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第三节站在巨人的肩膀上沪科版新教材同步教学课件第一章打开物理世界的大门物理学在人类社会的发展中有很重要的作用,特别是在近代和现代,每一次的工业革命都是物理学的突破,从蒸汽机车到电的产生,再到信息技术的出现,人类对科学的探索是永无止境的.在探索的路上，有众多的科学巨人为后人留下了果实丰硕的园地、科学探究的方法及不朽的科学精神。“站在巨人的肩膀上”，我们才能站得更高，看得更远。如果我比其他人看得远些，那是因为我站在巨人的肩膀上。-----牛顿一、知识园地——硕果累累1、什么是物理学？2、你知道是利用什么方法把宇宙飞船送入太空的？物理学就是研究自然界的物质结构、相互作用和运动规律的自然科学。它包含力学、热学、声学、光学、电学等方面的知识。物理是一门以观察和实验的科学，除了物理知识以外还包括探究方法和科学精神。什么是物理学？在探索宇宙的同时，人类也在探索微观世界。200万倍电子显下拍摄的铱原子排列情况。原子的直径：10-10m信息技术的应用给人类带来了巨大的影响，集成了成千上万个电子元件的芯片，既小又轻，以致于蚂蚁都能搬动。3、你知道人们是怎样制造出新材料吗？放大了200万倍的铱原子排列图激光的应用蚂蚁能搬动的集成电路芯片超导中的磁悬浮5、你还知道物理在生活中还有哪些应用？超导技术正在蓬勃发展，其应用将缓解人类的能源危机。超导技术及其应用比尔·李1911年，荷兰科学家昂内斯用液氦冷却水银，当温度下降到４.２K时发现水银的电阻完全消失，这种现象称为超导电性。1933年，迈斯纳和奥克森菲尔德两位科学家发现，如果把超导体放在磁场中冷却，则在材料电阻消失的同时，磁感应线将从超导体中排出，不能通过超导体，这种现象称为抗磁性。超导电性和抗磁性是超导体的两个重要特性。使超导体电阻为零的温度，叫超导临界温度。经过科学家们数十年的努力，超导材料的磁电障碍已被跨越，下一个难关是突破温度障碍，即寻求高温超导材料。奇异的超导陶瓷1973年，人们发现了超导合金――铌锗合金，其临界超导温度为23.2K，该记录保持了13年。1986年，设在瑞士苏黎士的美国IBM公司的研究中心报道了一种氧化物（镧－钡－铜－氧）具有35K的高温超导性，打破了传统“氧化物陶瓷是绝缘体”的观念，引起世界科学界的轰动。此后，科学家们争分夺秒地攻关，几乎每隔几天，就有新的研究成果出现。1986年底，美国贝尔实验室研究的氧化物超导材料，其临界超导温度达到40K，液氢的“温度壁垒”（40K）被跨越。1987年2月，美国华裔科学家朱经武和中国科学家赵忠贤相继在钇－钡－铜－氧系材料上把临界超导温度提高到90K以上，液氮的禁区（77K）也奇迹般地被突破了。1987年底，铊－钡－钙－铜－氧系材料又把临界超导温度的记录提高到125K。从1986－1987年的短短一年多的时间里，临界超导温度竟然提高了100K以上，这在材料发展史，乃至科技发展史上都堪称是一大奇迹！高温超导材料的不断问世，为超导材料从实验室走向应用铺平了道路。超群的超导磁体超导材料最诱人的应用是发电、输电和储能。由于超导材料在超导状态下具有零电阻和完全的抗磁性，因此只需消耗极少的电能，就可以获得10万高斯以上的稳态强磁场。而用常规导体做磁体，要产生这么大的磁场，需要消耗3.5兆瓦的电能及大量的冷却水，投资巨大。超导磁体可用于制作交流超导发电机、磁流体发电机和超导输电线路等。超导发电机在电力领域，利用超导线圈磁体可以将发电机的磁场强度提高到5万～6万高斯，并且几乎没有能量损失，这种发电机便是交流超导发电机。超导发电机的单机发电容量比常规发电机提高5～10倍，达1万兆瓦，而体积却减少1/2，整机重量减轻1/3，发电效率提高50％。磁流体发电机磁流体发电机同样离不开超导强磁体的帮助。磁流体发电发电，是利用高温导电性气体（等离子体）作导体，并高速通过磁场强度为5万～6万高斯的强磁场而发电。磁流体发电机的结构非常简单，用于磁流体发电的高温导电性气体还可重复利用。超导输电线路超导材料还可以用于制作超导电线和超导变压器，从而把电力几乎无损耗地输送给用户。据统计，目前的铜或铝导线输电，约有15%的电能损耗在输电线路上，光是在中国，每年的电力损失即达1000多亿度。若改为超导输电，节省的电能相当于新建数十个大型发电厂。二、科学探究其乐无穷科学探究的环节：提出问题猜想与假设制定计划与设计实验进行实验与收集证据分析与论证评估交流与合作科学探究的七个基本环节：二、科学探究——其乐无穷提出问题猜想与假设制订计划与设计实验进行实验与收集数据分析与论证评估交流与合作能从日常生活、实验观察中提出问题提出原因，进行推测或假设经历制订计划与设计实验的过程，会选择方法和所需器材，有控制变量的初步意识能用不同方法收集资料能对信息数据进行比较和处理小组交流进一步完善实验，得出正确结论有团队意识，把别人的意见、自己的方案，准确地写下来。科学探究的七个基本环节：1、提出问题——能从日常生活、实验观察中提出问题2、猜想与假设——提出原因，进行推测或假设3、制订计划与设计实验——经历制订计划与设计实验的过程，会选择方法和所需器材，有控制变量的初步意识4、进行实验与收集数据——能用不同方法收集资料5、分析论证——能对信息进行比较和处理6、评估——小组之间进行交流进一步完善实验，得出正确结论7、交流与合作——有团队意识，把别人的意见、自己的方案，准确地写下来。二、科学探究——其乐无穷1、科学探究的步骤（1）提出问题（2）猜想与假设（3）制定计划与设计实验（4）进行实验与收集证据（5）分析与论证（6）评估（7）交流与合作。例如：“打水漂”是人类最古老的游戏之一，如何将水漂打的既多又远，一直是人们感兴趣的问题，法国科学家经过研究，揭开了打水漂的奥秘。1、提出问题：如何将水漂打的既多又远？2、猜想与假设：打水漂的质量可能与石块的直径、厚度、速度、以及入水角度和旋转等因素有关。3、制定计划与设计实验：他们用飞碟代替石块进行了实验，他们制作了一个“打水漂机”，实验实际上是个机械化弹弓，用来发射不同大小的铝制飞碟，射向一个水池，同时用高速摄像机将飞碟在水面弹跳的过程拍下来。4、进行实验收集证据：实验时“打水漂机”向一个水池发射飞碟，高速摄像机拍摄飞碟在水面弹跳的过程，在实验中，研究人员改变了飞碟的直径、厚度、速度及入水角度和旋转等因素，并收集数据。5、分析与论证：经过反复尝试，他们终于发现了打水漂的奥秘：关键在于角度，如果石块入水的角度大于45度它根本就弹不起来，会直接沉入水中，当石块与水面的夹角为20度时，它在水面上弹跳的次数最多，这是打水漂的黄金角度；旋转的石块比不旋转的次数多，还与石块的速度成正比，直径5厘米的铝片以20度角接触水面时，速度必须达到每秒2.5米以上，否则就会落水，另外而扁平，圆形的石块是打水漂最理想的材料。6、评估：以前也有学者研究过打水漂，但他们的结论都是建立在推理而不是实验的基础，科学家对收集数据的可靠性进行了评估，最后认为实验结论是可靠的。7、合作与交流：这项有趣的发现被发表在《自然》杂志上，打水漂实验有着十分重要的意义。当航天器从空气稀薄的太空中重返地球进入“浓密”的大气层时，它的运动方式就与打水漂有几分类似，也有一个在大气中“弹跳”的过程，因此打水漂实验将帮助物理学家更准确地模仿航天器回收过程，提高回收的成功率。古希腊哲学家亚里士多德曾经提出重的物体下落快，轻的下落的慢，而伽利略认为轻的物体下落不一定慢。因此，伽利略和他的两个学生，带着两个不同重量的铅球（一个是另一个重量的10倍）登上了比萨斜塔顶。在同一时刻，伽利略让他的两个学生从同一高度扔下轻重不同的两个球。结果，人们清楚地看到了两个球在同一瞬间砸向地面。这个简单的实验用最直接的方式向人们证实了伽利略观点的正确，并且也是亚里士多德的落体理论第一次受到的挑战。后来。波义耳用真空容器证明了铅弹与羽毛下落一样快，进一步证明了伽利略观点的正确。从下面事例中找出各环节古希腊哲学家亚里士多德曾经提出重的物体下落快，轻的下落的慢，而伽利略认为轻的物体下落不一定慢伽利略认为物体下落速度与物体的轻重无关伽利略找来助手在比较高的斜塔进行实验，要求两球同时离开手进行下落。（两个球都是铅球，只是一个大，一个小）提出问题猜想与假设制订计划与设计实验结果两个铅球同时落地人们认为伽利略的实验方法是合理的，只是做一次没有很好的说服力后来波义耳用真空容器证明了铅弹与羽毛下落一样快，进一步证明了伽利略观点的正确。进行实验与收集数据分析论证、评估交流合作三、科学精神——永远高扬1、科学家们实事求是、尊重客观规律，不迷信权威、敢于坚持真理。2、科学家们孜孜不倦、刻苦认真、锲而不舍。3、科学家们善于交流，敢于提出与众不同的见解。居里夫人是历史上第一个获得两项诺贝尔奖的人，而且是仅有的两个在不同的领域获得诺贝尔奖的人之一居里夫人简介三、科学精神——永远高扬他们在放射性上的发现和研究，居里夫妇和亨利·贝克勒尔（HenriBecquerel）共同分享了1903年的诺贝尔物理学奖，居里夫人也因此成为了历史上第一个获得诺贝尔奖的女性。八年之后的1911年，居里夫人又因为成功分离镭元素而获得诺贝尔化学奖。出乎意外的是，在居里夫人获得诺贝尔奖之后，她并没有为提炼纯净镭的方法申请专利，而将之公布于众，这种作法有效的推动了放射学的发展。居里夫人的发现三、科学精神——永远高扬哥白尼：实事求是、尊重客观规律、不迷信权威，敢于坚持真理。1957杨振宁与李政道凭他们提出的宇称不守恒理论共同获得了诺贝尔物理学奖。他们两个人是最早获得诺贝尔奖的中国人。1980杨振宁获得拉姆福德奖（Rumford），1986年获得美国国家科学奖章扬振宁的简介在1935年，他在《日本数学和物理学会杂志》发表“关于基本粒子的相互作用”论文，解释了原子核之内质子与中子之间的相互作用提出核子的介子理论并预言介子的存在。汤川在1949年获得诺贝尔物理学奖，而鲍威尔也在1950年获得诺贝尔物理学奖。汤川秀树的简介爱因斯坦与波尔：合作与交流，敢于提出与众不同的见解，也敢于修正或放弃自己的错误观点。”长江后浪推前浪“，物理学正是在一代又一代科学家的努力下，才发展到由量子论和相对论作为支柱的现代物理学阶段。新的发展带来新的问题，新的问题必将导致新的探索，新的探索推动物理学进入新的时代。打开物理世界的大门，同学们将发现科学巨人们留下的知识、方法及精神等无尽的财宝。站在巨人的肩膀上，同学们将成为新同代的”巨人“。