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哥白尼伽利略牛顿达尔文爱迪生第七单元近代世界科学技术的发展瓦特法拉第天文学革命物理学革命生物学革命科学理论科学技术什么是近代科学？近代科学是在收集材料的基础上，从现象深入到本质，从经验定律上升为系统的科学理论。它是建立在观察、试验基础上的实验科学，并广泛应用数学方法使科学知识日益精确化；同时发展了以实验事实为根据和以归纳推理为主要手段的研究方法，确立了一系列定量的科学定律。伽利略（1564——1642）牛顿（1642——1727）普朗克（1858——1947）爱因斯坦（1879——1955）物理学革命经典力学体系近代自然科学的形成——相对论——量子论近代科学之父实验科学第一九课物理学的长足进步课标要求了解伽利略、牛顿对经典力学建立的主要贡献；认识经典力学在近代自然科学理论发展中的历史地位。知道相对论、量子论的主要内容，认识其意义。一、牛顿经典力学体系（17世纪中叶至18世纪)1、建立的历史背景是什么？经济上政治上思想上科技上资本主义发展到手工工场时期资本主义制度在英国确立伽利略及前人研究的科技成果人文、启蒙思想与逐渐兴起和发展“如果说我看得远，那是因为我站在巨人的肩上”。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。哥白尼（1473--1543）信奉“日心说”的布鲁诺(1548--1600)被教会以火刑处死。2、伽利略开创近代实验科学贡献：①天文学：证明日心说的正确②物理学：发现自由落体定律③发明天文望远镜伽利略因支持哥白尼的日心说而接受教廷审讯伽利略所做的两个铁球同时落地实验伽利略被誉为“近代科学之父”牛顿家里的苹果树牛顿的经典力学牛顿是一位伟大的科学家。数学界，他总结出了微积分；在物理界，他总结出了万有引力定律以及经典力学的三大定律；在光学方面，他最早发现了白光的组成，指出了色散的本质。1727年3月20日，伟大的牛顿逝世，他被埋葬在威斯敏斯特教堂，在他的墓碑上镌刻着：让人们欢呼这样一位多么伟大的人类荣耀曾经在世界上存在！牛顿（1643—1727）（1）牛顿的主要成就：数学——微积分物理学——建立经典力学的基本体系（万有引力定律、牛顿力学三定律）（2）代表作：《自然哲学的数学原理》，建立起一个完整的力学理论体系。实现了物理学史上第一次大飞跃最辉煌2、牛顿经典力学体系牛顿力学的奠基作：《自然哲学的数学原理》特征注重实验数学化1687年，牛顿出版了力学经典著作《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。第一件，用牛顿力学算出地球的形状象只桔子。古希腊的亚里士多德认为地球是个正球体，两千年来人们对此深信不疑。牛顿却根据他的力学，说地球是个扁球体，象只大桔子。此言一出，学界哗然。地球那么大，牛顿又从不出远门，他凭什么说地球有点扁？可是法国科学家经过三次实地测量，终于证实了牛顿的看法。用力学能算出地球的形状，真是个奇迹。历史上证实牛顿力学的三件事第二件，用牛顿力学算出了哈雷彗星回归周期长期以来到，人们一直认为彗星是神秘的，根本不能用科学来说明。牛顿说，既然彗星也是天体，就必然遵循力学规律。他的好友哈雷用牛顿力学算出了1682年出现的彗星的轨道，指出它的回归周期是75—76年，由此预言它将在1758年再次出现。哈雷1705年发表这个预言，当时他已49岁，却要预言53年以后的事，岂非耸人听闻？可是1758年这颗彗星果然如期出现，并被命名为哈雷彗星。1781年天王星被发现，科学家用牛顿力学计算它的轨道，可是计算结果总是同观测纪录不大相符。经反复核算，观测无误。那问题是否出现在牛顿力学上面？科学家大胆猜想计算结果之所以不理想，是因为太阳系中还有一颗未知的行星，我们没有考虑到它对天王星的引力作用。他们用牛顿力学算出了这颗未知行星的位置和质量。1848年9月23日，柏林天文台台长用望远镜对准那个位置，一下子就看到了一颗新的行星—海王星。第三件：用牛顿力学算出了一颗未知行星的位置笔尖上发现了新行星——海王星太阳系海王星（3）牛顿力学体系的影响：①有助于人类解释与预见物理现象，为经典物理学和天文学奠定了基础，标着人类科学时代的开始。（自然科学角度）海王星的发现②牛顿力学和热学引发了第一次工业革命（生产力和社会发展角度）③为法国启蒙思想和唯物主义哲学奠基础（哲学角度）哥白尼提出说开普勒发现____________运行规律伽利略发现了等物理学定律牛顿力学体系标志物体运动三大定律和万有引力定律《原理》(1)物体运动三定律，是机械运动的基本规律,主要包括惯性定律、____________和作用与反作用定律。(2)万有引力定律则认为，宇宙间的一切物体都有____________的力，并给出计算两个物体之间吸引力的公式。日心三大行星加速度定律互相吸引2、牛顿力学体系的提出——站在巨人肩上自由落体定律自然哲学的数学角度建立起一个完整的力学理论体系，实现了物理学史上第一次大飞跃。角度有助于人类解释与预见物理现象，为经典物理学和天文学奠定了基础，标着人类科学时代的开始。角度牛顿力学和热学引发了以英国工业革命为起点的第一次技术革命，使人类进入蒸汽时代。角度为启蒙思想和唯物主义哲学奠定科学基础。物理学自然科学经济社会思想哲学3、牛顿力学体系的意义经典力学奠基者（17世纪初）经典力学建立者（17世纪晚期）从经典力学发展到量子论、相对论（19世纪末～20世纪初）伽利略（意）牛顿（英）普朗克（德）爱因斯坦（德）近代物理学的发展过程狭义相对论发表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，这样的改变还将继续下去。现代物理学的创始人和奠基人,是20世纪最伟大的科学家。二、相对论的创立1.背景19世纪科学得到了飞速发展；物理学研究中遇到了一些经典力学无法解释的新问题。2.相对论的提出及主要内容20世纪初，爱因斯坦提出了狭义相对论和广义相对论3.相对论的历史意义是物理学思想的一次重大革命相对论也发展了牛顿力学，推动物理学发展到一个新的高度。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？什么是广义相对论？广义相对论是新的万有引力概念广义相对论的重要结论是，加速运动与引力场的运动是等价的，要区别是由惯性力或者引力所产生的运动是不可能的。对此，爱因斯坦作了一个比喻。假想有一个人乘摩天楼的电梯自由降落，人不会感到自己在下降，因为这时电梯和人都依照重力加速度定律在下降，彷佛在电梯里不存在地球引力。爱因斯坦关于相对论的比喻。为了对这一深奥的理论做通俗的说明，爱因斯坦曾经风趣地对一名男青年说：“我打个比方，比如你屁股坐在火炉上烤和坐在公园柳荫下与女士谈情说爱，那么，同样的时间你觉得哪一个更长？”男青年说：“当然坐在火炉上烤的时间觉得长久。”这故事形象说明了时间和空间相对性。爱因斯坦其人爱因斯坦年幼时并未显出智力超群，相反，到了四岁多还不会说话，家里人甚至担心他是个低能儿。在整个中小学时代却常常被斥为“生性孤僻、智力迟钝”，“心不在焉，想入非非”。中学毕业前夕，校方甚至断言他未来将“一事无成”，勒令退学。16岁那年，报考大学，名落孙山。17岁进入大学后，他擅自“刷掉”了很多课程，只以“极大的兴趣”去听某些课和在家里自学。曾被数学教授称为“懒狗”。曾因做实验出事故受到处分，还曾被物理教授认为不适宜学物理而应当改行。大学毕业时几位同窗好友都留校当了助教，他却因得不到教授们的赏识而遭到了“毕业即失业”的命运。关于爱因斯坦的小故事多得不胜枚举，无论是真是假，人们对一位伟大物理学家的崇拜是不会改变的。信不信由你：爱因斯坦小故事●用手推车推孩子散步，竟会由于专心思考问题，而一不小心把孩子推到水沟里；●陪太太看电影时，却在电影院里用手电筒看书；●1952年，以色列共和国请爱因斯坦去担任总统，因为爱因斯坦是犹太人心目中的精神领袖，然而他没有接受，觉得自己的个性并不适合处理行政。●他穿的袜子左右脚常不同颜色；很抱歉推翻了您的理论爱因斯坦曾说道：“牛顿先生，很抱歉推翻了您的理论，不过您的成就是您那个时代一个人的智力和创造力所能达到的巅峰。但是，当我们对宇宙万物有了更深入的了解以后，这些观念将会被一些更抽象的新观念所取代。”也许将来某一天，会有一位少不更事的科学家说道：“爱因斯坦先生，很抱歉推翻了您的理论，不过您的成就是您那个时代一个人的智力和创造力所能达到的巅峰……”爱因斯坦的贡献——提出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③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。①是物理学思想的一次重大革命。②否定了经典力学的绝对时空论，深刻揭示了时间和空间的本质属性。意义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。 19世纪末20世纪初,随着物理学研究的进展,经典力学受到挑战 20世纪初,提出了相对论。狭义相对论光速是物质运动的极限速度。物体的质量随着物体____________的增加而增加，空间和时间也会随着物体运动速度的变化而变化。广义相对论揭示了四维时空同物质的统一关系,从而在更深层次上否定了绝对时空观。 (1)相对论的创立，为学的发展开辟了广阔道路，引起了一场深刻的物理学革命。(2)否定了传统的____________观念，创立了新的时空观，进一步丰富和发展了经典力学,并把它概括在相对论理论之中。(3)相对论以其新的世界观和方法论，促进了人类的认识能力和模式的发展。二、爱因斯坦相对论的提出爱因斯坦绝对时空物理运动速度思维●相对论和经典力学有何关系？1.相对论否定了经典力学的绝对时空观；2.相对论发展了牛顿力学，牛顿力学是相对论力学在低速状态下的一个特例；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。1900年，普朗克为了克服经典物理学对黑体辐射现象解释上的困难，创立了物质辐射（或吸收）的能量只能是某一最小能量单位（能量量子）的整数倍的假说，即量子假说。他引进了一个物理普适常数，即普朗克常数，以符号h表示，其数值为6.626176×10-27尔格·秒，是微观现象量子特性的表征。标志：1900年，德国科学家普朗克提出量子概念，后在《关于正常光谱能量分布定律的理论》中阐述了这一思想，标志着量子理论的诞生影响：量子力学成为反映自然界基本规律的理论体系，指导者人们向物质运动的各个层面进行深入探讨。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。改变了近代物理学中的传统观念,使物理学乃至整个自然科学的观念发生了重大变革。三、量子论的诞生与发展──普朗克量子论和相对论是现代物理学的两大支柱，量子论的形成标志着人类对于客观规律的认识，开始从宏观世界深入到微观世界。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、晶体技术和激光技术等奠定了理论基础。诞生条件：(1)随着现代科学的发展，人类探求自然的奥秘已经进入到______世界。(2)电子和放射线的发现，使人们的研究开始进入原子内部。创立：1900年，德国物理学家_________提出了著名的“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(1)1905年，爱因斯坦将量子概念推广到光的传播过程中，提出了光量子论，并成功地解释了_________