近代物理学的奠基人和革命者2010高三用.ppt

Physics,专题七 近代以来科学技术的辉煌,power,informationize,life sciences,近代科学技术的产生,分门别类,整体考察,科学实验，科学理论,直观感受，哲学思辨,两相分离,密切结合,1、时间：15世纪下半叶 2、原因： （1）经济上：西欧封建社会内部逐渐产生了资本主义的生产方式。 （2）思想上：文艺复兴使人从长期的基督教神学的束缚中解放出来。 3、古代和近代科学技术的区别,专题七：近代以来科学技术的辉煌 本专题总体知识结构,科学 革命,技术 革命,物理学 领域,生物学 领域,经典力学体系的创立和发展（从伽利略到牛顿）,量子理论的诞生（从普朗克到爱因斯坦）,相对论的建立（爱因斯坦）,进化论理论（达尔文与赫胥黎）,万能原动机与“蒸汽机时代”（瓦特）,电力的广泛应用与“电气时代”（法拉第、西门子、爱迪生等）,现代信息技术与信息时代,现代物理学理论的发展,一、近代物理学的奠基人和革命者,探究：他们分别是什么人？有什么贡献？,专题七 近代以来科学技术的辉煌,伽利略（15641642）,牛顿（16421727）,普朗克（18581947）,爱因斯坦（18791955）,物理学革命,经典力学体系近代科学的形成,相对论,量子论,近代科学之父实验科学,课标要求,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。,近现代物理学的奠基人和革命者,二、经典力学体系的创立和发展,1、经典力学的奠基者伽利略（意大利、17世纪）,一、近现代物理学的发展过程,经典力学奠基者（17世纪初）,经典力学建立者（17世纪晚期）,从经典力学发展到相对论、量子论（19世纪末20世纪初）,伽利略（意）,牛顿（英）,爱因斯坦（德） 普朗克（德）,2、经典力学的建立者牛顿（英国、17世纪末）,三、现代物理学理论的发展,1、量子理论的诞生和发展普郎克（德国、1900年）,2、相对论的建立爱因斯坦（德国、20世纪初）,背景：,受文艺复兴、宗教改革影响，科学逐渐从神学的桎梏中解放出来； 资本主义发展提供了物质基础；科学家勇于探索的精神。,1、经典力学的奠基者伽利略（意大利）,（1）伽利略的成果,A、物理方面： B、天文学方面：,（2）伽利略的贡献,突出成果创立自由落体定律,制造天文望远镜、证明哥白尼“日心说”的正确性,A、他的发现和他开始的科学研究方法，标志着物理学的真正开端. B、为经典力学的创立奠定了基础 C、开创了近代科学，被誉为“近代科学之父”。,实验,计算,亚里士多德： 力学观：必须有力作用在物体上，物体才能运动，没有力的作用，物体就会静止。,伽利略： 通过观察、实验和推理，得出结论：如果运动物体不受阻碍，它将速度保持不变地持续运动下去。 突出成就：创立自由落体定律,1590年，伽利略在比萨斜塔上做了“两个铁球同时落地”的著名实验，从此推翻了亚里士多德“物体落地下的速度和重量成比例”的学说，纠正了这个持续了1900年之久的错误结论。,1609年，伽利略创制了天文望远镜。 他观测到月球表面凹凸不平，并绘制了第一幅月面图。,伽利略的折射式望远镜,伽利略的手稿,牛顿出生于英国的林肯郡，1665年毕业于著名的剑桥大学三一学院，获得学士学位。三年后又获得文学硕士学位。牛顿曾经长期担任英国皇家学会会长，他还担任过英国议会议员，授予爵士称号。1727年，他病逝，被安葬于威斯敏斯特教堂，这是一种极高的荣誉。,（1）经典力学体系,2、经典力学的建立者牛顿,1687自然哲学的数学原理 无论从科学史还是整个人类的文明史来看这都是一本划时代的巨著。,2、经典力学的建立者牛顿（英国）,（2）牛顿经典力学体系的历史地位,牛顿（ 16421727）,牛顿力学体系对自然界的力学现象做了系统合理的说明，从而完成了人类对自然界认识史上的第一次理论大综合。,标志近代科学的形成。,具有惊人的预见性和巨大的理论指导意义,A、准确算出了地球的平均密度和扁平率； B、正确地解释了潮汐的成因； C、发现了海王星；,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,成为整个近代物理学的重要支柱,哈雷慧星轨道的推算,长期以来，人们一直认为彗星是神秘的，不吉利的灾星，根本不能用科学来说明。牛顿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。53年以后的1758年（当时哈雷已去世），这颗彗星果然如期出现。哈雷慧星的发现验证了万有引力定律的科学性。,思考：牛顿的一生有哪些重大理论发现？这些理论发现的贡献是什么？,1、数学：提出二项式定理以及微积分的初步算法 2、光学：1）用自制的折射望远镜对太阳光实验，证明日光由七色光组成，还进一步说明物体颜色的形成原理 2）1672年关于光和色的新理论提出光的本质是微粒学说。与惠更斯的“波动说”构成了关于光的两大基本理论。 3、天文学：1）用反射望远镜考察行星运动分析潮汐现象，预言地球不是正球体 2）发现万有引力定律，推动人们对天体运动研究 4、物理学：自然哲学中的数学原理提出三大运动基本定律和万有引力定律，标志牛顿力学体系建立即经典力学体系建立。,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。,牛顿获得巨大成就的原因,1、具有虚怀若谷、谦虚好学精神； 2、勇于探索的科学精神； 3、科学的研究方法； 4、甘于寂寞，献身科学的精神等； 5、吸收伽利略等前人的研究成果； 6、有利的社会环境：启蒙运动、英国资产阶级革命的洗礼,1）、背景：（简单了解一下） 19世纪末20世纪初，电子和放射性的发现，促进人们对物质的认识深入到了原子内部。 但大量的实验表明，微观粒子的运动不能用通常的宏观物体的运动规律进行描述。 这就需要人们对微观世界开展研究。,量子论和相对论是现代物理学的两大支柱，量子论的形成标志着人类对于客观规律的认识，开始从宏观世界深入到微观世界。 量子力学和狭义相对论结合形成原子核物理学，指导制造原子弹、氢弹和建立核电站。量子力学还为电子技术、半导体技术和激光技术等奠定了理论基础。,三、现代物理学理论的发展,1、量子理论的诞生和发展,普朗克，生于基尔。1879年普朗克在慕尼黑大学获得博士学位后，先后在慕尼黑大学和基尔大学任教。由于量子论创立，普朗克获得1918年诺贝尔物理学奖。他的父亲是一位杰出的法律教授。普朗克是德国人所具有的最好品质的范例：诚恳、忠于职守，他的业余爱好是音乐，在这方面表现了专业艺术才干；另一项业余爱好是他一直坚持到晚年的登山运动。,量子力学的创立者,2）过程： 3）标志： 4）发展：,斯蒂芬普朗克。,1900年关于正常光谱能量分布定律的理论。,（1）德国爱因斯坦：解释光电效应，得出光具有波粒二象性； （2）法国德布罗意：提出物质波理论； （3）奥德物理学家：建立量子力学。,影响：改变了近代物理学中的传统观念,使物理学乃至整个自然科学的观念发生了重大变革。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。,奥地利斯蒂芬：1879年发现黑体辐射的总能量与其温度之间的定量关系；,1、量子理论的诞生和发展,狭义相对论,创立,1905年爱因斯坦发表 ，创立了狭义相对论,内容：,一.是相对性原理.时间和空间都与物质运动有关;时间和空间随着物质运动速度的变化而变化,二.是光速不变原理.,影响：,打破了牛顿经典力学的绝对时空观,继承和发展了牛顿力学,奠定了利用原子能的理论基础,论动体的电动力学,如果一个人以光的速度运动，他将看到一幅什么样的世界景象呢？,质量随着速度的增加而增加，当速度接近光速时，质量趋于无穷大 ，时间停止为零。E=mc2,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。”,2、相对论的建立爱因斯坦（20世纪初）,(2)广义相对论,提出：1916年,内容：,意义：,第一次阐述了四维时空和物质的分布相联系的重要思想,A.物质存在的现实空间不是平坦的，而是弯的。 B.空间的结构取决于物质的质量及其分布情况。 C.空间弯曲的程度体现为引力场强度。,爱因斯坦相对论的意义： 是对近代物理学理论框架的重大突破，它不仅揭示了空间、时间的可变性，时空的变化和时空结构同物质的运动和状态密不可分。 这种全新的时空观、运动观和物质观的形成，是人类思想发展史中的一次根本性变革，对整个自然科学和哲学都产生了极其深远的影响。 与量子理论共同构成了现代物理学的基本理论框架。,回顾思考爱因斯坦的主要贡献？,（1）光量子假说： 1905年 爱因斯坦利用量子论成功地解释了光电效应出现的现象及光的本质，提出光具有波粒二象性的结论。进一步推动了量子论的发展。 1921年因光电效应研究获诺贝尔物理学奖。,（2）狭义相对论（1905年提出） 标志：论物体的电动力学,（ 3）广义相对论（1916年提出） 广义相对论的基础,（4）关注和平 反战宣言、呼吁和平、原子科学家公报,由于相对论的观点与人们的日常经验不太一致，甚至有着尖锐的冲突，相对论从一开始就受到包括一些科学家在内的很多人的反对。1921年爱因斯坦获得了诺贝尔奖，当时不少德国的诺贝尔奖获得者威胁说，如果给相对论授奖，他们就要退回已获得的奖章，结果评选委员会只好让爱因斯坦作为光电效应理论的建立者得奖，相对论始终没有获得诺贝尔奖。但相对论在物理学上却非常合理且为实验所证实。,想一想:上述现象说明了什么问题?给我们什么启发?,说明：象许多事物一样，科学的发展道路也并非一帆风顺，往往会遇到很多阻力。 启示：要敢于怀疑常识，勇于创新，因为即使生活中习以为常、看起来无懈可击的规律也可能是不科学的。,成功的秘诀 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。,经典力学体系的创立和发展,量子理论的诞生(从普朗克到爱因斯坦),相对论的建立（爱因斯坦）,现代物理学理论的发展,近代物理学的奠基人和革命者,伽利略是经典力学的奠基者(自由落体定律）,牛顿是经典力学的建立者（运动三定律和万有引力定律）,知识结构,近代物理学发展过程中的主要成就及意义,自由落体定律,匀速运动、匀加速运动,用自制的望远镜证明了哥白尼的“日心说”,为经典力学奠定基础,证明哥白尼的“日心说”的正确性,自然哲学的数学原理 （物体运动三大定律和万有引力定律）,运动三定律是近代物理学的重要支柱,相对性原理、光速不变原理 相对论（狭义、广义）,量子理论,爱因斯坦,近代物理学理论框架的重大突破,继承和发展了牛顿力学 构成现代物理学的基本理论框架,经典力学是近代自然科学理论体系中最先成熟和完善的核心理论体系,为什么15世纪下半叶以后西方的科学技术取得了辉煌的成就？,a.欧洲中世纪时期农业、手工业的发展，资本主义萌芽，为近代自然科学的兴起奠定了物质基础 （物质基础） b.新兴资产阶级在生产中的技术改造和要求掌握政权，对自然科学的迫切需要。（经济上和政治上） c.文艺复兴以来，崇尚科学、知识、注重实验，鼓励探索未知世界。（思想条件） d.新航路开辟，重商主义，殖民扩张，资产阶级为了满足日益扩大的市场需求，迫切需要革新科技来提高生产，征服世界。（生产经验、技术能力） e.科学家勇于探索的精神。,巩固提高,3近代科学形成的标志是（ ） A.卡尔创立解析几何 B.达尔文创立生物进化论学说 C.牛顿力学体系的建立 D.道尔顿科学的原子论的建立,1中世纪，谁的学说长期被教会奉为教条（ ） A.亚里斯多德 B.牛顿 C.爱因斯坦 D.伽利略,2创立了自由落体定律，从而推翻了亚里斯多德的学说的是（ ） A.伽利略 B.牛顿 C.爱因斯坦 D.普朗克,A,A,C,6海王星的发现是根据（ ） A.哥白尼日心说的推算 B.牛顿理论的推测 C.法拉第学说的计算 D.爱因斯坦对时间、空间属性的揭示,4实现了自然科学第一次理论性大综合的是（ ） A哈维的血液循环学说 B.法拉第的电磁感应理论 C牛顿的经典力学体系 D.爱因斯坦的相对论,5近代科学进入了全面繁荣的时代，各门自然科学的理论体系纷纷建立起来是在（ ） A. 17世纪 B. 18世纪 C. 19世纪 D.20世纪,C,B,C,9与爱因斯坦创立的理论最早有直接联系的是 （ ） A. 原子弹爆炸 B. 人造卫星上天 C.电子计算机发明 D.收音机发明,8和相对论一起构成现代物理学框架的是（ ） A.牛顿力学理论 B.万有引力理论 C. 量子理论 D.自由落体理论,7指出“物质间所存在的万有引力，是由于物质的存在和分布使时间和空间的性质不均匀而引起的”是（ ） A.牛顿力学理论 B.万有引力理论 C.广义相对论 D.狭义相对论,C,C,A,（2008上海）“月亮既不会掉下来，也不会离去，那是因为它的运动正好抵消了地球的引力。”说这句话的科学家是 A.牛顿 B.波义耳 C.拉瓦锡 D.哥白尼,链接高考,A,（2008江苏，15）一位科学家的墓碑上