梁德勤校本課程

高中物理學(xué)家簡介一、教學(xué)目標1、了解愛因斯坦生平簡歷、科學(xué)方面形成的成就。2、了解愛因斯坦相對論的相關(guān)知識，與課本知識向呼應(yīng)3、通過對愛因斯坦科學(xué)探究過程的了解，感受科學(xué)家為科學(xué)探究獻身的精神，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣二、教學(xué)內(nèi)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(xué)家之一，現(xiàn)代物理學(xué)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(xué)家，愛因斯坦創(chuàng)立了相對論——現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱之一（另一個是量子力學(xué)），其質(zhì)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(yīng)”而獲得1921年諾貝爾物理學(xué)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(xué)論文和150篇非科學(xué)作品。愛因斯坦被譽為是“現(xiàn)代物理學(xué)之父”及二十世紀世界最重要科學(xué)家之一。他卓越的科學(xué)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(xué)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(xué)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(fēng)云人物。國際純粹和應(yīng)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(yīng)的產(chǎn)物，曾被廣義相對論所預(yù)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(xué)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(xué)會設(shè)立并頒發(fā)，1979年首次頒發(fā)，獎勵那些在與愛因斯坦有關(guān)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(shè)立，獎金為50,000美元。阿爾伯特·愛因斯坦世界科學(xué)獎由世界文化委員會設(shè)立，1984年首次頒發(fā)。其宗旨在于激勵科學(xué)研究和技術(shù)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(xué)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(shè)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(xué)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(xué)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(xué)方面卻表現(xiàn)十分出眾。愛因斯坦常讀科普書籍，并總是設(shè)法獲得有關(guān)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(xué)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(xùn)于私人學(xué)拉小提琴。1888年，進入路易博德文理中學(xué)（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(xué)）。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(xué)校，考完德國大學(xué)資格入學(xué)考試（Abitur）才離開，但由于常遭老師訓(xùn)斥以及常觸犯德意志第二帝國時期學(xué)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(xué)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(xué)，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(xué)院，由于沒有德國大學(xué)資格入學(xué)考試成績，愛因斯坦需要當年夏天參加該校入學(xué)考試，不過愛因斯坦并未在考前抓緊復(fù)習(xí)，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(xué)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(xué)學(xué)習(xí)一年。在阿勞州立中學(xué)學(xué)習(xí)的這段時光中使愛因斯坦感到十分愉快，這所學(xué)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(xué)入學(xué)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(xué)院師范系學(xué)習(xí)物理學(xué)，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(xué)同學(xué)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(shù)員，從事發(fā)明專利申請的技術(shù)鑒定工作。他利用業(yè)余時間開展科學(xué)研究，于1905年在物理學(xué)三個不同領(lǐng)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(xué)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(xué)的博士學(xué)位。愛因斯坦在1905年發(fā)表了六篇劃時代的論文，分別為：《關(guān)于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)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(xué)》、《物體的慣性同它所含的能量有關(guān)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(guān)于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)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。“光量子”理論把1900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(xué)》（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(guān)嗎？》（IstdieTr?gheiteinesK?rpersvonseinemEnergieinhaltabh?ngig?），認為“物體的質(zhì)量可以度量其能量”，隨后導(dǎo)出了E=mc2的公式。愛因斯坦1908年兼任伯爾尼大學(xué)的兼職講師。1909年離開專利局任蘇黎世大學(xué)理論物理學(xué)副教授。1911年任布拉格德國大學(xué)理論物理學(xué)教授，1912年任母校蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院教授。3.4

柏林歲月

戰(zhàn)爭時光1914年，應(yīng)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(xué)教授，直到1933年。1920年應(yīng)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(xué)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(yù)言，于1919年由英國天HYPERLINK"/d