第1课物理学的重大进展

1近代以来世界的科学历程近代以来世界的科学历程2整体感知整体感知科学勃兴科学勃兴 进展辉煌进展辉煌转化生产转化生产 科技革命科技革命文艺复兴文艺复兴 思想解放思想解放经典力学、相对经典力学、相对论和量子论、进论和量子论、进化论（化论（1、2课）课）三次科学技术三次科学技术革命（革命（3、4课）课）近现代世界科技历程近现代世界科技历程3探究：他们分别是什么人？探究：他们分别是什么人？有什么贡献？有什么贡献？第第1课课 物理学的重大进展物理学的重大进展4一一.开创近代科学开创近代科学二二.近代科学的形成近代科学的形成三三.物理学革命物理学革命总体把握本课知识总体把握本课知识经典力学经典力学相对论相对论量子论量子论伽利略伽利略 奠基奠基 创立创立牛顿牛顿 发展发展爱因斯坦爱因斯坦普朗克普朗克5探究问题一探究问题一1.1.为什么为什么1616世纪中世纪中期以后科学开始进期以后科学开始进入新时代入新时代?2.2.伽利略取得了哪些伽利略取得了哪些方面方面的的成果成果?对科学的发展有何对科学的发展有何贡献贡献?意大利伽利略意大利伽利略（15641642）6个人个人:科学家勇于科学家勇于探索和创新的精神探索和创新的精神 怀疑是向哲学迈出的第一步怀疑是向哲学迈出的第一步 狄德罗狄德罗问题问题1.1.为什么为什么1616世纪中期以世纪中期以后科学开始进入新时代后科学开始进入新时代?经济经济:资本主义的发展提供了物质基础资本主义的发展提供了物质基础思想思想:文艺复兴、文艺复兴、宗教改革宗教改革等思想解放等思想解放运动的影响运动的影响7 物理学物理学 落体定律、匀速运动、落体定律、匀速运动、匀加速运动匀加速运动发现科学研究方法发现科学研究方法 天文学天文学 用自制望远镜观测天体用自制望远镜观测天体 并证明了并证明了“日心说日心说”问题问题2.2.伽利略取得了哪些方面伽利略取得了哪些方面的的成果成果?8 15901590年，伽利略年，伽利略在比萨斜塔上做了在比萨斜塔上做了“两个铁球同时落地两个铁球同时落地”的著名的著名实验实验，从此推，从此推翻了亚里士多德翻了亚里士多德“物物体落地下的速度和重体落地下的速度和重量成比例量成比例”的学说，的学说，纠正了这个持续了纠正了这个持续了19001900年之久的错误结年之久的错误结论。论。伽利略所做的两个铁球同时落地实验伽利略所做的两个铁球同时落地实验问题问题3.3.你认为伽利略能够确定落体定律的关你认为伽利略能够确定落体定律的关键途径和方法是什么键途径和方法是什么?对你有何启示对你有何启示?9太阳中心说太阳中心说？10哥白尼哥白尼1473-1543、波兰、波兰天体运行论天体运行论提出提出太阳中心学说太阳中心学说，掀起掀起天文学的革命天文学的革命，从根本上动摇了宗从根本上动摇了宗教神学的理论基础，教神学的理论基础，标志着近代自然科标志着近代自然科学开始从神学的束学开始从神学的束缚中独立、解放出缚中独立、解放出来，即来，即近代自然科近代自然科学开始产学开始产生生。11伽利略伽利略（15641642）、意大利）、意大利 他第一个把望远镜他第一个把望远镜对准天空进行观测，对准天空进行观测，出版了出版了星空使者星空使者一书。一书。1632年，他出年，他出版了版了关于托勒密和关于托勒密和哥白尼两大世界体系哥白尼两大世界体系的对话的对话，把哥白尼，把哥白尼的学说推到了最终胜的学说推到了最终胜利的阶段利的阶段。1.1.伽利略的发现以及他开始的科学方法伽利略的发现以及他开始的科学方法,标志标志着物理学的着物理学的真正开端真正开端.2.为经典力学的创立为经典力学的创立奠定了基础奠定了基础3.开创开创了近代科学了近代科学问题问题4.4.伽利略取得的成果对科学的发展有何伽利略取得的成果对科学的发展有何贡献贡献?12探究问题二探究问题二1.1.为什么为什么1717、18世纪物理学世纪物理学大发展大发展-经典力学建立经典力学建立?2.2.牛顿在物理学取得了哪些牛顿在物理学取得了哪些成就成就?对人类有何对人类有何贡献贡献?3.3.牛顿你了解多少牛顿你了解多少?从他身上从他身上能能感悟感悟到什么到什么?他的经典力学他的经典力学是否是否已穷尽物理学领域已穷尽物理学领域?13经典力学建立的背景经典力学建立的背景:经济经济.1717、18世世纪工场手工业经济纪工场手工业经济的需要的需要.理论理论.力学的研究力学的研究对象最直接对象最直接.牛顿牛顿（16421727）生于英国林肯郡，生于英国林肯郡，1665年毕业于剑桥大学年毕业于剑桥大学三一学院，获学士学位。三一学院，获学士学位。三年后又获得三年后又获得文学硕士文学硕士学位。牛顿曾经长期担学位。牛顿曾经长期担任英国皇家学会会长，任英国皇家学会会长，还担任过英国议会议员，还担任过英国议会议员，授予爵士称号。授予爵士称号。1727年，年，病逝，被安葬于威斯敏病逝，被安葬于威斯敏斯特教堂，这是一种极斯特教堂，这是一种极高的荣誉。高的荣誉。14 牛顿的成果牛顿的成果自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理 牛顿的贡献牛顿的贡献惯性定律惯性定律加速度的比例定律加速度的比例定律作用和反作用定律作用和反作用定律物理运动物理运动三大定律三大定律1.万有引力万有引力定律定律2.1.经典力学体系的建立标志着经典力学体系的建立标志着近代科学的形成近代科学的形成经典力学体系经典力学体系 2.牛顿力学和热学引发了以英国工业革命为牛顿力学和热学引发了以英国工业革命为起点的第一次技术革命，人类社会进入蒸汽时代起点的第一次技术革命，人类社会进入蒸汽时代3.3.牛顿用数学方法精确描述宇宙运行的自然法则，为法国启蒙牛顿用数学方法精确描述宇宙运行的自然法则，为法国启蒙思想和唯物主义哲学奠定了科学基础思想和唯物主义哲学奠定了科学基础牛顿在物理学取得了哪些牛顿在物理学取得了哪些成就成就?对对人类有何人类有何贡献贡献?1517811781年天王星被发现，年天王星被发现，科学家用牛顿力学计算科学家用牛顿力学计算它的轨道，可是计算结它的轨道，可是计算结果总是同观测纪录不大果总是同观测纪录不大相符。经反复核算，观相符。经反复核算，观测无误。那问题是否出测无误。那问题是否出现在牛顿力学上面？法现在牛顿力学上面？法国的勒维列和英国的亚国的勒维列和英国的亚当斯坚信牛顿力学的正当斯坚信牛顿力学的正确，大胆猜想计算结果确，大胆猜想计算结果之所以不理想，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。量。18481848年年9 9月月2323日，柏林天文台台长在收到勒维列来信的当晚，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星海王星。勒维列无需观测星空，就在笔尖上发现了新行星。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。牛顿力学又创造了新的奇迹。海王星和冥王星的发现海王星和冥王星的发现16 被誉为被誉为“近代科学之父近代科学之父”牛顿的墓志铭：牛顿的墓志铭：自然界和自然规律隐藏在黑暗自然界和自然规律隐藏在黑暗中，上帝说让牛顿出生吧，于中，上帝说让牛顿出生吧，于是一切都成为光明！是一切都成为光明！171.显著特征显著特征 1）注重实验）注重实验 2）数学化）数学化 2.适用范围适用范围 只适用于宏观物体（只适用于宏观物体（宏观宏观世界）的运世界）的运动动;只适用于物体运动的只适用于物体运动的低速低速状态，是绝对状态，是绝对的时空论的时空论经典力学中应经典力学中应注意注意的地方的地方18 经典物理学是以经典物理学是以日常生活中常见的低速运动的物日常生活中常见的低速运动的物质为研究对象质为研究对象的，在这里，的，在这里，时间和空间时间和空间被认为是被认为是绝对绝对的，是与物质运动无关的因素。似乎宇宙间存在着一的，是与物质运动无关的因素。似乎宇宙间存在着一个永远走动着的大钟，在任何情况下，它的速率永远个永远走动着的大钟，在任何情况下，它的速率永远都是相同的，世界上的一切运动在时间上都以它为度都是相同的，世界上的一切运动在时间上都以它为度量标准。量标准。因此，一旦物理学研究的这种基础发生变化，如因此，一旦物理学研究的这种基础发生变化，如所研究的物质是以光速或接近光速运动时，经典物理所研究的物质是以光速或接近光速运动时，经典物理学的某些结论就变得不准确。学的某些结论就变得不准确。“物理学危机物理学危机”19探究问题三探究问题三1.1.1919世纪末世纪末2020世纪初世纪初物理学发物理学发展进入新阶段的原因是什么展进入新阶段的原因是什么?2.2.爱因斯坦和普朗克的研究爱因斯坦和普朗克的研究成果成果及及价值价值有哪些有哪些?3.物理学的发展给了我们什么样的物理学的发展给了我们什么样的启示启示？20 科学的飞速发展，出现了无法解科学的飞速发展，出现了无法解释的新现象释的新现象问题问题1 新发展的背景新发展的背景:.19c.19c末末20c20c初，电子和放射性的发初，电子和放射性的发现使人们对物质的认识深入到原子现使人们对物质的认识深入到原子内部。大量实验证明微观粒子的运内部。大量实验证明微观粒子的运动不能用通常的宏观物体运动规律动不能用通常的宏观物体运动规律来描述来描述21爱因斯坦爱因斯坦（1879-1955）1905-1916年间年间提出了相对论，提出了相对论，发展了牛顿力发展了牛顿力学。学。22 艾伯特艾伯特爱因斯坦（爱因斯坦（18791955），），1879年年3月月14日诞生在德国乌尔姆的一个犹太人家中。日诞生在德国乌尔姆的一个犹太人家中。1894年举家迁居意大利米兰。年举家迁居意大利米兰。1900年毕业于瑞士苏黎年毕业于瑞士苏黎世工业大学。世工业大学。爱因斯坦被认为是最富于创造力的科学家，他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。为此重性本质，为量子力学的建立奠定了基础。为此荣获荣获1921年度的诺贝尔物理学奖。同时，他还证年度的诺贝尔物理学奖。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明了热的分子运动论，提出了测定分子大小的新方法。方法。走进科学家走进科学家23普朗克（普朗克（18581947）生于基尔。生于基尔。1879年普朗克在年普朗克在慕尼黑大学获得博士学位后，慕尼黑大学获得博士学位后，先后在慕尼黑大学和基尔大先后在慕尼黑大学和基尔大学任教。学任教。由于量子论创立，由于量子论创立，普朗克获得普朗克获得1918年诺贝尔物年诺贝尔物理学奖。理学奖。他的父亲是一位杰他的父亲是一位杰出的法律教授。普朗克家是出的法律教授。普朗克家是德国人所具有的最好品质的德国人所具有的最好品质的范例：诚恳，忠于职守，他范例：诚恳，忠于职守，他的的 业余爱好是音乐，在这方业余爱好是音乐，在这方面表现了专业艺术才干；另面表现了专业艺术才干；另一项业余爱好是他一直坚持一项业余爱好是他一直坚持到晚年的登到晚年的登 山运动。山运动。24问题问题2 成果及价值成果及价值:普朗克提出量子论普朗克提出量子论狭义相对论狭义相对论广义相对论广义相对论相对论相对论光速不变原光速不变原理理19001900年，年，关于正常光谱能量分布定律的理论关于正常光谱能量分布定律的理论成果成果:爱因斯坦提出相对论爱因斯坦提出相对论打破经典力学的绝对时空观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进一步深化对时间空间和引力现象的认识象的认识25价值价值:3.揭示了微观世界的特殊的运动规律，有揭示了微观世界的特殊的运动规律，有力地冲击了经典物理理论，指出了经典物力地冲击了经典物理理论，指出了经典物理的适用范围（即适用于宏观世界）。理的适用范围（即适用于宏观世界）。1.1.是物理学思想的重大革命。是物理学思想的重大革命。2.2.相对论否定了经典力学的绝对时空论，深刻相对论否定了经典力学的绝对时空论，深刻揭示了时间和空间的本质属性。揭示了时间和空间的本质属性。发展了牛顿力发展了牛顿力学，将其概括在相对论力学之中，推动物理学学，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。发展到一个新的高度。3.3.26提出量子论和相对论的影响提出量子论和相对论的影响 量子论和相对论一起，构成了现代物理量子论和相对论一起，构成了现代物理学的基本理论框架。学的基本理论框架。使人们的认识深入到新的层次和领域，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。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为现代自然科学和现代技术革命提供了重要的理论基础。重要的理论基础。27 量子论和相对论是现代物理学的两大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规律的认识，开始从宏观世界深入到微观世界。世界。量子力学和狭义相对论结合形成量子力学和狭义相对论结合形成原子原子核物理学核物理学，指导制造原子弹、氢弹和建立，指导制造原子弹、氢弹和建立核电站。量子力学还为核电站。量子力学还为电子技术、半导体电子技术、半导体技术、晶体技术和激光技术技术、晶体技术和激光技术等奠定了理论等奠定了理论基础。基础。E=M.C228问题问题3：物理学的发展给我们物理学的发展给我们什么样的什么样的启示启示？敢于质疑，敢于质疑，勇于创新，勇于创新，实践出真知实践出真知291、爱因斯坦相对论的提出是物理学领域的一、爱因斯坦相对论的提出是物理学领域的一场重大革命，主要是因为场重大革命，主要是因为 否定了经典力学否定了经典力学的绝对时空观的绝对时空观 揭示了时间、空间并非绝对揭示了时间、空间并非绝对不变的本质属性不变的本质属性 打破了经典力学体系的局打破了经典力学体系的局限性限性 使人类对客观世界的认识开始从宏观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世界深入到微观世界 A、B、C、D、2、现代自然科学和现代技术革命的基础是现代自然科学和现代技术革命的基础是 A、牛顿力学、牛顿力学 B、相对论、相对论 C、量子假说、量子假说 D、量子理论、相对论、量子理论、相对论AD303、下列表述不正确的是、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、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、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、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、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的进步4、海王星的发现是根据、海王星的发现是根据 A、哥白尼日心说的推算、哥白尼日心说的推算 B、牛顿理论的推测、牛顿理论的推测 C、法拉第演说计算、法拉第演说计算 D、爱因斯坦对时间、空间属性的揭示、爱因斯坦对时间、空间属性的揭示CB31第第1课课 物理学的重大进展物理学的重大进展一、物理学发展的原因一、物理学发展的原因 文艺复兴、宗教改革等思想解放运动的影响文艺复兴、宗教改革等思想解放运动的影响 资本主义的发展提供了物质基础资本主义的发展提供了物质基础 科学家勇于的探索精神科学家勇于的探索精神二、物理学发展的过程二、物理学发展的过程经典力学奠基经典力学奠基者者（17世纪初）世纪初）经典力学建立者经典力学建立者（17世纪晚期）世纪晚期）从经典力学发展到相对论、量从经典力学发展到相对论、量子论子论（19世纪末世纪末20世纪初）世纪初）伽利略（意）伽利略（意）牛顿（英）牛顿（英）爱因斯坦（德）爱因斯坦（德）普朗克（德）普朗克（德）32科学家科学家主要成就主要成就意义意义伽利略伽利略落体定律落体定律为经典力学奠定基础为经典力学奠定基础匀速运动、匀加速运动匀速运动、匀加速运动望远镜、望远镜、关于托勒密关于托勒密和哥白尼两大世界体系和哥白尼两大世界体系的对话的对话（天文方面）（天文方面）证明哥白尼的证明哥白尼的“日心说日心说”的正确性的正确性注重科学研究方法注重科学研究方法标志着物理学的真正开端标志着物理学的真正开端牛顿牛顿自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理（物体运动三大定律和（物体运动三大定律和万有引力定律）万有引力定律）标志着牛顿力学体系的形标志着牛顿力学体系的形成成标志着近代标志着近代科学的形成科学的形成爱因斯爱因斯坦坦相对论相对论（狭义、广义）、（狭义、广义）、光速不变原理光速不变原理P108页。（否定了页。（否定了修正修正了了揭示了揭示了发展了发展了推动推动）为现代自然为现代自然科学和现代科学和现代技术革命提技术革命提供了重要的供了重要的理论基础理论基础成功解释光电效应出现成功解释光电效应出现的现象和光的本质的现象和光的本质进一步推动了理子论的发进一步推动了理子论的发展展普朗克普朗克量子论量子论P109页。（揭示了页。（揭示了冲击冲击了了指出了指出了）三、物理学发展过程中的主要成就及意义三、物理学发展过程中的主要成就及意义33 中世纪时，中世纪时，基督教会宣扬的宇宙观是基督教会宣扬的宇宙观是:宇宙是宇宙是一个封闭的大盒子或大帐篷，天是盒（篷）盖，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，此即中央，日月星辰悬挂在盖上，此即“宇宙帐篷宇宙帐篷说说”。后来，后来，亚里士多德亚里士多德和和托勒密托勒密所提出的希腊宇宙体所提出的希腊宇宙体系逐渐深入人心，系逐渐深入人心，托马斯托马斯阿奎那阿奎那将亚里士多德理论融将亚里士多德理论融入基督教神学之后，入基督教神学之后，地心理论即获得了正统地位。地地心理论即获得了正统地位。地球居宇宙中心的思想球居宇宙中心的思想被赋予了宗教意义，人类及其居被赋予了宗教意义，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，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。宙的运行，注视着人类的一举一动。地心说地心说