物理學(xué)的重大進(jìn)展

關(guān)于物理學(xué)的重大進(jìn)展第1頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五【課程標(biāo)準(zhǔn)】

了解經(jīng)典力學(xué)的主要內(nèi)容，認(rèn)識(shí)其在近代自然科學(xué)理論發(fā)展中的歷史地位。探究：他們分別是什么人？有什么貢獻(xiàn)？第11課物理學(xué)的重大進(jìn)展伽利略牛頓愛因斯坦普朗克第2頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五古希臘科學(xué)家亞里士多德物理學(xué)的曲折發(fā)展“落體的速度與重量成正比”？“物體從來(lái)都是靜止的，除非你用力推它才開始運(yùn)動(dòng)”第3頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五1.背景

2.

牛頓的經(jīng)典力學(xué)—經(jīng)典力學(xué)—量子論的誕生與發(fā)展—相對(duì)論的創(chuàng)立物理學(xué)的重大進(jìn)展1.背景

2.創(chuàng)立

3.意義1.背景

2.誕生

3.發(fā)展

4.意義第4頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

一．經(jīng)典力學(xué)1.產(chǎn)生背景：①文藝復(fù)興運(yùn)動(dòng)的影響;②資本主義的發(fā)展。（1）經(jīng)典力學(xué)奠基者2.產(chǎn)生過(guò)程伽利略a.成就：①發(fā)現(xiàn)自由落體定律

②開創(chuàng)了以實(shí)驗(yàn)事實(shí)為根據(jù)并具有嚴(yán)密邏輯體系的近代科學(xué)。為后來(lái)經(jīng)典力學(xué)的創(chuàng)立和發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。b.研究方法：觀察和實(shí)驗(yàn)第5頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五（2）經(jīng)典力學(xué)建立者

一．經(jīng)典力學(xué)1.產(chǎn)生背景：2.產(chǎn)生過(guò)程（1）經(jīng)典力學(xué)奠基者伽利略牛頓a.成就：①創(chuàng)立了經(jīng)典力學(xué)體系（標(biāo)志：《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》）②提出物體運(yùn)動(dòng)的三大定律和萬(wàn)有引力定律等b.經(jīng)典力學(xué)建立的意義：①解釋和預(yù)見許多物理現(xiàn)象。②根據(jù)萬(wàn)有引力發(fā)現(xiàn)海王星。③標(biāo)志著近代科學(xué)的形成，推動(dòng)了物理學(xué)的發(fā)展。第6頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五3.經(jīng)典力學(xué)中應(yīng)注意的地方（1）顯著特征

a.注重實(shí)驗(yàn)

b.數(shù)學(xué)化（2）適用范圍

只適用于宏觀物體（宏觀世界）的運(yùn)動(dòng);

只適用于物體運(yùn)動(dòng)的低速狀態(tài)，是絕對(duì)的時(shí)空論

一．經(jīng)典力學(xué)第7頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五伽利略（1564—1642），偉大的意大利物理學(xué)家和天文學(xué)家，他開創(chuàng)了以實(shí)驗(yàn)事實(shí)為根據(jù)并具有嚴(yán)密邏輯體系和數(shù)學(xué)表述形式的近代科學(xué)，被譽(yù)為“近代科學(xué)之父”。他第一個(gè)把望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)天空進(jìn)行觀測(cè)，出版了《星空使者》一書。1632年，他出版了《關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對(duì)話》，把哥白尼的學(xué)說(shuō)推到了最終勝利的階段。第8頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五1610年，伽利略用望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)有4顆衛(wèi)星圍繞著木星轉(zhuǎn)。這一發(fā)現(xiàn)震動(dòng)了整個(gè)歐洲和全球科學(xué)界。伽利略是第一位利用望遠(yuǎn)鏡觀察天體的人。目前人類發(fā)現(xiàn)的16顆木星衛(wèi)星中，有４顆叫“伽利略衛(wèi)星”。

木星和它的伽利略衛(wèi)星

第9頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

他又發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)上有黑子，月球上有山脈，為哥白尼的地球繞著太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的“日心說(shuō)”找到了有力證據(jù)。宗教法庭把他軟禁在家，不準(zhǔn)外出。８年多后，伽伽利略臨死前仍不屈服，堅(jiān)定地說(shuō)：“地球確實(shí)在圍著太陽(yáng)轉(zhuǎn)！”他的努力沒(méi)有白費(fèi)，越來(lái)越多的人開始探索星空和科學(xué)！第10頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

科學(xué)的真理不應(yīng)在古代圣人的蒙著灰塵的書上去找，而應(yīng)該在實(shí)驗(yàn)中和以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的理論中去找。

——伽利略“近代科學(xué)之父”伽俐略第11頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五1590年，伽俐略在斜塔的頂層做自由落體運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)，讓兩個(gè)重量相差10倍的鐵球，同時(shí)從塔頂落下，結(jié)果兩球同時(shí)著地，因而，雄辯地一舉推翻了束縛人們近2000年的希臘學(xué)者亞里士多德關(guān)于重量不同的物體，其下落的速度也不相同的“物體下落速度與重量成正比”的理論。伽俐略開創(chuàng)了實(shí)驗(yàn)物理的新時(shí)代，為經(jīng)典力學(xué)的創(chuàng)立奠定基礎(chǔ)。第12頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五牛頓出生于英國(guó)的林肯郡，1665年畢業(yè)于著名的劍橋大學(xué)三一學(xué)院，獲得學(xué)士學(xué)位。三年后又獲得文學(xué)碩士學(xué)位。牛頓曾經(jīng)長(zhǎng)期擔(dān)任英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)，他還擔(dān)任過(guò)英國(guó)議會(huì)議員，授予爵士稱號(hào)。1727年，他病逝，被安葬于威斯敏斯特教堂，這是一種極高的榮譽(yù)。牛頓（1642—1727）第13頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五這就是牛頓在

劍橋的蘋果樹牛頓家里的蘋果樹第14頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五牛頓有哪些重要貢獻(xiàn)？

其中最重要的是什么？數(shù)學(xué)：二項(xiàng)式定理，微積分光學(xué)：發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)光的光譜，微粒說(shuō)天文學(xué)：發(fā)明反射式望遠(yuǎn)鏡等力學(xué)：《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》

物體運(yùn)動(dòng)三大定律；萬(wàn)有引力定律

——形成經(jīng)典力學(xué)體系第15頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

第一件，用牛頓力學(xué)算出地球的形狀象只桔子。古希臘的亞里士多德認(rèn)為地球是個(gè)正球體，兩千年來(lái)人們對(duì)此深信不疑。牛頓卻根據(jù)他的力學(xué)，說(shuō)地球是個(gè)扁球體，象只大桔子。此言一出，學(xué)界嘩然。地球那么大，牛頓又從不出遠(yuǎn)門，他憑什么說(shuō)地球有點(diǎn)扁？可是法國(guó)科學(xué)家經(jīng)過(guò)三次實(shí)地測(cè)量，終于證實(shí)了牛頓的看法。用力學(xué)能算出地球的形狀，真是個(gè)奇跡。歷史上證實(shí)牛頓力學(xué)的三件事第16頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第二件，用牛頓力學(xué)算出了哈雷彗星回歸周期長(zhǎng)期以來(lái)到，人們一直認(rèn)為彗星是神秘的，根本不能用科學(xué)來(lái)說(shuō)明。牛頓說(shuō)，既然彗星也是天體，就必然遵循力學(xué)規(guī)律。他的好友哈雷用牛頓力學(xué)算出了1682年出現(xiàn)的彗星的軌道，指出它的回歸周期是75—76年，由此預(yù)言它將在1758年再次出現(xiàn)。哈雷1705年發(fā)表這個(gè)預(yù)言，當(dāng)時(shí)他已49歲，卻要預(yù)言53年以后的事，豈非聳人聽聞？可是1758年這顆彗星果然如期出現(xiàn)，并被命名為哈雷彗星。第17頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五1781年天王星被發(fā)現(xiàn)，科學(xué)家用牛頓力學(xué)計(jì)算它的軌道，可是計(jì)算結(jié)果總是同觀測(cè)紀(jì)錄不大相符。經(jīng)反復(fù)核算，觀測(cè)無(wú)誤。那問(wèn)題是否出現(xiàn)在牛頓力學(xué)上面？科學(xué)家大膽猜想計(jì)算結(jié)果之所以不理想，是因?yàn)樘?yáng)系中還有一顆未知的行星，我們沒(méi)有考慮到它對(duì)天王星的引力作用。他們用牛頓力學(xué)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(tái)臺(tái)長(zhǎng)用望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)那個(gè)位置，一下子就看到了一顆新的行星—海王星。第三件：用牛頓力學(xué)算出了一顆未知行星的位置第18頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

1727年3月20日，偉大的牛頓逝世，他被埋葬在威斯敏斯特教堂，在他的墓碑上鐫刻著：

讓人們歡呼這樣一位多么偉大的人類榮耀曾經(jīng)在世界上存在！第19頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五二、相對(duì)論的創(chuàng)立經(jīng)典力學(xué)無(wú)法解釋一些新問(wèn)題20世紀(jì)初，愛因斯坦

——狹義相對(duì)論（1905），廣義相對(duì)論（1916）1.創(chuàng)立背景：2.創(chuàng)立：3.意義：①相對(duì)論的提出是物理學(xué)領(lǐng)域的一次重大革命②它否定了經(jīng)典力學(xué)的絕對(duì)時(shí)空觀，深刻揭示了時(shí)間和空間的本質(zhì)屬性③發(fā)展了牛頓力學(xué)，將其概括在相對(duì)論力學(xué)之中推動(dòng)物理學(xué)發(fā)展到一個(gè)新高度第20頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

1879年生于德國(guó)，是舉世聞名的德裔美國(guó)科學(xué)家，現(xiàn)代物理學(xué)的開創(chuàng)者和奠基人。愛因斯坦1900年畢業(yè)于蘇黎士工業(yè)大學(xué)，后在大學(xué)任教，1914年任皇家物理研究所所長(zhǎng)兼柏林大學(xué)教授。1921年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

1933年受希特勒迫害離開德國(guó)移居美國(guó),愛因斯坦在物理學(xué)的許多領(lǐng)域都有貢獻(xiàn)，比如建立狹義相對(duì)論并推廣為廣義相對(duì)論、提出光的量子概念，并以量子理論解釋光電效應(yīng)、輻射過(guò)程、固體比熱等。愛因斯坦（1879-1955）第21頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五愛因斯坦（1879-1955）1905-1915年提出了相對(duì)論，發(fā)展了牛頓力學(xué)。

相對(duì)論的兩個(gè)基本原理是相對(duì)性原理和光速不變?cè)怼Ｔ谙鄬?duì)性原理中，愛因斯坦認(rèn)為時(shí)間、運(yùn)動(dòng)、質(zhì)量不是絕對(duì)的，而是相對(duì)的。較典型的現(xiàn)象是運(yùn)動(dòng)的物體長(zhǎng)度變短（尺縮效應(yīng)）、運(yùn)動(dòng)的鐘比靜止的鐘走得慢（鐘慢效應(yīng)）、運(yùn)動(dòng)的物體重量變大。第22頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五●相對(duì)論和經(jīng)典力學(xué)有何關(guān)系？1.相對(duì)論否定了經(jīng)典力學(xué)的絕對(duì)時(shí)空觀；2.相對(duì)論發(fā)展了牛頓力學(xué)，牛頓力學(xué)是相對(duì)論力學(xué)在低速狀態(tài)下的一個(gè)特例；3.牛頓力學(xué)是整個(gè)力學(xué)的基礎(chǔ)，牛頓所創(chuàng)造的概念，至今仍指導(dǎo)著人們的物理學(xué)思想。相對(duì)論和經(jīng)典力學(xué)是繼承與發(fā)展的關(guān)系第23頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

由于相對(duì)論的觀點(diǎn)與人們的日常經(jīng)驗(yàn)不太一致，甚至有著尖銳的沖突，相對(duì)論從一開始就受到包括一些科學(xué)家在內(nèi)的很多人的反對(duì)。

1921年愛因斯坦獲得了諾貝爾獎(jiǎng)，當(dāng)時(shí)不少德國(guó)的諾貝爾獎(jiǎng)獲得者威脅說(shuō)，如果給相對(duì)論授獎(jiǎng)，他們就要退回已獲得的獎(jiǎng)?wù)?，結(jié)果評(píng)選委員會(huì)只好讓愛因斯坦作為光電效應(yīng)理論的建立者得獎(jiǎng)，相對(duì)論始終沒(méi)有獲得諾貝爾獎(jiǎng)。但相對(duì)論在物理學(xué)上卻非常合理且為實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。第24頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五①19C末-20C初,人們對(duì)物質(zhì)的認(rèn)識(shí)深入到原子內(nèi)部②微觀的粒子運(yùn)動(dòng)不能用經(jīng)典力學(xué)來(lái)解釋①愛因斯坦利用量子論成功解釋了光電效應(yīng)②丹麥玻爾提出有關(guān)原子的量子理論③20世紀(jì)30年代，量子力學(xué)建立起來(lái)三、量子論的誕生與發(fā)展1.背景：2.誕生:3.發(fā)展：4.意義：①使人類對(duì)微觀世界的基本認(rèn)識(shí)取得革命性進(jìn)步②與相對(duì)論一起,構(gòu)成現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)，相對(duì)論和量子論彌補(bǔ)了經(jīng)典力學(xué)在認(rèn)識(shí)宏觀世界和微觀世界方面的不足。③它們的提出，不僅推動(dòng)了物理學(xué)自身的進(jìn)步，而且開闊了人們的視野，改變了人們認(rèn)識(shí)世界的角度和方式。1900,德國(guó)物理學(xué)家普朗克提出量子假說(shuō)，標(biāo)志量子論誕生。第25頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五加熱到不同溫度的物體發(fā)出不同顏色的光

科學(xué)家們?yōu)榱丝偨Y(jié)熱輻射規(guī)律，推導(dǎo)出兩個(gè)公式。但這兩個(gè)公式的計(jì)算結(jié)果總是與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不相符合。

1900年，為了解決熱輻射理論上的疑點(diǎn)，德國(guó)物理學(xué)家普朗克提出了量子假說(shuō)：輻射像物質(zhì)一樣，是由具有能量的基本單位量子來(lái)實(shí)現(xiàn)的。第26頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

普朗克生于德國(guó)基爾。1879年在慕尼黑大學(xué)獲得博士學(xué)位后，先后在慕尼黑大學(xué)和基爾大學(xué)任教。由于量子論創(chuàng)立，普朗克獲得1918年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。普朗克是德國(guó)人所具有的最好品質(zhì)的范例：誠(chéng)懇，忠于職守，他的業(yè)余愛好是音樂(lè)，在這方面表現(xiàn)了專業(yè)藝術(shù)才干；另一項(xiàng)業(yè)余愛好是他一直堅(jiān)持到晚年的登山運(yùn)動(dòng)。

普朗克（1858—1947）第27頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

量子論和相對(duì)論是現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱，量子論的形成標(biāo)志著人類對(duì)于客觀規(guī)律的認(rèn)識(shí)，開始從宏觀世界深入到微觀世界。量子力學(xué)和狹義相對(duì)論結(jié)合形成原子核物理學(xué)，指導(dǎo)制造原子彈、氫彈和建立核電站。量子力學(xué)還為電子技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、晶體技術(shù)和激光技術(shù)等奠定了理論基礎(chǔ)。第28頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五物理學(xué)發(fā)展的過(guò)程經(jīng)典力學(xué)奠基者（17世紀(jì)初）經(jīng)典力學(xué)建立者（17世紀(jì)晚期）從經(jīng)典力學(xué)發(fā)展到相對(duì)論、量子論（19世紀(jì)末～20世紀(jì)初）伽利略（意）牛頓

（英）愛因斯坦（德）普朗克（德）“近代科學(xué)之父”開創(chuàng)了以實(shí)驗(yàn)事實(shí)為根據(jù)并具有嚴(yán)密邏輯體系的近代科學(xué)。標(biāo)志著物理學(xué)的真正開端，為牛頓經(jīng)典力學(xué)的創(chuàng)立奠定基礎(chǔ)。對(duì)自然規(guī)律第一次進(jìn)行的理論性概括和總結(jié)，標(biāo)志著近代科學(xué)的形成。實(shí)現(xiàn)了物理學(xué)上的第一次飛躍。海王星的發(fā)現(xiàn)是證明牛頓力學(xué)定律有效性的最成功范例。相對(duì)論：否定了經(jīng)典力學(xué)的絕對(duì)時(shí)空觀，深刻揭示時(shí)間和空間的本質(zhì)屬性；發(fā)展了牛頓力學(xué)，將其概括在子相對(duì)論力學(xué)中，推動(dòng)物理學(xué)發(fā)展到新高度。量子論：使人類對(duì)微觀世界的認(rèn)識(shí)有了革命性的進(jìn)步。兩者構(gòu)成了現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)。第29頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五思考總結(jié)——

物理學(xué)的發(fā)展給了我們什么樣的啟示？敢于質(zhì)疑，勇于創(chuàng)新，實(shí)踐出真知.第30頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五1、17世紀(jì)是人類在自然科學(xué)領(lǐng)域取得重大突破的時(shí)期，其原因不包括A、資本主義經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求B、科學(xué)家的艱苦努力C、理性主義的確立D、工業(yè)資本主義的推動(dòng)隨堂練習(xí)D第31頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2、（2008年江蘇高考）一位科學(xué)家