物理学的长足进步

物理学的长足进步第1页，课件共70页，创作于2023年2月下落的苹果升空的“神五”判天地之美，析万物之理。

——庄子第19课物理学的长足进步课标要求：

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，课件共70页，创作于2023年2月探究：他们分别是什么人？有什么贡献？第3页，课件共70页，创作于2023年2月经典物理学发展的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）第4页，课件共70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5页，课件共70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

第6页，课件共70页，创作于2023年2月

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！第7页，课件共70页，创作于2023年2月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8页，课件共70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9页，课件共70页，创作于2023年2月对地球认识的变化第10页，课件共70页，创作于2023年2月地心说中世纪时，基督教会宣扬的宇宙观是宇宙是一个封闭的大盒子或大帐篷，天是盒（篷）盖，地是盒（篷）底，圣地耶路撒冷居盒（篷）底的中央，日月星辰悬挂在盖上，此即所谓的“宇宙帐篷说”。后来，亚里士多德和托勒密所提出的希腊宇宙体系逐渐深入人心，托马斯·阿奎那将亚里士多德理论融入基督教神学之后，地心理论即获得了正统地位。地球居宇宙中心的思想被赋予了宗教意义，人类及其居住的地球被置于上帝的怀抱之中，沐浴着上帝的光辉，并被圣恩所笼罩。上帝位处宇宙的最外层，推动着宇宙的运行，注视着人类的一举一动。第11页，课件共70页，创作于2023年2月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12页，课件共70页，创作于2023年2月

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第13页，课件共70页，创作于2023年2月伽利略受审第14页，课件共70页，创作于2023年2月伽利略：（16世纪末17世纪初）

①贡献：发现了自由落体定律等物理学定律物理学：落体定律、匀速运动、匀加速运动定律天文学：用自己制造的望远镜证明了哥白尼的“日心说”

②意义：开创以实验事实为根据并具有严密逻辑体系的近代科学，为经典力学的创立和发展奠定了基础（被誉为“近代科学之父”）第15页，课件共70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16页，课件共70页，创作于2023年2月牛顿安葬之处——威斯敏斯特大教堂第17页，课件共70页，创作于2023年2月我不知道世人对我是怎样看的，不过我只觉得自己像是一个在海滨玩耍的孩子，有幸拾到光滑美丽的石子，但真理的大海，我还没有发现。我所以有这样的成就，是因为我站在巨人们的肩膀上的缘故。牛顿名言“胜利者往往是从坚持最后五分钟的时间中得来成功。”“你若想获得知识，你该下苦功；你若想获得食物，你该下苦功；你若想得到快乐，你也该下苦功。因为辛苦是获得一切的定律。”第18页，课件共70页，创作于2023年2月牛顿（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，创建牛顿力学即经典力学体系。第19页，课件共70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20页，课件共70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21页，课件共70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22页，课件共70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23页，课件共70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24页，课件共70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70页，创作于2023年2月一、牛顿与经典力学

1．经典力学建立的背景（1）新兴的资产阶级在经济上和政治上对自然科学的迫切需求。（2）文艺复兴、地理大发现和宗教改革的推动。（3）自然科学自身发展的需要。（4）科学家勇于探索的精神。

第26页，课件共70页，创作于2023年2月2．经典力学的主要内容牛顿在科学上的贡献是多方面的，其最主要的贡献是什么？牛顿力学体系有何特点？

牛顿发现了惯性定律、加速度定律和作用力与反作用力定律三大物体运动定律及万有引力定律。

以实验为基础、以数字为表达形式。第27页，课件共70页，创作于2023年2月1687年《自然哲学的数学原理》出版建立标志：经典力学中应注意的地方

1.特征：1）注重实验2）数学化

2.适用范围：只适用于宏观物体（宏观世界）的运动;

只适用于物体运动的低速状态，是绝对的时空论第28页，课件共70页，创作于2023年2月3、意义：（1）、牛顿经典力学体系为工业革命奠定了科学基础，推动了人类进入蒸汽时代。（2）、牛顿经典力学的创立提高了人类的认识水平，使人们进一步摆脱神学的束缚，促进了启蒙运动的兴起。第29页，课件共70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30页，课件共70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。

第31页，课件共70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32页，课件共70页，创作于2023年2月二、爱因斯坦和相对论1.相对论提出的历史背景（1）过去的物理学以牛顿理论为基础，认为时间和空间是绝对的，两者是没有任何直接联系的。（2）19世纪随着科学的飞速发展，科学家发现高速运动的微观粒子发生的现象，经典力学无法解释。第33页，课件共70页，创作于2023年2月2.相对论的提出及主要内容

爱因斯坦（1879-1955）提出了相对论，发展了牛顿力学。第34页，课件共70页，创作于2023年2月作为科学家的爱因斯坦，他是窥见上帝秘密的人；作为思想家的爱因斯坦，他是窥见人间秘密的人。

第35页，课件共70页，创作于2023年2月请记住爱因斯坦的话吧：“没有能独立思考和独立判断的有创造性的个人，社会的向上发展是不可想象的。”第36页，课件共70页，创作于2023年2月（1）狭义相对论：物体运动时，质量会随物体运动速度增长而增加，同时，空间和时间也会随着物体运动速度的变化而变化，即会发生尺缩效应和钟慢效应。（2）广义相对论：空间和时间的性质不仅取决于物质的运动情况，也取决于物质本身的分布状态。相对论的内容第37页，课件共70页，创作于2023年2月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主要内容：第38页，课件共70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39页，课件共70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40页，课件共70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41页，课件共70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42页，课件共70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43页，课件共70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44页，课件共70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45页，课件共70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46页，课件共70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47页，课件共70页，创作于2023年2月相对论的比喻：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48页，课件共70页，创作于2023年2月笑话：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说明了相对论深奥难懂，而且有悖于人们的日常生活第49页，课件共70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50页，课件共70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51页，课件共70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52页，课件共70页，创作于2023年2月3.相对论提出的历史意义（1）相对论的提出是物理学领域的一次重大革命。（2）否定了经典力学绝对时空观，发展了牛顿力学。（3）推动物理学发展到了新的高度。

第53页，课件共70页，创作于2023年2月普朗克（1858—1947）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。普朗克家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。

第54页，课件共70页，创作于2023年2月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。今天，我们的现代文明，从电脑，电视，手机到核能，航天，生物技术，几乎没有哪个领域不依赖于量子论。第55页，课件共70页，创作于2023年2月2诞生：

1900年，德国物理学家普朗克提出量子假说，宣告量子论诞生。

3发展：①爱因斯坦利用量子理论成功解释了光电效应；②玻尔提出了有关原子的量子理论；③20世纪30年代，量子力学建立。（量子力学：研究微观世界粒子运动规律的科学。）

三、量子论的创立

1、背景：①19世纪末20世纪初，电子和放射性的发现。②实验表明微观粒子的运动不能用宏观物体的运动规律进行描述。第56页，课件共70页，创作于2023年2月量子论的重要影响（1）使人类对微观世界的认识取得重大进步，是20世纪最深刻、最有成就的科学理论之一。（2）量子论与相对论共同构成现代物理学的基础，弥补了经典力学在认识宏观世界和微观世界方面的不足。（3）改变了人们认识世界的角度和方式。

（4）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57页，课件共70页，创作于2023年2月思考总结——

物理学的发展给了我们什么样的启示？敢于质疑，勇于创新，实践出真知.第58页，课件共70页，创作于2023年2月经典力学小结：力学的进展历程——、量子力学相对论力学经典力学的奠基17世纪初经典力学的建立17世纪后期相对论20世纪初量子论20世纪初伽利略（意）牛顿（英）爱因斯坦（德）普朗克（德）第59页，课件共70页，创作于2023年2月1、爱因斯坦相对论的提出是物理学领域的一场重大革命，主要是因为①否定了经典力学的绝对时空观②揭示了时间、空间并非绝对不变的本质属性③打破了经典力学体系的局限性④使人类对客观世界的认识开始从宏观世界深入到微观世界A、①②③B、②③④C、①③④D、①②④2、现代自然科学和现代技术革命的基础是A、牛顿力学B、相对论C、量子假说D、量子理论、相对论AD课堂练习第60页，课件共70页，创作于2023年2月3、下列表述不正确的是A、牛顿创立的经典力学是经典物理学的基础B、经典物理学所适用的主要是日常生活中的物理现象C、相对论的提出证明经典的物理学是完全错误的D、量子理论使人类对微观世界的基本认识有了革命性的进步4、海王星的发现是根据A、哥白尼日心说的推算B、牛顿理论的推测C、法拉第演说计算

D、爱因斯坦对时间、空间属性的揭示CB第61页，课件共70页，创作于2023年2月1、17世纪是人类在自然科学领域取得重大突破的时期，其原因不包括A、资本主义经济发展的要求B、科学家的艰苦努力C、理性主义的确立D、工业资本主义的推动随堂练习第62页，课件共70页，创作于2023年2月2、（2008年江苏高考）一位科学家的墓碑上镌刻这这样的铭文：“他以神一般的力量，……第一个说明了行星的运动和图像。”这位科学家应该是A、伽利略B、牛顿C、爱因斯坦D、普朗克随堂练习第63页，课