专题七 第一课 近代物理学的奠基人和革命者

1、专专 题题 七七近代以来科学技术的辉煌近代以来科学技术的辉煌中国中国古代古代科技的特点：科技的特点：重视总结、实践、经验、实用，重视总结、实践、经验、实用，轻视理论概括和抽象；轻视理论概括和抽象；西方西方古代古代科技的特点：科技的特点： 靠直观感受和哲学思辨靠直观感受和哲学思辨* * *近代以来科学的特点近代以来科学的特点1 1、重实验、推理；、重实验、推理；2 2、重理论抽象；、重理论抽象；3 3、富有预见性；、富有预见性；科学与理性的萌动科学与理性的萌动新航路开辟新航路开辟证明了地圆说的科学性动摇了神学的地理学地位证明了地圆说的科学性动摇了神学的地理学地位文艺复新和宗教改革文艺复新和宗教改

2、革解开了套在人类理性的枷锁解开了套在人类理性的枷锁伽伽利略利略推翻了亚里士多德的力学体系奠定了经典力学的理论基础推翻了亚里士多德的力学体系奠定了经典力学的理论基础人的思维方式从对权威的盲目崇拜中解放出来，人的思维方式从对权威的盲目崇拜中解放出来，引起了科学与理性的萌动引起了科学与理性的萌动 通过观察、实验和推理，得出结论：如果运动物通过观察、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。体不受阻碍，它将速度保持不变地持续运动下去。突出成就：突出成就：创立自由落体定律。创立自由落体定律。一、近代物理学的发展一、近代物理学的发展经典力学体系的经典力学体系的创立和发展创

3、立和发展1 1、经典力学的经典力学的奠基奠基者者伽利略伽利略 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。* * *伽利略伽利略近代近代实验科学实验科学的奠基者，近代实的奠基者，近代实验物理学验物理学之父之父伽利略在宗教裁判所受审判伽利略在宗教裁判所受审判 在在16331633年年被罗马宗教裁判被罗马宗教裁判所强迫在写有所强迫在写有“我悔恨我的过我悔恨我的过失，宣传了地球运动的邪说失，宣传了地球运动的邪说”的的“悔罪书悔罪书”上签字，并被判上签字，并被判刑入狱（后不久改为

4、在家监刑入狱（后不久改为在家监禁）。这使他的身体和精神都禁）。这使他的身体和精神都受到很大的摧残。但他仍然致受到很大的摧残。但他仍然致力于力学的研究工作。力于力学的研究工作。16371637年年双目失明。双目失明。16421642年他由于寒热年他由于寒热病在孤寂中离开了人世，时年病在孤寂中离开了人世，时年7878岁。（时隔岁。（时隔347347年，罗马教年，罗马教皇皇J.J.保罗二世代表罗马教廷于保罗二世代表罗马教廷于19791979年年宣布承认对伽利略的压宣布承认对伽利略的压制是错误的，并为他制是错误的，并为他“恢复名恢复名誉誉”。）。）牛顿墓牛顿墓Nature and natures Na

5、ture and natures laws lay hid in night; laws lay hid in night; God said Let God said Let Newton be and all Newton be and all was light. was light. Alexander Pope Alexander Pope 自然界和自然规律自然界和自然规律隐藏在黑暗中，隐藏在黑暗中，上帝说：上帝说：让牛顿出生吧！让牛顿出生吧！于是，一切都变得光明。于是，一切都变得光明。（英）亚历山大（英）亚历山大波普波普质疑质疑: :15-1715-17世纪，是人类科学与理性的萌动

6、期世纪，是人类科学与理性的萌动期，在自然的认识上，在自然的认识上，人类依然处在神学的黑暗中，谁来引领人类摆脱神学的枷锁呢？人类依然处在神学的黑暗中，谁来引领人类摆脱神学的枷锁呢？惯性定律惯性定律加速度定律加速度定律作用力和反作作用力和反作用力定律用力定律物体运动三物体运动三大定律大定律万有引力定万有引力定律律经典力学体系经典力学体系2 2、经典力学的建立者、经典力学的建立者牛顿牛顿 牛顿力学体系及数学、天文学方牛顿力学体系及数学、天文学方面的研究成果记载在他的科学巨著面的研究成果记载在他的科学巨著自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理中。中。艾萨克艾萨克牛顿牛顿16421727 1 1、具有虚怀

7、若谷、谦虚好学精神；、具有虚怀若谷、谦虚好学精神；2 2、勇于探索的科学精神；、勇于探索的科学精神；3 3、科学的研究方法；、科学的研究方法；4 4、吸收伽利略等前人的研究成果；、吸收伽利略等前人的研究成果；5 5、有利的社会环境：启蒙运动、英国资产阶级革命的洗、有利的社会环境：启蒙运动、英国资产阶级革命的洗礼礼3 3、经典力学体系的历史地位、经典力学体系的历史地位（1 1）理论的综合理论的综合：牛顿力学体系对自然界的力学现象做出了系统、：牛顿力学体系对自然界的力学现象做出了系统、合理的说明，从而完成了人类对自然界认识史上的合理的说明，从而完成了人类对自然界认识史上的第一次理论大综合第一次理论

8、大综合。经典力学体系的建立经典力学体系的建立标志着近代科学的形成标志着近代科学的形成。（2 2）实践的验证实践的验证：根据万有引力定律，人们准确地算出地球的平均：根据万有引力定律，人们准确地算出地球的平均密度和扁平率，正确地解释了潮汐的成因。根据这一定律，人们还发密度和扁平率，正确地解释了潮汐的成因。根据这一定律，人们还发现了海王星、冥王星。现了海王星、冥王星。（3）牛顿的科学理论为工业革命奠定了基础）牛顿的科学理论为工业革命奠定了基础科学对技科学对技术的初步指引间接推动了生产力的发展，彰显了人类理性的术的初步指引间接推动了生产力的发展，彰显了人类理性的伟大。伟大。（4）牛顿的科学成就促进了启

9、蒙运动的进一步发展。）牛顿的科学成就促进了启蒙运动的进一步发展。 科科学促进了理性的发展，彰显了科学的威力。学促进了理性的发展，彰显了科学的威力。海王星和冥王星的发现哈雷慧星轨道的推算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学来说明。牛顿的好友哈雷用牛顿力学算出了16821682年出现的彗星的轨道，指年出现的彗星的轨道，指出它的回归周期是出它的回归周期是75767576年，由此预言它将在年，由此预言它将在17581758年再次出现。年再次出现。5353

10、年以后的年以后的17581758年（当时哈雷已去世），这颗彗星果然如期出现。年（当时哈雷已去世），这颗彗星果然如期出现。哈雷慧星的发现验哈雷慧星的发现验证了万有引力定律的科学性。证了万有引力定律的科学性。牛顿捡到了哪些牛顿捡到了哪些“光滑的石子光滑的石子”和和“美丽的贝壳美丽的贝壳”？ “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。前的是完全未探明的真理之海。” 牛顿临终遗言牛顿临终遗言 ( (伟大的科学发现，即伟大的科

11、学发现，即万有引力定律；微积分；运动三大定律：万有引力定律；微积分；运动三大定律：惯性定律、加速度定律、作用和反作用定律。惯性定律、加速度定律、作用和反作用定律。) ) 知识运用： 牛顿以他对天地万牛顿以他对天地万物的寥寥数条规律的精物的寥寥数条规律的精美绝伦的概括，彰显了美绝伦的概括，彰显了人的理性人的理性的伟大，暴露的伟大，暴露了了宗教非理性主义的宗教非理性主义的的的荒谬。荒谬。 伏尔泰伏尔泰牛顿的科学成就促进了牛顿的科学成就促进了启启蒙运动蒙运动的进一步发的进一步发展。展。 科学促进了科学促进了理性的发展，理性的发展，彰显了科彰显了科学的威力。学的威力。牛顿牛顿伏尔泰伏尔泰科学艺术科学艺

12、术女神缪斯女神缪斯科学之光科学之光理性之光理性之光牛顿为牛顿为工业革命工业革命创造了一把科学的钥匙，创造了一把科学的钥匙，瓦特拿着这把钥匙开启了工业革命的大门。瓦特拿着这把钥匙开启了工业革命的大门。 “牛顿系统解决了力学问题，为之后的机器设计牛顿系统解决了力学问题，为之后的机器设计作出了伟大的贡献作出了伟大的贡献” 大国崛起大国崛起解说词解说词创立：普朗克；普朗克；二、现代物理学理论的发展二、现代物理学理论的发展1 1、量子论的诞生与发展、量子论的诞生与发展普朗克普朗克发展发展：（1 1）德国）德国爱因斯坦：解释光电爱因斯坦：解释光电 效应，得出光具有效应，得出光具有波粒二象性波粒二象性； （

13、2 2）法国德布罗意：提出）法国德布罗意：提出物质波理论物质波理论； （3 3）奥、德物理学家：建立）奥、德物理学家：建立量子力学量子力学 影响：标志着人类对客观规律的认识，开始从宏观世界深入影响：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。改变了近代物理学中的传统观念到微观世界。改变了近代物理学中的传统观念, ,使物理学乃至整个使物理学乃至整个自然科学的观念发生了重大变革。自然科学的观念发生了重大变革。 量子论确实深奥难懂，甚至量子论确实深奥难懂，甚至连量子论奠基人之一的玻尔都连量子论奠基人之一的玻尔都说：说：“如果谁不为量子论而感如果谁不为量子论而感到困惑，那他就是没有理解量

14、到困惑，那他就是没有理解量子论。子论。”质能方程质能方程： E=mcE代表完全释放出来代表完全释放出来的能量，的能量，m代表质代表质量，量，C代表光速代表光速 你不熟悉的他！你不熟悉的他！18791879年出生在德国的莫个小城年出生在德国的莫个小城 三岁多还不会讲话三岁多还不会讲话 父母担心他的智能是否会不及常人，直到父母担心他的智能是否会不及常人，直到1010岁才送去上学岁才送去上学 当年被校长认为当年被校长认为“干什么都不会有作为干什么都不会有作为”的笨学生。的笨学生。 2 2、相对论的建立、相对论的建立-爱因斯坦爱因斯坦狭义相对论狭义相对论广义相对论广义相对论相对论相对论打破经典力学的绝

15、对时空观打破经典力学的绝对时空观进一步深化对时间空间和引力现象的认识进一步深化对时间空间和引力现象的认识19051905年年论动体的电动力学论动体的电动力学时间和空间都与物质的运动有关，随着物质运动速度的时间和空间都与物质的运动有关，随着物质运动速度的快慢快慢变化而变变化而变化。化。 物质存在的现实空间不是平坦的，而是弯曲的，空间的结构取决于物物质存在的现实空间不是平坦的，而是弯曲的，空间的结构取决于物质的质量及其分布情况，质的质量及其分布情况，空间弯曲空间弯曲的程度体现为引力场强度。的程度体现为引力场强度。 广义相对论第一次阐述了广义相对论第一次阐述了四维时空和物质的分布相联系四维时空和物质

16、的分布相联系的重要思想。的重要思想。广义相对论广义相对论 爱因斯坦指出爱因斯坦指出物体使周围物体使周围空间、时间弯曲空间、时间弯曲，在物体具，在物体具有很大的相对质量（例如一有很大的相对质量（例如一颗恒星）时，这种弯曲可使颗恒星）时，这种弯曲可使从它旁边经过的任何其它事从它旁边经过的任何其它事物，即使是光线，物，即使是光线，从而改变从而改变路径路径。 爱因斯坦的爱因斯坦的“时空弯曲时空弯曲”概念概念地球以每秒地球以每秒29.7929.79公里的速度公里的速度, ,沿着一个偏心率很沿着一个偏心率很小的椭圆小的椭圆( (实际上在近日点减速实际上在近日点减速, ,远日点加速度远日点加速度) )绕着太

17、阳公转绕着太阳公转. .地球每小时以地球每小时以107244107244公里的速度公里的速度绕太阳转绕太阳转. .地球的公转这个故事形象地说明了时间和空这个故事形象地说明了时间和空间的间的相对性相对性。 为了对这一深奥的理论做通俗的说明，爱因斯坦曾经风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：趣地对一名男青年说：“我打个比方，比如你屁股坐在火炉我打个比方，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？你觉得哪一个更长？”男青年说：男青年说：“当然坐在火炉上烤的时当然坐在火炉上

18、烤的时间觉得长久。间觉得长久。”爱因斯坦说：爱因斯坦说：“这就是我的相对论内容。这就是我的相对论内容。”爱因斯坦关于相对论的比喻：爱因斯坦关于相对论的比喻： 关系：关系：相对论打破了牛顿以来传统的绝对时空观，但并非相对论打破了牛顿以来传统的绝对时空观，但并非全盘否定牛顿力学。全盘否定牛顿力学。牛顿力学牛顿力学反映的是反映的是宏观物体低速运动宏观物体低速运动的客观规律，而的客观规律，而狭义相对论狭义相对论反映的是反映的是物体高速运动物体高速运动的客观规律，是对牛顿力学的继承和发展。的客观规律，是对牛顿力学的继承和发展。牛顿力学是相对论的一种特例（物体低速运动状态），包括在相牛顿力学是相对论的一种

19、特例（物体低速运动状态），包括在相对论体系中。对论体系中。地位地位：相对论：相对论与与量子理论量子理论共同构成了现代物理学的基本理论框共同构成了现代物理学的基本理论框架。架。相对论与牛顿力学的关系及地位：相对论与牛顿力学的关系及地位：3 3、相对论建立的意义、相对论建立的意义 爱因斯坦相对论的建立，是对近代物理学理论框架的重爱因斯坦相对论的建立，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。时空结构同物质的运动和状态密不可分。 这种全新的这种全新的时空观、运动观和物质观时空观

20、、运动观和物质观的形成，是人类的形成，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。产生了极其深远的影响。成功的秘诀：成功的秘诀： 成功成功艰苦的劳动艰苦的劳动正确的方正确的方法法少说废话少说废话经典力学体系的创经典力学体系的创立和发展（立和发展（近代物近代物理学理学）量子理论量子理论的诞生的诞生(从从普朗克普朗克到爱因到爱因斯坦斯坦) 相对论相对论的建立（的建立（爱因斯坦爱因斯坦）现代物理学现代物理学理论理论的发展的发展近代物理学的奠基人和革命者近代物理学的奠基人和革命者伽利略伽利略是经典力学的是经典力学的

21、奠基者奠基者( (自自由落体定律）由落体定律）牛顿牛顿是经典力学的是经典力学的建立者建立者（运运动三定律和万有引力定律）动三定律和万有引力定律） 名名 称称牛顿经典力牛顿经典力学体系学体系狭义相对论狭义相对论 广义相对论广义相对论运动规律适运动规律适用范围用范围宏观世界宏观世界 低速运动低速运动物质世界物质世界 高速运动高速运动物质世界物质世界加速运动加速运动时空观时空观时间和空间是时间和空间是相互独立且绝相互独立且绝对的对的时间和空间都时间和空间都与物质运动有与物质运动有关；关；时间和空间会时间和空间会随物体速度变随物体速度变化而变化。化而变化。物质存在的现实物质存在的现实空间是弯曲的；空间

22、是弯曲的；空间结构取决于空间结构取决于物质的质量和分物质的质量和分布情况；空间弯布情况；空间弯曲的程度体现为曲的程度体现为引力场强度。引力场强度。3 3近代科学形成的标志是（近代科学形成的标志是（ ） A. A.卡尔创立解析几何卡尔创立解析几何 B.B.达尔文创立生物进化论学说达尔文创立生物进化论学说 C. C.牛顿力学体系的建立牛顿力学体系的建立 D.D.道尔顿科学的原子论的建立道尔顿科学的原子论的建立 1 1中世纪，谁的学说长期被教会奉为教条（中世纪，谁的学说长期被教会奉为教条（ ） A.A.亚里斯多德亚里斯多德 B.B.牛顿牛顿 C.C.爱因斯坦爱因斯坦 D.D.伽利略伽利略2 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（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. A.伽利略伽利略 B.B.牛顿牛顿 C.C.爱因斯坦爱因斯坦 D.D.普朗克普朗克AAC6 6海王星的发现是根据（海王星的发现是根据（