物理學(xué)的重大進(jìn)步

物理學(xué)的重大進(jìn)步第一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三【課程標(biāo)準(zhǔn)】

了解經(jīng)典力學(xué)的主要內(nèi)容，認(rèn)識其在近代自然科學(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二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三古希臘科學(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”“物體從來都是靜止的，除非你用力推它才開始運(yùn)動”第三頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三1.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.意義第四頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三

一．經(jīng)典力學(xué)1.產(chǎn)生背景：①文藝復(fù)興運(yùn)動解放了人們的思想;工場手工業(yè)時(shí)期經(jīng)濟(jì)的發(fā)展

②伽利略的貢獻(xiàn)及作用——經(jīng)典力學(xué)重要奠基者2.牛頓經(jīng)典力學(xué)①基礎(chǔ):②創(chuàng)立:③意義:伽利略的研究成果1687,《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》物體運(yùn)動三大定律和萬有引力定律對解釋和預(yù)見物理現(xiàn)象有決定意義經(jīng)典力學(xué)體系的建立標(biāo)志著近代科學(xué)的形成第五頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三伽利略（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”。通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)：外力并不是維持運(yùn)動狀態(tài)的原因，只是改變運(yùn)動狀態(tài)的原因第六頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三1590年，伽俐略在斜塔的頂層做自由落體運(yùn)動實(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)。第七頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三1610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

第八頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三他又發(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(zhǔn)外出。８年多后，伽伽利略臨死前仍不屈服，堅(jiān)定地說：“地球確實(shí)在圍著太陽轉(zhuǎn)！”他的努力沒有白費(fèi)，越來越多的人開始探索星空和科學(xué)！他第一個(gè)把望遠(yuǎn)鏡對準(zhǔn)天空進(jìn)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(xué)說推到了最終勝利的階段。第九頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三牛頓出生于英國的林肯郡，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)長期擔(dān)任英國皇家學(xué)會會長，他還擔(dān)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(yù)。牛頓（1642—1727）第十頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三這就是牛頓在

劍橋的蘋果樹牛頓家里的蘋果樹第十一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三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)太陽光的光譜，微粒說天文學(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)動三大定律；萬有引力定律

——形成經(jīng)典力學(xué)體系第十二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三

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，兩千年來人們對此深信不疑。牛頓卻根據(jù)他的力學(xué)，說地球是個(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，他憑什么說地球有點(diǎn)扁？可是法國科學(xué)家經(jīng)過三次實(shí)地測量，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)的三件事第十三頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三第二件，用牛頓力學(xué)算出了哈雷彗星回歸周期

長期以來到，人們一直認(rèn)為彗星是神秘的，根本不能用科學(xué)來說明。牛頓說，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。第十四頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三1781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)果總是同觀測紀(jì)錄不大相符。經(jīng)反復(fù)核算，觀測無誤。那問題是否出現(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栂抵羞€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(xué)算出了這顆未知行星的位置和質(zhì)量。1848年9月23日，柏林天文臺臺長用望遠(yuǎn)鏡對準(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十五頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三

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！第十六頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三二、相對論的創(chuàng)立經(jīng)典力學(xué)無法解釋一些新問題20世紀(jì)初，愛因斯坦——狹義相對論，廣義相對論1.創(chuàng)立背景：2.創(chuàng)立：第十七頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三1879年生于德國，是舉世聞名的德裔美國科學(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移居美國,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(yīng)、輻射過程、固體比熱等。愛因斯坦（1879-1955）第十八頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三1905年，愛因斯坦26歲，接連寫下4篇改變整個(gè)20世紀(jì)物理學(xué)面貌的論文：1.光的量子說（解釋光電效應(yīng)）2.布朗運(yùn)動（證明分子的存在）3.狹義相對論（修正了牛頓力學(xué)）4.質(zhì)能互換律（E=mc2）1916年，愛因斯坦發(fā)表了廣義相對論基礎(chǔ)，最具創(chuàng)見也是最偉大的貢獻(xiàn)：5.廣義相對論（取代了牛頓的萬有引力理論）1905

神奇的一年第十九頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三愛因斯坦1905年提出的相對論，后來稱作狹義相對論，以光速永不改變、相對性原則來推論，得到“時(shí)間”會因速度快慢而改變的結(jié)論。

什么是狹義相對論？第二十頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三什么是廣義相對論？廣義相對論是新的萬有引力概念廣義相對論的重要結(jié)論是，加速運(yùn)動與引力場的運(yùn)動是等價(jià)的，要區(qū)別是由慣性力或者引力所產(chǎn)生的運(yùn)動是不可能的。對此，愛因斯坦作了一個(gè)比喻。假想有一個(gè)人乘摩天樓的電梯自由降落，人不會感到自己在下降，因?yàn)檫@時(shí)電梯和人都依照重力加速度定律在下降，彷佛在電梯里不存在地球引力。

第二十一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三●相對論和經(jīng)典力學(xué)有何關(guān)系？1.相對論否定了經(jīng)典力學(xué)的絕對時(shí)空觀；2.相對論發(fā)展了牛頓力學(xué)，牛頓力學(xué)是相對論力學(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。第二十二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三很抱歉推翻了您的理論

愛因斯坦曾說道：“牛頓先生，很抱歉推翻了您的理論，不過您的成就是您那個(gè)時(shí)代一個(gè)人的智力和創(chuàng)造力所能達(dá)到的巔峰。但是，當(dāng)我們對宇宙萬物有了更深入的了解以后，這些觀念將會被一些更抽象的新觀念所取代。”也許將來某一天，會有一位少不更事的科學(xué)家說道：“愛因斯坦先生，很抱歉推翻了您的理論，不過您的成就是您那個(gè)時(shí)代一個(gè)人的智力和創(chuàng)造力所能達(dá)到的巔峰……”第二十三頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三

由于相對論的觀點(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。

1921年愛因斯坦獲得了諾貝爾獎(jiǎng)，當(dāng)時(shí)不少德國的諾貝爾獎(jiǎng)獲得者威脅說，如果給相對論授獎(jiǎng)，他們就要退回已獲得的獎(jiǎng)?wù)拢Y(jié)果評選委員會只好讓愛因斯坦作為光電效應(yīng)理論的建立者得獎(jiǎng)，相對論始終沒有獲得諾貝爾獎(jiǎng)。但相對論在物理學(xué)上卻非常合理且為實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。第二十四頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三愛因斯坦根據(jù)相對論的觀點(diǎn)提出質(zhì)能轉(zhuǎn)換理論后，曾致信美國總統(tǒng)羅斯福，建議美國研制原子彈，以便在二戰(zhàn)中盡快戰(zhàn)勝法西斯國家。1945年8月，美國先后在日本的廣島、長畸投下兩顆原子彈，加速了日本法西斯的投降，但對無辜平民的傷害也同樣令全世界震驚。第二十五頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三當(dāng)原子彈真的從潘多拉魔盒里跳出來后，愛因斯坦陷入了巨大的后悔與痛苦之中，自認(rèn)一生最大錯(cuò)誤就是建議研制原子彈。他痛心地說，“早知如此，我寧可當(dāng)個(gè)修表匠！”愛因斯坦就核武器問題的懊悔，代表了人類良知的高度，是人類良心發(fā)出的最強(qiáng)音。聽愛因斯坦的自責(zé)之聲，我們明白人類良知之寶貴.第二十六頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三

1955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(jì)念碑?；鸹瘯r(shí)按照他的書面遺囑：免除所有花卉布置以及音樂典禮。骨灰撒在永遠(yuǎn)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(gè)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)。（1879-1955）第二十七頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三3.意義：①是物理學(xué)領(lǐng)域的一次重大革命②否定了經(jīng)典力學(xué)的絕對時(shí)空觀，深刻地揭示了時(shí)間和空間的本質(zhì)屬性③發(fā)展了牛頓力學(xué)將其概括在相對論力學(xué)之中④推動物理學(xué)發(fā)展到一個(gè)新高度第二十八頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三①19C末-20C初,人們對物質(zhì)的認(rèn)識深入到原子內(nèi)部②微觀的粒子運(yùn)動不能用經(jīng)典力學(xué)來解釋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20世紀(jì)30年代，量子力學(xué)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(rèn)識取得革命性進(jìn)步②與相對論一起,構(gòu)成現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)1900,德國物理學(xué)家普朗克第二十九頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三量子力學(xué)極大地促進(jìn)了原子物理、固體物理、原子核物理等學(xué)科的發(fā)展；·同時(shí)，標(biāo)志著人類對于客觀規(guī)律的認(rèn)識，開始從宏觀世界深入到微觀世界。量子力學(xué)和狹義相對論結(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)。第三十頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三物理學(xué)發(fā)展的過程經(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。相對論：否定了經(jīng)典力學(xué)的絕對時(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)，將其概括在子相對論力學(xué)中，推動物理學(xué)發(fā)展到新高度。量子論：使人類對微觀世界的認(rèn)識有了革命性的進(jìn)步。兩者構(gòu)成了現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)。第三十一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期三1、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)資本主義的推動隨