第一课近代物理学的奠基人和革命者

第一课近代物理学的奠基人和革命者第1页，共35页，2023年，2月20日，星期一（1）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。（2）知道相对论、量子论的主要内容，认识其意义。第2页，共35页，2023年，2月20日，星期一下落的苹果升空的“神五”举例：生活中的物理现象第3页，共35页，2023年，2月20日，星期一伽利略（1564—1642），伟大的意大利物理学家和天文学家，他开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系和数学表述形式的近代科学，被誉为“近代科学之父”。他第一个把望远镜对准天空进行观测，出版了《星空使者》一书。1632年，他出版了《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》，把哥白尼学说推到了最终胜利的阶段。一、认识史上的飞跃第4页，共35页，2023年，2月20日，星期一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。——牛顿第5页，共35页，2023年，2月20日，星期一三百年前，人类的思想还充斥着迷信和恐惧，水为什么往低处流,太阳为什么升起落下,这些在今天看来简单至极的问题，在当时却是根本无法认识和把握的。直到牛顿出现，人类才终于结束了这种状态。——《大国崛起》解说词第6页，共35页，2023年，2月20日，星期一看书回答：牛顿力学产生前有哪些学说？亚里士多德伽利略力学观：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。“物体下落的速度和重量成比例”的学说。力学观：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。自由落体定律。第7页，共35页，2023年，2月20日，星期一

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。第8页，共35页，2023年，2月20日，星期一

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天文学方面：自制望远镜，证明了哥白尼的“日心说”的正确性。第9页，共35页，2023年，2月20日，星期一哥白尼提出太阳中心说从根本上动摇了宗教神学的理论基础第10页，共35页，2023年，2月20日，星期一归纳总结：牛顿力学体系形成条件主要内容形成标志前人的基础（伽利略、笛卡尔等）；注重试验；牛顿运动的三定律（惯性、加速度、作用力和反作用力定律）、万有引力定律1687年《自然哲学的数学原理》第11页，共35页，2023年，2月20日，星期一牛顿力学体系建立的意义①构成了近代力学体系的基础，成为整个近代物理学的重要支柱。②对自然界的力学现象做了系统合理的说明，从而完成了人类对自然界认识史上的第一次理论大综合。③是近代科学形成的标志。推动了第一次工业革命。第12页，共35页，2023年，2月20日，星期一①牛顿的运动三定律构成了近代力学体系的基础，成为整个近代物理学的重要支柱。②牛顿力学体系对自然界的力学现象做了系统合理的说明，从而完成了人类对自然界认识史上的第一次理论大综合。

——标志着经典力学体系的形成，标志着近代科学的形成。

分析牛顿力学体系在近代自然科学理论发展中的历史地位。第13页，共35页，2023年，2月20日，星期一③具有惊人的预见性和巨大的理论指导意义。A.准确算出了地球的平均密度和扁平率B.正确地解释了潮汐的成因C.发现了海王星、冥王星第14页，共35页，2023年，2月20日，星期一普朗克，生于基尔，在慕尼黑大学获得博士学位。由于量子论的创立，普朗克获得1918年诺贝尔物理学奖。某父亲是杰出的法律教授。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，表现了专业艺术才干；另一业余爱好是他一直坚持的登山运动。二、驱走乌云的太阳量子力学的创立者第15页，共35页，2023年，2月20日，星期一（1）诞生：

1900年普朗克《关于正常光谱能量分布定律的理论》“物体在发射辐射和吸收辐射时，以一定数值的整数倍进行能量交换。正如物质是由一个个原子组成的一样，能量也是由一份份‘能量原子’构成的，这就是‘量子’。”第16页，共35页，2023年，2月20日，星期一（2）发展：

1905年，爱因斯坦利用量子理论成功地解释了光电效应，指出光具有波粒二象性；

1923年，德布罗意提出了物质波理论，认为微观粒子具有波动性；量子论确实深奥难懂，甚至连量子论奠基人之一的玻尔都说：“如果谁不为量子论而感到困惑，那他就是没有理解量子论。”第17页，共35页，2023年，2月20日，星期一此情形并未能持久，魔鬼喝道：“嗬！让爱因斯坦问世！”世界又变得难以捉摸。——英国现代派诗人J.C．Squire三、爱因斯坦的“时空”一沙一世界，一花一天堂。

无限掌中置，刹那成永恒。

——徐志摩译第18页，共35页，2023年，2月20日，星期一

艾伯特·爱因斯坦（1879—1955），1879年诞生在德国乌尔姆的犹太人家中。1894年举家迁居米兰。1900年毕业于瑞士苏黎世工业大学。爱因斯坦被认为是最富于创造力的科学家，他不但创立了相对论，还提出了光量子的概念，得出了光电效应的基本定律，并揭示了光的波粒二重性本质，为量子力学的建立奠定了基础。为此荣获1921年的诺贝尔物理学奖。同时，他还证明了热的分子运动论，提出了测定分子大小的新方法。第19页，共35页，2023年，2月20日，星期一⑴狭义相对论①创立：1905年创立②内容时间和空间都与物质运动有关时间和空间随着物质运动速度的变化而变化③狭义相对论的影响修正了牛顿力学的绝对时空观继承和发展了牛顿力学奠定了利用原子能的理论基础2005世界物理年E=mc2第20页，共35页，2023年，2月20日，星期一(2)广义相对论①提出：1916年②内容第21页，共35页，2023年，2月20日，星期一③意义：第一次阐述了四维时空和物质的分布相联系的重要思想爱因斯坦关于相对论的比喻，为了对这深奥理论做通俗的说明，他曾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。”形象地说明了时空相对性。第22页，共35页，2023年，2月20日，星期一狭义相对论发表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的意义。第23页，共35页，2023年，2月20日，星期一⑶相对论建立的意义①是对近代物理学理论框架的重大突破，深刻揭示了空间和时间的本质属性。②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。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。第24页，共35页，2023年，2月20日，星期一“爱因斯坦的相对论是人类思想史上最伟大的成就之一，也许就是最伟大的成就，它不是发现一个孤岛，而是发现了新的科学思想的新大陆。”

——（英国）皇家学会会长汤姆逊第25页，共35页，2023年，2月20日，星期一

1955年4月18日爱因斯坦因主动脉瘤破裂逝世于普林斯顿。遵照他的遗嘱，不发讣告，不举行公开葬礼，不建坟墓，不立纪念碑。骨灰撒在永远对人保密的地方，为的是不使任何地方成为圣地。

他的主治医生贺维博士认为如此伟大的大脑，应该进行研究，所以他便把爱因斯坦的大脑保留了下来，并切成200片带走。但至今没有结论。第26页，共35页，2023年，2月20日，星期一牛顿力学与爱因斯坦相对论的关系？时空观力学观运动规律适用范围牛顿爱因斯坦传统绝对时空观

认为时空会随物体速度变化而变化；空间结构和性质取决于物质的分布。牛顿力学

相对论力学（包含牛顿力学）宏观世界低速运动微观世界高速运动第27页，共35页，2023年，2月20日，星期一（1）相对论否定了经典力学的绝对时空观；（2）但也发展了牛顿力学，将其概括在相对论力学之中，推动物理学发展到一个新的高度。

——爱因斯坦相对论是对牛顿力学的继承与发展。第28页，共35页，2023年，2月20日，星期一经典力学体系的创立和发展量子理论的诞生(从普朗克到爱因斯坦)相对论的建立（爱因斯坦）现代物理学理论的发展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第29页，共35页，2023年，2月20日，星期一1.2010年7月5日，欧洲航天局的宇宙探测卫星“普朗克”，绘出了首幅宇宙全景，下列有关物理学家普朗克的介绍，不正确的是（）A．他是德国科学家B．他在1900年提出量子假说C．他的理论否定了“自然无跳跃”的原则D．他的研究使人类对宏观世界的基本认识取得革命性进步D第30页，共35页，2023年，2月20日，星期一C2．如图是国际物理年标识，为纪念某科学理论诞生100周年，联合国确定2005年为国际物理年。与之相关的科学家是（）A．牛顿B．达尔文C．爱因斯坦D．普朗克第31页，共35页，2023年，2月20日，星期一3.2009年，在诺贝尔奖各奖项即将揭晓之际，诺贝尔基金会评出了诺贝尔奖百余年历史上“最受尊崇的”三位获奖者。其中之一是1921年物理学奖得主阿尔伯特·爱因斯坦。“爱因斯坦是一个造物者！”这是著名华裔物理学家、诺贝尔奖得主杨振宁对爱因斯坦的评价。杨振宁在这里高度评价爱因斯坦，主要依据是他（）A．否定了牛顿力学体系B．创立了现代物理学C．改变了人们的思维模式D．提出了相对论D第32页，共35页，2023年，2月20日，星期一4.有一次，爱因斯坦与卓别林共同出席一个宴会，他们都受到了热烈欢迎。卓别林对爱因斯坦开玩笑说“大家欢迎我是因为他们都理解我，大家欢迎你是因为他们都不理解你。”卓别林所要表达的是（）A．绝大多数人盲目欢迎爱因斯坦B．相对论有悖于人们的常理C．经典物理与人们的日常生活很近D．科学家与艺术家一样受人尊敬B第33页，共35页，2023年，2月20日，星期一5．2009年10月诺贝尔物理