第11课　物理学的重大进展.ppt

1、物理学的重大进展,第11课,判天地之美，析万物之理。庄子,对地球认识的变化,中世纪时，基督教会宣扬的宇宙观是宇宙是一个封闭的大盒子或大帐篷，天是盒（篷）盖，地是盒（篷）底，圣地耶路撒冷居盒（篷）底的 中央，日月星辰悬挂在 盖上，此即所谓的“宇 宙帐篷说”。后来，亚里 士多德和托勒密所提出 的希腊宇宙体系逐渐深 入人心，托马斯阿奎那 将亚里士多德理论融入 基督教神学之后，地心 理论即获得了正统地位。 地球居宇宙中心的思想 被赋予了宗教意义，人类及其居住的地球被置于上帝的怀抱之中，沐浴着上帝的光辉，并被圣恩所笼罩。上帝位处宇宙的最外层，推动着宇宙的运行，注视着人类的一举一动。,地心说,哥白尼提出太

2、阳中心说从根本上动摇了宗教神学的理论基础，标志着近代科学革命开始。 “从此自然科学便开始从神学中解放出来”，“科学的发展从此便大踏步前进”（恩格斯自然辩证法）,哥白尼,日心说,布鲁诺,1、新兴的资产阶级在经济上和政治上对自然科学的迫切需要；,2、自然科学自身发展的需要；,3、文艺复兴、地理大发现和宗教改革的推动。,背景,伽利略开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系和数学表述形式的近代科学，被誉为“近代科学之父”。他第一个把望远镜对准天空进行观测。1632年，他出版了关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话，把哥白尼的学说推到了最终胜利的阶段。 他的发现以及他开始的科学研究方法，标志着物理学 的真

3、正开端。,伽利略（15641642）， 伟大的意大利物理学家和天文学家。,亚里士多德 古希腊文化的集大成者,亚里士多德（约前384前322）是古希腊著名的哲学家、科学家和教育家，成为古希 腊最博学的人。亚里士多德的力学观：他认为地球上的物体运动有天然运动和受迫运动，物体的受迫运动是推动者加于被推动者的，推动者一旦停止推动，运动就会停止。如：“推箱子”的例子。,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，伽利略制成的望远镜,“哥伦布发现了新大陆，伽

4、利略发现了新宇宙。”,利用望远镜观察天体并取得大量成果的第一人,证实了哥白尼“日心说”的正确性,由于勇敢的宣传哥白尼的学说，1616年，伽利略被传唤到罗马的宗教裁判所，并被责令保持沉默。 伽利略发表两种世界观的对话一书，被教会认为违反了禁令被召到罗马囚禁受到缺席审判，遭到苦刑和恐吓，并被迫当众跪着忏悔，最后被判处终身监禁，他的书也被列为禁书。 1642年，伽利略在贫病交加中逝世，享年78岁。 1983年，罗马教廷正式承认，350年前宗教裁判所对伽利略的审判是错误的。,伽利略受审,伽利略经典力学的奠基人,突出成果1发现了自由落体定律 突出成果2证实了哥白尼日心说的正确性,1、开创了以实验事实为根

5、据并具有严密逻辑体系的近代科学；,2、为经典力学的创立和发展奠定了基础；,3、标志着近代物理学的真正开端。,意义,一、经典力学,1、背景：,文艺复兴不仅解放了人们的思想，也对科学研究产生了重要影响； 伽利略开创近代科学，为经典力学的创立和发展奠定了基础，标志着物理学的真正开始。,牛顿（1643-1727）是英国伟大的科学家。在物理学、数学、光学、天天文学等许多方面作出了卓越贡献。牛顿曾长期担任英国皇家学会会长，被授予爵士称号。1727年病逝，被安葬于威斯敏斯特教堂，这是一种极高的荣誉。,英国在1987年发行了一套纪念牛顿的 出版300周年的邮票，其中一枚是关于 定律的。,图中的苹果大家都知道是

6、万有引力的象征。苹果内的几何图是什么意思呢？,在自然哲学的数学原理中，牛顿用来证明球形天体对球外一质点的引力等效于球的全部质量集中于球心时，用了一幅几何图，这一点对于确定万有引力与距离成平方反比关系是很重要的 。 苹果加上这个图，突出表现了牛顿对万有引力理论的贡献.,经典力学中应注意的地方 1.特征 ： 1）注重实验 2）数学化 2.适用范围：只适用于宏观物体（宏观世界）的运动;只适用于物体运动的低速状态，是绝对的时空论。,物体运动三大定律,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。,长期以来，人们一直认

7、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。,哈雷彗星轨道的推算,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？法国的勒维列和英国的亚当斯坚信牛顿力学的正确，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

8、顿力学算出了这颗未知行星的位置和质量。1848年9月23日，柏林天文台台长在收到勒维列来信的当晚，用望远镜对准勒维列所指出的位置，一下子就看到了一颗新的行星海王星。勒维列无需观测星空，就在笔尖上发现了新行星。牛顿力学又创造了新的奇迹。,海王星和冥王星的发现,1、标志经典力学体系形成，标志近代科学的形成。,2、理论的威力在于预见性：海王星和冥王星的发现。,3、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。,4、与光学、电磁学等一起推动物理学发展，促进了资本主义的两次科技革命的出现。,牛顿开创经典力学,一、经典力学,2、标志：,1687年，牛顿出版自然哲学的数学原

9、理一书。,3、内容：,物体运动三大定律和万有引力定律,4、特征：,以实验为基础，以数学为表达形式,5、作用：,对解释和预见物理现象具有决定性意义。后来根据万有引力定律，人们发现了海王星。,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。,相对论建立的背景,19世纪物理学研究不断发展,经典力学无法解释高速运动微观粒子发生的现象,导致,物理学危机,从经典力学到相对论,1905年，爱因斯坦提出光子假设，成功解释了光电效应，因此获得1921年诺贝尔物理奖。1905年，创立狭义相对论。1915年创立广义相对论。爱因斯坦为核能开发奠定了理论

10、基础，在现代科学技术和他的深刻影响下与广泛应用等方面开创了现代科学新纪元，被公认为是继伽利略、牛顿以来最伟大的物理学家。,爱因斯坦 （1879年1955年） 犹太裔物理学家,相对论的两个基本原理是相对性原理和光速不变原理。在相对性原理中，爱因斯坦认为时间、运动、质量不是绝对的，而是相对的。较典型的现象是运动的物体长度变短（尺缩效应）、运动的钟比静止的钟走得慢（钟慢效应）、运动的物体重量变大。,E=mc 其中E为能量,m为物体质量,c为光速 指物体在光速运动状态下释放的能量。,乘坐“光子火箭”以光速作一日星际旅行，回到地球时，我们会发现什么变化？,“天上方一日， 人间已一年”,这个故事形象地说明

11、了 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。”,时间和空间,相对论的现实意义举例 相对论能修正GPS（全球定位系统）,全球定位系统GPS的应用也已普及化了，许多城市的公共汽车、出租车上都安,装了它。早期的GPS接收器确定物体位置的误差是在15米范围内，这个误差可以用爱因斯坦相对论来修正。,有高度社会责任感的人,1939年8月2日，爱因斯

12、坦写信给罗斯福总统，建议美国务必抢在德 国之前制造出原子弹；后来， 当原子弹真的从潘多拉魔盒 里跳出来后，爱因斯坦陷入 了巨大的后悔与痛苦之中， 自认一生最大的错误就是建 议研制原子弹呢。他痛心疾 首地说：“早知如此，我宁 可当个修表匠！”,牛顿的光辉不可抹杀,爱因斯坦说，在牛顿时代，牛顿的道路是一位具有最高思维能力和创造力的人所能发现的唯一道路；牛顿所创造的概念，至今仍然指导着我们的物理学思想。,谁企图在真理的认识领域内要人们认为他是不可动摇的权威，那他就要在上帝的哈哈大笑中垮台。,相对论是对经典力学的发展,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

13、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。,1955年 4月18日因主动脉瘤破裂逝世于普林斯顿。遵照他的遗嘱，不发讣告，不举行公开葬礼，不建坟墓，不立纪念碑。火化时按照他的书面遗嘱：免除所有花卉布置以及所有音乐典礼。骨灰撒在永远对人保密的地方，为的是不使任何地方成为圣地。遗嘱执行者用歌德悼念席勒的诗结束了那朴素的葬礼： 他的主治医生贺维博士认为如此伟大的大脑，应该进行研究，所以他便把爱因斯坦的大脑保留了下来，并切成200片带走。但至今没有结论。,我们我们

14、全都获益不浅， 全世界都感谢他的教诲； 那专属他个人的东西， 早已传遍广大人群。 他像行将陨灭的彗星， 光华四射， 把无限的光芒同他的光芒永相连结。,1905年，建立狭义相对论,1915年，创立广义相对论,1、否定了经典力学的绝对时空观，揭示了时空的可变性、时空变化的联系性；,2、将牛顿力学概括其中，推动了物理学发展到一个新的高度。,相对论的创立,相对论的影响,否定了经典力学的绝对时空观，深刻揭示了时间和空间的本质属性； 发展了牛顿力学，将经典力学概括在相对论力学之中，推动物理学发展到一个 新的高度。,二、相对论,1、背景：,经典力学面临新挑战,2、标志：,20世纪初德国科学家爱因斯坦提出,3

15、、内容：,包括狭义相对论和广义相对论,4、意义：,今天，我们的现代文明，从电脑，电视，手机到核能，航天，生物技术，几乎没有哪个领域不依赖于量子论。,19世纪末20世纪初电子和放射性的发现,微观粒子的运动不能用宏观物体的运动规律描述,量子论产生的背景,德国著名物理学家，量子力学（量子论、量子理论）重要创始人，二十世纪最重要的两大物理学家之一。因发现能量量子而对物理学的进展做出了重要贡献，并在1918年荣获诺贝尔物理学奖。,普朗克（18581947） 德国物理学家。,1900年，为解决热辐射理论上的疑点，普朗克提出了量子论。,爱因斯坦利用量子论成功地解释了光电效应。,波尔提出了有关原子的量子理论。

16、,20世纪30年代，量子力学建立起来。,使人类对微观世界的基本认识取得了革命性的进步。,量子论的诞生与发展,1、一起构成了现代物理学的基础，弥补了经典力学在宏观世界和微观世界方面的不足；,2、不仅推动了物理学自身的发展，而且开阔了人们的视野，改变了人们认识世界的角度和方式。,奠基：伽利略,建立：牛顿,经典力学,宏观：相对论,微观：量子论,相对论、量子论,使人类对微观世界的基本认识取得革命性的进步； 与相对论一起，构成了现代物理学的基础； 开阔了人们的视野，改变了人们认识世界的角度和方式。,三、量子论,1、背景：,人们对物质的认识深入到原子内部； 微观的粒子运动不能用经典力学的理论来说明。,2、

17、标志：,1900年，德国物理学家普朗克提出量子假说,3、发展：,爱因斯坦利用量子理论成功解释了光电效应； 玻尔提出了有关原子的量子理论。,4、意义：,1、文艺复兴、宗教改革、启蒙运动等思想解放运动的影响。 2、手工业发展提供了物质基础。 3、科学家勇于探索的精神。,物理学发展的过程：,为什么16世纪中期以后科学会出现新时期？,哥白尼“日心说”,牛顿经典力学体系,普朗克,爱因斯坦,近代自然科学的形成,1905，相对论,1900，量子论,近代科学之父实验科学， 近代自然科学开端,伽利略,近代科学革命开始,1、谈一谈伽利略、牛顿、爱因斯坦、普朗克等4位科学家的共同点。,2、物理科学家给我们什么样的启示？,探究,敢于质疑，勇于创新，实践出真知,习题巩固,1、伽利略被认为是真正具有近代科学精神的第一人，主要是因为他（ ）,A引发近代自然科学革命 B推翻天主教会的宇宙观 C继承和发展了哥白尼的思想 D开创了从实验中认识自然的方法,习题巩固,2、一位科学家的墓碑上镌刻着这样的铭文：“他以神一般的力量第一个说明了星星的运动和图像。”这位科学家应该是（ ）,A.伽利略 B.牛顿 C.爱因斯坦 D.普朗克,习题巩固,3、菲利普费尔南德兹阿迈斯托在评价某科学家时指出：他在宇宙观里，“