必修三專題七.1《近代物理學的奠基人和革命者》

專題七近代以來科學技術的輝煌涉及的主要理論問題●科學、技術創(chuàng)新與尊重權威的關系;●科學與哲學、宗教的關系;●科學技術是生產(chǎn)力以及科學改變?nèi)祟惖拿\等。學習思考

為什么15世紀下半葉以后西方的科學技術取得了輝煌的成就？（1）

等思想解放運動的影響；（2）

的產(chǎn)生、發(fā)展提供了物質基礎；（3）

勇于探索的精神。文藝復興、宗教改革資本主義科學家一、近代物理學的奠基人和革命者

[課標要求]

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。知道相對論、量子論的主要內(nèi)容，認識其意義。一、認識史上的飛躍

——經(jīng)典力學體系的建立1．經(jīng)典力學的奠基者——意大利科學家伽利略2．經(jīng)典力學的創(chuàng)立者——英國科學家牛頓的發(fā)展他開創(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“

之父”。他第一個把

對準天空進行觀測，出版了《星空使者》一書。1632年，他出版了《關于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》，把

的學說推到了最終勝利的階段。近代科學望遠鏡哥白尼1．經(jīng)典力學的奠基者——意大利科學家伽利略伽利略開創(chuàng)科學的研究方法，得出自由落體定律，對亞里士多德力學觀的否定。亞里士多德的力學觀：必須有力作用在物體上，物體才能運動，沒有力的作用，物體就會靜止。

伽利略通過觀察、實驗和推理，得出結論：如果運動物體不受阻礙，它將速度保持不變地持續(xù)運動下去。斜面實驗意大利的比薩斜塔（1）創(chuàng)立標志：總結了牛頓力學體系以及在數(shù)學、天文學方面的研究成果。（1642—1727）牛頓出生于英國的林肯郡，曾經(jīng)長期擔任英國皇家學會會長，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。2、經(jīng)典力學的創(chuàng)立者——英國科學家牛頓的發(fā)展（17世紀末）《自然哲學的數(shù)學原理》出版慣性定律加速度定律作用和反作用定律萬有引力定律牛頓運動的三定律（物體低速運動、力學基礎、物理學重要支柱）經(jīng)典力學體系（2）經(jīng)典力學體系的主要內(nèi)容剛從劍橋拿到學士學位的23歲的牛頓

（3）經(jīng)典力學體系的歷史地位①理論：正確地反映了宏觀物體

運動的客觀規(guī)律，對自然界的力學現(xiàn)象做出了系統(tǒng)、合理的說明，從而完成了人類對自然界認識史上的

大綜合。②影響：標志著

的形成；使科學擺脫了

的束縛向前發(fā)展；使

和

在理論了達到…，同時…；推動了

的興起和發(fā)展。③實踐：據(jù)

定律，人們準確地算出地球的平均密度和扁平率；正確地解釋了潮汐的成因；還發(fā)現(xiàn)了海王星。第一次理論近代科學神學啟蒙運動萬有引力低速力學天文學對地球認識的變化海王星王和冥星的發(fā)現(xiàn)

牛頓撿到了哪些“光滑的石子”和“美麗的貝殼”？

“我好像是一個在海邊玩耍的孩子，不時為拾到比通常更光滑的石子或更美麗的貝殼而歡欣鼓舞，而展現(xiàn)在我面前的是完全未探明的真理之海?！?/p>

——牛頓臨終遺言共同探究之一13牛頓的成就與前人研究成果的關系

“巨人肩上的思索”

牛頓曾謙遜地說：“如果我比別人看得遠些，那是因為我站在巨人們的肩上?！?/p>

近代科學在否定中發(fā)展，在繼承中發(fā)展，在綜合中發(fā)展

質疑與思考：經(jīng)典力學體系是最完美的物理學理論嗎？19世紀末，面對經(jīng)典物理學近乎完美的發(fā)展，有的物理學家表示：“19世紀已經(jīng)將物理大廈全部建成，今后物理學家只是修飾和完美這座大廈。”

高速運動的微觀粒子發(fā)生的現(xiàn)象，是經(jīng)典力學無法解釋的！（二）驅走烏云的太陽

——量子理論的誕生和發(fā)展1．量子理論的誕生

奧地利物理學家

對黑體的研究成果（19世紀末）。

1900年，德國物理學家

提出了

概念。并在《關于正常光譜能量分布定律的理論》中，闡述了這一思想，標志著量子理論的誕生。（1）基礎：（2）誕生：

斯蒂芬普朗克量子

普朗克，生于基爾。1879年普朗克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。他的父親是一位杰出的法律教授。普朗克是德國人所具有的最好品質的范例：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)藝術才干；另一項業(yè)余愛好是他一直堅持到晚年的登山運動。

2．量子理論的發(fā)展（1）1905年德國愛因斯坦：將量子理論推廣到光學中，成功解釋了

，得出光具有波粒二象性的結論。（2）1923年法國德布羅意：提出

理論。（3）20世紀20年代，奧地利、德國的物理學家建立了

。光電效應物質波量子力學3．量子論和量子力學的意義（1）量子力學標志著人類對客觀規(guī)律的認識，開始從

世界深入到

世界。（2）量子理論讓人們從

改變了近代物理學中的傳統(tǒng)觀念，使物理學乃至整個

的觀念都發(fā)生了重大變革。宏觀微觀根本上自然科學（三）愛因斯坦的“時空”

（相對論的建立）1．狹義相對論2．廣義相對論3．相對論建立的意義狹義相對論發(fā)表100周年，也許全世界只有幾十個人能完全理解他的真諦，但這并不能掩蓋相對論對人類生活的巨大改變。

關于相對論，有人說：這個形式簡潔優(yōu)美的理論蘊藏了太多令人驚訝的內(nèi)容，100年來，人們時時從中悟出宇宙層出不窮的奧秘，直到今天，這里還有很多內(nèi)容沒有被我們悟透?！@個“優(yōu)美的理論”包含了哪些主要內(nèi)容呢？讓我們一起來領略相對論的奧妙。

1．狹義相對論（1）提出：（2）內(nèi)容：（3）認識：

1905年，愛因斯坦發(fā)表《論動體的電動力學》，創(chuàng)立狹義相對論。

基礎：相對性原理和光速不變原理；核心：時間和空間都與物質的運動有關，隨著物質運動速度的變化而變化。（E=mc2）

否認了牛頓力學（或經(jīng)典力學）的絕對時空觀點，是對牛頓力學的繼承和發(fā)展?！疤焐戏揭蝗眨碎g已一年”

乘坐“光子火箭”的星際旅行

乘坐“光子火箭”以光速作星際旅行，回到地球時，我們會發(fā)現(xiàn)什么變化？有人在上課的時候覺得時間過得慢，而上網(wǎng)的時候覺得時間過得快，這就是相對論

這個故事形象地說明了時間和空間的相對性。

愛因斯坦關于相對論的比喻。

為了對這一深奧的理論做通俗的說明，愛因斯坦曾經(jīng)風趣地對一名男青年說：“我打個比方，比如你屁股坐在火爐上烤和坐在公園柳蔭下與女士談情說愛，那么，同樣的時間你覺得哪一個更長？”男青年說：“當然坐在火爐上烤的時間覺得長久?！睈垡蛩固拐f：“這就是我的相對論內(nèi)容?！?．廣義相對論（1）提出：（2）內(nèi)容：（3）認識：1916年，愛因斯坦把狹義相對論推廣到

運動的參考系中，建立了廣義相對論。①物質存在的現(xiàn)實空間不是平坦的，而是

的；空間彎曲的程度體現(xiàn)為引力場強度；②時間、空間不是

的實在，它們是物質存在的形式。

它第一次闡述了

時空和物質的分布相聯(lián)系的重要思想。加速彎曲獨立四維什么是廣義相對論？廣義相對論是新的萬有引力概念

愛因斯坦闡述“萬有引力”的本質是導因于物質的分布而彎曲了鄰近的時間─空間幾何結構，從而導出比牛頓萬有引力定律更精確的理論，得到彎曲的四維時空觀念，牛頓的萬有引力理論成了廣義相對論中的一個特例。廣義相對論的重要結論是，加速運動與引力場的運動是等價的，要區(qū)別是由慣性力或者引力所產(chǎn)生的運動是不可能的。對此，愛因斯坦作了一個的比喻。假想有一個人乘摩天樓的電梯自由降落，人不會感到自己在下降，因為這時電梯和人都依照重力加速度定律在下降，仿佛在電梯里不存在地球引力。愛因斯坦的“時空彎曲”概念3．相對論建立的意義（1）愛因斯坦相對論的建立，是對近代物理學理論框架的重大突破：時、空的可變性，而其變化與其結構同物質的運動和狀態(tài)密不可分。（2）這種全新的時空觀、運動觀和物質觀的形成，是人類思想發(fā)展史中的一次根本性變革（改變了人們認識世界的角度和方式），對整個自然科學和哲學