物理学重大进展

关于物理学重大进展第1页，课件共54页，创作于2023年2月【课程标准】

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。探究：他们分别是什么人？有什么贡献？第11课物理学的重大进展伽利略牛顿爱因斯坦普朗克第2页，课件共54页，创作于2023年2月古希腊科学家亚里士多德物理学的曲折发展“落体的速度与重量成正比”？“物体从来都是静止的，除非你用力推它才开始运动”第3页，课件共54页，创作于2023年2月1.背景

2.牛顿的经典力学—经典力学—量子论的诞生与发展—相对论的创立物理学的重大进展1.背景

2.创立

3.意义1.背景

2.诞生

3.发展

4.意义第4页，课件共54页，创作于2023年2月

一．经典力学1.产生背景：①文艺复兴运动的影响;资本主义的发展②伽利略的贡献及作用——经典力学重要奠基者2.牛顿经典力学①基础:②创立:③意义:伽利略的研究成果1687,《自然哲学的数学原理》物体运动三大定律和万有引力定律a.完成了人类对自然界认识史上的第一次理论大综合,促进了资本主义的两次科技革命的出现b.使科学摆脱了神学的束缚，成为近代科学形成的标志。

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？这些今天看来简单之极的问题，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5页，课件共54页，创作于2023年2月伽利略（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》，把哥白尼的学说推到了最终胜利的阶段。第6页，课件共54页，创作于2023年2月

公元前4世纪，亚里士多德创立了“地心说”。亚里士多德认为，宇宙是一个有限的球体，分为天地两层，地球位于宇宙中心，所以日月围绕地球运行，物体总是落向地面。是上帝推动了恒星天层，才带动了所有的天层。人类居住的地球，巍然不动地居于宇宙中心。托勒密：古希腊地理学家，天文学家，数学家。一生著述甚多，其中，《天文学大成》主要论述了他所创立的地心说。第7页，课件共54页，创作于2023年2月

哥白尼：曾潜心研究过“地心说”，做了许多笔记和计算，并开始用仪器观测天象，头脑里开始孕育新的天文体系。在1543年出版的《天体运动论》中，哥白尼向人们描述了他的宇宙图景：太阳位于宇宙的中心，有五颗当时已知的行星和地球围绕太阳旋转。第8页，课件共54页，创作于2023年2月

文艺复兴时期波兰科学家哥白尼提出“日心说”，并写成《天体运行论》，否定亚里士多德的地心说，掀起天文学的革命，从根本上动摇了宗教神学的理论基础。布鲁诺极力宣扬“日心说”，受到教会的迫害，１６００年２月６日，宗教裁判所判处布鲁诺火刑，布鲁诺以轻蔑的态度听完判决书后，正义凛然地说：“你们对我宣读判词，比我听判词还要感到恐惧”。行刑前，刽子手举着火把问布鲁诺：“你的末日已经来临，还有什么要说的吗？”布鲁诺满怀信心庄严地宣布：“黑暗即将过去，黎明即将来临，真理终将战胜邪恶！”他最后高呼：“火，不能征服我，未来的世界会了解我，会知道我的价值。”５２岁的布鲁诺在熊熊烈火中英勇就义。他死后，教会甚至害怕人们抢走这位伟大思想家的骨灰来纪念他，匆匆忙忙把他的骨灰连同泥土一起抛撒在台伯河中。第9页，课件共54页，创作于2023年2月1610年，伽利略用望远镜发现有4颗卫星围绕着木星转。这一发现震动了整个欧洲和全球科学界。伽利略是第一位利用望远镜观察天体的人。目前人类发现的16颗木星卫星中，有４颗叫“伽利略卫星”。

木星和它的伽利略卫星

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他又发现太阳上有黑子，月球上有山脉，为哥白尼的地球绕着太阳公转的“日心说”找到了有力证据。宗教法庭把他软禁在家，不准外出。８年多后，伽伽利略临死前仍不屈服，坚定地说：“地球确实在围着太阳转！”他的努力没有白费，越来越多的人开始探索星空和科学！人们争相传颂：“哥伦布发现了新大陆，伽利略发现了新宇宙”。

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科学的真理不应在古代圣人的蒙着灰尘的书上去找，而应该在实验中和以实验为基础的理论中去找。

——伽利略“近代科学之父”伽俐略第12页，课件共54页，创作于2023年2月伽利略对亚里士多德力学观的否定

亚里士多德的力学观：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。如：“推箱子”的例子

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。第13页，课件共54页，创作于2023年2月1590年，伽俐略在斜塔的顶层做自由落体运动实验，让两个重量相差10倍的铁球，同时从塔顶落下，结果两球同时着地，因而，雄辩地一举推翻了束缚人们近2000年的希腊学者亚里士多德关于重量不同的物体，其下落的速度也不相同的“物体下落速度与重量成正比”的理论。伽俐略开创了实验物理的新时代，为经典力学的创立奠定基础。第14页，课件共54页，创作于2023年2月牛顿出生于英国的林肯郡，1665年毕业于著名的剑桥大学三一学院，获得学士学位。三年后又获得文学硕士学位。牛顿曾经长期担任英国皇家学会会长，他还担任过英国议会议员，授予爵士称号。1727年，他病逝，被安葬于威斯敏斯特教堂，这是一种极高的荣誉。牛顿（1642—1727）第15页，课件共54页，创作于2023年2月

牛顿是生活在地球上的影响最大的科学家之一。生于伽利略逝世的那一天。牛顿少年时代即表现出手工制作精巧机械的才能。虽然他是个聪明伶俐的孩子，但并未引起他的老师们的注意。他在学校的成绩不好，他体弱多病，性格腼腆。学习成绩是班上倒数几名，还经常受顽皮学生的欺侮。直到有一次跟同学打架。据说那个男孩在牛顿的肚于上踹了一脚，于是牛顿把他狠狠地揍了一顿，并把他的鼻于摁在教堂的墙上蹭来蹭去。从此之后，牛顿便开始在班里崭露头角，尤其在制作模型上表现出心灵手巧。

成年时，母亲令其退学，因为希望儿子成为一名出色的农夫。十分幸运的是他的主要天赋不满足于他在农业方面发挥。他被证明不是一个好农夫，干活漫不经心，而且脾气急躁。于是他又被送回学校，18岁那年他进入了剑桥大学，极快地通晓了当时已知的自然与数学知识，之后转入个人的专门研究。

第16页，课件共54页，创作于2023年2月这就是牛顿在

剑桥的苹果树牛顿家里的苹果树第17页，课件共54页，创作于2023年2月牛顿所处时代（17世纪中叶至18世纪初）的时代特征①经济上：资本主义发展到手工工场时期②政治上：资本主义制度在英国确立③思想上：启蒙运动逐渐兴起和发展④科技上：伽利略及前人研究的科技成果牛顿为什么会赢得掌声不断、鲜花无数？第18页，课件共54页，创作于2023年2月牛顿有哪些重要贡献？

其中最重要的是什么？数学：二项式定理，微积分光学：发现太阳光的光谱，微粒说天文学：发明反射式望远镜等力学：《自然哲学的数学原理》

物体运动三大定律；万有引力定律

——形成经典力学体系第19页，课件共54页，创作于2023年2月

牛顿力学的奠基作：《自然哲学的数学原理》特征注重实验数学化第20页，课件共54页，创作于2023年2月

第一件，用牛顿力学算出地球的形状象只桔子。古希腊的亚里士多德认为地球是个正球体，两千年来人们对此深信不疑。牛顿却根据他的力学，说地球是个扁球体，象只大桔子。此言一出，学界哗然。地球那么大，牛顿又从不出远门，他凭什么说地球有点扁？可是法国科学家经过三次实地测量，终于证实了牛顿的看法。用力学能算出地球的形状，真是个奇迹。历史上证实牛顿力学的三件事第21页，课件共54页，创作于2023年2月第二件，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1682年出现的彗星的轨道，指出它的回归周期是75—76年，由此预言它将在1758年再次出现。哈雷1705年发表这个预言，当时他已49岁，却要预言53年以后的事，岂非耸人听闻？可是1758年这颗彗星果然如期出现，并被命名为哈雷彗星。第22页，课件共54页，创作于2023年2月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？科学家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，柏林天文台台长用望远镜对准那个位置，一下子就看到了一颗新的行星—海王星。第三件：用牛顿力学算出了一颗未知行星的位置第23页，课件共54页，创作于2023年2月

“我不知道世人对我是怎样看法，但是在我看来，我不过象一个在海滨玩耍的孩子，为时而发现一块比平常光滑的石子或美丽的贝壳而感到高兴；但那浩瀚的真理之海洋，却还在我的面前末曾发现呢？”我所以有这样的成就，是因为我站在巨人的肩膀上的缘故。

——牛顿临终遗言思考：“光滑的石子和美丽的贝壳”指什么？牛顿遗言给了我们怎样的感悟？第24页，课件共54页，创作于2023年2月

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25页，课件共54页，创作于2023年2月二、相对论的创立经典力学无法解释一些新问题20世纪初，爱因斯坦——狭义相对论，广义相对论1.创立背景：2.创立：3.意义：①是物理学领域的一次重大革命②否定了经典力学的绝对时空观③发展了牛顿力学④推动物理学发展到一个新高度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”。此观点对吗？第26页，课件共54页，创作于2023年2月1879年生于德国，是举世闻名的德裔美国科学家，现代物理学的开创者和奠基人。爱因斯坦1900年毕业于苏黎士工业大学，后在大学任教，1914年任皇家物理研究所所长兼柏林大学教授。1921年获诺贝尔物理学奖。

1933年受希特勒迫害离开德国移居美国,爱因斯坦在物理学的许多领域都有贡献，比如建立狭义相对论并推广为广义相对论、提出光的量子概念，并以量子理论解释光电效应、辐射过程、固体比热等。爱因斯坦（1879-1955）第27页，课件共54页，创作于2023年2月狭义相对论发表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，这样的改变还将继续下去。笑话：

有一次卓别林和爱因斯坦共同出席一次宴会都受到了热闹的欢迎，卓别林说：大家欢迎我是因为他们都能理解我，大家欢迎你是因为他们都不理解你第28页，课件共54页，创作于2023年2月1905年，爱因斯坦26岁，接连写下4篇改变整个20世纪物理学面貌的论文：1.光的量子说（解释光电效应）2.布朗运动（证明分子的存在）3.狭义相对论（修正了牛顿力学）4.质能互换律（E=mc2）1916年，爱因斯坦发表了广义相对论基础，最具创见也是最伟大的贡献：5.广义相对论（取代了牛顿的万有引力理论）1905

神奇的一年第29页，课件共54页，创作于2023年2月

爱因斯坦1905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“时间”会因速度快慢而改变的结论。

相对论的例子：一卷录音带，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，宇宙飞船里的人测定也是一个小时。但是由地面上的人员，来测定在宇宙飞船中播放的时间呢？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，在不同速度下测量时间，长度是不一样的。什么是狭义相对论？第30页，课件共54页，创作于2023年2月什么是广义相对论？广义相对论是新的万有引力概念

广义相对论的重要结论是，加速运动与引力场的运动是等价的，要区别是由惯性力或者引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定律在下降，彷佛在电梯里不存在地球引力。

第31页，课件共54页，创作于2023年2月●相对论和经典力学有何关系？1.相对论否定了经典力学的绝对时空观；2.相对论发展了牛顿力学，牛顿力学是相对论力学在低速状态下的一个特例；3.牛顿力学是整个力学的基础，牛顿所创造的概念，至今仍指导着人们的物理学思想。第32页，课件共54页，创作于2023年2月很抱歉推翻了您的理论

爱因斯坦曾说道：“牛顿先生，很抱歉推翻了您的理论，不过您的成就是您那个时代一个人的智力和创造力所能达到的巅峰。但是，当我们对宇宙万物有了更深入的了解以后，这些观念将会被一些更抽象的新观念所取代。”也许将来某一天，会有一位少不更事的科学家说道：“爱因斯坦先生，很抱歉推翻了您的理论，不过您的成就是您那个时代一个人的智力和创造力所能达到的巅峰……

”第33页，课件共54页，创作于2023年2月

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。第34页，课件共54页，创作于2023年2月

爱因斯坦根据相对论的观点提出质能转换理论后，曾致信美国总统罗斯福，建议美国研制原子弹，以便在二战中尽快战胜法西斯国家。1945年8月，美国先后在日本的广岛、长畸投下两颗原子弹，加速了日本法西斯的投降，但对无辜平民的伤害也同样令全世界震惊。第35页，课件共54页，创作于2023年2月

当原子弹真的从潘多拉魔盒里跳出来后，爱因斯坦陷入了巨大的后悔与痛苦之中，自认一生最大错误就是建议研制原子弹。他痛心地说，“早知如此，我宁可当个修表匠！”爱因斯坦就核武器问题的懊悔，代表了人类良知的高度，是人类良心发出的最强音。听爱因斯坦的自责之声，我们明白人类良知之宝贵.第36页，课件共54页，创作于2023年2月

关于爱因斯坦的小故事多得不胜枚举，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。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；●

1952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；第37页，课件共54页，创作于2023年2月

然而就是这样一位光彩夺目的人物，爱因斯坦年幼时也未显出智力超群，相反，到了四岁多还不会说话，家里人甚至担心他是个低能儿。在整个中小学时代却常常被斥为“生性孤僻、智力迟钝”，“心不在焉，想入非非”。中学毕业前夕，校方甚至断言他未来将“一事无成”，勒令他退了学。进入大学后，他擅自“刷掉了”很多课程，只以“极大的兴趣”去听某些课和在家里自学。曾被数学教授称为“懒狗”，曾因做实验出事故受到处分，还曾被物理教授认为不适宜学物理而应当改行。他认为：“学校的目的始终应当是：青年人在离开学校时，是作为一个和谐的人，而不是作为一个专家。”

第38页，课件共54页，创作于2023年2月

为纪念爱因斯坦对物理学的贡献，联合国教科文组织特选定相对论发表100周年暨爱因斯坦逝世50周年的05年为世界物理年，许多国家更将2005年定为爱因斯坦年。并透过展示物理在经济技术文化等方面的重要作用，争取公众对物理学的理解与支持，期使物理学能在21世纪得到全新的发展。寻找本世纪爱因斯坦，再创科学奇迹

第39页，课件共54页，创作于2023年2月红色——代表过去

蓝色——代表未来

黄绿——表连结过去到未来2005世界物理年

对物理学家而言，这个标识象征的是光锥；对一般大众而言常被看成是沙漏，象征着爱因斯坦在时间相对性上渊博的见解及洞察力。第40页，课件共54页，创作于2023年2月成功的秘诀

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41页，课件共54页，创作于2023年2月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42页，课件共54页，创作于2023年2月①19C末-20C初,人们对物质的认识深入到原子内部②微观的粒子运动不能用经典力学来解释①爱因斯坦利用量子论成功解释了光电效应②丹麦玻尔提出有关原子的量子理论三、量子论的诞生与发展1.背景：2.诞生:3.发展：4.意义：①使人类对微观世界的基本认识取得革命性进步②与相对论一起,构成现代物理学的基础1900,德国物理学家普朗克第43页，课件共54页，创作于2023年2月加热到不同温度的物体发出不同颜色的光

科学家们为了总结热辐射规律，推导出两个公式。但这两个公式的计算结果总是与实验结果不相符合。

1900年，为了解决热辐射理论上的疑点，德国物理学家普朗克提出了量子假说：辐射像物质一样，是由具有能量的基本单位量子来实现的。第44页，课件共54页，创作于2023年2月

普朗克生于德国基尔。1879年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。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。

普朗克（1858—1947）第45页，课件共54页，创作于2023年2月

19世纪经典物理学达到巅峰状态，在人们心目中，经典物理学已经达到近乎完美的程度。这时，年轻的普朗克和他的老师发生了一段对话：普