物理學的重大進展

關(guān)于物理學的重大進展第1頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五【課程標準】

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

2.

牛頓的經(jīng)典力學—經(jīng)典力學—量子論的誕生與發(fā)展—相對論的創(chuàng)立物理學的重大進展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，共34頁，2023年，2月20日，星期五

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

②開創(chuàng)了以實驗事實為根據(jù)并具有嚴密邏輯體系的近代科學。為后來經(jīng)典力學的創(chuàng)立和發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。b.研究方法：觀察和實驗第5頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五（2）經(jīng)典力學建立者

一．經(jīng)典力學1.產(chǎn)生背景：2.產(chǎn)生過程（1）經(jīng)典力學奠基者伽利略牛頓a.成就：①創(chuàng)立了經(jīng)典力學體系（標志：《自然哲學的數(shù)學原理》）②提出物體運動的三大定律和萬有引力定律等b.經(jīng)典力學建立的意義：①解釋和預見許多物理現(xiàn)象。②根據(jù)萬有引力發(fā)現(xiàn)海王星。③標志著近代科學的形成，推動了物理學的發(fā)展。第6頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五3.經(jīng)典力學中應注意的地方（1）顯著特征

a.注重實驗

b.數(shù)學化（2）適用范圍

只適用于宏觀物體（宏觀世界）的運動;

只適用于物體運動的低速狀態(tài)，是絕對的時空論

一．經(jīng)典力學第7頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五伽利略（1564—1642），偉大的意大利物理學家和天文學家，他開創(chuàng)了以實驗事實為根據(jù)并具有嚴密邏輯體系和數(shù)學表述形式的近代科學，被譽為“近代科學之父”。他第一個把望遠鏡對準天空進行觀測，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話》，把哥白尼的學說推到了最終勝利的階段。第8頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五1610年，伽利略用望遠鏡發(fā)現(xiàn)有4顆衛(wèi)星圍繞著木星轉(zhuǎn)。這一發(fā)現(xiàn)震動了整個歐洲和全球科學界。伽利略是第一位利用望遠鏡觀察天體的人。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，共34頁，2023年，2月20日，星期五

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

科學的真理不應在古代圣人的蒙著灰塵的書上去找，而應該在實驗中和以實驗為基礎(chǔ)的理論中去找。

——伽利略“近代科學之父”伽俐略第11頁，共34頁，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動實驗，讓兩個重量相差10倍的鐵球，同時從塔頂落下，結(jié)果兩球同時著地，因而，雄辯地一舉推翻了束縛人們近2000年的希臘學者亞里士多德關(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)了實驗物理的新時代，為經(jīng)典力學的創(chuàng)立奠定基礎(chǔ)。第12頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五牛頓出生于英國的林肯郡，1665年畢業(yè)于著名的劍橋大學三一學院，獲得學士學位。三年后又獲得文學碩士學位。牛頓曾經(jīng)長期擔任英國皇家學會會長，他還擔任過英國議會議員，授予爵士稱號。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。牛頓（1642—1727）第13頁，共34頁，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，共34頁，2023年，2月20日，星期五牛頓有哪些重要貢獻？

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

物體運動三大定律；萬有引力定律

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

第一件，用牛頓力學算出地球的形狀象只桔子。古希臘的亞里士多德認為地球是個正球體，兩千年來人們對此深信不疑。牛頓卻根據(jù)他的力學，說地球是個扁球體，象只大桔子。此言一出，學界嘩然。地球那么大，牛頓又從不出遠門，他憑什么說地球有點扁？可是法國科學家經(jīng)過三次實地測量，終于證實了牛頓的看法。用力學能算出地球的形狀，真是個奇跡。歷史上證實牛頓力學的三件事第16頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五第二件，用牛頓力學算出了哈雷彗星回歸周期長期以來到，人們一直認為彗星是神秘的，根本不能用科學來說明。牛頓說，既然彗星也是天體，就必然遵循力學規(guī)律。他的好友哈雷用牛頓力學算出了1682年出現(xiàn)的彗星的軌道，指出它的回歸周期是75—76年，由此預言它將在1758年再次出現(xiàn)。哈雷1705年發(fā)表這個預言，當時他已49歲，卻要預言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，共34頁，2023年，2月20日，星期五1781年天王星被發(fā)現(xiàn)，科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？科學家大膽猜想計算結(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，柏林天文臺臺長用望遠鏡對準那個位置，一下子就看到了一顆新的行星—海王星。第三件：用牛頓力學算出了一顆未知行星的位置第18頁，共34頁，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，共34頁，2023年，2月20日，星期五二、相對論的創(chuàng)立經(jīng)典力學無法解釋一些新問題20世紀初，愛因斯坦

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

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

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

相對論的兩個基本原理是相對性原理和光速不變原理。在相對性原理中，愛因斯坦認為時間、運動、質(zhì)量不是絕對的，而是相對的。較典型的現(xiàn)象是運動的物體長度變短（尺縮效應）、運動的鐘比靜止的鐘走得慢（鐘慢效應）、運動的物體重量變大。第22頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五●相對論和經(jīng)典力學有何關(guān)系？1.相對論否定了經(jīng)典力學的絕對時空觀；2.相對論發(fā)展了牛頓力學，牛頓力學是相對論力學在低速狀態(tài)下的一個特例；3.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。相對論和經(jīng)典力學是繼承與發(fā)展的關(guān)系第23頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五

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

1921年愛因斯坦獲得了諾貝爾獎，當時不少德國的諾貝爾獎獲得者威脅說，如果給相對論授獎，他們就要退回已獲得的獎章，結(jié)果評選委員會只好讓愛因斯坦作為光電效應理論的建立者得獎，相對論始終沒有獲得諾貝爾獎。但相對論在物理學上卻非常合理且為實驗所證實。第24頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五①19C末-20C初,人們對物質(zhì)的認識深入到原子內(nèi)部②微觀的粒子運動不能用經(jīng)典力學來解釋①愛因斯坦利用量子論成功解釋了光電效應②丹麥玻爾提出有關(guān)原子的量子理論③20世紀30年代，量子力學建立起來三、量子論的誕生與發(fā)展1.背景：2.誕生:3.發(fā)展：4.意義：①使人類對微觀世界的基本認識取得革命性進步②與相對論一起,構(gòu)成現(xiàn)代物理學的基礎(chǔ)，相對論和量子論彌補了經(jīng)典力學在認識宏觀世界和微觀世界方面的不足。③它們的提出，不僅推動了物理學自身的進步，而且開闊了人們的視野，改變了人們認識世界的角度和方式。1900,德國物理學家普朗克提出量子假說，標志量子論誕生。第25頁，共34頁，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

科學家們?yōu)榱丝偨Y(jié)熱輻射規(guī)律，推導出兩個公式。但這兩個公式的計算結(jié)果總是與實驗結(jié)果不相符合。

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

普朗克生于德國基爾。1879年在慕尼黑大學獲得博士學位后，先后在慕尼黑大學和基爾大學任教。由于量子論創(chuàng)立，普朗克獲得1918年諾貝爾物理學獎。普朗克是德國人所具有的最好品質(zhì)的范例：誠懇，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)才干；另一項業(yè)余愛好是他一直堅持到晚年的登山運動。

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

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

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

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