高二历史选修4 20世纪的科学伟人爱因斯坦

相对于牛顿的经典物理学相对于牛顿的经典物理学( (力学力学) )而言的而言的; ;量子论和相对论是现代物理学的两大支柱量子论和相对论是现代物理学的两大支柱; ;两大理论的提出者分别是德国理论物理学家普两大理论的提出者分别是德国理论物理学家普朗克和美籍德国科学家爱因斯坦朗克和美籍德国科学家爱因斯坦现代物理学的现代物理学的两大代表人物两大代表人物德国理论物理德国理论物理学家普朗克学家普朗克美籍德国科学家爱美籍德国科学家爱因斯坦因斯坦第五课第五课 20世纪的世纪的科学伟人科学伟人一、一、生平个性生平个性二、杰出贡献二、杰出贡献三、和平斗争三、和平斗争沉思沉思这个这个世界的問題，才能指世界的問題，才能指望望获获得解放。得解放。一、生平个性一、生平个性（一）生平简历（一）生平简历 1、阿尔伯特、阿尔伯特爱因斯坦（爱因斯坦（18791955） 1879年出年出生于德国小镇乌尔姆的一个犹太人家庭。生于德国小镇乌尔姆的一个犹太人家庭。2、1895年到瑞士，年到瑞士，1896年考人瑞士苏黎世联邦工业年考人瑞士苏黎世联邦工业大学师范系理论物理专业学习，大学师范系理论物理专业学习，1900年毕业。年毕业。3、19021909年在瑞士伯尔尼专利局任技术员，年在瑞士伯尔尼专利局任技术员，创立狭义相对论。加入瑞士国籍。创立狭义相对论。加入瑞士国籍。4、1913年任柏林大学教授。年任柏林大学教授。1915年创立广义相对论。年创立广义相对论。5、1933年年10月迁居美国，月迁居美国，1940年加入美国国籍，年加入美国国籍， 1955年逝世于美国普林斯顿。年逝世于美国普林斯顿。（二）成长历程（二）成长历程 1 1、18791879年出生于德国的一个犹太年出生于德国的一个犹太人家庭，从小对几何学兴趣浓厚人家庭，从小对几何学兴趣浓厚. .2 2、中学时代：表现平平、中学时代：表现平平. . 3 3、大学时代：广泛阅读，培养了、大学时代：广泛阅读，培养了自学和独立思考的能力，对物理学自学和独立思考的能力，对物理学兴趣与日俱增兴趣与日俱增4 4、大学毕业：成为瑞士伯尔尼专、大学毕业：成为瑞士伯尔尼专利局的一名技术员利局的一名技术员5 5、划时代事件：利用业余时间研、划时代事件：利用业余时间研究物理学，获得革命性突破究物理学，获得革命性突破（三）个性特征（三）个性特征 1、和牛顿一样，爱因斯坦年幼时也、和牛顿一样，爱因斯坦年幼时也未显出智力超群，相反，到了四未显出智力超群，相反，到了四岁多还不会说话，家里人甚至担岁多还不会说话，家里人甚至担心他是个低能儿。爱因斯坦小时心他是个低能儿。爱因斯坦小时候头候头很大，形狀也奇怪很大，形狀也奇怪，4岁还不岁还不会说话；会说话；行为迟钝行为迟钝，他說話所用他說話所用的的 時間比起別的孩子要時間比起別的孩子要多多得多得多。 2、孤独孤独：他不愿和其他孩子在一：他不愿和其他孩子在一起玩耍，总喜欢一个人玩，并且起玩耍，总喜欢一个人玩，并且老是陷在老是陷在沉思沉思之中，如痴如呆。之中，如痴如呆。3、成绩平平、自学能力强。成绩平平、自学能力强。在整个在整个中小学时代常常被斥为中小学时代常常被斥为“生性孤生性孤僻、智力迟钝僻、智力迟钝”，“不守纪律、不守纪律、心不在焉、想入非非心不在焉、想入非非”。二、爱因斯坦的科学成就二、爱因斯坦的科学成就1 1、提出相对论、提出相对论（1）狭义相对论）狭义相对论19051905年年物体的电力学物体的电力学发表，提出匀速运动体发表，提出匀速运动体系的狭义相对论，标志着狭义相对论的提出系的狭义相对论，标志着狭义相对论的提出内容：内容：两个基本原理是两个基本原理是相对性原理和光速不变原理。相对性原理和光速不变原理。 在相对性原理中，质量不是绝对的，而是相对的。较典型的现象是在相对性原理中，质量不是绝对的，而是相对的。较典型的现象是运动的物体长度变短（尺缩效应）、运动的钟比静止的钟走得慢（钟慢运动的物体长度变短（尺缩效应）、运动的钟比静止的钟走得慢（钟慢效应）、运动的物体重量变大。光速不变原理则认为光的传播速度在任效应）、运动的物体重量变大。光速不变原理则认为光的传播速度在任何条件下都是不变的。何条件下都是不变的。 意义：意义：改变牛顿力学时空观，揭露物质和能量的相当性，扩展了物理改变牛顿力学时空观，揭露物质和能量的相当性，扩展了物理学的研究空间和应用领域（从日常范围到宏观宇宙空间）；开阔了人们学的研究空间和应用领域（从日常范围到宏观宇宙空间）；开阔了人们的思维。是近代物理学的一次伟大革命。的思维。是近代物理学的一次伟大革命。（2）广义相对论）广义相对论19161916年，发表年，发表广义相对论的基础广义相对论的基础内容：内容：包含两条基本原理：一是等效原理：即在加速运动的系统里，物包含两条基本原理：一是等效原理：即在加速运动的系统里，物体会自动改变运动状态，而改变这种状态的力就是惯性力。二是广义的体会自动改变运动状态，而改变这种状态的力就是惯性力。二是广义的相对性，即在加速运动系统的惯性力可以运用到时空中各种物体上。相对性，即在加速运动系统的惯性力可以运用到时空中各种物体上。意义：意义：改变了改变了 爱因斯坦爱因斯坦19051905年提出的相对论，后来称作狭义相对年提出的相对论，后来称作狭义相对论，以光速永不改变、相对性原则来推论，得到论，以光速永不改变、相对性原则来推论，得到“时间时间”会因速度快慢而改变的结论。会因速度快慢而改变的结论。 相对论的例子：一卷录音相对论的例子：一卷录音带，如果在地面上播放需要一带，如果在地面上播放需要一个小时；在快速飞行的宇宙飞个小时；在快速飞行的宇宙飞船里播放，宇宙飞船里的人测船里播放，宇宙飞船里的人测定也是一个小时。但是由地面定也是一个小时。但是由地面上的人员，来测定在宇宙飞船上的人员，来测定在宇宙飞船中播放的时间呢？根据牛顿的中播放的时间呢？根据牛顿的理论，因为时间是绝对的，所理论，因为时间是绝对的，所以也是一小时；但是爱因斯坦以也是一小时；但是爱因斯坦的理论则认为应该是一个多小的理论则认为应该是一个多小时，因为时间是相对的，在不时，因为时间是相对的，在不同速度下测量时间，长度是不同速度下测量时间，长度是不一样的。一样的。 什么是狭义相对论？什么是狭义相对论？爱因斯坦的爱因斯坦的“时空弯曲时空弯曲”概念概念2、光的量子论（获得诺贝尔奖）、光的量子论（获得诺贝尔奖）3、提出了著名的质能关系式：、提出了著名的质能关系式：E=mc2，质能关系式，质能关系式对后来发展的原子能事业起到了指导作用对后来发展的原子能事业起到了指导作用4 。 1916年在辐射量子方面提出引力波理论。年在辐射量子方面提出引力波理论。5 。1917年又开创了现代宇宙学。年又开创了现代宇宙学。 1 1）、普朗克提出量子假说。）、普朗克提出量子假说。2 2）、爱因斯坦提出光的量子理论解释光电效应）、爱因斯坦提出光的量子理论解释光电效应19211921年因光电效应研究获诺贝尔物理学奖。年因光电效应研究获诺贝尔物理学奖。 量子力学标志着人类对客观规律的认识，开始从量子力学标志着人类对客观规律的认识，开始从宏观世界宏观世界深入到深入到微观世界微观世界。今天，我们的现代文明，从电脑，电视，手机到核能，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。航天，生物技术，几乎没有哪个领域不依赖于量子论。 物理学演变和发展物理学演变和发展伽利略伽利略宣传宣传“日心说日心说”、望远镜、望远镜 、温度、温度计、落体定律：计、落体定律：自由落体，匀速运动，匀加自由落体，匀速运动，匀加速运动。经典力学基础奠基者，是近代物理速运动。经典力学基础奠基者，是近代物理的开端的开端哥白尼太阳中心说，打破地心学说哥白尼太阳中心说，打破地心学说开普勒行星按一定轨道运行开普勒行星按一定轨道运行源于古希腊亚里士多德的著作源于古希腊亚里士多德的著作物理学物理学 伽利略的发现及他所应用的科学的推理方法伽利略的发现及他所应用的科学的推理方法是是“人类思想史上最伟大的成就之一。它标志着物人类思想史上最伟大的成就之一。它标志着物理学的真正开端理学的真正开端” ” 爱因斯坦爱因斯坦 物理学的演变和发展物理学的演变和发展牛顿牛顿是经典力学的建立者，他的物体机械运动是经典力学的建立者，他的物体机械运动三大定律和万有引力定律，三大定律和万有引力定律，标志着近代物理学标志着近代物理学的形成。的形成。1900德国物理学家德国物理学家普朗克普朗克提出量子概念，标提出量子概念，标志着量子理论的诞生。量子理论成为现代物理志着量子理论的诞生。量子理论成为现代物理学两大支柱之一。学两大支柱之一。爱因斯坦提出相对论，否定了经典力学的绝对时爱因斯坦提出相对论，否定了经典力学的绝对时空观，深刻地揭示时间和空间的本质属性，树立空观，深刻地揭示时间和空间的本质属性，树立起新的时空观、运动观和物质观。起新的时空观、运动观和物质观。1905年把普朗年把普朗克的量子理论推广到光学中，成功解释光电效应。克的量子理论推广到光学中，成功解释光电效应。使使人类对客观物质世界的认识，由宏观世界深入人类对客观物质世界的认识，由宏观世界深入到微观世界。到微观世界。探究思考探究思考爱因斯坦说爱因斯坦说“在人类历史上，能够结合物理实验、数学理论、机械发明在人类历史上，能够结合物理实验、数学理论、机械发明成为科学艺术的人，只有一位，那就是牛顿。在牛顿时代，牛顿的道路是一成为科学艺术的人，只有一位，那就是牛顿。在牛顿时代，牛顿的道路是一位具有最高思维能力和创造力的人所能发现的唯一道路；牛顿所创造的概念，位具有最高思维能力和创造力的人所能发现的唯一道路；牛顿所创造的概念，至今仍然指导我们物理学的思想。至今仍然指导我们物理学的思想。”（1）请从物理学、数学、机械发明等方面概述牛顿重大贡献。）请从物理学、数学、机械发明等方面概述牛顿重大贡献。（2）牛顿时代是什么时代？爱因斯坦处于什么时代？他为科学做出）牛顿时代是什么时代？爱因斯坦处于什么时代？他为科学做出了怎样的贡献？了怎样的贡献？经典力学或传统物理学时代。现代物理学时代。贡献略经典力学或传统物理学时代。现代物理学时代。贡献略（2）牛顿力学与爱因斯坦相对论反映的事物有何不同？两者之间有）牛顿力学与爱因斯坦相对论反映的事物有何不同？两者之间有什么关系？什么关系？ 相对论打破了牛顿以来传统的绝对时空观，但并非全盘否定相对论打破了牛顿以来传统的绝对时空观，但并非全盘否定牛顿力学。牛顿力学反映的是宏观物体低速运动的客观规律，而牛顿力学。牛顿力学反映的是宏观物体低速运动的客观规律，而狭义相对论反映的是物体高速运动的客观规律，是对牛顿力学的狭义相对论反映的是物体高速运动的客观规律，是对牛顿力学的继承和发展。牛顿力学是相对论的一种特例（物体低速运动状继承和发展。牛顿力学是相对论的一种特例（物体低速运动状态），包括在相对论体系中。态），包括在相对论体系中。爱因斯坦根据相对论的观点提出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，以便在二战中尽快战胜法西斯国家。国家。4545年年8 8月月 美国美国 先后在日本先后在日本的广岛、长畸投下两颗原子弹，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。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发？我们应如何对待科学的发展？ 爱因斯坦作为一个杰出的科学爱因斯坦作为一个杰出的科学家为人类的和平作了哪些努力？家为人类的和平作了哪些努力？科学技术本身是一把双刃剑科学技术本身是一把双刃剑。科技能造福人类，推动生。科技能造福人类，推动生产力水平的提高，但如果运产力水平的提高，但如果运用不当，也能危害人类。用不当，也能危害人类。三、爱因斯坦为人类和平作出的贡献三、爱因斯坦为人类和平作出的贡献1 1、一战时一战时: :发起成立反战团体发起成立反战团体“新祖国同盟新祖国同盟”2 2、一战后：一战后：致力于恢复各国人民的相互谅解致力于恢复各国人民的相互谅解3 3、2020世纪世纪3030年代：年代：呼吁各国人民为和平而斗争，为此遭呼吁各国人民为和平而斗争，为此遭到纳粹的迫害。到纳粹的迫害。4 4、二战时二战时: :建议罗斯福抢在纳粹之前研制原子弹建议罗斯福抢在纳粹之前研制原子弹 痛心原子弹爆炸引起的大量平民伤害痛心原子弹爆炸引起的大量平民伤害5 5、二战后：二战后：致力于防止核战争，领导组织致力于防止核战争，领导组织“原子科学家原子科学家非常委员会非常委员会”，出刊，出刊原子科学家公报原子科学家公报人只有献身社会，才能找出那短暂而有风险的生命的意义。一个人对社会人只有献身社会，才能找出那短暂而有风险的生命的意义。一个人对社会的价值首先取决于他的感情、思想和行为对增进人类利益有多大的作用。的价值首先取决于他的感情、思想和行为对增进人类利益有多大的作用。爱因斯坦爱因斯坦对爱因斯坦来说：生命的意义是什么？对爱因斯坦来说：生命的意义是什么？为人类的文明和进步不懈努力。仅懂得科学的本身是不够的，为人类的文明和进步不懈努力。仅懂得科学的本身是不够的，关心他人，应成为一切技术奋斗的主要目标。生命的意义在于设关心他人，应成为一切技术奋斗的主要目标。生命的意义在于设身处地为他人着想，酷爱正义并为改善人类境况而奋斗。身处地为他人着想，酷爱正义并为改善人类境况而奋斗。巨星陨落巨星陨落： 19551955年年4 4月月1818日日爱因斯坦病爱因斯坦病逝于普林斯顿。遵照他逝于普林斯顿。遵照他的遗嘱，不发讣造，不举行公开葬礼，不建坟墓，不的遗嘱，不发讣造，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：德悼念席勒的诗结束了那朴素的葬礼： 我们全都获益不浅，我们全都获益不浅， 全世界都感谢他的教诲；全世界都感谢他的教诲； 那专属他个人的东西，那专属他个人的东西， 早已传遍广大人群。早已传遍广大人群。 他像行将陨灭的彗星，他像行将陨灭的彗星， 光华四射，光华四射， 把无限光芒同他的光芒永相连结。把无限光芒同他的光芒永相连结。爱因斯坦宣誓加入爱因斯坦宣誓加入美国国籍美国国籍在在2020世纪思想家的画廊中，爱因斯坦世纪思想家的画廊中，爱因斯坦就是公正、善良、真理的化身。他的品就是公正、善良、真理的化身。他的品格与天地日月相辉映，他的科学贡献，格与天地日月相辉映，他的科学贡献，人类将万世景仰。人类将万世景仰。爱因斯坦相对论的提出是物理学领域的一场重大革命，主爱因斯坦相对论的提出是物理学领域的一场重大革命，主要是因为要是因为 否定了经典力学的绝对时空观否定了经典力学的绝对时空观 揭示了时间、揭示了时间、空间并非绝对不变的本质属性空间并非绝对不变的本质属性 打破了经典力学体系的打破了经典力学体系的局限性局限性 使人类对客观世界的认识开始从宏观世界深入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到微观世界 A A B B C C D D 现代物理学的基础是现代物理学的基础是 A A、牛顿力学、牛顿力学 B B、相对论、相对论 C C、量子假说、量子假说 D D、量子理论、相对论、量子理论、相对论课堂练习课堂练习:下列表述不正确的是下列表述不正确的是 A 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 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 C、相对论的提出证明经典物理学是完全错误的、相对论的提出证明经典物理学是完全错误的 D 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海王星的发现是根据海王星的发现是根据 A A、哥白尼日心说的推算、哥白尼日心说的推算 B B、牛顿理论的推测、牛顿理论的推测 C C、法拉第演示计算、法拉第演示计算 D D、爱因斯坦对时间、空间属性的揭示、爱因斯坦对时间、空间属性的揭示现代物理的两大支柱是：现代物理的两大支柱是：光子论光子论 相对论相对论 量量子论子论 原子论原子论 A A、 B B、 C C、 D D、下列有关经典力学的陈述中不正确的是下列有关经典力学的陈述中不正确的是 A A、产生于、产生于1717世纪世纪 B B、创立者是牛顿、创立者是牛顿 C C、核心内容是量子论、核心内容是量子论 D D、建立在日常生活常见低速物质之上、建立在日常生活常见低速物质之上相对论两个基本原理是：相对论两个基本原理是：相对性原理相对性原理 质量守质量守恒定律恒定律 光速不变理论光速不变理论 万有引力定律万有引力定律 A A、 B B、 C C、 D D、4 4、称为物理学领域最伟大革命成就的是、称为物理学领域最伟大革命成就的是 A A、牛顿力学体系的创立、牛顿力学体系的创立 B B、爱因斯坦相对论的提出、爱因斯坦相对论的提出 C C、海王星、冥王星的发现、海王星、冥王星的发现 D D、普朗克提出量子假说、普朗克提出量子假说6 6、下列有关爱因斯坦的相对论力学与牛顿力学关系、下列有关爱因斯坦的相对论力学与牛顿力学关系的表述，比较准确的是的表述，比较准确的是 A A、前者否定后者、前者否定后者 B B、前者概括后者、前者概括后者 C C、前者解释后者、前者解释后者 D D、前者融化后者、前者融化后者相对论的主要内容不包括相对论的主要内容不包括 A A、时间和空间是绝对不变的、时间和空间是绝对不变的 B B、时间和空间随着物质的运动而变化、时间和空间随着物质的运动而变化 C C、物质的质量随着运动速度的变化而变化、物质的质量随着运动速度的变化而变化 D D、质量和能量是可以互相转化的、质量和能量是可以互相转化的爱因斯坦提出相对论的时间是爱因斯坦提出相对论的时间是 A A、1919世纪末世纪末 B B、2020世纪初世纪初 C C、“一战一战”后后 D D、“二战二战”后后下列哪一理论的提出，使人类对微观世界的基本认识有下列哪一理论的提出，使人类对微观世界的基本认识有了革命性的进步了革命性的进步 A A、自由落体运动规律的提出、自由落体运动规律的提出 B B、相对论的提出、相对论的提出 C C、万有引力定律的提出、万有引力定律的提出 D D、量子论的提出、量子论的提出 科学家们的共同品质科学家们的共同品质 启迪现实启迪现实 怎样才能培养出中华民族伟大复怎样才能培养出中华民族伟大复兴所需要的科学家呢？兴所需要的科学家呢？一、努力创造尊重科学、崇高科学的社会风尚。一、努力创造尊重科学、崇高科学的社会风尚。1、认识、认识 科学技术是第一生产力，真正落实科学技术是第一生产力，真正落实“科教兴国科教兴国”战略。战略。2、提高科学家，知识分子待遇。、提高科学家，知识分子待遇。3、关心青少年成长，提高全民族科学意识，科学素养。、关心青少年成长，提高全民族科学意识，科学素养。4、解放思想，营造自由开放的思想文化环境。、解放思想，营造自由开放的思想文化环境。二、分析引导1、挑战权威的创新精神，如李四光两次否定、挑战权威的创新精神，如李四光两次否定“洋神话洋神话”，而牛顿之前许多科学家如胡克、哈雷、惠更斯等人的科而牛顿之前许多科学家如胡克、哈雷、惠更斯等人的科学研究已经很接近万有引力规律，但是，他们由于囿于学研究已经很接近万有引力规律，但是，他们由于囿于传统观念，离真正的科学发现仍隔着一层关键的传统观念，离真正的科学发现仍隔着一层关键的“窗户窗户纸纸”，牛顿则在，牛顿则在“巨人的肩上巨人的肩上”大胆创新，做出了辉煌大胆创新，做出了辉煌的科学发现，爱因斯坦则大胆否定了牛顿的绝对时空观的科学发现，爱因斯坦则大胆否定了牛顿的绝对时空观念，创立了相对论。念，创立了相对论。2、正确的科研方法：独立思考是科学创见的首要条件，是科学思维的必备品质。重视实践调查，考察（李四光），归纳总结（牛顿），理论分析（爱因斯坦），科学实验以及实践调查，科学实践与理论研究相结合，是科学家基本的方法。坚持不懈勤奋探索。 陶行知写过一首打油诗：陶行知写过一首打油诗：“糊涂先生糊涂先生”，说的是，当你的学生成了瓦特了，爱因斯坦说的是，当你的学生成了瓦特了，爱因斯坦来看老师，老师说，原来你就是瓦特，你就来看老师，老师说，原来你就是瓦特，你就是爱因斯坦。是爱因斯坦。 陶行知认为，这样的教师就是糊涂先生。陶行知认为，这样的教师就是糊涂先生。 陶行知认为聪明的老师是，当你教学生的陶行知认为聪明的老师是，当你教学生的时候，就发现他们中有瓦特、有爱因斯坦。时候，就发现他们中有瓦特、有爱因斯坦。