第11课物理学的重大进展

1、古代中国科技发达的原因：古代中国科技发达的原因：明清时期科技衰落的原因：明清时期科技衰落的原因：政治统一，经济繁荣，民族融合，外交频繁。政治统一，经济繁荣，民族融合，外交频繁。制度腐朽，自然经济，文化专制，外交锁国。制度腐朽，自然经济，文化专制，外交锁国。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科学勃兴科学勃兴 进展辉煌进展辉煌转化生产转化生产 科技革命科技革命文艺复兴文艺复兴 思想解放思想解放-经典力学、相对经典力学、相对论和量子论、进化论论和量子论、进化论（1111、1212课）课）-三次科技革命（三次科技革命（1313课）课）科技历程科技历程科学技术的发展促

2、进了社会进步和人类生活的改善科学技术的发展促进了社会进步和人类生活的改善观点：观点：【课程标准【课程标准】 了解经典力学的主要内容，认识其在近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。代自然科学理论发展中的历史地位。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1111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 普朗克普朗克物理学的重大进展物理学的重大进展（1717世纪初世纪初2020世纪初）世纪初）成就成就： 经典力学经典力学重要人物：伽利略（奠基）重要人物：伽利略（奠基） 牛顿（创立）牛顿（创立）成就

3、二：成就二： 相对论的创立相对论的创立人物：爱因斯坦人物：爱因斯坦成就三：成就三： 量子论的诞生与发展量子论的诞生与发展重要人物：普朗克（提出量子重要人物：普朗克（提出量子假说宣告诞生）爱因斯坦（成假说宣告诞生）爱因斯坦（成功解释了光电效应）玻尔（提功解释了光电效应）玻尔（提出了有关原子的量子理论）出了有关原子的量子理论） 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，标志物理学的真正开端标志物理学的真正开端2.2.牛顿牛顿经典力学经典力学创立创立: :意义意义: :1687

4、,1687,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对解释解释和和预见预见物理现象有物理现象有决定意义决定意义资本主义的发展资本主义的发展标志着近代科学的形成；促进了资本主义的两次科技革命的出现伽利略伽利略（1564156416421642），），伟大的意大利物理学家和伟大的意大利物理学家和天文学家，他天文学家，他开创了以实开创了以实验事实为根据并具有严密验事实为根据并具有严密逻辑体系和数学表述形式逻辑体系和数学表述形式的近代科学的近代科学，被誉为，被誉为“近近代科学之父代科学之父”。他第一个他第一个把望远镜对准天空进行观把望远镜对准天

5、空进行观测测，出版了，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哥白尼两关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话大世界体系的对话，把，把哥白尼的学说推到了最终哥白尼的学说推到了最终胜利的阶段。胜利的阶段。 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

6、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

7、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） 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

8、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，根本不能用科长期以来到，人们一直认为彗星是神秘的，根本不能用科学来说明。牛顿说，既然彗星也是天体，就必然遵循力学学来说明。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规律。他的

9、好友哈雷用牛顿力学算出了16821682年出现的彗星年出现的彗星的轨道，指出它的回归周期是的轨道，指出它的回归周期是75757676年，由此预言它将在年，由此预言它将在17581758年再次出现。哈雷年再次出现。哈雷17051705年发表这个预言，当时他已年发表这个预言，当时他已4949岁，却要预言岁，却要预言5353年以后的事，岂非耸人听闻？可是年以后的事，岂非耸人听闻？可是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

10、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

11、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2020世纪初（世纪初（19051905年年) )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经典力学的绝对时空观绝对时空观发展了发展了牛顿力学牛顿力学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 关于爱因斯坦的小故事多得不胜枚关于爱因斯坦的小故事多得不胜枚举，无论是真

12、是假，人们对一位伟大举，无论是真是假，人们对一位伟大物理学家的崇拜是不会改变的。物理学家的崇拜是不会改变的。信不信由你：爱因斯坦小故事信不信由你：爱因斯坦小故事用手推车推孩子散步，竟会由于用手推车推孩子散步，竟会由于专心思考问题，而一不小心把孩子推到水沟里；专心思考问题，而一不小心把孩子推到水沟里；陪太太看电影时，却在电影院里用手电筒看书；陪太太看电影时，却在电影院里用手电筒看书； 19521952年，以色列共和国请爱因斯坦去担任总统，因年，以色列共和国请爱因斯坦去担任总统，因为爱因斯坦是犹太人心目中的精神领袖，然而他没有为爱因斯坦是犹太人心目中的精神领袖，然而他没有接受，觉得自己的个性并不适

13、合处理行政。接受，觉得自己的个性并不适合处理行政。他穿的袜子左右脚常不同颜色；他穿的袜子左右脚常不同颜色；19051905年，年，爱因斯坦爱因斯坦2626岁岁，接连写下，接连写下4 4篇改变整个篇改变整个2020世世纪物理学面貌的论文：纪物理学面貌的论文：1.1.光的量子说（解释光电效应）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=mc2E=mc2）19161916年，年，爱因斯坦发表了广义相对论基础，最具创爱因斯坦发表了广义相对论基础，最具创见也是最伟

14、大的贡献：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力理论）（取代了牛顿的万有引力理论）19051905 神奇的一年神奇的一年 爱因斯坦爱因斯坦19051905年提出的相对论，后来称作狭义相对年提出的相对论，后来称作狭义相对论，以光速永不改变、相对性原则来推论，得到论，以光速永不改变、相对性原则来推论，得到“时间时间”会因速度快慢而改变会因速度快慢而改变的结论。的结论。 相对论的例子：相对论的例子：一卷录音带，一卷录音带，如果在地面上播放需要一个小时；如果在地面上播放需要一个小时；在快速飞行的宇宙飞船里播放，在快速飞行的宇宙飞船里播放，宇宙飞船里的人测定也是一个小宇宙

15、飞船里的人测定也是一个小时。但是由地面上的人员，来测时。但是由地面上的人员，来测定在宇宙飞船中播放的时间呢？定在宇宙飞船中播放的时间呢？根据牛顿的理论，因为时间是绝根据牛顿的理论，因为时间是绝对的，所以也是一小时；但是爱对的，所以也是一小时；但是爱因斯坦的理论则认为应该是一个因斯坦的理论则认为应该是一个多小时，因为时间是相对的，在多小时，因为时间是相对的，在不同速度下测量时间，长度是不不同速度下测量时间，长度是不一样的。一样的。 什么是狭义相对论？什么是狭义相对论？什么是广义相对论？什么是广义相对论？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 广义相对论的重要结论是，广义相对论的

16、重要结论是，加速运动与引力加速运动与引力场的运动是等价的场的运动是等价的，要区别是由惯性力或者引，要区别是由惯性力或者引力所产生的运动是不可能的。力所产生的运动是不可能的。 对此，爱因斯坦作了一个比喻。假想有一个对此，爱因斯坦作了一个比喻。假想有一个人乘摩天楼的电梯自由降落，人不会感到自己人乘摩天楼的电梯自由降落，人不会感到自己在下降，因为这时电梯和人都依照重力加速度在下降，因为这时电梯和人都依照重力加速度定律在下降，彷佛在电梯里不存在地球引力。定律在下降，彷佛在电梯里不存在地球引力。 .相对论相对论否定否定了经典力学的了经典力学的绝对时空观绝对时空观；2.相对论相对论发展发展了牛顿力学，牛顿

17、力学是相了牛顿力学，牛顿力学是相对论力学在低速状态下的一个对论力学在低速状态下的一个特例特例；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，牛顿所创，牛顿所创造的概念，至今仍指导着人们的物理学思造的概念，至今仍指导着人们的物理学思想。想。19C19C末末-20C-20C初初, ,人对物质的认识深入到原子内部人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爱因斯坦利用量子论成功利用量子论成功解释了光电效应解释了光电效应丹麦丹麦玻尔玻尔提出提出有关原子有关原子的量子理论的量子理论20世纪世纪30年代年代，量子力学建立起来量子力学建立起

18、来三、量子论的诞生与发展三、量子论的诞生与发展使人类对使人类对微观世界微观世界的基本认识取得革命性进步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19001900, ,德国物理学家德国物理学家普朗克普朗克提出提出量子假说量子假说 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，量子论的形成两大支柱，量子论的形成标志标志着人类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成成就就经典力学建立者经典力学建立者（1717世纪晚期）世纪晚期）经典力学发展到相对经典力学发展到相对论、量子论论、量子论（1919世纪末世纪末2020世纪世纪初）初）代代表表地地位位“近代科学之父近代科学之父”开创开创.标志着物理学的标志