物理學的重大進展3

——物理學（經(jīng)典力學、相對論、量子論）——生物學（進化論）——三次科技革命的發(fā)明創(chuàng)造（蒸汽機、電力、計算機）第四單元近代以來世界的科學發(fā)展歷程科學理論科學技術(shù)第11課物理學的重大發(fā)展第12課探索生命起源之迷第13課從蒸汽機到互聯(lián)網(wǎng)科學勃興進展輝煌轉(zhuǎn)化生產(chǎn)科技革命文藝復興思想解放----經(jīng)典力學、相對論和量子論、進化論----三次科技革命科技歷程近代科學開端的標志：

天文學革命近代科學正式形成的標志：

經(jīng)典力學體系的建立近代科學：以實驗事實為根據(jù)并具有嚴密邏輯體系和數(shù)學表述形式的科學一、經(jīng)典力學一、經(jīng)典力學的創(chuàng)立

1、近代自然科學產(chǎn)生的背景①資本主義工業(yè)和商品經(jīng)濟的發(fā)展為近代自然科學的產(chǎn)生奠定物質(zhì)基礎并成為主要動力。②新興的資產(chǎn)階級在經(jīng)濟上和政治上對自然科學的迫切需要③文藝復興、地理大發(fā)現(xiàn)和宗教改革的推動④優(yōu)秀科學家的實踐和刻苦鉆研……一、經(jīng)典力學（二）經(jīng)典力學的奠基者——伽利略（一）經(jīng)典力學體系建立的背景伽利略（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。

伽利略出生于比薩一個沒落貴族家庭。17歲進比薩大學學醫(yī)，但他對物理和數(shù)學很有興趣。他做了大量的實驗和研究工作，首次用自制的天文望遠鏡細心地觀察了天體，宣告了和哥白尼學說完全相符的結(jié)論。伽利略把他在望遠鏡中所觀察到的壯麗景象，到處宣傳，并用觀察到的事實和力學原理作了嚴密的論證，進一步維護和發(fā)展了哥白尼的體系。教會向伽利略發(fā)出多次警告，但是他無視這一警告，發(fā)表了《關于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》的巨著，從實踐和理論的高度批駁了地球中心說。伽利略的“異端”活動引起了教會的恐慌，羅馬教皇向宗教裁判所帶頭提出控訴，于是這位體弱抱病的科學家被送進了監(jiān)牢，遭到審訊，以至被終身軟禁。軟禁期間，他繼續(xù)研究物理學，寫出《關于兩門新科學的談話和數(shù)學證明》。1、伽利略的貢獻①物理學證實：外力不是維持運動狀態(tài)的原因，只是改變運動狀態(tài)的原因

亞里士多德的力學觀：他認為必須有力作用在物體上，物體才會運動，沒有力的作用，物體就會靜止。（即外力是維持運動狀態(tài)的原因）如：“推箱子”的例子

亞里士多德，古希臘著名的哲學家、科學家和教育家，

古希臘最博學的人。1、伽利略的貢獻①物理學證實：外力不是維持運動狀態(tài)的原因，只是改變運動狀態(tài)的原因發(fā)現(xiàn)了自由落體定律亞里士多德認為：物體“落體的速度與重量成正比”

據(jù)說伽利略曾在意大利比薩斜塔上作過自由落體的實驗。結(jié)果兩個重量相差10倍的球同時落地，從而證明了亞里士多德的觀點是錯誤的。1、伽利略的貢獻①物理學證實：外力不是維持運動狀態(tài)的原因，只是改變運動狀態(tài)的原因發(fā)現(xiàn)了自由落體定律②天文學用自制的望遠鏡發(fā)現(xiàn)了許多肉眼看不見的星體證明了哥白尼“日心說”的正確性地心說中世紀時，基督教會宣揚的宇宙觀是宇宙是一個封閉的大盒子或大帳篷，天是盒（篷）蓋，地是盒（篷）底，圣地耶路撒冷居盒（篷）底的中央，日月星辰懸掛在蓋上，此即所謂的“宇宙帳篷說”。后來，亞里士多德和托勒密所提出的希臘宇宙體系逐漸深入人心，托馬斯·阿奎那將亞里士多德理論融入基督教神學之后，地心理論即獲得了正統(tǒng)地位。地球居宇宙中心的思想被賦予了宗教意義，人類及其居住的地球被置于上帝的懷抱之中，沐浴著上帝的光輝，并被圣恩所籠罩。上帝位處宇宙的最外層，推動著宇宙的運行，注視著人類的一舉一動。提出日心說，否定亞里士多德的地心說，掀起天文學的革命，從根本上動搖了宗教神學的理論基礎。信奉“日心說”的布魯諾(1548--1600)被教會以火刑處死。哥白尼（1473--1543）

1609年，伽利略創(chuàng)制了天文望遠鏡。他觀測到月球表面凹凸不平，并繪制了第一幅月面圖。伽利略的折射式望遠鏡伽利略的手稿由于宣傳哥白尼學說，1616年，宗教裁判所責令伽利略保持沉默。《關于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》被認為違反禁令。伽利略被召到羅馬，囚禁—缺席審判—苦刑恐嚇—當眾跪著懺悔—終身監(jiān)禁，他的書也被列為禁書。

1642年，在貧病交加中逝世，享年78歲。1983年，羅馬教廷正式承認，350年前宗教裁判所的審判是錯誤的?！案鐐惒及l(fā)現(xiàn)了新大陸，

伽利略發(fā)現(xiàn)了新宇宙”伽利略受審2、主要意義（1）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。（2）為后來經(jīng)典力學的創(chuàng)立和發(fā)展奠定了基礎。伽利略被稱為“近代科學之父”一、經(jīng)典力學（二）經(jīng)典力學的奠基者——伽利略（一）經(jīng)典力學體系建立的背景（三）經(jīng)典力學的建立者——牛頓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）牛頓是生活在地球上的影響最大的科學家之一。他是遺腹子，生于伽利略逝世的那一天。牛頓的背景為天才如何能在逆境中出人頭地提供了一個客觀范例。牛頓少年時代即表現(xiàn)出手工制作精巧機械的才能。雖然他是個聰明伶俐的孩子，但并未引起他的老師們的注意。他在學校的成績不好，他體弱多病，性格靦腆。學習成績是班上倒數(shù)幾名，還經(jīng)常受頑皮學生的欺侮。直到有一次跟同學打架。據(jù)說那個男孩在牛頓的肚于上踹了一腳，于是牛頓把他狠狠地揍了一頓，并把他的鼻于摁在教堂的墻上蹭來蹭去。從此之后，牛頓便開始在班里嶄露頭角，尤其在制作模型上表現(xiàn)出心靈手巧.成年時，母親令其退學，因為希望兒子成為一名出色的農(nóng)夫。十分幸運的是他的主要天賦不滿足于他在農(nóng)業(yè)方面發(fā)揮。他被證明不是一個好農(nóng)夫，干活漫不經(jīng)心，而且脾氣急躁。于是他又被送回學校，18歲那年他進入了劍橋大學，極快地通曉了當時已知的自然與數(shù)學知識，之后轉(zhuǎn)入個人的專門研究。

1、牛頓的貢獻1687年，出版了《自然哲學的數(shù)學原理》一書，提出物體運動的三大定律和萬有引力定律。而三大定律和萬有引力定律標志著形成了一個以實驗為基礎，以數(shù)學為表達形式的牛頓力學體系，即經(jīng)典力學體系。（1）力學方面：經(jīng)典力學的特征：1.注重實驗

2.數(shù)學化

（2）在光學方面，牛頓發(fā)現(xiàn)了日光是由不同的顏色即不同波長的光構(gòu)成的，奠定了光譜分析的基礎，制作了牛頓色盤。他在1704年出版了《光學》一書，創(chuàng)立了光的“微粒說”。

（3）在數(shù)學方面，他與萊布尼茲幾乎同時創(chuàng)立了微積分學。（4）在天文學領域，他在1671年創(chuàng)制了反射望遠鏡。我不知道世人對我是怎樣看的，不過我只覺得自己好像是一個在海濱玩耍的孩子，有幸拾到光滑美麗的石子，但真理的大海，我還沒有發(fā)現(xiàn)。我所以有這樣的成就，是因為我站在巨人們的肩膀上的緣故。

——牛頓海王星和冥王星的發(fā)現(xiàn)2、經(jīng)典力學的影響①對解釋和預見物理現(xiàn)象有決定性意義（發(fā)現(xiàn)了海王星、冥王星）②實現(xiàn)了自然科學的第一次理論性大綜合；標志著近代科學的正式形成③牛頓力學和熱學引發(fā)了第一次技術(shù)革命，使人類進入蒸汽時代④用數(shù)學方法精確描述宇宙運行的自然法則，為法國啟蒙思想和唯物主義哲學奠定了科學基礎

“牛頓的發(fā)現(xiàn)，給人類帶來從未有過的自信。曾經(jīng)匍匐在上帝腳下的人類，終于大膽地抬起頭來，開始用自己理性的眼光打量世界?！薄洞髧绕稹?/p>

牛頓力學體系是人類認識史上對自然規(guī)律的第一次理論概括和綜合，把神從無生命領域驅(qū)逐出去，使科學擺脫神學的束縛，引起人類認識史上的飛躍。練習1．他的墓志銘上寫著這樣的話：他以超乎尋常人的智力，用他所發(fā)明的數(shù)學方式，第一個證明了“行星的運動和圖像，彗星的軌道和大海的潮汐……”。此人可能是：A．哥白尼B．牛頓C．達爾文D．普朗克B2．伏爾泰認為：“如果全部自然界，一切行星，都要服從永恒的規(guī)律，而有一個小動物，五尺來高，卻可以不把這些定律放在眼中，完全任意地為所欲為，那就太奇怪了。”伏爾泰所說的“永恒定律”是指A．伏爾泰提倡的自然權(quán)利說B．愛因斯坦的相對論C．牛頓的萬有引力定律D．達爾文的進化論C3．“牛頓的發(fā)現(xiàn)，給人類帶來從未有過的自信。曾經(jīng)匍匐在上帝腳下的人類，終于大膽地抬起頭來，開始用自己理性的眼光打量世界?！保欢_爾文被當時的支持者稱為“生物學領域的牛頓”。這說明二者的學說都①成為了宗教改革的指導思想②否定了基督教神學的權(quán)威③促進了人類的思想解放④反映了工業(yè)資產(chǎn)階級的要求A．①②B．②③C．①③D．②④B二、相對論經(jīng)典力學的適用范圍

1.只適用于宏觀物體（宏觀世界）的運動;2.只適用于低速運動的物質(zhì)，是絕對的時空論。一、相對論的創(chuàng)立（一）相對論創(chuàng)立的背景（1）經(jīng)典力學體系建立在日常生活中常見的低速運動的物質(zhì)之上，認為時間和空間是絕對的，兩者是沒有任何直接聯(lián)系的。(2)19世紀科學得到了飛速發(fā)展，物理學研究深入到物質(zhì)內(nèi)部的微觀世界，另一方面擴展到整個宇宙。物理學研究中遇到了一些經(jīng)典力學無法解釋的新問題。正當此時，物理學界連續(xù)發(fā)生了三個重大事件，這就是X射線、放射性和電子的發(fā)現(xiàn)。這三大發(fā)現(xiàn)以實驗事實使得原子不可分、不變化的傳統(tǒng)觀念發(fā)生了動搖。物理學家們曾認為的似乎已經(jīng)基本上完成了的經(jīng)典物理學體系，從根本上出現(xiàn)了動搖，這就是所謂的“物理學危機”。19世紀的理論物理學達到了巔峰狀態(tài)。在人們的心目中，經(jīng)典物理學已經(jīng)達到了近乎完美的程度。物理學危機一、相對論的創(chuàng)立（一）相對論創(chuàng)立的背景（一）相對論的創(chuàng)立者——愛因斯坦艾伯特·愛因斯坦（1879—1955），1879年3月14日誕生在德國烏爾姆的一個猶太人家中。1894年舉家遷居意大利米蘭。1900年畢業(yè)于瑞士蘇黎世工業(yè)大學。名人傳記而且，就是這樣一位光彩奪目的人物，在整個中小學時代卻常常被斥為“生性孤僻、智力遲鈍”，“不守紀律、心不在焉。想入非非”。中學畢業(yè)前夕，校方甚至斷言他未來將“一事無成”，勒令他退了學。16歲那年，他以同等學歷報考大學，盡管物理。數(shù)學成績很好，但由于需要死記硬背的科目考砸了鍋，只得名落孫山。第二年進入大學后，他仍然不愿意強迫自己去適應那種被動的、刻板的、純粹按部就班的學習生活，他擅自“刷掉了”很多課程，只以“極大的興趣”去聽某些課和在家里自學。和牛頓一樣，愛因斯坦年幼時也未顯出智力超群，相反，到了四歲多還不會說話，家里人甚至擔心他是個低能兒。

在四年大學生活中，他仍然不是“好學生”：曾被數(shù)學教授稱為“懶狗”，曾因做實驗出事故受到處分，還曾被物理教授認為不適宜學物理而應當改行。大學畢業(yè)時幾位同窗好友都留校當了助教，他卻因得不到教授們的賞識而遭到了“畢業(yè)即失業(yè)”的命運。這種種親身經(jīng)歷，使愛因斯坦對教育的總體印象一直不佳。正因為如此，成名后的愛因斯坦通過自身的體驗和長期的觀察，形成了一種與眾不同的教育觀點。

“知識是死的；而學校卻要為活人服務?！边@是愛因斯坦對于學校教育的基本看法。他反對把學校僅僅看做是傳授知識的工具，更反對把學生“當作死的工具來對待”。他認為：“學校的目的始終應當是：青年人在離開學校時，是作為一個和諧的人，而不是作為一個專家?！?/p>

愛因斯坦被認為是最富于創(chuàng)造力的科學家，他不但創(chuàng)立了相對論，還提出了光量子的概念，得出了光電效應的基本定律，并揭示了光的波粒二重性本質(zhì)，為量子力學的建立奠定了基礎。為此榮獲1921年度的諾貝爾物理學獎。同時，他還證明了熱的分子運動論，提出了測定分子大小的新方法。在２０世紀思想家的畫廊中，愛因斯坦，就是公正、善良、真理的化身。他的品格與天地日月相爭輝，他的科學貢獻，人類將萬世景仰。

1955年

4月18日因主動脈瘤破裂逝世于普林斯頓。遵照他的遺囑，不發(fā)訃造，不舉行公開葬禮，不建墳墓，不立紀念碑?；鸹瘯r按照他的書面遺囑：免除所有花卉布置以及所有音樂典禮。骨灰撒在永遠對人保密的地方，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)。

他的主治醫(yī)生賀維博士認為如此偉大的大腦，應該進行研究，所以他便把愛因斯坦的大腦保留了下來，并切成200片帶走。但至今沒有結(jié)論。

狹義相對論廣義相對論相對論狹義相對論討論的是勻速直線運動的參照系（慣性參照系）之間的物理定律。

認為時間和空間隨著物質(zhì)運動速度的變化而變化，會發(fā)生尺縮效應和鐘慢效應；質(zhì)量會隨著物體運動速度增大而增大。廣義相對論則推廣到具有加速度的參照系中（非慣性系）。

認為空間和時間的性質(zhì)不僅取決于物質(zhì)的運動情況，也取決于物質(zhì)本身的分布狀態(tài)。相對論的內(nèi)容經(jīng)典力學狹義相對論廣義相對論影響：否定了經(jīng)典力學的絕對時空觀，彌補了經(jīng)典力學在宏觀物體高速運動研究的不足。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。這件事對你有何啟示？不要被常識和日常經(jīng)驗所蒙蔽，常識并不一定總是正確的。笑話有一次卓別林和愛因斯坦共同出席一次宴會都受到了熱鬧歡迎，卓別林說：大家歡迎我是因為他們都能理解我，大家歡迎你是因為他們都不理解你。說明了相對論深奧難懂，而且有悖于人們的日常生活。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。（1）對物理學：一次重大革命；相對論否定了經(jīng)典力學的絕對時空觀，也發(fā)展了牛頓力學（2）對人類思想：相對論打破了絕對化的思維模式，為人們提供了辨證地看待世界的途徑

相對論創(chuàng)立的意義

相對論打破了牛頓以來傳統(tǒng)的絕對時空觀，但并非全盤否定牛頓力學。牛頓力學反映的是宏觀物體低速運動的客觀規(guī)律，而狹義相對論反映的是物體高速運動的客觀規(guī)律，是對牛頓力學的繼承和發(fā)展。牛頓力學是相對論的一種特例（物體低速運動狀態(tài)），包括在相對論體系中。相對論和經(jīng)典力學的關系三、量子論三、量子論的誕生與發(fā)展（1）19世紀末20世紀初，電子和放射線的發(fā)現(xiàn)，打開了原子的大門，人們對物質(zhì)的認識深入到了原子內(nèi)部。（2）大量的實驗表明，微觀的粒子運動不能用經(jīng)典力學的理論來說明。1.量子論誕生的背景：三、量子論的誕生與發(fā)展1.量子論誕生的背景：2.量子論的誕生

——普朗克普朗克（1858—1947）生于德國基爾。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。普朗克家是德國人所具有的最好品質(zhì)的范例：誠懇，忠于職守。對話19世紀經(jīng)典物理學達到巔峰狀態(tài)，在人們心目中，經(jīng)典物理學已經(jīng)達到近乎完美的程度。這時，年輕的普朗克和他的老師發(fā)生了一段對話：普朗克：“老師，我準備把我的一生都獻給物理理論學！”老師：“年輕人，物理學是一門已經(jīng)完成了的學科，不會再有多大的發(fā)展，把一生都獻給這門學科，太可惜了。”

1900年普朗克提出量子假說，他認為，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。這一假說宣告了量子論的誕生。

量子論的誕生3.量子論的發(fā)展（1）愛因斯坦利用量子理論成功地解釋了光電效應，進一步推動了量子論的發(fā)展。（2）丹麥物理學家玻爾在此基礎上提出了有關原子的量子理論。（3）20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.量子論誕生的背景2.量子論的誕生——普朗克4.量子論和相對論出現(xiàn)的意義：（3）量子論和相對論的提出，不僅推動了物理學的進步，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。（1）量子論使人類對客觀世界的認識開始從宏觀世界深入到微觀世界，成為20世紀最深刻、最有成就的科學理論之一。（2）量子論和相對論構(gòu)成了現(xiàn)代物理學的基礎，彌補了經(jīng)典力學的不足。量子力學和狹義相對論結(jié)合形成原子核物理學，愛因斯坦于20世紀初提出質(zhì)量能量公式E=MC2，為核能的開發(fā)提供了依據(jù)。有高度社會責任感的人

1939年8月2日，愛因斯坦寫信給羅斯福總統(tǒng)，建議美國務必搶在德國之前制造出原子彈；后來，當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，自認一生最大錯誤就是建議研制原子彈。他痛心地說，“早知如此，我寧可當個修表匠！”廣島核爆大亞灣核電站嫦娥二號太陽能薄膜電池

“要使科學造福人類，而不成為禍害”

—愛因斯坦小結(jié)：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）懷疑（背景）16-19世紀近代物理學探索（成就）進步（影響）19-20世紀初現(xiàn)代物理學第11課物理學的重大進展經(jīng)典力學體系自然科學思想認識社會發(fā)展相對論和量子論對經(jīng)典力學體系的懷疑自然科學思想認識經(jīng)濟發(fā)展對中世紀世界觀的懷疑敢于質(zhì)疑，勇于創(chuàng)新，實踐出真知“沒有能獨立思考和獨立判斷的有創(chuàng)造性的個人，社會的向上發(fā)展是不可想象的?！?/p>

——愛因斯坦課堂練習：1、愛因斯坦相對論的提出是物理學領域的一場重大革命，主要是因為①否定了經(jīng)典力學的絕對時空觀②揭示了時間、空間并非絕對不變的本質(zhì)屬性③打破了經(jīng)典力學體系的局限性④使人類對客觀世界的認識開始從宏觀世界深入到微觀世界

A、①②③B、②③④C、①③④D、①②④

2、現(xiàn)代物理學的基礎是

A、牛頓力學B、相對論

C、量子假說D、量子論、相對論

3、海王星的發(fā)現(xiàn)是根據(jù)

A、哥白尼日心說的推算

B、牛頓理論的推測

C、法拉第演說計算

D、愛因斯坦對時間、空間屬性的揭示

4、經(jīng)典力學與中世紀的自然觀和方法論相比，最顯著的特征是①注重實驗②數(shù)學化③體現(xiàn)微觀世界④經(jīng)驗法

A.①②B