第11课 物理学的重大进展 (曾)ppt课件.ppt

单元线索1.物理学领域的重大进展；2.生物学关于人类生命的起源3.三次科技革命的成果及对社会发展的影响。,第四单元近代以来世界的科学发展历程,科学指运用范畴、定理、定律等思维形式反映现实世界各种现象的本质和规律的知识体系。技术泛指根据生产实践经验和自然科学原理而发展成的各种工艺操作方法与技能。,【课程标准】 了解经典力学的主要内容，认识其在近代自然科学理论发展中的历史地位。知道相对论、量子论的主要内容，认识其意义。,探究：他们分别是什么人？有什么贡献？,第11课 物理学的重大进展,伽利略 牛顿 爱因斯坦 普朗克,预习提纲,1.经典力学形成的背景原因有哪些？,2.伽利略对近代自然科学的贡献有哪些？,3.经典力学形成的标志是什么？它产生了什么影响？,4.相对论产生于何时？内容有哪些？产生了什么影响？,5.谁于何时提出了量子论？它的意义是什么？,6.量子论和相对论的出现，有什么意义？,从公元476年西罗马帝国灭亡到十五世纪中叶的中世纪，基督教神学占据统治地位，“科学只是教会恭顺的婢女，它不得超越宗教所规定的界限。”圣经神话成为构成宇宙体系的依据。随着西欧资本主义经济的发展、文艺复兴和宗教改革运动的开展，欧洲的先哲们从怀疑教会推崇的“地心说”开始，首先在天文学领域对教会的神学世界观发起了猛烈的冲击，他们通过观察和实验，提出了许多新的理论，从而促使了近代物理学的产生和发展。请同学们想一想：近代物理学产生的原因有哪些？,(1)背景：,一. 经典力学,1.经典力学的奠基者-伽利略, 随着资本主义的发展，新兴的资产阶级在经济上和政治上对自然科学有迫切需求。 文艺复兴、地理大发现和宗教改革的推动。 科学家勇于探索的精神。,(1)背景：,一. 经典力学,1.经典力学的奠基者-伽利略,(2)成就：,天文学：,发现了自由落体定律,物理学,用自制的望远镜发现了许多肉眼看不见的星体，证明了哥白尼提出的“日心说”的正确性。,证实：外力不是维持运动状态的原因，只是改变运动状的原因,创立科学的研究方法：实验和观察。,(1)背景：,一. 经典力学,1.经典力学的奠基者-伽利略,(2)成就：,(3)意义：,开创了以实验事实为根据的并具有严密逻辑的近代科学，为后来经典力学的创立和发展奠定了基础。,被誉为“近代科学之父”,你知道牛顿捡到了哪些“光滑的石子”和“美丽的贝壳”？,我好像是一个在海边玩耍的孩子，不时为拾到比通常更光滑的石子或更美丽的贝壳而欢欣鼓舞，而展现在我面前的是完全未探明的真理之海。 牛顿,2、经典力学的创立者牛顿（1）重要贡献,数学：二项式定理，微积分光学：发现太阳光的光谱，微粒说天文学：发明反射式望远镜等力学：自然哲学的数学原理 物体运动三大定律；万有引力定律 形成经典力学体系,牛顿第一定律（惯性定律）：每个物体继续保持其静止或沿一直线作等速运动状态，除非有力加于其上迫使它改变这种状态牛顿第二定律（加速度定律）：运动的改变和所加的动力成正比，并且发生在所加力的那个直线方向上牛顿第三定律（作用与反作用定律）：每一个作用总有一个相等的反作用和它相对抗万有引力定律：任何物体都有吸引力，两个物体之间吸引力的大小，与它们的质量的乘积成正比，而与它们中心之间的距离的平方成反比，并作用于两个物体的连线方向上,2.牛顿及其创立的经典力学体系,第一件，用牛顿力学算出地球的形状象只桔子。 古希腊的亚里斯多德认为地球是个正球体，两千年来人们对此深信不疑。牛顿却根据他的力学，说地球是个扁球体，象只大桔子。此言一出，学界哗然。地球那么大，牛顿又从不出远门，他凭什么说地球有点扁？可是法国科学家经过三次实地测量，终于证实了牛顿的看法。用力学能算出地球的形状，真是个奇迹。,历史上证实牛顿力学的三件事,第二件，用牛顿力学算出了哈雷彗星回归周期 长期以来到，人们一直认为彗星是神秘的，根本不能用科学来说明。牛顿说，既然彗星也是天体，就必然遵循力学规律。他的好友哈雷用牛顿力学算出了1682年出现的彗星的轨道，指出它的回归周期是7576年，由此预言它将在1758年再次出现。哈雷1705年发表这个预言，当时他已49岁，却要预言53年以后的事，岂非耸人听闻？可是1758年这颗彗星果然如期出现，并被命名为哈雷彗星。,1781年天王星被发现，科学家用牛顿力学计算它的轨道，可是计算结果总是同观测纪录不大相符。经反复核算，观测无误。那问题是否出现在牛顿力学上面？,科学家大胆猜想计算结果之所以不理想，是因为太阳系中还有一颗未知的行星，我们没有考虑到它对天王星的引力作用。他们用牛顿力学算出了这颗未知行星的位置和质量。1846年9月23日，柏林天文台台长用望远镜对准那个位置，一下子就看到了一颗新的行星海王星。,第三件：用牛顿力学算出了一颗未知行星的位置,英国著名诗人亚历山大波普曾写过一首赞美牛顿的诗：自然和自然界的规律，隐藏在黑暗里。上帝说：“让牛顿去吧！”于是，一切成为光明。,三百年前，人类的思想还充斥着迷信和恐惧，水为什么往低处流？太阳为什么升起落下？这些今天看来简单之极的问题，在当时却是根本无法认识和把握的。直到牛顿出现，人类才终于结束了这种状态。大国崛起解说词,3.思考牛顿力学体系建立的意义是什么？,（1）成为近代科学形成的标志。,（2）牛顿力学和热学引发了以英国工业革命为起点的第一次技术革命，人类社会进入蒸汽时代,（3）.牛顿用数学方法精确描述宇宙运行的自然法则，为法国启蒙思想和唯物主义哲学奠定了科学基础,1727年3月20日，伟大的牛顿逝世，他被埋葬在威斯敏斯特教堂，在他的墓碑上镌刻着： 让人们欢呼这样一位多么伟大的巨匠，人类荣耀曾经因他而在世界上存在过！,质疑与思考：经典力学体系是最完美的物理学理论吗？,19世纪末，面对经典物理学近乎完美的发展，有的物理学家表示：“19世纪已经将物理大厦全部建成，今后物理学家只是修饰和完美这座大厦。”,经典物理学是以日常生活中常见的低速运动的物体为研究对象的，一旦进入光速运动时，经典物理学的某些结论就变得不准确。,在这种背景下，相对论与量子论应运而生,1、背景：19世纪，随着物理学研究的进展，经典力学无法解释研究中遇到的一些新问题，面临着挑战。,二、相对论的创立,（19世纪末，物理学界连续发生了 三个重大事件，即X射线、放射性和电子的发现。这三大发现使得原子不可分、不变化的传统观念发生了动摇。物理学家们曾认为的似乎已经基本上完成了的经典物理学体系，从根本上出现了动摇，这就是所谓的“物理学危机”。物理学的“危机”没有吓倒大多数物理学家，他们继续向前探索，于是产生了以量子论和相对论的建立为标志的物理学革命，物理学从此开辟了新的天地。）,照片里的他,故事里的他,四岁多还不会说话，家里人担心他是个低能儿。行为迟钝，他说话所用的时间比起别的孩子要多得多。,照片里的他,中小学时代常常被斥为“生性孤僻、智力迟钝”，“不守纪律、心不在焉、想入非非”。中学毕业前夕，校方甚至断言他未来将“一事无成”，勒令他退了学。16岁那年，他以同等学历报考大学，尽管物理、数学成绩很好，但由于需要死记硬背的科目考砸了锅，只得名落孙山。,故事里的他,1905年，爱因斯坦26岁，接连写下4篇改变整个20世纪物理学面貌的论文：1.光的量子说（解释光电效应）2.布朗运动（证明分子的存在）3.狭义相对论（修正了牛顿力学）4.质能互换律（E=mc2）1916年，爱因斯坦发表了广义相对论基础，最具创见也是最伟大的贡献：5.广义相对论（取代了牛顿的万有引力理论）,1905 神奇的一年,2、爱因斯坦的成就,（1）狭义相对论质量：随物体运动速度增大而增加空间：尺缩效应时间：钟慢效应,（2）广义相对论空间和时间性质不仅取决于物质运动状况，也取决于物质本身的分布状态,这个故事形象地说明了时间和空间的相对性。,爱因斯坦关于相对论的比喻： 为了对这一深奥的理论做通俗的说明，爱因斯坦曾经风趣地对一名男青年说：“我打个比方，比如你屁股坐在火炉上烤和坐在公园柳荫下与女士谈情说爱，那么，同样的时间你觉得哪一个更长？”男青年说：“当然坐在火炉上烤的时间觉得长久。”爱因斯坦说：“这就是我的相对论内容。”,笑话： 有一次卓别林和爱因斯坦共同出席一次宴会都受到了热闹的欢迎，卓别林说：大家欢迎我是因为他们都能理解我，大家欢迎你是因为他们都不理解你,说明了相对论深奥难懂，而且有悖于人们的日常生活。,狭义相对论发表100周年，也许全世界只有几十个人能完全理解他的真谛，但这并不能掩盖相对论对人类生活的巨大改变。,3、相对论建立的意义,（1）相对论的提出是物理学领域的一次重大革命。（2）否定了经典力学绝对时空观，发展了牛顿力学。（3）推动物理学发展到了新的高度。,相对论和经典力学有何关系？,1.相对论否定了经典力学的绝对时空观；2.相对论发展了牛顿力学，牛顿力学是相对论力学在低速状态下的一个特例；3.牛顿力学是整个力学的基础，牛顿所创造的概念，至今仍指导着人们的物理学思想。,一个爱说废话而不爱用功的青年，整天缠着大科学家爱因斯坦，要他公开成功的秘诀。爱因斯坦厌烦了，便写了一个公式给他：Axyz。爱因斯坦解释道：“A代表成功，x代表艰苦的劳动，y代表正确的方法” “z代表什么？”青年迫不及待地问。“代表少说废话。”爱因斯坦说。,成功的秘诀,（1）1900年，为解决 上的问题， 国普朗克提出量子假说，标志量子论的诞生。,三、量子论的诞生与发展,（2）爱因斯坦利用量子论成功解释了,（3）丹麦 提出有关原子的量子理论。,（4）20世纪 年代，量子力学建立起来,热辐射理论,德,光电效应,玻尔,30,量子论确实深奥难懂，甚至连量子论奠基人之一的玻尔都说：“如果谁不为量子论而感到困惑，那他就是没有理解量子论。”,量子论的意义,量子力学标志着人类对客观规律的认识，开始从宏观世界深入到微观世界。,（1）相对论和量子论一起构成现代物理学的基础。,相对论和量子论的意义,（2）弥补了经典力学在认识宏观世界和微观世界方面的不足，推动物理学自身的进步,（3）开阔了人们的视野，改变了人们认识世界的角度和方式,伽利略（15641642）,牛顿（16421727）,普朗克（18581947）,爱因斯坦（18791955）,现代物理学革命,经典力学体系 近代自然科学的形成,相对论,量子论,近代科学之父 实验科学,经典力学奠基者（17世纪初）,经典力学建立者（17世纪晚期）,从经典力学发展到量子论、相对论（19世纪末20世纪初）,课堂练习：,1、爱因斯坦相对论的提出是物理学领域的一场重大革命，主要是因为否定了经典力学的绝对时空观 揭示了时间、空间并非绝对不变的本质属性 打破了经典力学体系的局限性 使人类对客观世界的认识开始从宏观世界深入到微观世界A、 B、 C、 D、,2、经典力学与中世纪的自然观和方法论相比，最显著的特征是 注重实验 数学化 体现微观世界 经验法 A. B. C. D. ,3.下列物理学成就取得的先后顺序排列正确的是 落体定律 万有引力定律 狭义相对论 量子论 A. B. C. D. ,1、证明牛顿力学和万有引力定律有效性的最成功的范例是： A、自由落体实验 B、海王星的发现 C、天文望远镜的制造 D、蒸汽机的应用,