近代物理学奠基人和革命者自己优选ppt资料

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,近代(jndi)物理学奠基人和革命者自己,第一页，共37页。,一、认识(rn shi)史上的飞跃,1、背景(bijng),认为必须有力的作用在物体(wt)上，物体(wt)才能运动，没有力的作用，物体(wt)就会停止。在中世纪的欧洲长期被教会奉为教条。,（1）亚里斯多德的学说,第二页，共37页。,伽利略（15641642），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，用自己制作的望远镜证明了哥白尼的“日心说”，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，把哥白尼学说(xu shu)推到最终胜利的阶段。,（2）伽利略的贡献(gngxin),第三页，共37页。,创立(chungl)自由落体定律,1590年，伽利略在比萨斜塔上做了“自由落体”的著名实验，从此推翻了亚里士多德“物体(wt)落地下的速度和重量成比例”的学说，纠正了这个持续了1900年之久的错误结论。,突出(t ch)成就：,通过观察、实验和推理得出结论,第四页，共37页。,你知道(zh do)牛顿捡到了哪些“光滑的卵石”和“美丽的贝壳”？,“我好像是一个在海边玩耍的孩子，为不时发现(fxin)比通常更光滑的卵石或更美丽的贝壳而欢欣鼓舞，面对展现在我面前的浩瀚的真理的海洋，却全然没有发现(fxin)。”,牛顿临终遗言,2、飞跃(fiyu)（牛顿经典力学体系的建立）,第五页，共37页。,（1）内容(nirng),牛顿(ni dn)（16421727）,牛顿曾经(cngjng)使用过的望远镜,第六页，共37页。,1666年秋天的一个傍晚，牛顿坐在花园的苹果树下，正在考虑一个运动的问题。忽然一只熟透的苹果掉了下来，正好落在牛顿的前面。这只苹果引起了牛顿的注意。他想，苹果为什么不向天上飞，也不向前后左右落，而偏偏垂直地落到地面上呢？肯定是地球在吸引(xyn)它。既然地球能吸引(xyn)离地面这么高的苹果树上的苹果，那它也肯定在吸引(xyn)着月亮。经过研究、演算和论证，牛顿发现了万有引力定律。引自科学简史,第七页，共37页。,牛顿的运动三大(sn d)定律,构成了近代力学体系的基础，成为整个近代物理学的重要(zhngyo)支柱。,牛顿(ni dn)的万有引力定律,惯性定律,加速度定律,作用力和反作用力定律,牛顿的运动三大定律,万有引力定律,经典力学体系,惯性定律、加速度定律和作用力与反作用力定律,第八页，共37页。,英国著名诗人波普曾写过一首赞美牛顿的诗,：,自然和自然界的规律，隐藏在黑暗里。,上帝说：,“,让牛顿去吧!,”,于是，一切成为光明。,我之所以,能比别人看得远,些，是因为我站在,巨人们的肩上。,牛顿,（2）标志(biozh),1687年科学巨著自然哲学(z rn zh xu)的数学原理的发表,3、意义(yy),第九页，共37页。,“牛顿的发现，给人类带来从未有过的自信。曾经匍匐在上帝脚下的人类，终于大胆(ddn)地抬起头来，开始用自己的理性的眼光大量世界。”,第十页，共37页。,（1）牛顿力学体系对自然界的力学现象做了系统合理的说明，从而完成了人类(rnli)对自然界认识史上的第一次理论大综合。,（2）万有引力定律适用于一切天体(tint)运动和宇宙中的所有物体。其确立使力学和天文学在理论上达到相当完备的程度，并且在科学实验中得到广泛的应用和验证，成为近代科学形成的标志。,（3）万有引力定律准确算出了地球的平均密度和扁平率，正确解释了潮汐的成因(chngyn)。（海王星的发现）,3、意义,从此，科学摆脱了神学的束缚向前发展，19世纪进入全面繁荣时期，各门自然科学的理论体系纷纷建立。,第十一页，共37页。,对地球(dqi)认识的变化,第十二页，共37页。,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(wnt)是否出现在牛顿力学上面？法国的勒维列和英国的亚当斯坚信牛顿力学的正确，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(zhling)。1848年9月23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。,海王星和冥王星的发现(fxin),第十三页，共37页。,哈雷慧星轨道(gudo)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，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1682年出现的彗星的轨道，指出它的回归周期是7576年，由此预言它将在1758年再次出现。53年以后的1758年（当时(dngsh)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。,第十四页，共37页。,“走进威斯敏斯特教堂，人们所瞻仰的不是君王们的陵寝，而是国家为感谢那些(nxi)为国增光的最伟大人物建立的纪念碑。这便是英国人民对于才能的尊敬。”,伏尔泰,位于英国伦敦威斯敏斯特教堂的艾撒克牛顿(ni dn)勋爵墓地,第十五页，共37页。,质疑与思考：经典力学(jn din l xu)体系是最完美的物理学理论吗？,19世纪末，面对(min du)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。”,高速运动的微观粒子发生(fshng)的现象，是经典力学无法解释的！,经典物理学是以日常生活中常见的低速运动的物体为研究对象的，一旦进入光速运动时，经典物理学的某些结论就变得不准确。,第十六页，共37页。,19世纪末，物理学界连续发生了三个重大事件，这就是X射线、放射性和电子的发现。这三大发现以实验事实使得原子不可(bk)分、不变化的传统观念发生了动摇。物理学家们曾认为的似乎已经基本上完成了的经典物理学体系，从根本上出现了动摇，这就是所谓的“物理学危机”。,过去的物理学都以牛顿的理论为基础，认为时间和空间是绝对的，两者是没有任何直接联系的。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。,二、驱走乌云(wyn)的太阳,第十七页，共37页。,”爱因斯坦说：“这就是我的相对论内容。,第二十八页，共37页。,德国普朗克：1900年在关于正常光谱能量分布定律的理论中提出量子概念。,经典力学建立(jinl)者,相对论否定了牛顿力学体系的绝对时空观，提出时空不是绝对不变的，而是随着物质的运动而变化，物质质量随运动速度的变化而变化，并提出了质能转化原理，奠定了利用原子能的理论基础，加深了人们对物质和运动的认识，具有了科学和哲学的双重意义。,英国著名诗人波普曾写过一首赞美牛顿的诗：,2、量子论的诞生和发展,牛顿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7576年，由此预言它将在1758年再次出现。,（1）德国爱因斯坦：1905年解释光电效应，得出(d ch)了光具有波粒二象性的结论；,那问题(wnt)是否出现在牛顿力学上面？法国的勒维列和英国的亚当斯坚信牛顿力学的正确，大胆猜想计算结果之所以不理想，,第二十四页，共37页。,相对论的建立(jinl)（爱因斯坦）,位于英国伦敦威斯敏斯特教堂的艾撒克牛顿(ni dn)勋爵墓地,（1）牛顿力学体系对自然界的力学现象做了系统合理的说明，从而完成了人类(rnli)对自然界认识史上的第一次理论大综合。,那问题(wnt)是否出现在牛顿力学上面？法国的勒维列和英国的亚当斯坚信牛顿力学的正确，大胆猜想计算结果之所以不理想，,标志着量子理论的诞生。,（1）19世纪的物理学领域，在牛顿力学的基础(jch)上，声学、光学、电磁和热学有了进一步发展。,（2）19世纪末，物理学界的重大(zhngd)研究课题是黑体辐射，量子理论就是在此过程中发现的。,奥地利斯蒂芬：1879年发现黑体辐射的总能量与其温度(wnd)之间的定量关系；,德国普朗克,：,1900年,在关于正常光谱能量分布定律的理论中提出量子概念。,标志着量子理论的诞生。,1、背景,2、量子论的诞生和发展,（1）诞生,第十八页，共37页。,黑体(hit)辐射,任何物体都具有不断辐射、吸收、发射电磁波的本领。辐射出去的电磁波在各个波段是不同的，也就是具有一定(ydng)的谱分布。这种谱分布与物体本身的特性及其温度有关，因而被称之为热辐射。为了研究，物理学家们定义了一种理想物体黑体(black body)，以此作为热辐射研究的标准物体。,所谓黑体是指入射的电磁波全部被吸收，既没有反射，也没有透射(当然黑体仍然要向外辐射)。,第十九页，共37页。,普朗克，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(yuy)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。,量子力学(lin z l xu)的创立者,第二十页，共37页。,普朗克与爱因斯坦在一起(yq),第二十一页，共37页。,（1）德国爱因斯坦：1905年解释光电效应，得出(d ch)了光具有波粒二象性的结论；,（2）法国德布罗意：1923年提出(t ch)物质波理论；,（3）奥、德物理学家：建立(jinl)量子力学。,（1）量子力学成为反映自然界基本规律的理论体系，指导人们向物质运动的各个层面进行深入探讨；,（2）该理论从,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重大变革。,（2）发展,3、意义,第二十二页，共37页。,量子论确实(qush)深奥难懂，甚至连量子论奠基人之一的玻尔都说：“如果谁不为量子论而感到困惑，那他就是没有理解量子论。”,第二十三页，共37页。,1999年12月，在20世纪(shj)最后一期的时代周刊中，评出了一位“世纪(shj)人物”。该刊称赞他为“天才、政治难民、人道主义者、原子弹和宇宙迷的开启者”，“以其伟大的思想和无与伦比的形象独占鳌头”。,第二十四页，共37页。,狭义相对论发表100多年，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(jd)改变。,三、爱因斯坦的“时空(sh kn)”,1、相对论的主要(zhyo)内容,第二十五页，共37页。,1、狭义相对论,2、广义相对论,创立,内容,意义,1905年,论动体的电动力学,1916年,（1）时间和空间都与物质运动有关；,（2）时间和空间随着物质运动的速度(sd)的变化而变化,（1）物质存在的现实空间是弯曲的,（2）空间结构取决于物质的质量和分布情况,（3）空间弯曲的程度体现(txin)为引力场强度,打破绝对时间和绝对空间，但不是(b shi)对牛顿力学的全盘否定，而是继承和发展,第一次阐述了,四维时空和物质的分布相联系的重要思想,第二十六页，共37页。,爱因斯坦的“时空(sh kn)弯曲”概念,第二十七页，共37页。,这个(zh ge)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：,为了对这