第19课物理学的长足进步

1、第19课 物理学的长足进步课程标准课程标准 了解经典力学的主要内容，认识其在近代自然科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。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。知道相对论、量子论的主要内容，认识其意义。1经典力学建立的背景材料材料: : 如果我比别人看得远些，那是因为我站在如果我比别人看得远些，那是因为我站在巨人们的肩上。巨人们的肩上。 牛顿牛顿伽利略（伽利略（1564164215641642），伟大），伟大的意大利物理学家和天文学家。他的意大利物理学家和天文学家。他开创了以实验事实为根据并具有严开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体

2、系和数学表述形式的近代密逻辑体系和数学表述形式的近代科学，被誉为科学，被誉为“近代科学之父近代科学之父”。他第一个把望远镜对准天空进行观他第一个把望远镜对准天空进行观测，出版了测，出版了星空使者星空使者一书。一书。16321632年，他出版了年，他出版了关于托勒密和关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话哥白尼两大世界体系的对话，把，把哥白尼的学说推到了最终胜利的阶哥白尼的学说推到了最终胜利的阶段。段。伽俐略一、牛顿与经典力学的建立一、牛顿与经典力学的建立2经典力学的建立 牛顿在科学上的贡献是多方面的，其最主要的贡献是什么？牛顿力学体系有何特点？ 牛顿发现了惯性定律、加速度定律和作用力与反作用力定

3、律三大物体运动定律及万有引力定律。 以实验为基础、以数字为表达形式。3经典力学建立的意义阅读下列材料阅读下列材料，结合教材内容，结合教材内容，回答问题。，回答问题。材料一：牛顿的材料一：牛顿的自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理被公认为是科学被公认为是科学史上的最伟大的著作史上的最伟大的著作. .在对当代和后代思想的影响上在对当代和后代思想的影响上, ,无疑没有别无疑没有别的杰作可以同的杰作可以同原理原理相媲美相媲美. .二百年来二百年来, ,它一直是天文学和宇宙它一直是天文学和宇宙思想的基础思想的基础无怪乎牛顿力学的非凡成就甚至给诸如心理学、无怪乎牛顿力学的非凡成就甚至给诸如心理学、经济学、

4、和社会学等不同领域的工作者也留下了极其深刻的印象经济学、和社会学等不同领域的工作者也留下了极其深刻的印象, ,以致他们试图在解决各种问题时以力学或准力学为模型以致他们试图在解决各种问题时以力学或准力学为模型. . 美美 亚亚. .沃尔夫沃尔夫: : 十六十七世纪科学、技术和哲学史十六十七世纪科学、技术和哲学史材料二材料二：牛顿和他的原理开创了一个新时代，古典力牛顿和他的原理开创了一个新时代，古典力学时代。他深深的影响了人类社会生活的各方面。尤其是生产机学时代。他深深的影响了人类社会生活的各方面。尤其是生产机器的发明和应用，都是以牛顿的力学三大定律为理论前提。因此器的发明和应用，都是以牛顿的力学

5、三大定律为理论前提。因此牛顿古典力学体系为产业革命奠定了雄厚的科学基础。牛顿古典力学体系为产业革命奠定了雄厚的科学基础。蒸汽机打出的天下蒸汽机打出的天下 （1）请你指出牛顿的科学发现在近代自然科学理论发展史中有着怎样的历史地位。牛顿把天上和地上的运动原理纳入统一的科学规律之中,经典力学体系的建立，成为近代科学技术发展成为近代科学技术发展史上的里程碑，标志着近代科学的产生，史上的里程碑，标志着近代科学的产生，对此后两个世纪科学的发展，产生了深远的影响。（2）牛顿的科学发现对人类社会生活又产生了怎样的影响？牛顿经典力学体系为工业革命奠定了科学基础，使人类进入蒸汽时代。（3）有人说：“17世纪的牛顿

6、把造物主从无生命现象的研究领域驱逐了出去。”这种说法有没有道理？谈谈你的看法。有道理。牛顿经典力学的创立提高了人类的认识水平，使人们进一步摆脱神学的束缚，促进了启蒙运动的兴起。二、爱因斯坦和相对论1相对论的提出双生子宇航难题双生子之一的一个人成为宇航员，他和兄弟告别去太空旅双生子之一的一个人成为宇航员，他和兄弟告别去太空旅行。那么，他回来后会出现怎样的情况呢？哪位会年轻一些，行。那么，他回来后会出现怎样的情况呢？哪位会年轻一些，哪位更老一些？为什么？哪位更老一些？为什么？在不一样的物质运动状态下，时间也会发生变化。物体运在不一样的物质运动状态下，时间也会发生变化。物体运动的速度越快，时间越慢，

7、当物体运动速度接近光速时，时间就动的速度越快，时间越慢，当物体运动速度接近光速时，时间就停止了，即会发生钟慢效应。因此，呆在地球上的那位兄弟会老停止了，即会发生钟慢效应。因此，呆在地球上的那位兄弟会老一些。一些。狭义相对论认为，物体运动时，质量会随着物体运动速度狭义相对论认为，物体运动时，质量会随着物体运动速度增大而增加，同时，空间和时间也会随着物体运动的变化而变增大而增加，同时，空间和时间也会随着物体运动的变化而变化，即会发生尺缩效应和钟慢效应。（化，即会发生尺缩效应和钟慢效应。（19051905）广义相对论认为，空间和时间的性质不仅取决于物质的运广义相对论认为，空间和时间的性质不仅取决于物

8、质的运动情况，也取决于物质本身的分布状态。（动情况，也取决于物质本身的分布状态。（19161916） 结合教材内容和材料分析相对论创立的意义。结合教材内容和材料分析相对论创立的意义。 材料一材料一：狭义相对论和广义相对论的诞生，革新了狭义相对论和广义相对论的诞生，革新了物理学的基本框架物理学的基本框架世界图景不在是世界图景不在是“筐子装东西似筐子装东西似的的”“”“时空时空物质物质”模式模式世界图景变成了世界图景变成了“时时空空场场物质物质流形流形”。经典物理学中时空与物。经典物理学中时空与物质之间的二分消解了，物质运动与时间空间成为一质之间的二分消解了，物质运动与时间空间成为一体体也是它导致

9、物理学变革的主要原因。也是它导致物理学变革的主要原因。 科学的历程科学的历程 材料二材料二：相对论和量子论的确立是物理学革命的高相对论和量子论的确立是物理学革命的高潮，以物理学变革为先导，带动了化学、生物学、天文潮，以物理学变革为先导，带动了化学、生物学、天文学和地学等学科理论的革命性突破。学和地学等学科理论的革命性突破。2020世纪的一系列重世纪的一系列重大技术成就大技术成就，如原子能技术、无线电技术如原子能技术、无线电技术都是先在都是先在科学理论上取得突破，进而转化成技术成果的。科学理论上取得突破，进而转化成技术成果的。世界史世界史2相对论提出的意义相对论的创立为物理学的发展开辟了广阔道路

10、，引发了一场深刻的物理学革命。它否定了传统的绝对时空观念，揭示了时间空间的辩证关系，把空间、时间和物质联系起来，创立了新的时空观，进一步丰富和发展了经典力学，并把它概括到相对论理论之中。相对论以其新的世界观和方法论，促进了人类认识能力和思维方式的发展，是人类思想发展史上的一次根本性变革。相对论的提出引发了20世纪以原子能技术为代表的重大科技创造的出现，为第三次科技革命的发生提供了坚实的理论基础。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。 爱因斯坦著名的质能方程式爱因斯坦著名的质能方程式E=mc，E表示表示能量能量，m代表代表质量质量，而，而c则表示则表

11、示光速光速常量。常量。 19世纪经典物理学达到巅峰状态，在人们心目中，经典物理学已经达到近乎完美的程度。这时，年轻的普朗克和他的老师发生了一段对话：普朗克：“老师，我准备把我的一生都献给物理理论学！”老师：“年轻人，物理学是一门已经完成了的学科，不会再有多大的发展，把一生都献给这门学科，太可惜了。”19世纪末20世纪初，电子和放射线的发现，打开了原子的大门，人们对物质的认识深入到了原子内部。大量的实验表明，微观的粒子运动不能用经典力学的理论来说明。普朗克（普朗克（1858194718581947），生），生于德国基尔。于德国基尔。18791879年在慕尼黑大年在慕尼黑大学获得博士学位后，先后在

12、慕尼学获得博士学位后，先后在慕尼黑大学和基尔大学任教。由于量黑大学和基尔大学任教。由于量子论创立，普朗克获得子论创立，普朗克获得19181918年诺年诺贝尔物理学奖。普朗克是德国人贝尔物理学奖。普朗克是德国人所具有的最好品质的范例：诚恳，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，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；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另一项业余爱好是他一直坚持到晚年的登山运动。晚年的登山运动。 背 景 建 立过 程意 义 三、量子论的创立 19 19世纪末世纪末2020世纪初，人类探求自然的奥秘已经进入世纪初，人类探求

13、自然的奥秘已经进入微观世界，特别是电子和放射性的发现，使人们的研究微观世界，特别是电子和放射性的发现，使人们的研究开始进入原子内部。大量的实验证明经典力学无法解释开始进入原子内部。大量的实验证明经典力学无法解释微观粒子的运动。微观粒子的运动。19001900年，德国物理学家普朗克提出年，德国物理学家普朗克提出“量子假说量子假说”。 1905 1905年爱因斯坦提出光量子论，并成功解释光电效应。年爱因斯坦提出光量子论，并成功解释光电效应。 丹麦物理学家玻尔把量子概念推广到原子内部的能量丹麦物理学家玻尔把量子概念推广到原子内部的能量状态，提出量子化的原子结构模型，丰富了量子论。状态，提出量子化的原

14、子结构模型，丰富了量子论。 1925 1925年左右，量子力学最终建立。年左右，量子力学最终建立。 量子论与相对论一起构成了现代物理学的基础，弥量子论与相对论一起构成了现代物理学的基础，弥补了经典力学在认识宏观世界和微观世界的不足，引发补了经典力学在认识宏观世界和微观世界的不足，引发物理学的一场重大革命，并促进了现代科学技术的突破物理学的一场重大革命，并促进了现代科学技术的突破性进展。量子论揭开了微观世界的奥秘，深刻的改变了性进展。量子论揭开了微观世界的奥秘，深刻的改变了人们对整个物质世界的认识，改变了人们认识世界的角人们对整个物质世界的认识，改变了人们认识世界的角度和方式。度和方式。也带动了

15、量子化学、量子生物学、量子宇宙也带动了量子化学、量子生物学、量子宇宙学等相关学科的发展。量子概念不愧是一个学等相关学科的发展。量子概念不愧是一个“伟大的创伟大的创造性概念造性概念”。本课小结物理学家主要贡献地位和意义牛 顿爱因斯坦普朗克经典力学：解释低速运动、宏观世界物理现象近代物理学相对论：宏观世界、高速运动量子论：解释微观世界物理现象现代物理学继承和发展了经典力学经典力学、相对论、量子论的关系19C末经典物理学危机结束语爱因斯坦：“没有能独立思考和独立判断的有创造性的个人，社会的向上发展是不可想象的。” 思维拓展 相对论的提出为核武器的研制提供了理论支持，你怎样看待爱因斯坦对核武器的研制前

16、后态度的变化呢？谈谈你的认识。 史料链接史料链接 在第二次世界大战中爱因斯坦看到战争不可避免，于是他在第二次世界大战中爱因斯坦看到战争不可避免，于是他（爱因斯坦）改变了自己的态度，认为应该拿起武器与法西斯主（爱因斯坦）改变了自己的态度，认为应该拿起武器与法西斯主义者做斗争，以尽早结束战争，为防止德国纳粹最先造出原子弹义者做斗争，以尽早结束战争，为防止德国纳粹最先造出原子弹给人类带来巨大危害，爱因斯坦写信给当时的总统罗斯福，建议给人类带来巨大危害，爱因斯坦写信给当时的总统罗斯福，建议尽早研制原子弹。尽早研制原子弹。19451945年年7 7月月1616日成功试爆了第一颗原子弹，但日成功试爆了第一

17、颗原子弹，但此时德国人已经战败，第二和第三颗被投到了日本，很快结束了此时德国人已经战败，第二和第三颗被投到了日本，很快结束了第二次世界大战。爱因斯坦眼看战后愈演愈烈的核军备竞赛，忧第二次世界大战。爱因斯坦眼看战后愈演愈烈的核军备竞赛，忧心忡忡，感到自己有责任制止核武器扩散。他参加了无数次会议，心忡忡，感到自己有责任制止核武器扩散。他参加了无数次会议，发表了无数的宣言，致力于消灭原子弹的政治活动，但收效甚发表了无数的宣言，致力于消灭原子弹的政治活动，但收效甚微微当他发现原子武器是人类的瘟疫时，他的痛苦是无法形容当他发现原子武器是人类的瘟疫时，他的痛苦是无法形容的。的。科学的历程科学的历程有高度社会责任感的人，通常是具有良心的智者。让我们轻轻地伸出我们的手，抚摸一下爱因斯坦的滚烫的良心：当原子弹真的从潘多