第11课物理学的重大进展pptppt

1、第四单元第四单元 近代以来世界的近代以来世界的 科学发展历程科学发展历程阅读第四单元导言，回答问题：阅读第四单元导言，回答问题： (1) (1)促成近代科学技术迅速发展的思想因素促成近代科学技术迅速发展的思想因素 是什么？是什么？文艺复兴后，形成文艺复兴后，形成面向现实面向现实，注重注重实践实践的思想风气。的思想风气。(2)(2)近代时期哪些学科领域取得了巨大成就？近代时期哪些学科领域取得了巨大成就？数学、物理学、生物学、化学数学、物理学、生物学、化学(3)(3)科学技术的发展怎样推动了人类社会的进科学技术的发展怎样推动了人类社会的进步？步？ 人类社会历史上的几次工业革命都是以物理人类社会历史

2、上的几次工业革命都是以物理学的重大成果为基础的。学的重大成果为基础的。 牛顿力学、热学牛顿力学、热学的发展导致了的发展导致了18世纪后期世纪后期的的第一次工业革命，使人类进入第一次工业革命，使人类进入蒸汽时代蒸汽时代； 电磁技术电磁技术的突破性成就迎来了的突破性成就迎来了19世纪晚期世纪晚期的的第二次工业革命，人类进入了第二次工业革命，人类进入了电气时代电气时代。 量子理论、相对论、计算机技术量子理论、相对论、计算机技术使得物理使得物理学等取得重大突破，引发了学等取得重大突破，引发了20世纪世纪第三次工业第三次工业革命，人类进入了革命，人类进入了信息时代信息时代。 第第1111课课 物理学的重

3、大进展物理学的重大进展1 1、了解经典力学的主要内容，认识其在、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。近代自然科学理论发展中的历史地位。2 2、知道相对论、量子论的主要内容，认、知道相对论、量子论的主要内容，认识其意义。识其意义。课程标准：课程标准：为经典力学为经典力学奠定基础奠定基础创立经典创立经典力学体系力学体系提出相对论，提出相对论，发展牛顿力学发展牛顿力学提出量子假说、提出量子假说、量子论诞生量子论诞生伽利略伽利略（1564156416421642）牛顿牛顿（1642164217271727）普朗克普朗克（1858185819471947）爱因斯坦爱因斯坦

4、（1879187919551955） 阅读教材阅读教材P54-57页，思考：在近现代页，思考：在近现代物理学发展中做出重大贡献的物理学家有物理学发展中做出重大贡献的物理学家有哪几位？他们的贡献分别是什么？哪几位？他们的贡献分别是什么？一、经典力学一、经典力学 阅读教材阅读教材P54P54页内容，思考：伽利略在物理页内容，思考：伽利略在物理学方面最重要的成就是什么？其研究方法是什学方面最重要的成就是什么？其研究方法是什么？有何意义？么？有何意义？发现了自由落体定律等物理学定律发现了自由落体定律等物理学定律 伽利略的学生维维安尼伽利略的学生维维安尼(Vincenzo Viviani，1622170

5、3)1654年写的年写的伽利略生平的历史故事伽利略生平的历史故事(1717年出版年出版) 伽利略用什么办伽利略用什么办法推翻亚里士多德法推翻亚里士多德的的错误错误学说？学说？观察和实验观察和实验 16091609年，伽利略创制了天文望远镜，他年，伽利略创制了天文望远镜，他是第一位利用望远镜是第一位利用望远镜观察天体的人。观察天体的人。他观测到月球表面凹凸不平，有高山深谷，绘制他观测到月球表面凹凸不平，有高山深谷，绘制了第一幅月面图。了第一幅月面图。伽利略的折射式望远镜伽利略的折射式望远镜伽利略的手稿伽利略的手稿 1610 1610年，伽利略用望远镜发现年，伽利略用望远镜发现有有4 4颗卫星围绕

6、着木星转。这一发颗卫星围绕着木星转。这一发现震动了整个欧洲和全球科学界。现震动了整个欧洲和全球科学界。木卫一、二、三、四被命名为木卫一、二、三、四被命名为“伽伽利略卫星。利略卫星。木星和它的伽利略卫星木星和它的伽利略卫星 借助望远镜，伽利略又发现借助望远镜，伽利略又发现土星光环、太阳黑子、土星光环、太阳黑子、太阳的自转、金星和水星的盈亏现象、月球的周日和周太阳的自转、金星和水星的盈亏现象、月球的周日和周月天平动以及银河是由无数恒星组成等，这些发现为哥月天平动以及银河是由无数恒星组成等，这些发现为哥白尼、布鲁诺的观点提供了有力的证据。白尼、布鲁诺的观点提供了有力的证据。宗教法庭把他宗教法庭把他软

7、禁在家，年后伽利略死前仍坚定地说：软禁在家，年后伽利略死前仍坚定地说：“地球确实地球确实在围着太阳转！在围着太阳转！” 这种科学探究方式这种科学探究方式对人类产生了对人类产生了什么影响？什么影响？ 改变了人们认识世界的方法，开改变了人们认识世界的方法，开创了以创了以实验事实实验事实为根据并具有为根据并具有严密逻严密逻辑体系辑体系的的近代科学近代科学，为牛顿经典力学，为牛顿经典力学的创立和发展的创立和发展奠定了基础。奠定了基础。 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的古代圣人的蒙着灰尘的书上去找，而应该书上去找，而应该在实在实验中和以实验为基础的验中和以实验为基础的理论中理论中去找

8、。去找。 伽利略伽利略伽利略伽利略“近代科学之父近代科学之父”一、经典力学一、经典力学观察和实验观察和实验 阅读教材阅读教材P54P54页内容，思考：伽利略在物理页内容，思考：伽利略在物理学方面最重要的成就是什么？其研究方法是什学方面最重要的成就是什么？其研究方法是什么？有何意义？么？有何意义？发现了自由落体定律等物理学定律发现了自由落体定律等物理学定律开创了以开创了以实验事实为根据实验事实为根据并具有并具有严密逻辑体系严密逻辑体系的的近代科学近代科学，被称为，被称为“近代科学之父近代科学之父”，为经为经典力学的创立奠定了典力学的创立奠定了基础基础。牛顿的重要贡献：创立微积分学；发现太阳光光创

9、立微积分学；发现太阳光光谱；发明反射式望远镜等。谱；发明反射式望远镜等。牛顿（牛顿（ 16421727）牛顿最重要的贡献是什么？其显著特征是什么？有什么意义？ 阅读教材阅读教材P55页，思考：页，思考：牛顿在自然科学领域的伟大贡牛顿在自然科学领域的伟大贡献有哪些？献有哪些？创立经典力学体系创立经典力学体系（1 1）标志：）标志：1687年出版年出版自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理提出了物体运动三大定律和万有引力定律提出了物体运动三大定律和万有引力定律以实验为基础，以数学为表达形式以实验为基础，以数学为表达形式（2 2）特征）特征: :惯性定律惯性定律加速度的比例定律加速度的比例定律作用和反

10、作用定律作用和反作用定律（3 3）意义）意义: : 以严格的数学方法和逻辑体系把以严格的数学方法和逻辑体系把宇宙间的运动统一起来宇宙间的运动统一起来，对解释和预见物理对解释和预见物理现象，具有决定性意义。现象，具有决定性意义。 历史上牛顿力学证实的三件事历史上牛顿力学证实的三件事 第一件，用牛顿力学算第一件，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，两千年来人们对球是个正球体，两千年来人们对此深信不疑。牛顿却根据他的力此深信不疑。牛顿却根据他的力学，说地球是个扁球体，象只大学，说地球是个扁球体，象只大桔子。法国科学家

11、经过三次实地桔子。法国科学家经过三次实地测量，证实了牛顿的看法。测量，证实了牛顿的看法。经典力学有什么意义？经典力学有什么意义？ 第二件，第二件，用牛顿力学算出了哈雷彗星回归用牛顿力学算出了哈雷彗星回归周期周期 牛顿的好友哈雷牛顿的好友哈雷17051705年用牛顿力学算出了年用牛顿力学算出了16821682年年出现的彗星的轨道，指出它的回归周期是出现的彗星的轨道，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5353年以后的年以后的17581758年再次出现。年再次出现。17581758年年这颗彗星果然如期出现，并被命名为哈雷彗星。这颗彗星果然如期出现，并被命名为哈雷彗

12、星。 17811781年天王星被发年天王星被发现，科学家用牛顿力学现，科学家用牛顿力学计算它的轨道，可是计计算它的轨道，可是计算结果总是同观测纪录算结果总是同观测纪录不大相符。经反复核算，不大相符。经反复核算，观测无误。观测无误。 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，是因为没是因为没有考虑到一颗未知的行星对天王星的引力作用，他们用有考虑到一颗未知的行星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和质量。牛顿力学算出了这颗未知行星的位置和质量。18481848年年9 9月月2323日，柏林天文台台长用望远镜对准那个位置，一下日，柏林天文台台长用望

13、远镜对准那个位置，一下子就看到了一颗新的行星子就看到了一颗新的行星海王星。海王星。 第三件：用牛第三件：用牛顿力学算出了一颗顿力学算出了一颗未知行星的位置未知行星的位置牛顿力学定律以严格的数学方法和逻辑体系牛顿力学定律以严格的数学方法和逻辑体系把宇宙间的运动统一起来，建立起一个完整的把宇宙间的运动统一起来，建立起一个完整的力学理论体系，对人类解释和预见物理现象具力学理论体系，对人类解释和预见物理现象具有决定性的意义，标志着有决定性的意义，标志着近代科学近代科学的形成；的形成；牛顿力学和热学引发了以英国工业革命为起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，使人类社会进入点的第一次

14、技术革命，使人类社会进入蒸汽时蒸汽时代代，促进了资本主义工业文明的发展，促进了资本主义工业文明的发展；牛顿用数学方法精确描述宇宙运动的自然牛顿用数学方法精确描述宇宙运动的自然法则，使人类获得了用理性解决问题的自信，法则，使人类获得了用理性解决问题的自信，促进了思想解放和促进了思想解放和启蒙运动启蒙运动的兴起的兴起。经典力学创立的意义：经典力学创立的意义： 1919世纪世纪，随着经典物理学的发展，光学、热学、，随着经典物理学的发展，光学、热学、电学、天体物理学获得了长足的发展，人们认为一切电学、天体物理学获得了长足的发展，人们认为一切物理现象都可以以经典物理学加以解释，经典物理学物理现象都可以以

15、经典物理学加以解释，经典物理学在人们心目中，在人们心目中，已经达到近乎完美的巅峰状态已经达到近乎完美的巅峰状态。有的有的物理学家表示：物理学家表示：“1919世纪已经将物理大厦全部建成，世纪已经将物理大厦全部建成，今后物理学家只是修饰和完美这座大厦。今后物理学家只是修饰和完美这座大厦。” ” 这时，年这时，年轻的普朗克和他的老师发生了一段对话：轻的普朗克和他的老师发生了一段对话： 普朗克：普朗克：“老师，我准备把我的一生都献给物理老师，我准备把我的一生都献给物理理论学！理论学！” 老师：老师：“年轻人，物理学是一门已经完成了的学年轻人，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

16、献给这门学科，科，不会再有多大的发展，把一生都献给这门学科，太可惜了。太可惜了。” 问题：问题：经典力学体系真的是经典力学体系真的是1919世纪最完美的物理学理世纪最完美的物理学理论吗？论吗？阅读下列材料，请回答：阅读下列材料，请回答： 经典力学体系是完美的物理学理论吗？经典力学体系是完美的物理学理论吗？ 经典力学体系建立在日常生活中的低速运动的物经典力学体系建立在日常生活中的低速运动的物质之上，时间和空间被视为与物质运动无关而独立存质之上，时间和空间被视为与物质运动无关而独立存在是绝对的，这种绝对的时空观符合人们的日常经验，在是绝对的，这种绝对的时空观符合人们的日常经验，但在解释不了高速运动

17、的物质和微观的粒子世界各种但在解释不了高速运动的物质和微观的粒子世界各种现象。现象。 阅读教材阅读教材P55-57页，思考：针对页，思考：针对19世世纪的物理学危机，纪的物理学危机，20世纪物理学在经典力世纪物理学在经典力学的基础上，提出了哪些新理论？概况分学的基础上，提出了哪些新理论？概况分析这两大理论的基本内容和意义？析这两大理论的基本内容和意义？ 思考：20世纪初物理学最重大的发展表现在哪些方面？相对论的提出相对论的提出量子论的诞生与发展量子论的诞生与发展二、相对论创立二、相对论创立相对论的主要内容是什么？相对论的主要内容是什么？ 1905 1905年，年，刚刚博士毕业的刚刚博士毕业的爱

18、因斯坦爱因斯坦2626岁，接连发表岁，接连发表4 4篇篇改变整个改变整个2020世纪物理学面貌的世纪物理学面貌的论文，其中论文，其中一篇题为一篇题为论动体论动体的电动力学的电动力学的文章，提出了的文章，提出了相对论相对论，引发了，引发了2020世纪物理学世纪物理学的另一场革命。的另一场革命。1905年爱因斯坦是瑞年爱因斯坦是瑞士伯尔专利局一个默士伯尔专利局一个默默无闻的小职员默无闻的小职员 爱因斯坦的相对论: 相对论的两个基本原理相对论的两个基本原理是是相对性原理和光速不变原相对性原理和光速不变原理理。 在相对性原理中，爱因在相对性原理中，爱因斯坦认为时间、运动、质量斯坦认为时间、运动、质量不

19、是绝对的，而是相对的。不是绝对的，而是相对的。较典型的现象是运动的物体较典型的现象是运动的物体长度变短长度变短（尺缩效应）、（尺缩效应）、运运动的钟比静止的钟走得慢动的钟比静止的钟走得慢（钟慢效应）、（钟慢效应）、运动的物体运动的物体重量变大。重量变大。狭义相对论狭义相对论爱因斯坦（爱因斯坦（1879-1955）爱因斯坦的相对论:提出提出: 1915: 1915年年 广义相对论广义相对论认为，空间和时间的性质不认为，空间和时间的性质不仅取决于物质的运动情况，也取决于物质本仅取决于物质的运动情况，也取决于物质本身的分布状态。身的分布状态。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

20、典力学的绝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进一步深化对时间空间和引力现象的认识力现象的认识1、相对论的内容物体运动时，质量会随着物体物体运动时，质量会随着物体运动速度增大而增加，空间和运动速度增大而增加，空间和时间也会随着物体运动速度的时间也会随着物体运动速度的变化而变化。变化而变化。空间和时间的性质不仅取决于空间和时间的性质不仅取决于物质的运动状况，也取决于物物质的运动状况，也取决于物质本身的分布状态质本身的分布状态尺缩效应尺缩效应钟慢效应钟慢效应相对论的提出是物理学领域的一次重大革命，相对论的提出是物理学领域的一次重大革命，他否定了经典力学的绝对时空论，从本质上修他

21、否定了经典力学的绝对时空论，从本质上修正了由狭隘经验建立起来的时空观，深刻揭示正了由狭隘经验建立起来的时空观，深刻揭示了时间和空间的本质属性，了时间和空间的本质属性，推动物理学发展到推动物理学发展到一个新高度。一个新高度。是人类思想史上的一次根本性变革是人类思想史上的一次根本性变革（形成（形成全新的时空观、运动观和物质观，打破绝对全新的时空观、运动观和物质观，打破绝对化思维模式，提出辩证思维方法，对整个自化思维模式，提出辩证思维方法，对整个自然科学和哲学都产生了深远的影响。）然科学和哲学都产生了深远的影响。）2 2、相对论的意义：、相对论的意义： “牛顿先生，很抱歉推翻了您牛顿先生，很抱歉推翻

22、了您的理论，不过您的成就是您那个时的理论，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代一个人的智力和创造力所能达到的颠峰。但是，当我们对宇宙万物的颠峰。但是，当我们对宇宙万物有了更深入的了解以后，这些观念有了更深入的了解以后，这些观念将会被一些更抽象的新观念所取将会被一些更抽象的新观念所取代代” 爱因斯坦爱因斯坦 有人认为相对论出现后，有人认为相对论出现后，牛顿在历史上的光辉完全被抹掉牛顿在历史上的光辉完全被抹掉了。这种说法对吗？说说理由。了。这种说法对吗？说说理由。 探究：爱因斯坦相对论与牛顿经典力探究：爱因斯坦相对论与牛顿经典力学之间的关系是什么？学之间的关系是什么？狭义相对论狭

23、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进一步深化对时间空间和引力现象的认识力现象的认识牛顿力学反映的是宏观物体牛顿力学反映的是宏观物体低速运动低速运动的客观规律，的客观规律，狭义相对论反映的是物体狭义相对论反映的是物体高速运动高速运动的客观规律的客观规律。广义相对论是新的万有引力概念广义相对论是新的万有引力概念 所以所以牛顿的万有引力牛顿的万有引力理论成了广义相对论中的理论成了广义相对论中的一个特例。一个特例。 广义相对论认为物质存在的现实空间不是平坦的，广义相对论认为物质存在的现实空间不是平坦的，而是弯曲的，空间的结构

24、取决于物质的质量及其分布而是弯曲的，空间的结构取决于物质的质量及其分布情况，空间弯曲的程度体现为引力场强度。情况，空间弯曲的程度体现为引力场强度。 相对论和经典力学的关系：相对论和经典力学的关系：. .相对论否定了经典力学的绝对时空观；相对论否定了经典力学的绝对时空观；2.2.相对论发展了牛顿力学，牛顿力学是相相对论发展了牛顿力学，牛顿力学是相对论的一种特例，包括在相对论体系中。对论的一种特例，包括在相对论体系中。3.3.牛顿力学是整个力学的基础。牛顿力学是整个力学的基础。 相对论是对经典力学的继承和发展相对论是对经典力学的继承和发展辐射像物质一样，是由具有辐射像物质一样，是由具有能量的基本单

25、位能量的基本单位“量子量子”来来实现的；实现的；“量子量子”是最小的是最小的能量单元。能量单元。标志：标志：内容：内容：19001900年，普朗克提出量子年，普朗克提出量子假说假说马克斯马克斯普朗克普朗克（ 18581947）宣告了量子论诞生宣告了量子论诞生三、量子论的诞生与发展三、量子论的诞生与发展 简述量子力学建立的过程简述量子力学建立的过程19001900年，普朗克提出量子假说年，普朗克提出量子假说爱因斯坦解释光电效应；爱因斯坦解释光电效应；2020世纪世纪3030年代，新的物理学分支年代，新的物理学分支量子力学最终量子力学最终建立建立玻尔提出有关原子的玻尔提出有关原子的量子理论；量子理论； 丹麦物理学家玻尔把量子论用于原子结构的研究，丹麦物理学家玻尔把量子论用于原子结构的研究，证实原子是由带正电的原子核和带负电的电子组成。证实原子是由带正电的原子核和带负电的电子组成。电子在不同轨道上围绕着原子核运动，当电子从外层电子在不同轨道上围绕着原子核运动