《科学革命》课件

牛顿牛顿爱因斯坦爱因斯坦普朗克普朗克课标要求：知道相对论、量子论的主要内容课标要求：知道相对论、量子论的主要内容 认识其意义。认识其意义。牛顿爱因斯坦普朗克课标要求：知道相对论、量子论的主要内容牛顿经典力学的创立牛顿经典力学的创立近代科学形成的标志近代科学形成的标志1 1、牛顿的主要成就（数学和物理学）、牛顿的主要成就（数学和物理学）（1 1）数学：微积分的创立。）数学：微积分的创立。（2 2）物理学：总结出）物理学：总结出 和和 （惯性定律、加速度的比例定律、作用与反作用定律）（惯性定律、加速度的比例定律、作用与反作用定律）（3 3）代表作：）代表作：年，年，建立起一个完整的力学理论体系。实现了物理学史上的建立起一个完整的力学理论体系。实现了物理学史上的第一次大飞跃。第一次大飞跃。2 2、牛顿经典力学的影响、牛顿经典力学的影响万有引力定律万有引力定律牛顿力学三定律牛顿力学三定律16871687自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理有助于人类解释与有助于人类解释与预见预见物理现象，是经典物理学和天文学的基础，物理现象，是经典物理学和天文学的基础，标志标志人类科学时代的开始。人类科学时代的开始。（自然科学角度，实现了自然科学的第（自然科学角度，实现了自然科学的第一次理论性大综合）一次理论性大综合）牛顿力学和热学引发第一次工业革命牛顿力学和热学引发第一次工业革命（生产力和社会发展角度）（生产力和社会发展角度）为启蒙思想和唯物主义哲学奠定科学基础为启蒙思想和唯物主义哲学奠定科学基础（哲学角度）（哲学角度）知识回顾：知识回顾：牛顿经典力学的创立近代科学形成的标志1、牛顿的主要成就（一、背景：一、背景：经典物理学的辉煌与危机。经典物理学的辉煌与危机。第第25课课 现代科学革命现代科学革命1、辉煌辉煌：2、危机：危机：日趋日趋完善和成熟、被看作绝对权威完善和成熟、被看作绝对权威的理论。的理论。经典物理学无法解释经典物理学无法解释新问题、新发现新问题、新发现。晴空上晴空上漂浮着两朵乌云漂浮着两朵乌云 一朵乌云与宏观世界里光的速度有关，一朵乌云与宏观世界里光的速度有关，一朵与微观世界里的热体辐射有关。一朵与微观世界里的热体辐射有关。一、背景：经典物理学的辉煌与危机。第25课 现代科学革二、爱因斯坦与相对论二、爱因斯坦与相对论生平简介生平简介爱因斯坦（爱因斯坦（Albert Einstein，1879-1955），），1879年生于德国，是举世年生于德国，是举世闻名科学家，闻名科学家，现代物理学现代物理学的开创者和的开创者和奠基人。爱因斯坦奠基人。爱因斯坦1900年毕业于苏黎年毕业于苏黎士工业大学，士工业大学，1909年开始在大学任教，年开始在大学任教，1914年任威廉皇家物理研究所所长兼年任威廉皇家物理研究所所长兼柏林大学教授。柏林大学教授。1933年受希特勒迫害年受希特勒迫害离开德国移居美国离开德国移居美国,爱因斯坦在物理学爱因斯坦在物理学的许多领域都有贡献，比如建立狭义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。效应、辐射过程、固体比热等。1921年获诺贝尔物理学奖。年获诺贝尔物理学奖。二、爱因斯坦与相对论生平简介爱因斯坦（Albert Eins二、爱因斯坦与相对论二、爱因斯坦与相对论1、相对论的提出、相对论的提出1905年提出匀速运动体系的狭义相对论；年提出匀速运动体系的狭义相对论；1916年提出加速运动体系的广义相对论。年提出加速运动体系的广义相对论。2、主要内容、主要内容：相对性原理和光速不变原理。相对性原理和光速不变原理。二、爱因斯坦与相对论1、相对论的提出2、主要内容：如何理解相对论如何理解相对论？在相对性原理中，爱因斯坦认为时间、运动、质量不在相对性原理中，爱因斯坦认为时间、运动、质量不是绝对的，而是相对的。较典型的现象是是绝对的，而是相对的。较典型的现象是运动运动的物体长度的物体长度变短（尺缩效应）、变短（尺缩效应）、运动运动的钟比静止的钟走得慢（钟慢效的钟比静止的钟走得慢（钟慢效应）、应）、运动运动的物体重量变大。的物体重量变大。光速不变原理则认为光的传播速度在任何条件下都是光速不变原理则认为光的传播速度在任何条件下都是不变的。不变的。如何理解相对论？在相 这就提醒人们甚至要敢于怀疑常识，勇于创新，这就提醒人们甚至要敢于怀疑常识，勇于创新，因为即使生活中习以为常、看起来无懈可击的规律因为即使生活中习以为常、看起来无懈可击的规律都有可能是不科学的。都有可能是不科学的。问题探究问题探究 由于相对论的观点与人们的日常经验不太一致，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。些科学家在内的很多人的反对。1921年爱因斯坦获得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，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。在物理学上却非常合理且为实验所证实。这说明了一个什么问题这说明了一个什么问题?可以给我们什么启发可以给我们什么启发?这就提醒人们甚至要敢于怀疑常识，勇于创新，因3、相对论的意义：、相对论的意义：（1）解决了经典物理学的危机，）解决了经典物理学的危机，创造了一个全新的物创造了一个全新的物理学世界，极大地扩展了物理学的应用的领域；也使理学世界，极大地扩展了物理学的应用的领域；也使人们对自然规律的探索从普通世界深入到广阔的宏观人们对自然规律的探索从普通世界深入到广阔的宏观宇宙空间。宇宙空间。（2）打破了经典物理学绝对化的思维模式，为人们提）打破了经典物理学绝对化的思维模式，为人们提供了辩证看待世界的途径。供了辩证看待世界的途径。3、相对论的意义：牛顿力学体系与爱因斯坦相对论的关系牛顿力学体系与爱因斯坦相对论的关系 1 1 牛顿力学体系概括了物体宏观运动的规律，这牛顿力学体系概括了物体宏观运动的规律，这些定律有一个不容忽视的前提，即物体在低速运些定律有一个不容忽视的前提，即物体在低速运动的情况下这些定律才适用。动的情况下这些定律才适用。2 2 爱因斯坦的相对论否定了牛顿的绝对时空观，爱因斯坦的相对论否定了牛顿的绝对时空观，指出时间和空间的辩证关系，即时间和空间不是指出时间和空间的辩证关系，即时间和空间不是绝对不变的，而是随着物质的运动而变化的，并绝对不变的，而是随着物质的运动而变化的，并提出质量能量公式，加深了人们对物质和运动的提出质量能量公式，加深了人们对物质和运动的认识，在哲学和科学上都具有重大意义。认识，在哲学和科学上都具有重大意义。3 3 相对论发展了牛顿力学，牛顿力学只是相对相对论发展了牛顿力学，牛顿力学只是相对论在低速运动状态下的一个特例。牛顿力学是整论在低速运动状态下的一个特例。牛顿力学是整个力学的基础，牛顿所创造的力学概念至今仍是个力学的基础，牛顿所创造的力学概念至今仍是物理学的重要思想。物理学的重要思想。牛顿力学体系与爱因斯坦相对论的关系 1 牛顿力学体系概括 相对论相对论构成了现代物理学的两大支柱之构成了现代物理学的两大支柱之一一.那么那么,现代物理学的另一个支柱又是什么现代物理学的另一个支柱又是什么呢呢?量子理论是现代物理学的另一大支柱。量子理论是现代物理学的另一大支柱。相对论构成了现代物理学的两大支柱之一.那么,三、量子理论中的微观世界三、量子理论中的微观世界1.提出：提出：德国物理学家普朗克德国物理学家普朗克普朗克（普朗克（18581947年），德国年），德国物理学家、哲学家，量子理论的奠物理学家、哲学家，量子理论的奠基人，基人，1879年在慕尼黑大学获得年在慕尼黑大学获得博士学位后，先后在慕尼黑大学和博士学位后，先后在慕尼黑大学和基尔大学任教授。基尔大学任教授。1888年任柏林年任柏林大学理论物理研究所所长。他在物大学理论物理研究所所长。他在物理学上最大的贡献是理学上最大的贡献是1900年提出年提出辐射量子假说辐射量子假说。并因此获得。并因此获得1918年诺贝尔物理学奖。年诺贝尔物理学奖。三、量子理论中的微观世界1.提出：德国物理学家普朗克普朗克（量子假说最先由德国物理学家量子假说最先由德国物理学家普朗克普朗克于于1900年提出。年提出。他认为，物质的辐射能不是连续的，而是以最小的、不可他认为，物质的辐射能不是连续的，而是以最小的、不可再分的能量单位即能量量子的整数倍跳跃式地变化的。再分的能量单位即能量量子的整数倍跳跃式地变化的。随后英国物理学家随后英国物理学家卢瑟福卢瑟福和丹麦物理学家和丹麦物理学家玻尔玻尔把量子论把量子论用于原子结构的研究，证实原子是由带正电的原子核和带用于原子结构的研究，证实原子是由带正电的原子核和带负电的电子组成。电子在不同轨道上围绕着原子核运动，负电的电子组成。电子在不同轨道上围绕着原子核运动，当电子从外层轨道跳到内层轨道时就放出相应波长的电磁当电子从外层轨道跳到内层轨道时就放出相应波长的电磁波。玻尔在此基础上创立了原子结构的理论。波。玻尔在此基础上创立了原子结构的理论。爱因斯坦爱因斯坦利用原子论成功地解释了光电效应出现的现利用原子论成功地解释了光电效应出现的现象及光的本质，进一步推动了量子论的发展。象及光的本质，进一步推动了量子论的发展。量子假说最先由德国物是是20世纪最深刻、最有成就的科学理论之一，使人世纪最深刻、最有成就的科学理论之一，使人们对们对微观世界微观世界的认识有了革命性进步。的认识有了革命性进步。带来了许多划时代的核技术创新，直接推动了社会带来了许多划时代的核技术创新，直接推动了社会生产力的发展，从根本上改变了人类的物质生活。生产力的发展，从根本上改变了人类的物质生活。3、意义：、意义：2、主要内容：、主要内容：普朗克提出的量子假说、爱因斯坦提出光普朗克提出的量子假说、爱因斯坦提出光 的量子理论、玻尔提出原子的量子理论。的量子理论、玻尔提出原子的量子理论。是20世纪最深刻、最有成就的科学理论之一，使人们对微观世界量子论和相对论是现代物理学的两量子论和相对论是现代物理学的两大支柱。大支柱。想一想想一想:量子理论和相对论的提出量子理论和相对论的提出有什么共同点有什么共同点?共同点：共同点：从背景上看，从背景上看，19世纪末，物理学得到了极大的发展，世纪末，物理学得到了极大的发展，物理学的研究一方面深入到物质内部的微观世界，另一方物理学的研究一方面深入到物质内部的微观世界，另一方面扩展到整个宇宙。但是，一系列新的发现无法用经典物面扩展到整个宇宙。但是，一系列新的发现无法用经典物理学解释，这使得经典物理学陷入了危机，面临着挑战。理学解释，这使得经典物理学陷入了危机，面临着挑战。从产生过程看，第一，都是科学大师们敢于向权威挑从产生过程看，第一，都是科学大师们敢于向权威挑战，追求真理的结果。第二，都经历了一个产生发展完善战，追求真理的结果。第二，都经历了一个产生发展完善的过程。的过程。量子论和相对论是现代物理学的两大支柱。想一想:想一想想一想 爱因斯坦根据相对论的观点提出质能转换理论后，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。战胜法西斯国家。1945年年8月，美国先后在日本的广岛、长畸投下月，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。爱因斯坦为此非常懊悔。从这件事中，我们能得样令全世界震惊。爱因斯坦为此非常懊悔。从这件事中，我们能得到什么启发？我们应如何对待科学的发展？到什么启发？我们应如何对待科学的发展？科科学学理理论论对对科科学学技技术术的的发发展展有有巨巨大大的的推推动动作作用用，但但科科学学技技术术本本身身是是一一把把双双刃刃剑剑。科科技技能能造造福福人人类类，推推动动生生产产力力水平的提高，但如果运用不当，也能危害人类。水平的提高，但如果运用不当，也能危害人类。想一想 爱因斯坦根据相对论的观点提出质能转换四、现代物理学兴起的意义四、现代物理学兴起的意义1、量子理论和相对论共同构成现代物理学的基、量子理论和相对论共同构成现代物理学的基础础2、量子理论和相对论弥补经典物理学的不足、量子理论和相对论弥补经典物理学的不足改变了人们看世界的角度和方式改变了人们看世界的角度和方式3、量子理论和相对论不仅对物理学本身，、量子理论和相对论不仅对物理学本身，对自然科学、而且对整个人类的思维都产对自然科学、而且对整个人类的思维都产生了不可磨灭的影响生了不可磨灭的影响四、现代物理学兴起的意义1、量子理论和相对论共同构成现代物理1 1、在、在2020世纪最后一期的世纪最后一期的时代时代周刊中，评选出了周刊中，评选出了一位一位“世纪人物世纪人物”。时代时代周刊称他为周刊称他为“天才、政天才、政治难民、人道主义者、原子和宇宙迷的开启者治难民、人道主义者、原子和宇宙迷的开启者”“以以最伟大的思想和无与伦比的形象独占鳌头最伟大的思想和无与伦比的形象独占鳌头”。这个。这个“世纪人物世纪人物”应该是应该是A A、牛顿、牛顿 B B、达尔文、达尔文 C C、爱迪生、爱迪生 D D、爱因斯坦、爱因斯坦2 2、经典力学是近代自然科学理论体系中最先成熟和、经典力学是近代自然科学理论体系中最先成熟和完善起来的核心理论体系，它是以实验为基础、以数完善起来的核心理论体系，它是以实验为基础、以数学为表达形式的近代物理学体系。该体系不包括学为表达形式的近代物理学体系。该体系不包括A.A.惯性定律和加速度定律惯性定律和加速度定律 B.B.相对论相对论C.C.作用力与反作用力定律作用力与反作用力定律 D.D.万有引力定律万有引力定律 1、在20世纪最后一期的时代周刊中，评选出了一位“世纪人3 3、有一次，爱因斯坦与卓别林共同出席一个宴会，他们、有一次，爱因斯坦与卓别林共同出席一个宴会，他们都受到了热烈的欢迎，卓别林对爱因斯坦开玩笑说：都受到了热烈的欢迎，卓别林对爱因斯坦开玩笑说：“大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。都不理解你。”这句话是指：这句话是指：A A、绝大多数人盲目欢迎爱因斯坦、绝大多数人盲目欢迎爱因斯坦 B B、相对论有悖与人们的日常生活经验、相对论有悖与人们的日常生活经验 C C、人们更崇拜卓别林、人们更崇拜卓别林 D D、伟大的科学家不如知名艺术家、伟大的科学家不如知名艺术家4 4、从经典力学到相对论的发展，说明：、从经典力学到相对论的发展，说明：许多科学成就都是许多科学成就都是“站在巨人肩膀上站在巨人肩膀上”的发现的发现 人类对自然界的认识是随着时代的前进而不断发展的人类对自然界的认识是随着时代的前进而不断发展的 人类开始从宏观世界深入微观世界认识客观规律人类开始从宏观世界深入微观世界认识客观规律 科学的发展是无止境的科学的发展是无止境的 A A、B B、C C、D D、3、有一次，爱因斯坦与卓别林共同出席一个宴会，他们都受到了热5 5、19451945年美国向日本的广岛和长崎投下原子弹，平民伤年美国向日本的广岛和长崎投下原子弹，平民伤亡惨重。爱因斯坦认为亡惨重。爱因斯坦认为“人类打开了这个潘多拉魔匣人类打开了这个潘多拉魔匣”打打开这个开这个“潘多拉魔匣潘多拉魔匣”的钥匙是：的钥匙是：A A、牛顿经典力学、牛顿经典力学 B B、相对论、相对论 C C、进化论、进化论 D D、网络信息技术、网络信息技术 5、1945年美国向日本的广岛和长崎投下原子弹，平民伤亡惨重阅读阅读宇宙发现巨大宇宙发现巨大“轴线轴线”“相对论相对论”可能遭颠覆可能遭颠覆 据俄罗斯媒体据俄罗斯媒体2006年年2月月3日报道，美国日报道，美国“宇宙微波背景辐射探测宇宙微波背景辐射探测器器”日前传回的最新数据在世界科学界引起了巨大震动，有可能颠覆日前传回的最新数据在世界科学界引起了巨大震动，有可能颠覆现有的部分基础性理论。现有的部分基础性理论。在测量宇宙中各个不同区域背景辐射温度的在测量宇宙中各个不同区域背景辐射温度的过程中，过程中，“宇宙微波背景辐射探测器宇宙微波背景辐射探测器”意外地发现，在辽阔的宇宙空意外地发现，在辽阔的宇宙空间中居然存在着一条贯穿整个宇宙的奇特间中居然存在着一条贯穿整个宇宙的奇特“轴线轴线”。目前，科学家们。目前，科学家们正在着手构建该正在着手构建该“轴线轴线”的空间模型。的空间模型。专家们指出，新近发现的这条专家们指出，新近发现的这条“轴线轴线”将会动摇当今所有有关宇宙将会动摇当今所有有关宇宙诞生和演化过程的理论，这其中也爱因斯坦的诞生和演化过程的理论，这其中也爱因斯坦的“相对论相对论”。根据爱因根据爱因斯坦提出的斯坦提出的“相对论相对论”，空间和时间的分布在，空间和时间的分布在“大爆炸大爆炸”发生后便一发生后便一直是非常混乱的，而宇宙本身从总体上看应是非常均匀的并且存在着直是非常混乱的，而宇宙本身从总体上看应是非常均匀的并且存在着向各个方向扩展的趋势。向各个方向扩展的趋势。但是，美国但是，美国“宇宙微波背景辐射探测器宇宙微波背景辐射探测器”传回的最新数据却从根本传回的最新数据却从根本上否定了这一著名的假设。据专家们介绍，测量结果显示，宇宙背景上否定了这一著名的假设。据专家们介绍，测量结果显示，宇宙背景辐射温度的分布并不是混乱无章的，它们所处的位置都相当确定，或辐射温度的分布并不是混乱无章的，它们所处的位置都相当确定，或者说是者说是“有计划的有计划的”。科学家们宣称，在宇宙中似乎存在着一条巨大的轴线，而整个宇科学家们宣称，在宇宙中似乎存在着一条巨大的轴线，而整个宇宙都环绕在它的周围。宙都环绕在它的周围。阅读宇宙发现巨大“轴线”“相对论”可能遭颠覆 当德国著名的当德国著名的 物理学家物理学家普朗克普朗克年轻时向他的年轻时向他的老师求教，是选择音乐还是物理学作为自己终身老师求教，是选择音乐还是物理学作为自己终身的职业时，得到的答复是：的职业时，得到的答复是：“物理学基本是一门物理学基本是一门已经完成了的科学，因此，对于物理学的研究实已经完成了的科学，因此，对于物理学的研究实际上是不会有多大成果的。际上是不会有多大成果的。”当时许多物理学家认为：物理学的大厦已经当时许多物理学家认为：物理学的大厦已经 落落成，人类对自然界的认识已经到了尽头。成，人类对自然界的认识已经到了尽头。当德国著名的 物理学家普朗克年轻时向他的老