近代物理学的发展

近代物理学的发展第1页，共24页，2023年，2月20日，星期四探究：他们分别是什么人？有什么贡献？第2页，共24页，2023年，2月20日，星期四一近代物理学的奠基人和革命者一.经典力学的奠基人——伽利略的贡献二.经典力学的建立者——牛顿的贡献三.物理学革命——普朗克和爱因斯坦的贡献第3页，共24页，2023年，2月20日，星期四亚里士多德伽利略第4页，共24页，2023年，2月20日，星期四

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。(亚里士多德)?

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。(伽利略)第5页，共24页，2023年，2月20日，星期四1590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。第6页，共24页，2023年，2月20日，星期四后来，作为大学教授，牛顿常常忙得不修边幅，往往领带不结，袜带不系好，马裤也不纽扣，就走进了大学餐厅。有一次，他在向一位姑娘求婚时思想又开了小差，他脑海了只剩下了无穷量的二项式定理。他抓住姑娘的手指，错误的把它当成通烟斗的通条，硬往烟斗里塞，痛得姑娘大叫，离他而去。牛顿也因此终生未娶。他马虎拖沓，曾经闹过许多的笑话。一次，他边读书，边煮鸡蛋，等他揭开锅想吃鸡蛋时，却发现锅里是一只怀表。还有一次，他请朋友吃饭，当饭菜准备好时，牛顿突然想到一个问题，便独自进了内室，朋友等了他好久还是不见他出来，于是朋友就自己动手把那份鸡全吃了，鸡骨头留在盘子，不告而别了。等牛顿想起，出来后，发现了盘子里的骨头，以为自己已经吃过了，便转身又进了内室，继续研究他的问题。

1643年1月4日，伽利略逝世的这一天，牛顿出生，只有三磅重，谁也没有料到这个看起来微不足道的小东西会成为了一位科学巨人，并且竟活到了85岁。原希望他成为一个农民，但牛顿本人却无意于此。每次，母亲叫他同佣人一道上市场，熟悉做交易的生意经时，他便恳求佣人一个人上街，自己则躲在树丛后看书。牛顿的好学精神感动了舅父，于是舅父劝服了母亲让牛顿复学。第7页，共24页，2023年，2月20日，星期四二、经典力学的建立──牛顿2、条件：4、意义：1、标志：《自然哲学的数学原理》注重实验③具有惊人的预见性和巨大的理论指导意义②促进近代科学的形成和发展前人基础;3、基本理论：①认识上的飞跃万有引力定律牛顿力学三定律

牛顿(1642-1727)第8页，共24页，2023年，2月20日，星期四1781年天王星被发现，科学家用牛顿力学计算它的轨道，可是计算结果总是同观测纪录不大相符。经反复核算，观测无误。那问题是否出现在牛顿力学上面？法国的勒维列和英国的亚当斯坚信牛顿力学的正确，大胆猜想计算结果之所以不理想，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。1848年9月23日，柏林天文台台长在收到勒维列来信的当晚，用望远镜对准勒维列所指出的位置，一下子就看到了一颗新的行星—海王星。勒维列无需观测星空，就在笔尖上发现了新行星。牛顿力学又创造了新的奇迹。海王星和冥王星的发现第9页，共24页，2023年，2月20日，星期四牛顿的经典力学

牛顿是一位伟大的科学家。数学界，他总结出了微积分；在物理界，他总结出了万有引力定律以及经典力学的三大定律；在光学方面，他最早发现了白光的组成，指出了色散的本质。1727年3月20日，伟大的牛顿逝世，他被埋葬在威斯敏斯特教堂，在他的墓碑上镌刻着：

让人们欢呼这样一位多么伟大的人类荣耀曾经在世界上存在！第10页，共24页，2023年，2月20日，星期四牛顿名言

我只不过是一个在海滨玩耍的小孩，不时地为比别人找到更光滑、更美丽的卵石和贝壳而高兴。而在我面前的真理的海洋，却完全是个谜。——牛顿

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11页，共24页，2023年，2月20日，星期四

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。”

高速运动的微观粒子发生的现象，是经典力学无法解释的！第12页，共24页，2023年，2月20日，星期四三.物理学革命——

普朗克和爱因斯坦的贡献普朗克的贡献——提出量子论爱因斯坦的贡献——提出相对论提出量子论和相对论的影响第13页，共24页，2023年，2月20日，星期四量子论:物体在发射辐射时和吸收辐射时,以一定的数值的数倍进行能量交换.提出”能量原子”标志：《关于正常光谱能量分布定律的理论》内容：爱因斯坦成功解释光电效应发展：从根本上改变了近代物理学中的传统观念(宏观世界),使物理学乃至整个自然科学的观念发生了重大变革影响：

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14页，共24页，2023年，2月20日，星期四爱因斯坦的贡献——提出相对论内容：意义：狭义相对论广义相对论相对论打破经典力学的绝对时空观进一步深化对时间空间和引力现象的认识2.促进了全新的时空观、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极其深远的影响。1.是对近代物理学理论框架的重大突破，揭示了空间、时间的可变性，也说明时空的变化和时空结构同物质的运动和状态密不可分。3.与量子理论共同构成了现代物理学的基本理论框架。第15页，共24页，2023年，2月20日，星期四1955年4月18日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。火化时按照他的书面遗嘱：免除所有花卉布置以及所有音乐典礼。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。遗嘱执行者用歌德悼念席勒的诗结束了那朴素的葬礼：

我们全都获益不浅，

全世界都感谢他的教诲；

那专属他个人的东西，

早已传遍广大人群。他像行将陨灭的彗星，

光华四射，

把无限的光芒同他的光芒永相连结。

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16页，共24页，2023年，2月20日，星期四成功的秘诀

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。”爱因斯坦说第17页，共24页，2023年，2月20日，星期四提出:内容：

基础：

狭义相对论:

1905年，爱因斯坦发表了《论动体的电动力学》，创立了狭义相对论。相对性原理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。第18页，共24页，2023年，2月20日，星期四探究时空观力学方面运动规律适用范围经典力学 相对论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19页，共24页，2023年，2月20日，星期四提出:1916年内容：广义相对论:物质存在的现实空间不是平坦的，而是弯曲的，空间的结构取决于物质的质量及其分布情况，空间弯曲的程度体现为引力场强度。广义相对论第一次阐述了四维时空和物质的分布相联系的重要思想。第20页，共24页，2023年，2月20日，星期四这个故事形象地说明了时间和空间的相对性。

例：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。”第21页，共24页，2023年，2月20日，星期四提出量子论和相对论的影响量子论和相对论一起，构成了现代物理学的基本理论框架。使人们的认识深入到新的层次和领域，特别是发现了微观物质的运动规律。为现代自然科学和现代技术革命提供了重要的理论基础。第22页，共24页，2023年，2月20日，星期四科学家主要成就意义伽利略落体定律为经典力学奠定基础注重科学研究方法牛顿《自然哲学的数学原理》（物体运动三大定律和万有引力定律）标志着牛顿力学体系的形成标志着近代科学的形成爱因斯坦相对论（狭义、广义）、光速不变原理P133和134页为现代自然科学和现代技术革命提供了重要