现代科学革命教学课件

1、第25课现代科学革命课标：课标：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。重点：重点：相对论、量子论的主要内容相对论、量子论的主要内容n经典物理学的危机一、经典物理学的危机一、经典物理学的危机 1 1、1719C1719C，经典力学发展完善，经典力学发展完善第第2525课课 现代科学革命现代科学革命n牛顿经典力学的实证第第2525课课 现代科学革命现代科学革命第一件，用牛顿力学算出地球的形状第一件，用牛顿力学算出地球的形状是梨形的。亚里士多德认为地球是个正球是梨形的。亚里士多德认为地球是个正球体，牛顿却根据他的力学说地球是个扁球体，牛顿却根据他的力学说

2、地球是个扁球体，法国科学家经过三次实地测量证实了体，法国科学家经过三次实地测量证实了牛顿的看法。牛顿的看法。n牛顿经典力学的实证第第2525课课 现代科学革命现代科学革命第二件，用牛顿力学算出了哈雷彗星的回归周期。牛顿的好第二件，用牛顿力学算出了哈雷彗星的回归周期。牛顿的好友哈雷用牛顿力学算出了友哈雷用牛顿力学算出了16821682年出现的彗星的轨道，指出它的年出现的彗星的轨道，指出它的回归周期是回归周期是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。17581758年这颗彗星果然如期出现，并被命名为哈雷彗星。年这颗彗星果然如期出现，并被命名为哈雷

3、彗星。n牛顿经典力学的实证第第2525课课 现代科学革命现代科学革命第三件，用牛顿力学算出了一颗未知行星的位置。第三件，用牛顿力学算出了一颗未知行星的位置。17811781年天年天王星被发现，科学家用牛顿力学计算出的轨道与观测纪录不大王星被发现，科学家用牛顿力学计算出的轨道与观测纪录不大相符。在计算的基础上，人们在相符。在计算的基础上，人们在18461846年用牛顿力学发现了海王年用牛顿力学发现了海王星，并进而在此基础上又于星，并进而在此基础上又于19301930年发现冥王星。年发现冥王星。n经典物理学的危机一、经典物理学的危机一、经典物理学的危机 1 1、1719C1719C，经典力学发展完

4、善，经典力学发展完善 2 2、19C19C末，经典物理学陷入危机末，经典物理学陷入危机第第2525课课 现代科学革命现代科学革命n经典物理学的危机第第2525课课 现代科学革命现代科学革命第一朵乌云：第一朵乌云：“以太以太”说的破灭说的破灭水波的传播要有水做媒介，声波的传播要有空气做媒介，它水波的传播要有水做媒介，声波的传播要有空气做媒介，它们离开了介质都不能传播。太阳光穿过真空传到地球上，几十们离开了介质都不能传播。太阳光穿过真空传到地球上，几十亿光年以外的星系发出的光，也穿过宇宙空间传到地球上。光亿光年以外的星系发出的光，也穿过宇宙空间传到地球上。光波为什么能在真空中传播？它的传播介质是什

5、么？物理学家给波为什么能在真空中传播？它的传播介质是什么？物理学家给光找了个光找了个传播介质传播介质“以太以太”（EtherEther）。他们假定整个宇宙空间都充满了他们假定整个宇宙空间都充满了“以太以太”，“以太以太”是一种是一种由非常小的弹性球组成的稀薄的、感觉不到的媒介。由非常小的弹性球组成的稀薄的、感觉不到的媒介。“以太以太”是是光、电、磁的共同载体光、电、磁的共同载体的概念为人们所普遍接受，形成了一的概念为人们所普遍接受，形成了一门门“以太学以太学”。n经典物理学的危机第第2525课课 现代科学革命现代科学革命地球以每秒地球以每秒3030公里的速度公里的速度绕太阳运动，就必须会遇到绕

6、太阳运动，就必须会遇到每秒每秒3030公里的公里的“以太风以太风”迎迎面吹来，同时，它也必须对面吹来，同时，它也必须对光的传播产生影响。这个问光的传播产生影响。这个问题的产生，引起人们去探讨题的产生，引起人们去探讨“以太风以太风”存在与否。存在与否。 18871887年，实验结果证明，年，实验结果证明，不论地球运动的方向同光的不论地球运动的方向同光的射向一致或相反，测出的光射向一致或相反，测出的光速都相同，在地球同设想的速都相同，在地球同设想的“以太以太”之间没有相对运动。之间没有相对运动。因而，根本找不到因而，根本找不到“以太以太”或或“绝对静止的空间绝对静止的空间”。M是光源，A与B是反射

7、镜，让光线在MA，MB方向往返运动。迈克尔逊莫雷实验n爱因斯坦与相对论二、爱因斯坦与相对论二、爱因斯坦与相对论 1 1、提出、提出 19051905年提出匀速运动体系的狭义相对论年提出匀速运动体系的狭义相对论 19161916年提出加速运动体系的广义相对论年提出加速运动体系的广义相对论第第2525课课 现代科学革命现代科学革命n1905神奇的一年第第2525课课 现代科学革命现代科学革命19051905神奇的一年神奇的一年19051905年，年，爱因斯坦爱因斯坦2626岁，接连写下岁，接连写下4 4篇篇改变整个改变整个2020世纪物理学面貌的论文：世纪物理学面貌的论文：1 1、光的量子说（解释

8、光电效应）、光的量子说（解释光电效应）2 2、布朗运动（证明分子的存在）、布朗运动（证明分子的存在）3 3、狭义相对论、狭义相对论（修正了牛顿力学）（修正了牛顿力学）4 4、质能互换律（、质能互换律（E=mcE=mc2 2）19161916年，年，爱因斯坦发表了广义相对论爱因斯坦发表了广义相对论基础，最具创见也是最伟大的贡献：基础，最具创见也是最伟大的贡献：5 5、广义相对论、广义相对论（取代了牛顿的万有引（取代了牛顿的万有引力理论）力理论）n爱因斯坦与相对论二、爱因斯坦与相对论二、爱因斯坦与相对论 1 1、提出、提出 19051905年提出匀速运动体系的狭义相对论年提出匀速运动体系的狭义相对

9、论 19161916年提出加速运动体系的广义相对论年提出加速运动体系的广义相对论 2 2、内容、内容 相对性原理相对性原理 光速不变原理光速不变原理第第2525课课 现代科学革命现代科学革命n如何理解相对性和光速不变原理第第2525课课 现代科学革命现代科学革命如何理解相对性和光速不变原理如何理解相对性和光速不变原理相对性原理：时间、运动、质量不是绝对的，而是相对的。相对性原理：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。比静止的钟走得慢（钟

10、慢效应）、运动的物体重量变大。 光速不变原理：光的传播速度在任何条件下都是不变的。光速不变原理：光的传播速度在任何条件下都是不变的。n相对论第第2525课课 现代科学革命现代科学革命n霍金的警告第第2525课课 现代科学革命现代科学革命n爱因斯坦与相对论二、爱因斯坦与相对论二、爱因斯坦与相对论 1 1、提出、提出 19051905年提出匀速运动体系的狭义相对论年提出匀速运动体系的狭义相对论 19161916年提出加速运动体系的广义相对论年提出加速运动体系的广义相对论 2 2、内容、内容 相对性原理相对性原理 光速不变原理光速不变原理 3 3、意义、意义 解决了危机、创立了全新的物理学、扩展了领

11、域解决了危机、创立了全新的物理学、扩展了领域 打破了经典物理学绝对化的思维模式打破了经典物理学绝对化的思维模式第第2525课课 现代科学革命现代科学革命n普朗克与量子论第第2525课课 现代科学革命现代科学革命18751875年时，普朗克在慕尼黑大学学物理，物理年时，普朗克在慕尼黑大学学物理，物理老师曾劝他不要学纯理论，因为物理学老师曾劝他不要学纯理论，因为物理学“是一是一门高度发展的、几乎是臻善臻美的科学门高度发展的、几乎是臻善臻美的科学”，现在这门科学现在这门科学“看来很接近于采取最稳定的看来很接近于采取最稳定的形式。也许，在某个角落里还有一粒尘屑或一形式。也许，在某个角落里还有一粒尘屑或

12、一个小气泡，对它们可以去进行研究和分类，但个小气泡，对它们可以去进行研究和分类，但是，作为一个完整的体系，那是建立得足够牢是，作为一个完整的体系，那是建立得足够牢固的。而理论物理学正在明显地接近于几固的。而理论物理学正在明显地接近于几何学在数百年中所已具有的那样完美的何学在数百年中所已具有的那样完美的程度。程度。”三、普朗克与量子论三、普朗克与量子论n普朗克与量子论三、普朗克与量子论三、普朗克与量子论 1 1、内容、内容 辐射是由具有能量的基本单位量子来实现的辐射是由具有能量的基本单位量子来实现的第第2525课课 现代科学革命现代科学革命n量子论第第2525课课 现代科学革命现代科学革命任何物

13、体都具有不断辐射、吸收、发射电磁波的本任何物体都具有不断辐射、吸收、发射电磁波的本领。辐射出去的电磁波在各个波段是不同的，也就是领。辐射出去的电磁波在各个波段是不同的，也就是具有一定的具有一定的谱分布谱分布。这种谱分布。这种谱分布与物体本身的特性及与物体本身的特性及其温度有关其温度有关，因而被称之为热辐射。，因而被称之为热辐射。n芝诺悖论第第2525课课 现代科学革命现代科学革命芝诺悖论芝诺悖论阿基里斯（阿基里斯（荷马史诗荷马史诗中的善跑英雄）永远也无中的善跑英雄）永远也无法超过在他前面慢慢爬行的乌龟。因为他必须首先到法超过在他前面慢慢爬行的乌龟。因为他必须首先到达乌龟的出发点，而当他到达那一

14、点时，乌龟已向前达乌龟的出发点，而当他到达那一点时，乌龟已向前爬到了一个新位置；当他到达乌龟的新位置时，乌龟爬到了一个新位置；当他到达乌龟的新位置时，乌龟又向前爬了又向前爬了这样，乌龟必定总是跑在前头，阿基这样，乌龟必定总是跑在前头，阿基里斯只能离乌龟越来越近里斯只能离乌龟越来越近, ,却永远追不上乌龟。却永远追不上乌龟。n普朗克与量子论三、普朗克与量子论三、普朗克与量子论 1 1、内容、内容 辐射是由具有能量的基本单位量子来实现的辐射是由具有能量的基本单位量子来实现的 2 2、发展、发展 爱因斯坦爱因斯坦光的量子理论光的量子理论 玻尔玻尔原子的量子理论原子的量子理论 量子力学量子力学的建立的

15、建立 3 3、意义、意义 使人类对微观世界的基本认识有了使人类对微观世界的基本认识有了革命性的进步革命性的进步 带来技术创新，推动生产力发展，改变物质生活带来技术创新，推动生产力发展，改变物质生活第第2525课课 现代科学革命现代科学革命n现代物理学兴起的意义四、现代物理学兴起的意义四、现代物理学兴起的意义第第2525课课 现代科学革命现代科学革命n思考第第2525课课 现代科学革命现代科学革命DBB1 1、（20092009上海春季）上海春季）法国数学家和天文学家拉普拉斯曾经这样法国数学家和天文学家拉普拉斯曾经这样说过：说过：“不会产生两个牛顿，因为要发现的世界只有一个。不会产生两个牛顿，因为要发现的世界只有一个。”牛顿所发现的牛顿所发现的“世界世界”是指是指A.A.微积分微积分 B.B.反射望远镜反射望远镜 C.C.光的色散原理光的色散原理 D.D.三大运动定律三大运动定律2 2、（20072007广东单科）广东单科）2020世纪初，物理学本身发生了一场革命性世纪初，物理学本身发生了一场革命性的变化。下列选项中推动这一变化的是的变化。下列选项中推动这一变化的是A.A.电的发明和利用电的发明和利用 B.B.量子论的提出和发展量子论的提出和发展C