序言：物理学与人类文明

1、伽利略伽利略牛顿牛顿导入新课 让我们一起感受身边物理的物理知识。让我们一起感受身边物理的物理知识。 苹果熟了为什么会从树上掉下来？苹果熟了为什么会从树上掉下来？那为那为什么火箭又能将航天员乘坐的神州飞船推上天呢？什么火箭又能将航天员乘坐的神州飞船推上天呢？最后飞船为什么又能平稳地在太空遨游呢？这就最后飞船为什么又能平稳地在太空遨游呢？这就是物理。还有，大家都喜欢看电视吧，电视中一是物理。还有，大家都喜欢看电视吧，电视中一个个精彩的节目，会令屏幕前的你流连忘返，开个个精彩的节目，会令屏幕前的你流连忘返，开怀捧腹。那么，电视台的直播间的画面和音乐是怀捧腹。那么，电视台的直播间的画面和音乐是怎么即时

2、传过来的？又是怎样在电视屏幕上显示怎么即时传过来的？又是怎样在电视屏幕上显示出来的呢？这些现象就是物理。出来的呢？这些现象就是物理。绪言绪言 物理学与人类物理物理学与人类物理 通过演示与讲解，让学生对物理学有大致通过演示与讲解，让学生对物理学有大致的了解：了解物理学研究哪些问题；了解物理的了解：了解物理学研究哪些问题；了解物理学与其他科学和技术的关系；了解物理学对人学与其他科学和技术的关系；了解物理学对人类文明所起的作用。通过让学生课后讨论、写类文明所起的作用。通过让学生课后讨论、写读后感的形式，理解为什么要学习高中物理以读后感的形式，理解为什么要学习高中物理以及怎样才能学好高中物理，为今后深

3、入学习作及怎样才能学好高中物理，为今后深入学习作好思想准备与方法准备。好思想准备与方法准备。 教学目标一、物理学一、物理学二、物理学与社会进步二、物理学与社会进步三、物理学与思维观念三、物理学与思维观念四、物理学的未来四、物理学的未来本节导航一、物理学一、物理学 物理学是一门自然科学。它起始于伽物理学是一门自然科学。它起始于伽利略和牛顿的年代。经过三个多世纪的发利略和牛顿的年代。经过三个多世纪的发展，它已经成为一门有众多分支的、令人展，它已经成为一门有众多分支的、令人尊敬和热爱的基础科学。尊敬和热爱的基础科学。物理在发展，社会在进步物理在发展，社会在进步 在远到宇宙深处，近到至咫尺之间，大到在

4、远到宇宙深处，近到至咫尺之间，大到广表苍穹，小到微观粒子的浩瀚而又精细的时广表苍穹，小到微观粒子的浩瀚而又精细的时空中，物理学研究物质存在的基本形式，以及空中，物理学研究物质存在的基本形式，以及它们的性质和运动规律。物理学还研究物质的它们的性质和运动规律。物理学还研究物质的内部结构，在不同层次上认识物质的各种组成内部结构，在不同层次上认识物质的各种组成部分及其相互作用，以及它们运动和转化的规部分及其相互作用，以及它们运动和转化的规律。因此，说物理学是关于律。因此，说物理学是关于“万物之理万物之理”的学的学问并不为过。问并不为过。 神七升空神七升空“长征二号长征二号”F F型火箭载着神舟型火箭载

5、着神舟号在人航天飞船直入云霄。物理号在人航天飞船直入云霄。物理学的理论基础是空间技术的基础。学的理论基础是空间技术的基础。 （1）在牛顿力学和万有引力定律的基础上发展起来）在牛顿力学和万有引力定律的基础上发展起来的空间物理，能把宇宙飞船送上太空，使人类实现了飞的空间物理，能把宇宙飞船送上太空，使人类实现了飞天的梦想。也使中国人天的梦想。也使中国人“九天揽月九天揽月”成为可能。成为可能。 （2）带电粒子在电场中的）带电粒子在电场中的运动规律在科学技术的许多领运动规律在科学技术的许多领域都有重大意义。电子显微镜、域都有重大意义。电子显微镜、电子显像管，磁控管、粒子加电子显像管，磁控管、粒子加速器等

6、都与它密切相关。速器等都与它密切相关。电视机显像管的剖面图电视机显像管的剖面图 （3）原子核物）原子核物理学的进展，是人理学的进展，是人类直接利用射线和类直接利用射线和核能成为现实。核能成为现实。患肿瘤的病人在接受放射治疗患肿瘤的病人在接受放射治疗 （4） 20世纪初相对论和量子力学的建立，是世纪初相对论和量子力学的建立，是物理学史上惊天动地的革命。由此诞生地近代物物理学史上惊天动地的革命。由此诞生地近代物理学以雷霆万物之势将世界带入高科技时代，组理学以雷霆万物之势将世界带入高科技时代，组成物质的微粒服从量子规律。因此半导体芯片等成物质的微粒服从量子规律。因此半导体芯片等产业离不开量子力学的理

7、论支撑。可以说，没有产业离不开量子力学的理论支撑。可以说，没有力学就没有现代技术，也就没有现代化的生活。力学就没有现代技术，也就没有现代化的生活。半导体芯片的照片半导体芯片的照片 （5）20世纪世纪60年代初，激光器诞生，激光物年代初，激光器诞生，激光物理的诞生，激光物理的进展为激光在制造业，医理的诞生，激光物理的进展为激光在制造业，医疗技术和国防工业中的应用打开了大门。疗技术和国防工业中的应用打开了大门。光彩夺目的激光束光彩夺目的激光束 （6）当温度低于超）当温度低于超导转变点时，超导体具导转变点时，超导体具有完全抗磁性，下方的有完全抗磁性，下方的超导体如同一块和上方超导体如同一块和上方的永

8、磁体同极相对的磁的永磁体同极相对的磁铁一样，是永碰体片漂铁一样，是永碰体片漂浮起来。浮起来。20世纪世纪0年代，年代，高温超导体的研究取得高温超导体的研究取得重大突破，为超导的实重大突破，为超导的实际应用开辟了道路。际应用开辟了道路。 超导磁悬浮照超导磁悬浮照片，图中上面是用片，图中上面是用超强永磁体制成的超强永磁体制成的图片，下面是烧制图片，下面是烧制的高温超的导体。的高温超的导体。 （7）20 世纪世纪 90年年代发展起来的纳米科代发展起来的纳米科技，使人们可以按自技，使人们可以按自己的需要去设计并重己的需要去设计并重新排列原子或原子团，新排列原子或原子团，使其具有人们希望的使其具有人们希

9、望的特性。这使人们在材特性。这使人们在材料科学的研究中迈出料科学的研究中迈出了及其重要的一步。了及其重要的一步。 量子围栏，它是量子围栏，它是用扫描隧道显微镜吧用扫描隧道显微镜吧48个个Fe原子搬到原子搬到Cu表面上构成的。表面上构成的。DNA的双螺旋结构的双螺旋结构 （8）生命科学的巨大进）生命科学的巨大进展离不开物理学的基础。脱展离不开物理学的基础。脱氧核糖核酸（氧核糖核酸（DNA）是存在）是存在于细胞核中的一种重要物质，于细胞核中的一种重要物质，它是储存和传递生命信息的它是储存和传递生命信息的物质基础。物质基础。1953年，生物学年，生物学家沃森和物理学家克里克利家沃森和物理学家克里克利

10、用用X射线衍射的方法在卡文射线衍射的方法在卡文迪许实验室成功的测定了迪许实验室成功的测定了DNA双螺旋结构。双螺旋结构。第一辆蒸汽机车第一辆蒸汽机车（模型）（模型） （1）18世纪中叶，蒸世纪中叶，蒸汽机的改进和广泛应用得汽机的改进和广泛应用得益于热学的研究，蒸汽机益于热学的研究，蒸汽机的广泛使用，促进了手工的广泛使用，促进了手工生产向机械化大生产的转生产向机械化大生产的转变，并使路上和海上大规变，并使路上和海上大规模的长途运输成为可能，模的长途运输成为可能，这大大推动了社会发展。这大大推动了社会发展。二、物理学与社会进步二、物理学与社会进步我们生活在电气化的时代我们生活在电气化的时代 （2）

11、19世纪后半叶，在电磁学研究的基础世纪后半叶，在电磁学研究的基础上发展起来的电力工业，给生产和生活带来深上发展起来的电力工业，给生产和生活带来深刻的影响，是人类社会进入了电气时代。刻的影响，是人类社会进入了电气时代。 （3）20世纪世纪70年代，微观物理方面的重年代，微观物理方面的重大突破开创了微电子工业，从而触发了第三大突破开创了微电子工业，从而触发了第三次工业革命。世界开始进入以电子计算机应次工业革命。世界开始进入以电子计算机应用为特征的信息时代。用为特征的信息时代。信息时代信息时代古人心中的宇宙古人心中的宇宙三、物理学与思想观念三、物理学与思想观念 16世纪，人们世纪，人们意识到地球和行

12、星意识到地球和行星都在绕太阳运动。都在绕太阳运动。 现代天文学家现代天文学家已经观测到距我们已经观测到距我们140亿光年的天体。亿光年的天体。 （1）在人类文明的初期人们大地是一个大扁）在人类文明的初期人们大地是一个大扁盘，物理学的发展使人类对大地乃至宇宙的认识盘，物理学的发展使人类对大地乃至宇宙的认识发生了翻天腹地的变化。从发生了翻天腹地的变化。从“天圆地方天圆地方”到到“地地心说心说”到到“日心说日心说”；从太阳系到河外星系；从；从太阳系到河外星系；从静态的宇宙道膨胀的宇宙，从静态的宇宙道膨胀的宇宙，从“盘古开天地盘古开天地”到到“大爆炸大爆炸”的宇宙演化论的宇宙演化论 哈雷彗星和它的公哈

13、雷彗星和它的公转轨道。公元前转轨道。公元前613年年至公元至公元1910年，中国年，中国有它有它31次回归的记录。次回归的记录。1705年，英国天文学年，英国天文学家哈雷根据牛顿的万家哈雷根据牛顿的万有引力的定律正确的有引力的定律正确的语言了它的回归。语言了它的回归。 单变量数值仿真。洛伦兹仅仅相差单变量数值仿真。洛伦兹仅仅相差0.0001的两个初始条件输入一个数学方程，的两个初始条件输入一个数学方程，计算得出的两条曲线不久就会分道扬镳，计算得出的两条曲线不久就会分道扬镳，南辕北辙，真是南辕北辙，真是“差之毫厘，失之千里差之毫厘，失之千里”。哈雷彗星哈雷彗星 在牛顿力学建立后，人们能精确地预言

14、在牛顿力学建立后，人们能精确地预言哈雷彗星每哈雷彗星每76年回归地球一次。这意味着，年回归地球一次。这意味着，已知受力情况和初始条件已知受力情况和初始条件物体的位置和物体的位置和速度，就可以求出以后任何时刻物体的位置速度，就可以求出以后任何时刻物体的位置和速度，因此，人们形成了和速度，因此，人们形成了“机械决定论机械决定论”的思维方式。很自然的，人们梦想对天气也的思维方式。很自然的，人们梦想对天气也能做同样的预报。能做同样的预报。 20世纪世纪60年代初，美国气象学家洛伦兹研年代初，美国气象学家洛伦兹研究了服从三个含有非线性项方程的气象末次昂究了服从三个含有非线性项方程的气象末次昂系统，揭示了

15、复杂系统的行为对微小初值差异系统，揭示了复杂系统的行为对微小初值差异的没感性依赖性，从而断言藏起天气预报不可的没感性依赖性，从而断言藏起天气预报不可能实现。为此，他提出了能实现。为此，他提出了“一只蝴蝶在巴西扇一只蝴蝶在巴西扇动翅膀，有可能在美国德克萨斯引起一场龙卷动翅膀，有可能在美国德克萨斯引起一场龙卷风风”的说法，被称为的说法，被称为“蝴蝶效应蝴蝶效应”。这就动摇。这就动摇了长期在人头脑中站主导地位的了长期在人头脑中站主导地位的“机械决定论机械决定论”的思维方式。的思维方式。我国泰山核电站我国泰山核电站 科学活动是人类认识自然的活动，现代技术已科学活动是人类认识自然的活动，现代技术已经与科

16、学技术密不可分了。科学救赎方面的突破对经与科学技术密不可分了。科学救赎方面的突破对于社会发展会起到至关重要的作用，正是科学成果于社会发展会起到至关重要的作用，正是科学成果在技术上的应用，才创造了我们今天的物质文明，在技术上的应用，才创造了我们今天的物质文明，然而事实表明，技术是一把然而事实表明，技术是一把“双刃刀双刃刀”当人类黑尔当人类黑尔明智的利用技术时，他给人类带来很多恩惠；但是，明智的利用技术时，他给人类带来很多恩惠；但是，利用不当，甚至滥用就会给人类带来诸如生态失衡，利用不当，甚至滥用就会给人类带来诸如生态失衡，资源枯竭等问题，人们又责任避免资源枯竭等问题，人们又责任避免i技术的滥用，

17、既技术的滥用，既要大力发展和利用技术，还要细致的分析技术带来要大力发展和利用技术，还要细致的分析技术带来的正负面的效应，积极开展技术评价和技术预见工的正负面的效应，积极开展技术评价和技术预见工作，让技术很好的服务于人类。作，让技术很好的服务于人类。四、物理学的未来四、物理学的未来 科幻与科技，是一对分割不开的科幻与科技，是一对分割不开的“情情侣侣”，而联系它们之间的纽带，就是人们丰，而联系它们之间的纽带，就是人们丰富的想象和科技人员孜孜不倦的追求精神。富的想象和科技人员孜孜不倦的追求精神。科幻电影中令人眩目的各种高科技产品和场科幻电影中令人眩目的各种高科技产品和场景，与人们的现实生活距离有多遥

18、远？景，与人们的现实生活距离有多遥远？ 物理呼唤年轻的心物理呼唤年轻的心 哥白尼提出日心说时是哥白尼提出日心说时是38岁；牛顿和莱岁；牛顿和莱布尼茨发明微积分时分别是布尼茨发明微积分时分别是22岁和岁和28岁；爱岁；爱迪生发明留声机时是迪生发明留声机时是29岁，发明电灯时是岁，发明电灯时是31岁，贝尔发明电话时是岁，贝尔发明电话时是29岁；居里夫人发现岁；居里夫人发现镭、钍、钋三种元素的放射性时是镭、钍、钋三种元素的放射性时是31岁；爱岁；爱因斯坦提出狭义相对论时是因斯坦提出狭义相对论时是26岁，提出广义岁，提出广义相对论时是相对论时是37岁；沃森和克里克提岁；沃森和克里克提DNA双螺双螺旋结构时分别是旋结构时分别是25岁和岁和37岁岁. 科学走进科学走进21世纪，仍有许多的难题困扰世纪，仍有许多的难题困扰着科学家，期待着人们去探索，去发现。着科学家，期待着人