第11课物理学的重大进展

第四单元近代以来世界的科学发展历程在文艺复兴后，面向现实世界、重视实践和理性的风气促进了科学技术的迅速发展，近代欧洲自然科学取得巨大成就。在物理学、生物学、化学等众多领域，理论研究取得许多划时代的成果。自然科学领域的成就转化为巨大的生产力。在近代，世界上发生了两次伟大的技术革命，极大地改变了人类的生活方式和世界面貌。20世纪中期，第三次科技革命开始，其中信息技术革命使人类的生产和生活发生了巨大变化。新科技革命中，科学技术的竞争在国际经济竞争中的地位日益重要，科学技术水平的差距，进一步拉大了发达国家同不少发展中国家的经济差距。作为一个发展中国家，我们要掌握发展的主动权，就必须紧紧把握世界科技发展的趋势，强抓机遇，迎接挑战，大力实施“科教兴国”战略，加快科技发展，提高我国经济的国际竞争力。第11课物理学的重大进展一.经典力学1.经典力学的奠基者----(1)近代科学产生的背景：伽利略A.（社会前提：）文艺复兴运动的影响B.（物质条件：）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(2)成就：①物理学证实：外力不是维持运动状态的原因，只是改变运动状的原因亚里士多德（约前384——前322）是古希腊著名的哲学家、科学家和教育家，成为古希腊最博学的人。亚里士多德的力学观：他认为地球上的物体运动有天然运动和受迫运动，物体的受迫运动是推动者加于被推动者的，推动者一旦停止推动，运动就会停止。如：“推箱子”的例子。（即，外力是维持运动状态的原因）亚里士多德认为：物体“落体的速度与重量成正比”伽利略通过实验发现：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，这就是著名的自由落体定律。据说伽利略曾在意大利比萨斜塔上作过自由落体的实验。结果两个重量相差10倍的球同时落地，从而证明了亚里士多德的观点是错误的。(1)背景：一.经典力学1.经典力学的奠基者----伽利略(2)成就：发现了自由落体定律①物理学证实：外力不是维持运动状态的原因，只是改变运动状的原因(1)背景：一.经典力学1.经典力学的奠基者----伽利略(2)成就：②天文学：发现了自由落体定律①物理学用自制的望远镜发现了许多肉眼看不见的星体，证明了哥白尼提出的“日心说”的正确性。证实：外力不是维持运动状态的原因，只是改变运动状的原因地心说中世纪时，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，教会将这一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“日心说”，并写成《天体运行论》，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。布鲁诺极力宣扬“日心说”，受到教会的迫害，１６００年２月６日，宗教裁判所判处布鲁诺火刑，布鲁诺以轻蔑的态度听完判决书后，正义凛然地说：“你们对我宣读判词，比我听判词还要感到恐惧”。行刑前，刽子手举着火把问布鲁诺：“你的末日已经来临，还有什么要说的吗？”布鲁诺满怀信心庄严地宣布：“黑暗即将过去，黎明即将来临，真理终将战胜邪恶！”他最后高呼：“火，不能征服我，未来的世界会了解我，会知道我的价值。”５２岁的布鲁诺在熊熊烈火中英勇就义。他死后，教会甚至害怕人们抢走这位伟大思想家的骨灰来纪念他，匆匆忙忙把他的骨灰连同泥土一起抛撒在台伯河中。(1)背景：一.经典力学1.经典力学的奠基者----伽利略(2)成就：(3)意义：开创了以实验事实为根据的并具有严密逻辑的近代科学，为后来经典力学的创立和发展奠定了基础。被誉为“近代科学之父”一.经典力学1.经典力学的奠基者----伽利略2.经典力学的建立者----(1)标志：1687年出版《自然哲学的数学原理》一书，提出了物体运动三大定律和万有引力定律等(2)特点以实验为基础，以数学为表达形式适用于宏观低速运动物体牛顿(3)意义:对解释和预见物理现象，有决定意义。根据万有引力定律，人们发现了海王星。标志着近代科学的形成。1、背景：19世纪，随着物理学研究的进展，经典力学无法解释研究中遇到的一些新问题，面临着挑战。二、相对论的创立（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”。物理学的“危机”没有吓倒大多数物理学家，他们继续向前探索，于是产生了以量子论和相对论的建立为标志的物理学革命，物理学从此开辟了新的天地。）1、背景：二、相对论的创立2、20世纪初，德国物理学家爱因斯坦提出相对论，包括狭义相对论和广义相对论3、内容：（1）狭义相对论：物体运动时，质量会随物体运动速度增大而增加，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。艾伯特·爱因斯坦（1879—1955），1879年3月14日诞生在德国乌尔姆的一个犹太人家中。后为逃避纳粹的迫害而移居美国。1905年，爱因斯坦一连写出6篇论文，在三个不同领域中，他作出了四个有划时代意义的贡献。1905年，第一篇论文是关于光的基本性质的，提出“光量子”理论，把1900年普朗克创立的量子论大大推进一步，对早已成为定论的光的波动理论提出有力挑战，揭示了微观世界的基本特征：波动—粒子二象性还有3篇是关于分子运动论的论文，目的是通过观测液体中悬浮粒子的运动来测定分子的实际大小，以解决半个世纪来科学界和哲学界争论不休的原子是否存在的问题。他的理论预测得到了两位化学家的实验证实，使各国科学家一致认为，分子和原子的实在性问题已无任何怀疑的余地。接着他用五六个星期写出开创物理学新纪元的长篇论文《论动体电动力学》，完整地提出了关于电动力学和力学基础的理论，这是他10年酝酿和反复苦思的结果。这篇论文解决了19世纪末出现的物理学的一个严重危机。到19世纪70年代，以牛顿力学为基础的古典物理学在各个领域都取得辉煌成就，不少物理学家认为物理学理论已接近最后完成。可是，这个世纪80年代的“以太漂移”实验与理论预测相反，为解决这令人沮丧的矛盾，洛伦兹等老一辈物理学家采取修补漏洞的办法，提出各种名目繁多的假设，使理论体系更加捉襟见肘。少年时代就喜爱刨根究底的爱因斯坦，则从更高的着眼点和更广的视角来审视这一问题，他大胆地摒弃了对物质不起任何作用的牛顿的绝对空间和绝对时间概念，把伽利略发现的力学运动的相对性提升为“相对性原理”：自然规律与观测者的运动状态无关。同时，又把光速对于任何观测者都是不变的这一实验事实也提升为原理。从这两条原理出发，他建立起了一套完整理论，后被人称为“相对论”。这一年的9月，他又写了一篇短论文，是作为相对论的一个推论，提出了物体的质量(m)与其所含能量(E)之间存在着如下关系：E=m·c2(c为光速)。这个关系称为质能相当性，它解释了一个当时困惑所有物理学家的现象：放射性元素(如镭)不断地释放出大量的能量。它是30年代开始蓬勃发展起来的核物理学和探索物质基本结构的粒子物理学的理论基础，也为核能(早期称为原子能)的释放和利用开辟了道路，使人类进入从用火以来一个新的能源时代。相对论不仅冲击了牛顿以来古典物理学理论体系，改变了传统的空间、时间观念，而且深刻地影响了科学方法论和哲学的认识论，正如普朗克于1910年所说的，由相对论“所带来的物理世界观的革命，在广度和深度上，只有由哥白尼的世界体系的提出所引起的革命可以相比拟”。4、意义：相对论的提出是物理学思想的一项重大革命。它否定了经典力学的绝对时空观，深刻地揭示了时间和空间的本质属性。它也发展了牛顿力学，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。二、相对论的创立三.量子论的诞生与发展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。1.量子论诞生的背景：2、过程（1）诞生：1900年，德国物理学家普朗克提出量子假说。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。三.量子论的诞生与发展1.量子论诞生的背景：2、过程（2）发展：爱因斯坦利用量子理论成功地解释了光电效应，丹麦物理学家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。量子论使人类对微观世界的基本认识取得革命性的进步，成为20世纪最深刻、最有成就的科学理论之一。它与相对论一起，构成了现代物理学的基础。量子论和相对论弥补了经典力学在认识宏观世界和微观世界方面的不足。它们的提出，不仅推动了物理学自身的进步，而且开阔了人们的视野，改变了人们认识世界的角度和方式。3、意义：小结：物理学发展的过程经典力学奠基者（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）课堂练习：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①否定了经典力学的绝对时空观②揭示了时间、空间并非绝对不变的本质属性③打破了经典力学体系的局限性④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、①②③B、②③④C、①③④D、①②④2、现代物理学的基础是A、牛顿力学B、相对论C、量子假说D、量子理论、相对论3、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4、经典力学与中世纪的自然观和方法论相比，最显著的特征是①注重实验②数学化③体现微观世界④经验法A.①②B.①③C.②③D.①②④A5.下列物理学成就取得的先后顺序排列正确的是①落体定律②万有引力定律③狭义相对论④量子论A.①②③④B.①③②④C.②①④③D.①②④③D6.牛顿在科学上贡献是多方面的，最重要的是在力学方面，下面关于牛顿的表述不正确的是(）A.除了在力学方面的重大贡献外，还是微积分的发明人之一B.著有科学巨著《自然哲学的数学原理》C.他推测出了海王星和冥王星的存在D.他提出了三大定律和万有引力定律C