第11课物理学的重大进展

1、单元线索单元线索1. 1.物理学物理学领域的重大进展；领域的重大进展；2.2.生物学生物学关于人类生命的起源关于人类生命的起源3.3.三次科技革命三次科技革命的成果及对社会发展的的成果及对社会发展的影响。影响。第四单元第四单元近代以来世界的科学发展历程近代以来世界的科学发展历程第一个第一个“苹果苹果” 诱惑了夏娃，使人类有了智慧之源诱惑了夏娃，使人类有了智慧之源第二个第二个“苹果苹果” 砸醒了牛顿，使人类有了近代科学砸醒了牛顿，使人类有了近代科学第三个第三个“苹果苹果” 成就了乔布斯，使人类有了精彩生活成就了乔布斯，使人类有了精彩生活“三个苹果三个苹果”改变了世界改变了世界 物理学的重大进展物

2、理学的重大进展课标要求：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。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。知道相对论、量子论的主要内容，认识其意义。当当 邂逅科学邂逅科学【课程标准】【课程标准】 了解经典力学的主要内容，认识其在近代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。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？探究：他们分别是什么人？有什么贡献？第第111

3、1课课 物理学的重大进展物理学的重大进展伽利略伽利略 牛顿牛顿 爱因斯坦爱因斯坦 普朗克普朗克1. 1.背景背景 2.2.牛顿的经典力学牛顿的经典力学 经典力学经典力学 量子论的诞生与发展量子论的诞生与发展 相对论的创立相对论的创立物理学的重大进展物理学的重大进展1. 1.背景背景 2.2.创立创立 3.3.意义意义1. 1.背景背景 2.2.诞生诞生 3.3.发展发展 4.4.意义意义http:/ 科学的真理不应在科学的真理不应在古代圣人的蒙着灰尘古代圣人的蒙着灰尘的书上去找，而应该的书上去找，而应该在实验中和以实验为在实验中和以实验为基础的理论中去找。基础的理论中去找。 伽利略伽利略“近代

4、科学之父近代科学之父”伽俐略伽俐略 16101610年，伽利略用望远镜发年，伽利略用望远镜发现有现有4 4颗卫星围绕着木星转。颗卫星围绕着木星转。这一发现震动了整个欧洲和这一发现震动了整个欧洲和全球科学界。全球科学界。 伽利略是第一位利用望远镜伽利略是第一位利用望远镜观察天体的人。目前人类发观察天体的人。目前人类发现的现的1616颗木星卫星中，有颗木星卫星中，有颗叫颗叫“伽利略卫星伽利略卫星”。 木星和它的伽利略卫星木星和它的伽利略卫星 他又发现太阳上有黑子，月球上他又发现太阳上有黑子，月球上有山脉，为哥白尼的地球绕着太阳公有山脉，为哥白尼的地球绕着太阳公转的转的“日心说日心说”找到了有力证据

5、。宗找到了有力证据。宗教法庭把他软禁在家，不准外出。教法庭把他软禁在家，不准外出。年多后，伽伽利略临死前仍不屈服，年多后，伽伽利略临死前仍不屈服，坚定地说：坚定地说：“地球确实在围着太阳地球确实在围着太阳转！转！”他的努力没有白费，越来越多他的努力没有白费，越来越多的人开始探索星空和科学！的人开始探索星空和科学！ 1590 1590年，年，伽俐略伽俐略在斜塔在斜塔的顶层做自由落体运动实的顶层做自由落体运动实验，让两个重量相差验，让两个重量相差1010倍倍的铁球，同时从塔顶落下，的铁球，同时从塔顶落下，结果两球同时着地，因而，结果两球同时着地，因而，雄辩地一举推翻了束缚人雄辩地一举推翻了束缚人们

6、近们近20002000年的希腊学者年的希腊学者亚亚里士多德里士多德关于重量不同的关于重量不同的物体，其下落的速度也不物体，其下落的速度也不相同的相同的“物体下落速度与物体下落速度与重量成正比重量成正比”的理论。的理论。伽伽俐略开创了实验物理的新俐略开创了实验物理的新时代，时代，为经典力学的创立为经典力学的创立奠定基础奠定基础。牛顿牛顿出生于英国的林出生于英国的林肯郡，肯郡，16651665年毕业于著年毕业于著名的剑桥大学三一学院，名的剑桥大学三一学院，获得获得学士学士学位。三年后学位。三年后又获得又获得文学文学硕士学位。硕士学位。牛顿曾经长期担任英国牛顿曾经长期担任英国皇家学会会长，他还担皇家

7、学会会长，他还担任过英国议会任过英国议会议员议员，授，授予予爵士爵士称号。称号。17271727年，年，他病逝，被安葬于威斯他病逝，被安葬于威斯敏斯特教堂，这是一种敏斯特教堂，这是一种极高的荣誉。极高的荣誉。牛顿（牛顿（ 1642164217271727） 剑桥大学牛顿数学桥剑桥大学牛顿数学桥 数学桥又称牛顿桥，是位于剑桥大学内的一座木桥。相传，这数学桥又称牛顿桥，是位于剑桥大学内的一座木桥。相传，这座桥是牛顿运用数学和力学原理设计建造的，整座桥上没有使用一座桥是牛顿运用数学和力学原理设计建造的，整座桥上没有使用一根钉子，堪称是个奇迹。后来，好奇的学生把它拆下来，想看个究根钉子，堪称是个奇迹。

8、后来，好奇的学生把它拆下来，想看个究竟。谁知拆下容易，恢复难！无论他们用什么方法，就是恢复不了竟。谁知拆下容易，恢复难！无论他们用什么方法，就是恢复不了原样，连校方也无能为力，最后，不得不用钉子固定，才重新将木原样，连校方也无能为力，最后，不得不用钉子固定，才重新将木桥架起来。桥架起来。 牛顿故居位于英国伍尔索普领地，牛顿故居位于英国伍尔索普领地，16421642年的圣诞节，他年的圣诞节，他就诞生在这座灰白色的石头建筑里。牛顿故居门前有那棵著就诞生在这座灰白色的石头建筑里。牛顿故居门前有那棵著名的苹果树，就在这棵树下，牛顿领悟到万有引力。树的下名的苹果树，就在这棵树下，牛顿领悟到万有引力。树的

9、下方立着一方绿色的铜质徽章，那是伊利莎白女王颁发的保护方立着一方绿色的铜质徽章，那是伊利莎白女王颁发的保护令。令。牛顿故居牛顿故居 一经典力学一经典力学1.1.产生背景：产生背景：文艺复兴运动的影响文艺复兴运动的影响伽利略伽利略的贡献及作用的贡献及作用经典力学重要奠基者经典力学重要奠基者2.2.牛顿经典力学牛顿经典力学基础基础: :创立创立: :意义意义: :伽利略伽利略的研究成果的研究成果16871687, ,自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理物体运动三大定律和万有引力定律物体运动三大定律和万有引力定律对解释和预见物理现象有对解释和预见物理现象有决定意义决定意义牛顿有哪些重要贡献？牛顿有哪

10、些重要贡献？其中最重要的是什么？其中最重要的是什么？ 数学数学：二项式定理，微积分二项式定理，微积分 光学光学：发现太阳光的光谱，微粒说发现太阳光的光谱，微粒说 天文学天文学：发明反射式望远镜等发明反射式望远镜等 力学力学：自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理 物体运动三大定律；万有引力定律物体运动三大定律；万有引力定律 形成经典力学体系形成经典力学体系 第一件，第一件，用牛顿力学算用牛顿力学算出地球的形状象只桔子。出地球的形状象只桔子。古希腊的亚里士多德认为地古希腊的亚里士多德认为地球是个正球体，两千年来人球是个正球体，两千年来人们对此深信不疑。牛顿却根们对此深信不疑。牛顿却根据他的力学，说

11、据他的力学，说地球是个扁地球是个扁球体，象只大桔子球体，象只大桔子。此言一。此言一出，学界哗然。地球那么大，出，学界哗然。地球那么大，牛顿又从不出远门，他凭什牛顿又从不出远门，他凭什么说地球有点扁？可是法国么说地球有点扁？可是法国科学家经过三次实地测量，科学家经过三次实地测量，终于证实了牛顿的看法。终于证实了牛顿的看法。用用力学能算出地球的形状，真力学能算出地球的形状，真是个奇迹。是个奇迹。历史上证实牛顿历史上证实牛顿力学的三件事力学的三件事第二件，第二件，用牛顿力学算出了哈雷彗星回归周期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，根本不能长期以来到，人们一直认为彗星

12、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遵循力学规律。他的好友哈雷用牛顿力学算出了16821682年出现的彗星的轨道，指出它的回归周期是年出现的彗星的轨道，指出它的回归周期是75757676年，年，由此预言它将在由此预言它将在17581758年再次出现。哈雷年再次出现。哈雷17051705年发表这年发表这个预言，当时他已个预言，当时他已4949岁，却要预言岁，却要预言5353年以后的事，岂年以后的事，岂非耸人听闻？可是非耸人听闻？可是17581758年这颗彗星果然如期出现，并年这颗彗

13、星果然如期出现，并被命名为哈雷彗星。被命名为哈雷彗星。 1781 1781年天王星被年天王星被发现，科学家用牛发现，科学家用牛顿力学计算它的轨顿力学计算它的轨道，可是计算结果道，可是计算结果总是同观测纪录不总是同观测纪录不大相符。经反复核大相符。经反复核算，观测无误。那算，观测无误。那问题是否出现在牛问题是否出现在牛顿力学上面？顿力学上面？科学家大胆猜想计算结果之所以不理想，科学家大胆猜想计算结果之所以不理想，是因为太阳系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引力作用。他们用牛

14、顿力学算出了这颗未知行星的位置和质量。和质量。18481848年年9 9月月2323日，柏林天文台台长用望远镜对准日，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那个位置，一下子就看到了一颗新的行星海王星海王星。第三件：第三件： 用牛顿力学算出了一颗用牛顿力学算出了一颗未知行星的位置未知行星的位置经典力学存在经典力学存在局限性局限性，面临着，面临着危机危机和和挑战挑战建立在建立在绝对时空观的理论绝对时空观的理论之上之上适用的范围主要是人们适用的范围主要是人们日常生活日常生活中的物理现象中的物理现象高速运动中的物理现象高速运动中的物理现象微观粒子的运动微观粒子的运动经典力学无法

15、解释物理学研究中遇到的一些经典力学无法解释物理学研究中遇到的一些新问题新问题： 1879 1879年生于年生于德国德国，是举世闻，是举世闻名的德裔美国科学家，名的德裔美国科学家，现代物理现代物理学的开创者和奠基人学的开创者和奠基人。爱因斯坦。爱因斯坦19001900年毕业于苏黎士工业大学，年毕业于苏黎士工业大学，后在大学任教，后在大学任教，19141914年任皇家物年任皇家物理研究所所长兼柏林大学教授。理研究所所长兼柏林大学教授。19211921年获年获诺贝尔物理学奖诺贝尔物理学奖。 1933 1933年受希特勒迫害离开德国年受希特勒迫害离开德国移居美国移居美国, , 爱因斯坦在物理学的爱因斯

16、坦在物理学的许多领域都有贡献，比如建立狭许多领域都有贡献，比如建立狭义相对论并推广为广义相对论、义相对论并推广为广义相对论、提出光的量子概念，并以量子理提出光的量子概念，并以量子理论解释光电效应、辐射过程、固论解释光电效应、辐射过程、固体比热等。体比热等。爱因斯坦爱因斯坦（1879-19551879-1955）二、相对论的创立二、相对论的创立经典力学无法解释一些新问题经典力学无法解释一些新问题20C20C初，初，爱因斯坦爱因斯坦 狭义相对论，广义相对论狭义相对论，广义相对论 有一次，卓别林和爱因斯坦共同出席一次有一次，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：大宴会，都受

17、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。你是因为他们都不理解你。 说明了相对论深奥难懂，而说明了相对论深奥难懂，而且有悖于人们的日常生活。且有悖于人们的日常生活。北极北极：赤道赤道：当速度接近光速时当速度接近光速时当速度达到光速时：当速度达到光速时：质量质量（重量重量）增加增加时间变慢时间变慢钟慢效应钟慢效应长度变短长度变短尺缩效应尺缩效应钟表不走了钟表不走了时间停止了时间停止了很抱歉推翻了您的理论很抱歉推翻了您的理论 爱因斯坦曾说道：爱因斯坦曾说道：“牛顿牛顿先生，先生，很抱歉推翻了您的理论很抱歉推翻了您

18、的理论，不过您的成就是您那个时代一不过您的成就是您那个时代一个人的智力和创造力所能达到个人的智力和创造力所能达到的巅峰。但是，当我们对宇宙的巅峰。但是，当我们对宇宙万物有了更深入的了解以后，万物有了更深入的了解以后，这些观念将会被一些更抽象的这些观念将会被一些更抽象的新观念所取代。新观念所取代。” 也许将来某一天，会有一也许将来某一天，会有一位少不更事的科学家说道：位少不更事的科学家说道：“爱因斯坦先生，爱因斯坦先生，很抱歉推翻很抱歉推翻了您的理论了您的理论，不过您的成就是，不过您的成就是您那个时代一个人的智力和创您那个时代一个人的智力和创造力所能达到的巅峰造力所能达到的巅峰 ” ”.相对论否

19、定了经典力学的相对论否定了经典力学的绝对时空观绝对时空观；2.相对论相对论继承继承和和发展发展了牛顿力学了牛顿力学3.牛顿力学是整个力学的牛顿力学是整个力学的基础基础 爱因斯坦根据相对论爱因斯坦根据相对论的观点提出的观点提出质能转换理质能转换理论论后，曾致信美国总统后，曾致信美国总统罗斯福，建议美国研制罗斯福，建议美国研制原子弹原子弹，以便在二战中，以便在二战中尽快战胜法西斯国家。尽快战胜法西斯国家。19451945年年8 8月，美国先后月，美国先后在日本的广岛、长畸投在日本的广岛、长畸投下两颗原子弹，加速了下两颗原子弹，加速了日本法西斯的投降，但日本法西斯的投降，但对无辜平民的伤害也同对无辜

20、平民的伤害也同样令全世界震惊。样令全世界震惊。 当原子弹真的从潘多拉魔当原子弹真的从潘多拉魔盒里跳出来后，爱因斯坦陷盒里跳出来后，爱因斯坦陷入了巨大的后悔与痛苦之中，入了巨大的后悔与痛苦之中，自认一生最大错误就是建议自认一生最大错误就是建议研制原子弹。他痛心地说，研制原子弹。他痛心地说，“早知如此，我宁可当个修早知如此，我宁可当个修表匠！表匠！”爱因斯坦就核武器爱因斯坦就核武器问题的懊悔，代表了人类良问题的懊悔，代表了人类良知的高度，是人类良心发出知的高度，是人类良心发出的最强音。听爱因斯坦的自的最强音。听爱因斯坦的自责之声，我们明白人类良知责之声，我们明白人类良知之宝贵之宝贵. . 1955

21、1955年年4 4月月1818日，爱因斯坦因主动脉瘤破裂逝世于日，爱因斯坦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音乐典礼。骨灰撒在永远嘱：免除所有花卉布置以及音乐典礼。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。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遗嘱执行者用歌德悼念席勒的诗结束了那朴素的葬礼：葬礼： 我们全都获益不浅，我们全都获益不浅， 全世

22、界都感谢他的教诲；全世界都感谢他的教诲； 那专属他个人的东西，那专属他个人的东西， 早已传遍广大人群。早已传遍广大人群。 他像行将陨灭的彗星，光华四射，他像行将陨灭的彗星，光华四射， 把无限的光芒把无限的光芒 同他的光芒永相连结。同他的光芒永相连结。（1879-1955）是物理学领域的一次是物理学领域的一次重大革命重大革命否定了否定了经典力学的绝对时空观，深经典力学的绝对时空观，深刻地揭示了时间和空间的本质属性刻地揭示了时间和空间的本质属性发展了发展了牛顿力学将其概括在相对论牛顿力学将其概括在相对论力学之中力学之中推动推动物理学发展到一个新高度物理学发展到一个新高度 量子论和相对论是现代物理学

23、的两大支柱，量量子论和相对论是现代物理学的两大支柱，量子论的形成子论的形成标志标志着人类对于客观规律的认识，开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。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，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。了理论基础。今天，我们的现代文明，从电脑，电视，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，几乎没有哪个手机到核能，航天，生

24、物技术，几乎没有哪个领域不依赖于量子论。领域不依赖于量子论。 加热到不同温度的物体发出不同颜色的光加热到不同温度的物体发出不同颜色的光 科学家们为了总结热辐射规律，推导出两个公式。科学家们为了总结热辐射规律，推导出两个公式。但这两个公式的计算结果总是与实验结果不相符合。但这两个公式的计算结果总是与实验结果不相符合。 19001900年，为了解决热辐射理论上的疑点，德国物理年，为了解决热辐射理论上的疑点，德国物理学家普朗克提出了学家普朗克提出了量子假说量子假说：辐射像物质一样，是由：辐射像物质一样，是由具有能量的基本单位量子来实现的。具有能量的基本单位量子来实现的。 普朗克普朗克生于德国基尔。生

25、于德国基尔。18791879年在慕尼黑大学获得年在慕尼黑大学获得博士学位后，先后在慕尼博士学位后，先后在慕尼黑大学和基尔大学任教。黑大学和基尔大学任教。由于量子论创立，普朗克由于量子论创立，普朗克获得获得19181918年诺贝尔物理学年诺贝尔物理学奖奖。普朗克是德国人所具普朗克是德国人所具有的最好品质的范例：诚有的最好品质的范例：诚恳，忠于职守，他的业余恳，忠于职守，他的业余爱好是音乐，在这方面表爱好是音乐，在这方面表现了专业艺术才干；另一现了专业艺术才干；另一项业余爱好是他一直坚持项业余爱好是他一直坚持到晚年的登山运动。到晚年的登山运动。 普朗克普朗克（1858185819471947）19

26、C19C末末-20C-20C初初, ,人们对物质的认识深入到原子内部人们对物质的认识深入到原子内部微观的微观的粒子运动粒子运动不能用经典力学来解释不能用经典力学来解释爱因斯坦利用量子论成功解释了光电效应爱因斯坦利用量子论成功解释了光电效应丹麦玻尔提出有关原子的量子理论丹麦玻尔提出有关原子的量子理论三、量子论的诞生与发展三、量子论的诞生与发展使人类对微观世界的基本认识取得革命性进步使人类对微观世界的基本认识取得革命性进步与相对论一起与相对论一起, ,构成现代物理学的基础构成现代物理学的基础1900,1900,德国物理学家德国物理学家普朗克普朗克 量子论和相对论是现代物理学的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，开始从对于客观规律的认识，开始从宏观世宏观世界界深入到深入到微观世界微观世界。 量子力学和狭义相对论结合形成量子力学和狭义相对论结合形成原原子核物理学子核物理学，指导制造原子弹、氢弹，指导制造原子弹、氢弹和建立核电站。量子力学还为和建立核电站。量子力学还为电子技电子技术、半导体技术、晶体技术和激光技术、半导体技术、晶体技术和激光技术术等奠定了理论基础。等奠定了理论基础。物理学发展的过程物理学发展的过程