专题七第一课近代物理学的奠基人和革命者

1专题七近代以来科学技术的辉煌导语（一）本专题主要涉及的问题（二）涉及的主要理论问题（三）学习思考为什么15世纪下半叶以后西方的科学技术取得了辉煌的成就？2（一）本专题主要涉及的问题

近代物理学中牛顿力学体系形成和爱因斯坦在理论物理学方面的革命性成就；人类探索生命起源的历程，重点涉及细胞学说、进化论和物种起源；蒸汽机应用于生产给人类文明发展带来的巨大变化；现代交通通信技术的发展，改变了人类的时空概念，使人类进入电子信息时代。讲述了人类认识由低级向高级发展的历程，从科学技术层面了解人类社会发展的基本特征。3（二）涉及的主要理论问题●科学技术创新与尊重权威的关系;●科学与哲学和宗教的关系;●科学技术是生产力以及科学改变人类的命运等。4（三）学习思考

为什么15世纪下半叶以后西方的科学技术取得了辉煌的成就？（1）文艺复兴、宗教改革等思想解放运动的影响；（2）资本主义的发展提供了物质基础；（3）科学家勇于探索的精神。古代科学技术近代科学技术研究对象研究方法两者关系分门别类整体考察科学实验，科学理论直观感受，哲学思辨两相分离密切结合古代和近代科学技术的区别【分析比较】

中西近代科技发展原因比较科学革命技术革命物理学领域生物学领域经典力学体系的创立和发展（从伽利略到牛顿）量子理论的诞生（从普朗克到爱因斯坦）相对论的建立（爱因斯坦）进化论理论（达尔文与赫胥黎）万能原动机与“蒸汽机时代”（瓦特）电力的广泛应用与“电气时代”（法拉第、西门子等）现代信息技术与信息时代现代物理学理论的发展8一、近代物理学的奠基人和革命者

[课标要求]

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。知道相对论、量子论的主要内容，认识其意义。本课内容：第一目：认识史上的飞跃——牛顿力学体系第二目：驱走乌云的太阳——量子理论第三目：爱因斯坦的“时空”——相对论经典力学体系的创立和发展量子理论的诞生（普朗克）相对论的建立（爱因斯坦）现代物理学理论的发展本课知识结构近代物理学的奠基人和革命者伽利略对亚里士多德力学观的否定

牛顿对前人科学理论的发展

奠基者建立者近现代物理学的奠基人和革命者二、经典力学体系的创立和发展1、经典力学的奠基者——伽利略（意大利、17世纪）一、近现代物理学的发展过程经典力学奠基者（17世纪初）经典力学建立者（17世纪晚期）从经典力学发展到相对论、量子论（19世纪末～20世纪初）伽利略（意）牛顿（英）爱因斯坦（德）普朗克（德）2、经典力学的建立者——牛顿（英国、17世纪末）三、现代物理学理论的发展1、量子理论的诞生和发展——普郎克（德国、1900年）2、相对论的建立——爱因斯坦（德国、20世纪初）

背景：

受文艺复兴、宗教改革影响，科学逐渐从神学的桎梏中解放出来；资本主义发展提供了物质基础；科学家勇于探索的精神。1、经典力学的奠基者——伽利略（意大利）（1）伽利略的成果A、物理方面：

B、天文学方面：（2）伽利略的贡献突出成果——创立自由落体定律制造天文望远镜、证明哥白尼“日心说”的正确性A、他的发现和他开始的科学研究方法，标志着物理学的真正开端.B、为经典力学的创立奠定了基础C、开创了近代科学，被誉为“近代科学之父”。实验,计算亚里士多德：力学观：必须有力作用在物体上，物体才能运动，没有力的作用，物体就会静止。伽利略：通过观察、实验和推理，得出结论：如果运动物体不受阻碍，它将速度保持不变地持续运动下去。突出成就：创立自由落体定律

1590年，伽利略在比萨斜塔上做了“两个铁球同时落地”的著名实验，从此推翻了亚里士多德“物体落地下的速度和重量成比例”的学说，纠正了这个持续了1900年之久的错误结论。

1609年，伽利略创制了天文望远镜。他观测到月球表面凹凸不平，并绘制了第一幅月面图。伽利略的折射式望远镜伽利略的手稿惯性定律加速度定律作用和反作用定律物理运动三大定律万有引力定律经典力学体系2、经典力学的建立者——牛顿

1687《自然哲学的数学原理》

——无论从科学史还是整个人类的文明史来看这都是一本划时代的巨著。16经典力学体系的历史地位①理论：牛顿力学体系正确地反映了宏观物体低速运动的客观规律，对自然界的力学现象做出了系统、合理的说明，从而完成了人类对自然界认识史上的第一次理论大综合。②影响：经典力学体系的建立标志着近代科学的形成；从此科学摆脱了神学的束缚向前发展。③实践：根据万有引力定律，人们准确地算出地球的平均密度和扁平率；正确地解释了潮汐的成因；还发现了海王星。英国著名诗人亚历山大·波普曾写过一首赞美牛顿的诗：自然和自然界的规律，隐藏在黑暗里。上帝说：“让牛顿去吧!”于是，一切成为光明。

我之所以能比别人看得远些，是因为我站在巨人们的肩上。

——牛顿牛顿获得巨大成就的原因1、具有虚怀若谷、谦虚好学精神；2、勇于探索的科学精神；3、科学的研究方法；4、甘于寂寞，献身科学的精神等；5、吸收伽利略等前人的研究成果；6、有利的社会环境：启蒙运动、英国资产阶级革命的洗礼18

牛顿捡到了哪些“光滑的石子”和“美丽的贝壳”？

“我好像是一个在海边玩耍的孩子，不时为拾到比通常更光滑的石子或更美丽的贝壳而欢欣鼓舞，而展现在我面前的是完全未探明的真理之海。”

——牛顿临终遗言共同探究之一19牛顿（1642-1727）著作：《自然哲学的数学原理》（1687）他提出了物体机械运动的三大定律和万有引力定律，创建牛顿力学体系。20牛顿的成就与前人研究成果的关系

“巨人肩上的思索”

牛顿曾谦逊地说：“如果我比别人看得远些，那是因为我站在巨人们的肩上。”

近代科学在否定中发展，在继承中发展，在综合中发展

质疑与思考：经典力学体系是最完美的物理学理论吗？

19世纪末，面对经典物理学近乎完美的发展，有的物理学家表示：“19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。”

经典物理学是以日常生活中常见的低速运动的物体为研究对象的，一旦进入光速运动时，经典物理学的某些结论就变得不准确高速运动的微观粒子发生的现象，是经典力学无法解释的！在这种背景下，相对论与量子论应运而生22（二）驱走乌云的太阳

（量子理论的诞生）1．量子理论的诞生2．量子理论的发展3．量子论和量子力学的意义231．量子理论的诞生（1）基础：（2）诞生：

奥地利物理学家斯蒂芬对黑体的研究成果。1900年，德国物理学家普朗克提出了量子概念。并在《关于正常光谱能量分布定律的理论》中，阐述了这一思想，标志着量子理论的诞生。24

普朗克，生于基尔。1879年普朗克在慕尼黑大学获得博士学位后，先后在慕尼黑大学和基尔大学任教。由于量子论创立，普朗克获得1918年诺贝尔物理学奖。他的父亲是一位杰出的法律教授。普朗克是德国人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，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晚年的登山运动。

252．量子理论的发展（1）德国爱因斯坦：将量子理论推广到光学中，成功解释了光电效应，得出光具有波粒二象性的结论。（2）法国德布罗意：提出物质波理论。（3）数年后，奥地利、德国的物理学家建立了量子力学。263．量子论和量子力学的意义（1）量子力学标志着人类对客观规律的认识，开始从宏观世界深入到微观世界。（2）量子理论让人们从根本上改变了近代物理学中的传统观念，使物理学乃至整个自然科学的观念都发生了重大变革。27（三）爱因斯坦的“时空”

（相对论的建立）1．狭义相对论2．广义相对论3．相对论建立的意义28狭义相对论发表100周年，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。

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关于相对论，有人说：这个形式简洁优美的理论蕴藏了太多令人惊讶的内容，100年来，人们时时从中悟出宇宙层出不穷的奥秘，直到今天，这里还有很多内容没有被我们悟透。……这个“优美的理论”包含了哪些主要内容呢？让我们一起来领略相对论的奥妙。

301．狭义相对论（1）提出：（2）内容：（3）认识：

1905年，爱因斯坦发表《论动体的电动力学》，创立狭义相对论。

相对性原理和光速不变原理；时间和空间都与物质的运动有关，随着物质运动速度的变化而变化。（E=mc2）

否认了牛顿力学的绝对时空观点，是对牛顿力学的继承和发展。31“天上方一日，人间已一年”

乘坐“光子火箭”的星际旅行

乘坐“光子火箭”以光速作星际旅行，回到地球时，我们会发现什么变化？32

这个故事形象地说明了时间和空间的相对性。

爱因斯坦关于相对论的比喻。为了对这一深奥的理论做通俗的说明，爱因斯坦曾经风趣地对一名男青年说：“我打个比方，比如你屁股坐在火炉上烤和坐在公园柳荫下与女士谈情说爱，那么，同样的时间你觉得哪一个更长？”男青年说：“当然坐在火炉上烤的时间觉得长久。”爱因斯坦说：“这就是我的相对论内容。”332．广义相对论（1）提出：（2）内容：（3）认识：1916年，爱因斯坦把狭义相对论推广到加速运动的参考系中，建立了广义相对论。①物质存在的现实空间不是平坦的，而是弯曲的；②空间弯曲的程度体现为引力场强度；③时间、空间不是独立的实在，它们是物质存在的形式。

它第一次阐述了四维时空和物质的分布相联系的重要思想。34爱因斯坦的“时空弯曲”概念353．相对论建立的意义（1）爱因斯坦相对论的建立，是对近代物理学理论框架的重大突破，它不仅揭示了空间、时间的可变性，时空的变化和时空结构同物质的运动和状态密不可分。（2）这种全新的时空观、运动观和物质观的形成，是人类思想发展史中的一次根本性变革，对整个自然科学和哲学都产生了深远的影响。（3）相对论同量子理论一起，构成了现代物理学的基本理论框架。

由于相对论的观点与人们的日常经验不太一致，甚至有着尖锐的冲突，相对论从一开始就受到包括一些科学家在内的很多人的反对。1921年爱因斯坦获得了诺贝尔奖，当时不少德国的诺贝尔奖获得者威胁说，如果给相对论授奖，他们就要退回已获得的奖章，结果评选委员会只好让爱因斯坦作为光电效应理论的建立者得奖，相对论始终没有获得诺贝尔奖。但相对论在物理学上却非常合理且为实验所证实。想一想:上述现象说明了什么问题?给我们什么启发?说明：象许多事物一样，科学的发展道路也并非一帆风顺，往往会遇到很多阻力。启示：要敢于怀疑常识，勇于创新，因为即使生活中习以为常、看起来无懈可击的规律也可能是不科学的。量子论的意义（了解）

量子论和相对论是现代物理学的两大支柱，量子论的形成标志着人类对于客观规律的认识，开始从宏观世界深入到微观世界。量子力学和狭义相对论结合形成原子核物理学，指导制造原子弹、氢弹和建立核电站。量子力学还为电子技术、半导体技术和激光技术等奠定了理论基础。3839成功的秘诀

一个爱说废话而不爱用功的青年，整天缠着大科学家爱因斯坦，要他公开成功的秘诀。爱因斯坦厌烦了，便写了一

个公式给他：A＝x＋y＋z爱因斯坦解释道：“A代表成功，x代表艰苦的劳动，y代表正确的方法……”“z代表什么？”青年迫不及待地问。“代表少说废话。”爱因斯坦说40共同探究之二相对论与牛顿力学的关系怎样？

相对论打破了牛顿以来传统的绝对时空观，但并非全盘否定牛顿力学。牛顿力学反映的是宏观物体低速运动的客观规律，而狭义相对论反映的是物体高速运动的客观规律，是对牛顿力学的继承和发展。牛顿力学是相对论的一种特例（物体低速运动状态），包括在相对论体系中。伽利略（1564——1642）意大利（经典力学的奠基者）牛顿（1642——1727）英国普朗克（1858——1947）德国爱因斯坦（1879——1955）物理学革命20世纪物理学的两大支柱经典力学体系近代自然科学的形成从此科学摆脱了神学的束缚向前发展。标志：1687《自然哲学的数学原理》——相对论——量子论（1900年）近代科学之父实验科学科学家主要成就意义伽利略牛顿普朗克近代物理学发展过程中的主要成就及意义自由落体定律匀速运动、匀加速运动用自制的望远镜证明了哥白尼的“日心说”为经典力学奠定基础证明哥白尼的“日心说”的正确性

《自然哲学的数学原理》（物体运动三大定律和万有引力定律）运动三定律是近代物理学的重要支柱

相对性原理、光速不变原理相对论（狭义、广义）量子理论爱因斯坦近代物理学理论框架的重大突破继承和发展了牛顿力学构成现代物理学的基本理论框架经典力学是近代自然科学理论体系中最先成熟和完善的核心理论体系43课堂训练1．创立了自由落体定律，从而推翻了亚里斯多德的学说的是（）

A、伽利略B、牛顿

C、爱因斯坦D、普朗克2．近代科学进入了全面繁荣的时代，各门自然科学的理论体系纷纷建立起来是在（）

A、17世纪B、18世纪

C、19世纪D、20世纪AC443．实现了自然科学第一次理论性大综合的是（）A、哈维的血液循环学说B、法拉第的电磁感应理论C、牛顿的经典力学体系D、爱因斯坦的相对论4