近代物理学的奠基人和革命者

专专 题题 七七 整整 体体 感感 知知挑战挑战下落的苹果下落的苹果升空的升空的“神五神五”判天地之美，析万物之理。判天地之美，析万物之理。庄子庄子 的的 经典力学经典力学体系的创体系的创立和发展立和发展量子理论量子理论(从普朗克到爱因斯坦从普朗克到爱因斯坦)相对论相对论（爱因斯坦）（爱因斯坦）现代物理现代物理学学理论的理论的发展发展本课知识结构本课知识结构近代物理学的奠基人和革命者近代物理学的奠基人和革命者基础基础:伽利略伽利略标志标志:牛顿牛顿2021/4/151 1、建立了、建立了“经典力学体系经典力学体系”2 2、标志：、标志：自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理3 3、影响：、影响：一、经典力学的重要奠基者一、经典力学的重要奠基者伽利略伽利略二、经典力学的建立二、经典力学的建立牛顿牛顿1 1、匀速运动、自由落体定律、匀速运动、自由落体定律推翻亚里士多德学说推翻亚里士多德学说2 2、用自己制造的望远镜证明了哥白尼的、用自己制造的望远镜证明了哥白尼的“日心说日心说”经典力学的创立与发展经典力学的创立与发展:2021/4/16经典力学体系是最完美的物理学理论吗？经典力学体系是最完美的物理学理论吗？19 19世纪末，面对经典物理学近乎完美世纪末，面对经典物理学近乎完美的发展，有的物理学家表示：的发展，有的物理学家表示：“1919世纪已世纪已经将物理大厦全部建成，今后物理学家只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。是修饰和完美这座大厦。”高速高速运动的运动的微观微观粒子发生的现象，粒子发生的现象，是经典力学无法解释的！是经典力学无法解释的！2021/4/17三、量子论的诞生与发展三、量子论的诞生与发展普朗克普朗克四、从经典力学到相对论四、从经典力学到相对论爱因斯坦爱因斯坦现代物理学的发展现代物理学的发展:2021/4/18也许全世界只有几十个人能完全理解他的真谛，也许全世界只有几十个人能完全理解他的真谛，但这个形式简洁优美的理论蕴藏了太多令人惊讶但这个形式简洁优美的理论蕴藏了太多令人惊讶的内容，的内容，100100年来，人们时时从中悟出宇宙层出年来，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不穷的奥秘，直到今天，这里还有很多内容没有被我们悟透。被我们悟透。2021/4/19爱因斯坦爱因斯坦（1879-19551879-1955）诞生在德国乌尔姆的一个犹太诞生在德国乌尔姆的一个犹太人家中。人家中。1894年举家迁居意大年举家迁居意大利米兰。利米兰。1900年毕业于瑞士苏年毕业于瑞士苏黎世工业大学。黎世工业大学。爱因斯坦被认为是最富于创爱因斯坦被认为是最富于创造力的科学家，他不但创立了造力的科学家，他不但创立了相对论，发展了相对论，发展了牛顿力学。牛顿力学。还还提出了光量子的概念，得出了提出了光量子的概念，得出了光电效应的基本定律，并揭示光电效应的基本定律，并揭示了光的波粒二重性本质，为量了光的波粒二重性本质，为量子力学的建立奠定了基础。为子力学的建立奠定了基础。为此荣获此荣获1921年度的诺贝尔物理年度的诺贝尔物理学奖。同时，他还证明了热的学奖。同时，他还证明了热的分子运动论，提出了测定分子分子运动论，提出了测定分子大小的新方法。大小的新方法。2021/4/110狭义相对论创立创立1905年爱因斯坦发表年爱因斯坦发表论动体的电动力学论动体的电动力学，创立，创立了狭义相对论。了狭义相对论。内容：内容：时间和空间都与物质运动有关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时间和空间随着物质运动速度的变化而变化狭义相对论的狭义相对论的影响影响否认了牛顿力学的绝对时空观否认了牛顿力学的绝对时空观继承和发展了牛顿力学继承和发展了牛顿力学奠定了利用原子能的理论基础奠定了利用原子能的理论基础2021/4/111(2)广义相对论提出:内容AB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1916年2021/4/1122021/4/113相对论建立的意义相对论的建立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。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。2021/4/114 量子论量子论和和相对论相对论是现代物理学的两大支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。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。激光技术等奠定了理论基础。2021/4/115 牛顿出生于英国的林肯郡，牛顿出生于英国的林肯郡，16651665年毕业于著名的剑桥大学三年毕业于著名的剑桥大学三一学院，获得学士学位。三年后一学院，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，授予爵还担任过英国议会议员，授予爵士称号。士称号。17271727年，他病逝，被安年，他病逝，被安葬于威斯敏斯特教堂，这是一种葬于威斯敏斯特教堂，这是一种极高的荣誉。极高的荣誉。牛顿（牛顿（1642172716421727）2021/4/116著作：著作：自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理 16871687年，他提出了年，他提出了物物体机械运动的三大定律体机械运动的三大定律和和万有引力定律万有引力定律，创建牛顿，创建牛顿力学体系。力学体系。2021/4/117牛顿力学体系牛顿力学体系（1）产生过程牛顿运动三定律惯性定律加速度定律作用和反作用力定律万有引力定律（2）理论的科学性和预见性准确算出了地球的平均密度和扁平率正确地解释了潮汐的成因发现了海王星2021/4/118海王星的发现海王星的发现2021/4/119哈雷慧星轨道的推算哈雷慧星轨道的推算 长期以来，人们一直认为彗星是神秘的，不吉利的灾星，长期以来，人们一直认为彗星是神秘的，不吉利的灾星，根本不能用科学来说明。牛顿的好友哈雷用牛顿力学算出了根本不能用科学来说明。牛顿的好友哈雷用牛顿力学算出了16821682年出现的彗星的轨道，指出它的回归周期是年出现的彗星的轨道，指出它的回归周期是75767576年，年，由此预言它将在由此预言它将在17581758年再次出现。年再次出现。5353年以后的年以后的17581758年（当时年（当时哈雷已去世），这颗彗星果然如期出现。哈雷慧星的发现验哈雷已去世），这颗彗星果然如期出现。哈雷慧星的发现验证了万有引力定律的科学性。证了万有引力定律的科学性。2021/4/120思考：牛顿力学体系建立的意义是什么？牛顿的运动三定律构成了牛顿的运动三定律构成了近代力学体系的基础近代力学体系的基础，成为整个近代物理学的重要支柱。成为整个近代物理学的重要支柱。牛顿力学体系对自然界的力学现象做了系统合理的牛顿力学体系对自然界的力学现象做了系统合理的说明，从而完成了说明，从而完成了人类对自然界认识史上的第一次理人类对自然界认识史上的第一次理论大综合。论大综合。成为成为近代科学形成的标志近代科学形成的标志。2021/4/121 普朗克普朗克：18791879年普朗克在慕年普朗克在慕尼黑大学获得博士学位后，先后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。在慕尼黑大学和基尔大学任教。由于量子论创立，普朗克获得由于量子论创立，普朗克获得19181918年诺贝尔物理学奖。年诺贝尔物理学奖。普朗克是德国人所具有的最好品普朗克是德国人所具有的最好品质的范例：诚恳、忠于职守，他质的范例：诚恳、忠于职守，他的业余爱好是音乐，在这方面表的业余爱好是音乐，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爱好是他一直坚持到晚年的登山运动。运动。2021/4/122量子力学量子力学（1）量子概念的提出：1900年，普朗克提出。（2）量子理论的诞生：关于正常光谱能量颁布定律的理论（3）量子理论的发展1905年，爱因斯坦解释了光电现效应；奥地利，德国物理学家建立了量子力学2021/4/123（4）量子理论的意义量子力学成为反映自然界基本规律的理论体系，指导着人们向物质运动的各个层面进行深入探讨。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。2021/4/124 伽利略（伽利略（1564164215641642），伟大），伟大的意大利物理学家和天文学家，他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密逻辑体系和数学表述形式的近代科学，被誉为科学，被誉为“近代科学之父近代科学之父”。他第一个把望远镜对准天空进行观他第一个把望远镜对准天空进行观测，出版了测，出版了星空使者星空使者一书。一书。16321632年，他出版了年，他出版了关于托勒密和关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话哥白尼两大世界体系的对话，把，把哥白尼的学说推到了最终胜利的阶哥白尼的学说推到了最终胜利的阶段。段。2021/4/125伽利略对亚里士多德力学观的否定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，物物体上，物体才能运动，没有力的作用，物体就会静止。如：体就会静止。如：“推箱子推箱子”的例子的例子 伽利略通过观察、实验和推理，得出伽利略通过观察、实验和推理，得出结论：如果运动物体不受阻碍，它将速度结论：如果运动物体不受阻碍，它将速度保持不变地保持不变地持续运动持续运动下去。下去。2021/4/126比萨斜塔比萨斜塔 1590年，伽利略在比萨斜塔上做了年，伽利略在比萨斜塔上做了“两个两个铁球同时落地铁球同时落地”的实验，得出了重量不同的实验，得出了重量不同的两个铁球同时下落的结论，从此推翻了的两个铁球同时下落的结论，从此推翻了亚里士多德亚里士多德“物体下落速度和重量成比例物体下落速度和重量成比例”的学说，纠正了这个持续了的学说，纠正了这个持续了1900多年之久多年之久的错误结论。的错误结论。2021/4/127 地心说地心说 中世纪时，基督教会宣扬的宇宙观是宇宙是一个中世纪时，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（篷）底，圣地耶路撒冷居盒（篷）底的中央，日月星辰悬挂在盖上，此即所谓的星辰悬挂在盖上，此即所谓的“宇宙帐篷说宇宙帐篷说”。后来，。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，托马斯人心，托马斯阿奎那将亚里士多德理论融入基督教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。行，注视着人类的一举一动。2021/4/128爱因斯坦狭义相对论虽然断言宇宙中物质的运动以光速为极限，任何物体的运动速度都不可能达到光速，但当一个物体高速运动时，会产生一种速度效应，即运动的尺子会变长，时钟会变慢；而对相对静止的物体来说，长度则收缩，时间则膨胀。运动速度越高，速度效应越显著，当无限接近光速时，运动的尺子变得无限长，运动的时钟几乎停摆；相对静止的物体则长度收缩为零，时间膨胀为无限大。2021/4/129这个故事形象地说明了时间和空间的相对性。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。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：斯坦曾经风趣地对一名男青年说：“我打个比方，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士谈情说爱，那么，同样的时间你觉得哪一个更长？长？”男青年说：男青年说：“当然坐在火炉上烤的时间觉当然坐在火炉上烤的时间觉得长久。得长久。”爱因斯坦说：爱因斯坦说：“这就是我的相对论内这就是我的相对论内容。容。”2021/4/130注：注：文档资料素材和资料部分文档资料素材和资料部分来自网络，如不慎侵犯了您的来自网络，如不慎侵犯了您的权益，请联系权益，请联系Q2653327170，我们将做删除处理，感谢您的我们将做删除处理，感谢您的理解。理解。