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第 四 单 元,第11课 物理学的重大进展,第11课 物理学的重大进展,第 四 单 元,第11课 物理学的重大进展,一、经典力学,（一）经典力学的重要奠基者 伽利略,1. 简介伽利略,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，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，把哥白尼的学说推到了最终胜利的阶段。,2.伽利略进行科学研究的背景：,（1）社会前提：文艺复兴运动对科学 研究产生了重要影响,（2）物质条件：资本主义发展为其提供 了物质基础,（3）科学家勇于探索的精神,3.主要成就：,(1)物理学 通过实验证实了外力并不是 维持运动状态的原因，只是 改变运动状态的原因。 发现了自由落体定律、匀速 运动、匀加速运动。 发现科学研究方法。,亚里士多德（约前384前322）是古希腊著名的哲学家、科学家和教育家。他首次将哲学和其它学科区分开来，开创了逻辑学、伦理学、政治学和生物学等学科的独立研究。亚里士多德认为，外力是维持运动状态的原因。,1604年伽利略经实验明确表明：外力并不是维持运动状态的原因，只是改变运动状态的原因。并且在实验中他发现：物体下落时的距离与所用时间的平方成正比，而物体下落的速度与物体的质量无关，这就是著名的落体定律。为经典力学的建立奠定了基础。,3.主要成就：,(1)物理学 通过实验证实了外力并不是 维持运动状态的原因，只是 改变运动状态的原因。 发现了自由落体定律、匀速 运动、匀加速运动。 发现科学研究方法。 (2)天文学用自制望远镜观测天体，并证 明哥白尼“日心说”的正确。,地心说 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（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“宇宙帐篷说”。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人心，托马斯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。,文艺复兴时期，波兰科学家哥白尼提出“太阳中心说”从根本上动摇了宗教神学的理论基础,1609年，伽利略创制了天文望远镜。他观测到月球表面凹凸不平，并绘制了第一幅月面图。,伽利略的折射式望远镜,伽利略的手稿,1610年伽利略用自制的天文望远镜细心地观察了天体，宣告了和哥白尼学说完全相符的结论。伽利略把他在望远镜中所观察到的壮丽景象，到处宣传，并用观察到的事实和力学原理作了严密的论证，进一步维护和发展了哥白尼的体系。教会向伽利略发出多次警告，但是他无视这一警告，发表了关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话的巨著，从实践和理论的高度批驳了地球中心说。 伽利略的“异端”活动引起了教会的恐慌，罗马教皇向宗教裁判所带头提出控诉，于是这位体弱抱病的科学家被送进了监牢，遭到审讯，以至被终身软禁。软禁期间，他继续研究物理学，写出关于两门新科学的谈话和数学证明。,伽利略受审,4.主要意义：,（1）开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系的近代科学,（2）为后来经典力学的创造和发展奠定了基础,（二）经典力学的建立 牛顿,1.简介牛顿,牛顿出生于英国的林肯郡，1665年毕业于著名的剑桥大学三一学院，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，授予爵士称号。1727年，他病逝，被安葬于威斯敏斯特教堂，这是一种极高的荣誉。,牛顿（ 16421727）,2.主要成就：,（1）力学方面：1687年，出版了自然哲学的教学原理一书，提出物理运动的三大定律和万有引力定律，而三大定律和万有引力定律标志着形成了一个以实验为基础，以数学为表达形式的牛顿力学体系，即经典力学体系。,经典力学的特征：,1.注重实验 2.数学化,（2）、在光学方面，牛顿发现了日光是由不同的颜色即不同波长的光构成的，奠定了光谱分析的基础，制作了牛顿色盘。他在1704年出版了光学一书，创立了光的“微粒说”。 （3）、在数学方面，他与莱布尼兹几乎同时创立了微积分学。 （4）、在天文学领域，他在1671年创制了反射望远镜。,3.经典力学的影响：,（1）这一体系对解释和预见物理现象，具有决定意义，后来根据万有引力定律，人们发现了海王星、冥王星。它标志着近代科学的形成。 （2）为第一、二次工业革命的发明准备了一定理论基础。,到19世纪末，经典力学取得了前所未有的进步和成功。在物理学领域，牛顿的力学体系一度被看做是对科学根本问题的最终解答，以此为基础，人们统一了声学、热学、光学和电磁学，描绘了一幅小到原子、大到宇宙天体的似乎是最终和一劳永逸的世界图景。 正当此时，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”。,经典物理学研究的是人们日常生活中易于理解的宏观世界，三大发现所揭示的却是人们没有直接经验的微观现象，这表明人们对物质世界的认识已经深入了一个层次。,另外，经典物理学是以日常生活中常见的低速运动的物质为研究对象的，在这里，时间和空间被认为是绝对的，是与物质运动无关的因素。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，经典物理学的某些结论就变得不准确。,经典物理学研究的是人们日常生活中易于理解的宏观世界，三大发现所揭示的却是人们没有直接经验的微观现象，这表明人们对物质世界的认识已经深入了一个层次。,另外，经典物理学是以日常生活中常见的低速运动的物质为研究对象的，在这里，时间和空间被认为是绝对的，是与物质运动无关的因素。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，经典物理学的某些结论就变得不准确。,经典物理学研究的是人们日常生活中易于理解的宏观世界，三大发现所揭示的却是人们没有直接经验的微观现象，这表明人们对物质世界的认识已经深入了一个层次。,另外，经典物理学是以日常生活中常见的低速运动的物质为研究对象的，在这里，时间和空间被认为是绝对的，是与物质运动无关的因素。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，经典物理学的某些结论就变得不准确。,经典力学的适用范围,1. 只适用于宏观物体（宏观世界）的运动; 2. 只适用于低速运动的物质，是绝对的时空论,二 .相对论的创立 爱因斯坦,1.简介爱因斯坦,艾伯特爱因斯坦（18791955），1879年3月14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。1900年毕业于瑞士苏黎世工业大学。,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。为此荣获1921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方法。,二 .相对论的创立 爱因斯坦,1.简介爱因斯坦,2.相对论提出背景,19世纪末物理学危机,3.相对论的内容：,（1）狭义相对论：物体运动时，质量会随物体运动速度增长而增加，同时，空间和时间也会随着物体运动速度的变化而变化，即会发生尺缩效应和钟慢效应。 （2）广义相对论：空间和时间的性质不仅取决于物质的运动情况，也取决于物质本身的分布状态。,4.相对论的意义：,（1）相对论的提出是物理学领域的一次重大革命。它否定了经典力学的绝对空间观，深刻地揭示了时间和空间的本质属性。 （2）相对论发展了牛顿力学，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。,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些科学家在内的很多人的反对。1921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，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。,三.量子论的诞生与发展,1.量子论诞生的背景： 19世纪末20世纪初，电子和放射线的发现，打开了原子的大门，人们对物质的认识深入到了原子内部。大量的实验表明，微观的粒子运动不能用经典力学的理论来说明。,2.量子论的诞生 普朗克,普朗克（18581947）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。由于量子论创立，普朗克获得1918年诺贝尔物理学奖。他的父亲是一位杰出的法律教授。普朗 克家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。,1900年普朗克提出量子假说，他认为，辐射像物质一样，是由具有能量的基本单位量子来实现的。这一假说宣告了量子论的诞生。,3.量子论的发展：,（1）爱因斯坦首先认识到量子概念，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。,（2）丹麦物理学家玻尔在此基础上提出了有关原子的量子理论。,（3）20世纪30年代量子力学建立起来。,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。,量子力学和狭义相 对论结合形成原子核物理学，爱因斯坦于20世纪初提出质量能量公式E=MC2，为核能的开发提供了依据。,量子力学和狭义相 对论结合形成原子核物理学，爱因斯坦于20世纪初提出质量能量公式E=MC2，为核能的开发提供了依据。,4.量子论和量子力学的影响：,（1）量子论的形成标志着人类对客观规律的 认识，开始从宏观世界深入到微观世界。 （2）量子论和相对论构成了现代物理学的基 础。 （3）改变了人们认识世界的角度和方式。,1、爱因斯坦相对论的提出是物理学领域的一场重大革命，主要是因为否定了经典力学的绝对时空观 揭示了时间、空间并非绝对不变的本质属性 打破了经典力学体系的局限 性 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 A、 B、 C、 D、 2、 现代自然科学和现代技术革命的基础是 A、牛顿力学 B、相对论 C、量子假说 D、量子理论、相对论,A,D,3、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 B、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 D、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 4、海王星的发现是根据 A、哥白尼日心说的推算 B、牛顿理论的推测 C、法拉第演说计算 D、爱因斯坦对时间、空间属性的揭示,C,B,
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