcademyofSciences）西南角的憲法大道上。1955年8月，在愛因斯坦去世四個月之后，第99號元素被命名為“锿”（Einsteinium），以紀念愛因斯坦的貢獻。1965年到1978年，美國郵局曾發(fā)行一套“著名美國人”系列郵票，其中包括愛因斯坦，面值8美分。1973年3月5日發(fā)現(xiàn)的小行星2001被命名為愛因斯坦。愛因斯坦衛(wèi)星是哈佛-史密松天體物理中心和美國宇航局聯(lián)合制造的X射線觀測衛(wèi)星，于1978年11月13日發(fā)射升空。其原名為HEAO-2，為紀念愛因斯坦誕辰100周年而用他的名字命名。1990年，愛因斯坦的名字被鐫刻在沃爾哈拉德國名人紀念堂。這個紀念堂位于德國巴伐利亞州的雷根斯堡（Regensburg）。1999年《時代》雜志將愛因斯坦評選為20世紀風云人物。國際純粹和應用物理聯(lián)合會把2005年定為國際物理年，以紀念愛因斯坦的“奇跡之年”100周年。2008年，愛因斯坦進入美國新澤西州名人堂。愛因斯坦十字和愛因斯坦環(huán)是引力透鏡效應的產(chǎn)物，曾被廣義相對論所預言。還有一些榮譽和獎勵以愛因斯坦的名字命名：阿爾伯特·愛因斯坦獎是一個理論物理學的獎項，1951年首次由普林斯頓高等研究院頒發(fā)，阿爾伯特·愛因斯坦獎牌由瑞士波恩的阿爾伯特·愛因斯坦學會設立并頒發(fā)，1979年首次頒發(fā)，獎勵那些在與愛因斯坦有關的事物上作出杰出貢獻的人。獎金15,000美元。后來獎金降至5,000美元。愛因斯坦曾經(jīng)做過該獎評委。阿爾伯特·愛因斯坦和平獎由位于芝加哥的阿爾伯特·愛因斯坦和平基金會設立，獎金為50,000美元。阿爾伯特·愛因斯坦世界科學獎由世界文化委員會設立，1984年首次頒發(fā)。其宗旨在于激勵科學研究和技術研發(fā)，獎金為10,000美元。另外，“愛因斯坦”一詞還是耶路撒冷希伯來大學的注冊商標。[2]3

人生經(jīng)歷3.1

童年時期

聰明叛逆愛因斯坦于1879年3月14日出生在德意志帝國之符騰堡王國烏爾姆市。他的父親赫爾曼·愛因斯坦（HermannEinstein）是一名商人。他的母親寶琳·柯克（PaulineKoch）是一位音樂家。愛因斯坦一家是不遵循猶太教規(guī)的猶太人。愛因斯坦出生后不久，便于1880年舉家遷往慕尼黑，同年10月愛因斯坦的父親與叔叔在新居住地創(chuàng)建了一間電機工程公司，專門設計與制造電機機器。愛因斯坦在其幼年時代并沒有展現(xiàn)很大的天賦。有故事說他直到三歲才開始說話。但是阿爾伯特·愛因斯坦檔案館駁斥這一説法。他在他上的第一所學校里成績很好，是一個思維敏捷、聰明，有時甚至十分叛逆的學生。他的成績在優(yōu)（sehrgut，1分）良（gut，2分）間徘徊。在語言方面不是十分出色，但在自然科學方面卻表現(xiàn)十分出眾。愛因斯坦常讀科普書籍，并總是設法獲得有關當下科研水平概況的書。特別是亞龍·貝恩斯坦（AaronBernstein）所著的《自然科學通俗讀本》（NaturwissenschaftlichenVolksbücher）對他興趣的形成及其今后道路產(chǎn)生了重大影響。他五歲時對袖珍羅盤著迷，并開始受訓于私人學拉小提琴。1888年，進入路易博德文理中學（Luitpold-Gymnasium，校址此后幾番變遷，1965年改名為阿爾伯特·愛因斯坦文理中學）。1894年，全家又遷至意大利米蘭。十五歲的愛因斯坦本當留在學校，考完德國大學資格入學考試（Abitur）才離開，但由于常遭老師訓斥以及常觸犯德意志第二帝國時期學校的紀律與秩序，愛因斯坦因此固執(zhí)決定肄業(yè)，隨其父母同往米蘭。為了逃避服軍役，十七歲的愛因斯坦決定放棄德國國籍，他遠離猶太宗教團體。3.2

大學時代

成績優(yōu)異愛因斯坦并未依照其父親的意愿讀電機工程學，而是依他家一好友的建議于1895年申請了瑞士蘇黎世蘇黎世聯(lián)邦理工學院，由于沒有德國大學資格入學考試成績，愛因斯坦需要當年夏天參加該校入學考試，不過愛因斯坦并未在考前抓緊復習，而是選擇去了北意大利游玩，因此，十六歲的他——身為當時最小的參考者，沒有通過此次考試。他的自然科學考得很不錯，但法語沒考好。該校校長赫爾岑推薦他去瑞士的阿勞州立中學學習一年。在阿勞州立中學學習的這段時光中使愛因斯坦感到十分愉快，這所學校的的理念是“概念思考是建立在‘直觀’之上的”，完全符合他的需求。1896年十月，愛因斯坦參考瑞士大學入學考試（Matura），10月3日的成績單上顯示他有五次科目皆取得最好的成績（瑞士，6分）。1896年，愛因斯坦進入蘇黎世聯(lián)邦理工學院師范系學習物理學，該校物理教授海因里?！じダ锏吕锵！ろf伯（HeinrichFriedrichWeber）很討厭愛因斯坦，曾對他說：“你很聰明，但有個缺點，你聽不進別人的話”，為此愛因斯坦的女友米列娃·馬里奇時常與韋伯教授沖突，指責這是對愛因斯坦的不公。1899年6月，愛因斯坦在實驗室的一場爆炸中手部嚴重燒傷。3.3

畢業(yè)之后

多項成就1900年畢業(yè)，沒能如愿留校擔任助教，只能靠當“家教”維持生活。1901年取得瑞士國籍。1902年在大學同學格羅斯曼（M.Grossman）的父親協(xié)助下，被伯爾尼瑞士專利局錄用為技術員，從事發(fā)明專利申請的技術鑒定工作。他利用業(yè)余時間開展科學研究，于1905年在物理學三個不同領域中取得了歷史性成就，特別是狹義相對論的建立和光量子論的提出，成為了物理學理論的革命。翌年1月15日，憑借論文《分子大小的新測定法》，取得蘇黎世大學的博士學位。愛因斯坦在1905年發(fā)表了六篇劃時代的論文，分別為：《關于光的產(chǎn)生和轉化的一個試探性觀點》、《分子大小的新測定方法》、《基于熱分子運動論的靜止液體中懸浮粒子的運動研究》、《論動體的電動力學》、《物體的慣性同它所含的能量有關嗎？》、《布朗運動的一些檢視》。因此這一年被稱為“愛因斯坦奇跡年”。100年后的2005年因此被定為“世界物理年”。1905年3月，德國《物理年鑒》發(fā)表《關于光的產(chǎn)生和轉化的一個試探性觀點》（übereinendieErzeugungundVerwandlungdesLichtesbetreffendenheuristischenGesichtspunkt），認為光是由分離的粒子所組成。愛因斯坦解釋光也是由小的能量粒子（光量子）組成的，并且量子可以像單個的粒子那樣運動?！肮饬孔印崩碚摪?900年普朗克創(chuàng)立的量子論大大推進一步，揭示了微觀世界的基本特征：波動—粒子二元性。1905年5月11日，德國《物理年鑒》發(fā)表一篇用布朗運動解釋微小顆粒隨機游走的現(xiàn)象的論文《熱的分子運動論所要求的靜液體中懸浮粒子的運動》（DievondermolekularkinetischenTheoriederW?rmegeforderteBewegungvoninruhendenFlüssigkeitensuspendiertenTeilchen）。這篇論文是對布朗運動這種平移擴散的開創(chuàng)性研究。1905年6月30日，德國《物理年鑒》發(fā)表《論動體的電動力學》（ElektrodynamikbewegterK?rper）一文。首次提出了狹義相對論基本原理，論文中提出了兩個基本公理：“光速不變”，以及“相對性原理”。1905年9月27日，德國《物理年鑒》刊出《物體的慣性同它所含的能量有關嗎？》（IstdieTr?gheiteinesK?rpersvonseinemEnergieinhaltabh?ngig?），認為“物體的質量可以度量其能量”，隨后導出了E=mc2的公式。愛因斯坦1908年兼任伯爾尼大學的兼職講師。1909年離開專利局任蘇黎世大學理論物理學副教授。1911年任布拉格德國大學理論物理學教授，1912年任母校蘇黎世聯(lián)邦理工學院教授。3.4

柏林歲月

戰(zhàn)爭時光1914年，應馬克斯·普朗克和瓦爾特·能斯特的邀請，回德國任威廉皇家物理研究所所長兼柏林洪堡大學教授，直到1933年。1920年應亨德里克·洛倫茲和保羅·埃倫費斯特的邀請，兼任荷蘭萊頓大學特邀教授。第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)后，他投入公開和地下的反戰(zhàn)活動。1919年11月10日《紐約時報》刊登新觀察證實相對論的消息，形容這是愛因斯坦理論的大勝利。1915年愛因斯坦發(fā)表了廣義相對論。他所作的光線經(jīng)過太陽引力場要彎曲的預言，于1919年由英國天HYPERLINK"/d