《物理学的重大进展》

主要从三个领域介绍——⑴物理学领域的重大进展；⑵生物学关于人类生命的起源⑶三次科技革命的成果及对社会发展的影响。第四单元近代以来世界的科学发展历程第11课牛顿：经典力学爱因斯坦：相对论的创立普朗克：量子论的诞生与发展本课主要内容一.经典力学(16世纪末到18世纪初）(1)近代科学产生的背景：A.（社会前提：）文艺复兴运动的影响B.（物质条件：根本原因）资本主义发展为其提供了物质基础C.科学家勇于探索的精神1、伽利略——经典力学的奠基者（1564—1642）伽利略折射式望远镜一、经典力学亚里士多德——古希腊文化的集大成者“落体的速度与重量成正比”。“物体从来都是静止的，除非你用力推它才开始运动”,如“推箱子”。比萨斜塔两个铁球同时落地！（重量相差10倍）(2)成就：①物理学证实：实验证明力与运动状态的关系发现了自由落体定律通过实验，证实了匀速运动和匀加速运动定律1.经典力学的奠基者----伽利略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，为后来经典力学的创立和发展奠定了基础。意义②天文学伽利略利用自制望远镜发现许多星体，证明了哥白尼“日心说”的正确性。成就摧毁了教会的信条而证明了哥白尼学说的正确。意义提出日心说，否定亚里士多德的地心说，掀起天文学的革命，从根本上动摇了宗教神学的理论基础。信奉“日心说”的布鲁诺(1548--1600)被教会以火刑处死。哥白尼（1473--1543）伽利略受审1609年，伽利略创制了天文望远镜（后被称为伽利略望远镜），并用来观测天体，他发现了月球表面的凹凸不平，并亲手绘制了第一幅月面图。1610年，伽利略发现了木星的四颗卫星，为哥白尼学说找到了确凿的证据，标志着哥白尼学说开始走向胜利。借助于望远镜，伽利略还先后发现了土星光环、太阳黑子、太阳的自转、金星和水星的盈亏现象、以及银河是由无数恒星组成等等。这些发现开辟了天文学的新时代。为了纪念伽利略的功绩，人们把木卫一、木卫二、木卫三和木卫四命名为伽利略卫星。人们争相传颂：“哥伦布发现了新大陆，伽利略发现了新宇宙”。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（1642—1727）经典力学的建立者——牛顿（英国）《自然哲学的数学原理》书影1687年，牛顿出版了《自然哲学的数学原理》，建立起了完整的力学理论体系，实现了物理学史上的第一次大飞跃。牛顿有哪些重要贡献？其中最重要的是什么？数学：二项式定理，微积分光学：发现太阳光的光谱，微粒说天文学：发明反射式望远镜等力学：《自然哲学的数学原理》物体运动三大定律；万有引力定律——形成经典力学体系二、经典力学的建立──牛顿2、显著特征：3、意义：1、成就：提出物体机械运动三大定律；万有引力定律注重实验、数学化1.对自然规律的第一次理论性概括和总结2.标志着近代科学的形成3.经典力学及其后物理学的众多研究成果，促进了资本主义的两次科技革命的出现。海王星的发现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1（2009年高考四川文综19题）哥白尼说虽被后来的科学发展所扬弃，但人们仍然视其为一场“革命”。这是因为它A．撼动了中世纪神学基础，显示了挑战权威的态度B．开创了近代实验科学，提出了研究自然的新方法C．概括了宇宙运动规律，指引了人类认识自然的方向D．开辟了天文学新领域，标志着近代自然科学的形成2.（2008年江苏高考15题）一位科学家的墓碑上镌刻着这样的铭文：“他以神一般的力量，……第一个说明了行星的运动和图像。”这位科学家应该是（）A.伽利略B.牛顿C.爱因斯坦D.普朗克然而，科学总是向前发展的。20世纪初，在牛顿经典物理学达到顶峰，形成一种权威的时候，科学上一系列无法解释的现象越来越需要科学本身的发展来解决。二、相对论的创立（19世纪末20世纪初）1、创立的历史背景19世纪科学得到了飞速发展经典力学无法解释高速运动的微观粒子发生的现象2、相对论的提出及主要内容1905年刚刚得到博士学位的爱因斯坦发表的一篇题为《论动体的电动力学》的文章，提出了著名的相对论，引发了20世纪物理学的另一场革命。（1）相对论的提出（19世纪末，物理学界连续发生了三个重大事件，即X射线、放射性和电子的发现。这三大发现使得原子不可分、不变化的传统观念发生了动摇。物理学家门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”。）爱因斯坦（1879-1955）德国伟大的物理学家。1905-1915年提出了相对论，发展了牛顿力学。1933年因遭德国法西斯迫害前往美国，后入美国籍。20世纪最后一期《时代》周刊评述他说：“天才，政治难民，人道主义者，原子和宇宙谜的开启者，以其最伟大的思想和无与伦比的形象独占鳌头。”1905年，爱因斯坦26岁，接连写下4篇改变整个20世纪物理学面貌的论文：1.光的量子说（解释光电效应）2.布朗运动（证明分子的存在）3.狭义相对论（修正了牛顿力学）4.质能互换律（E=mc2）1916年，爱因斯坦发表了广义相对论基础，最具创见也是最伟大的贡献：5.广义相对论（取代了牛顿的万有引力理论）1905神奇的一年广义相对论认为：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。狭义相对论认为：时间和空间随着物质运动速度的变化而变化，发生尺缩效应和钟慢效应；质量会随着物体运动速度增大而增大。相对论的主要内容：爱因斯坦1905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“时间”会因速度快慢而改变的结论。相对论的例子：一卷录音带，如果在地面上播放需要一个小时；在快速飞行的宇宙飞船里播放，宇宙飞船里的人测定也是一个小时。但是由地面上的人员，来测定在宇宙飞船中播放的时间呢？根据牛顿的理论，因为时间是绝对的，所以也是一小时；但是爱因斯坦的理论则认为应该是一个多小时，因为时间是相对的，在不同速度下测量时间，长度是不一样的。什么是狭义相对论？狭义相对论广义相对论相对论打破经典力学的绝对时空观进一步深化对时间空间和引力现象的认识1.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。2.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。3、牛顿力学是整个力学的基础，牛顿所创造的概念，至今仍指导着人们的物理学思想。3、相对论与牛顿力学的关系（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。笑话与E=mc2有一次卓别林和爱因斯坦共同出席一次宴会都受到了热闹欢迎，卓别林说：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都不理解你。说明了相对论深奥难懂，而且有悖于人们的日常生活。狭义相对论发表100周年，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改变。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。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，以便在二战中尽快战胜法西斯国家。1945年8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样令全世界震惊。成功的秘诀一个爱说废话而不爱用功的青年，整天缠着大科学家爱因斯坦，要他公开成功的秘诀。爱因斯坦厌烦了，便写了一个公式给他：A＝x＋y＋z爱因斯坦解释道：“A代表成功，x代表艰苦的劳动，y代表正确的方法……”“z代表什么？”青年迫不及待地问。“代表少说废话。”爱因斯坦说3（2011年高考广东）1919年英国《泰晤士报》曾刊登标题文章——“科学革命”，两个副标题是“宇宙新理论”、“牛顿观念的破产”。具有“科学革命”意义的理论是A．日心说B．量子论C．相对论D．经典力学加热到不同温度的物体发出不同颜色的光科学家们为了总结热辐射规律，推导出两个公式。但这两个公式的计算结果总是与实验结果不相符合。1900年，为了解决热辐射理论上的疑点，德国物理学家普朗克提出了量子假说：辐射像物质一样，是由具有能量的基本单位量子来实现的。三、量子论的诞生与发展（19世纪30年代）1、诞生的背景（1）19c末20c初，电子和放射性的发现使人们对物质的认识深入到原子内部。（2）实验表明，微观粒子的运动不能用通常的宏观物体的运动规律进行描述。2、量子论的诞生、发展和量子力学1900年，德国物理学家普朗克提出量子假说，宣告了量子论的诞生。（1）诞生普朗克：德国物理学家，量子物理学的开创者和奠基人，1918年诺贝尔物理学奖的获得者。其伟大成就是创立了量子理论，这是物理学史上的一次巨大变革。从此结束了经典物理学一统天下的局面。（2）发展1.爱因斯坦利用量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.丹麦物理学家玻尔把量子论用于原子结构的研究，创立了原子结构的理论。3.经过这些科学家的共同努力，到1925年左右量子力学最终建立。量子力学是研究微观世界粒子运动规律的科学。普朗克——量子学说的创始人诞生1900年，为了解决热辐射理论上的疑点，德国物理学家普朗克提出了量子假说。内容：辐射是由具有能量的基本单位量子实现的。发展爱因斯坦用量子论解释光电效应，波粒二象性。玻尔提出有关原子的量子理论。20世纪30年代，量子力学建立起来。意义①使人类对微观世界的基本认识取得革命性进步。②量子论与相对论构成现代物理学的基础。③弥补了经典力学在认识微观世界方面的不足。④开阔视野，改变了人们认识世界的角度和方式。量子力学：是研究微观粒子的运动规律的物理学分支学科，它主要研究原子、分子、凝聚态物质，以及原子核和基本粒子的结构、性质的基础理论，它与相对论一起构成了现代物理学的理论基础。量子论和相对论在现实生活中的运用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。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。经典力学奠基者（17世纪初）经典力学建立者（17世纪晚期）从经典力学发展到相对论、量子论（19世纪末～20世纪初）伽利略（意）牛顿（英）爱因斯坦（德）普朗克（德）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。标志着物理学的真正开端，为牛顿经典力学的创立奠定基础。对自然规律第一次进行的理论性概括和总结，标志着近代科学的形成。实现了物理学上的第一次飞跃。海王星的发现是证明牛顿力学定律有效性的最成功范例。相对论：否定了经典力学的绝对时空观，深刻揭示时间和空间的本质属性；发展了牛顿力学，将其概括在子相对论力学中，推动物理学发展到新高度。量子论：使人类对微观世界的认识有了革命性的进步。两者构成了现代物理学的基础。如果说文艺复兴把神从人的精神领域驱逐出去，那么_______把神从天文学领域驱逐出去_______把神从无生命的领域驱逐出去_______把神从有生命的领域驱逐出去哥白尼牛顿达尔文1、17世纪牛顿力学体系产生的根本原因是（）A.资本主义生产的迅速发展对力学提出了迫切要求B.伽利略、开普勒等人的研究已有相当坚实的基础C．牛顿