物理学的重大进展.ppt

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1、枞阳中学 韩泽平1.1.简述简述经典力学经典力学的主要内容，认识它的历的主要内容，认识它的历史地位史地位; ;2.2.知道知道相对论、量子论相对论、量子论的主要内容，叙述的主要内容，叙述它的意义它的意义; ;4 4、难点：这三大理论在近代自然科学理论、难点：这三大理论在近代自然科学理论发展过程中的历史地位和重要意义发展过程中的历史地位和重要意义. .3 3、重点：经典力学、相对论、量子论的主、重点：经典力学、相对论、量子论的主要内容要内容; ;（阅读教材（阅读教材P54P545555）古希腊科学家亚里士多德古希腊科学家亚里士多德“落体的速度与重量成正比落体的速度与重量成正比”“物体从来都是静止

2、的，除非物体从来都是静止的，除非你用力推它才开始运动你用力推它才开始运动”16091609年，年，伽利略伽利略创制了天文望远镜。他观测到月创制了天文望远镜。他观测到月球表面凹凸不平，并绘制了第一幅月面图。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伽利略的折射式望远镜镜伽利略伽利略绘制的月面绘制的月面图图哥白尼：太阳中心说哥白尼：太阳中心说(1513(1513年年) ) 布鲁诺布鲁诺(1548-1600)(1548-1600)：信奉太阳中心：信奉太阳中心开普勒：行星沿椭圆形轨道绕太阳运行开普勒：行星沿椭圆形轨道绕太阳运行(1609(1609年年) )伽利略：自制天文望远镜进行天文观

3、察伽利略：自制天文望远镜进行天文观察(“(“哥伦布发现了新大陆，伽利略发现了新哥伦布发现了新大陆，伽利略发现了新宇宙宇宙”) (1609) (1609年年) )近代自然科学是以天文学的革命为开端的。近代自然科学是以天文学的革命为开端的。（1 1）社会前提：文艺复兴运动对科学研究）社会前提：文艺复兴运动对科学研究产生了重要影响；产生了重要影响； （2 2）物质条件：资本主义发展为其提供了）物质条件：资本主义发展为其提供了物质基础物质基础 ；（3 3）主观条件）主观条件: :科学家勇于探索的精神。科学家勇于探索的精神。（1 1）伽利略的贡献：）伽利略的贡献：创立科学的研究方法：实验和观察。创立科学

4、的研究方法：实验和观察。物理学：实验证明力与运动状态的关系，发现自由物理学：实验证明力与运动状态的关系，发现自由落体定律等。落体定律等。天文学：自制望远镜观察天体并取得大量成果的第一天文学：自制望远镜观察天体并取得大量成果的第一人，证明了哥白尼人，证明了哥白尼“日心说日心说”的正确性。的正确性。 （2 2）意义：）意义：（1 1）开创开创了以实验事实为根据并具了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系的有严密逻辑体系的近代科学；近代科学；（2 2）为后来）为后来经典力学的创造和发展经典力学的创造和发展奠定了基础。奠定了基础。（3 3）他的发现和他开始的科学研究）他的发现和他开始的科学研究方法，方法，

5、标志着物理学的真正开端。标志着物理学的真正开端。3 3、经典力学的、经典力学的建立者建立者牛顿牛顿 牛顿出生于英国的林牛顿出生于英国的林肯郡，肯郡，16651665年毕业于著名的年毕业于著名的剑桥大学三一学院，获得学剑桥大学三一学院，获得学士学位。三年后又获得文学士学位。三年后又获得文学硕士学位。牛顿曾经长期担硕士学位。牛顿曾经长期担任英国皇家学会会长，他还任英国皇家学会会长，他还担任过英国议会议员，授予担任过英国议会议员，授予爵士称号。爵士称号。17271727年，他病逝，年，他病逝，被安葬于威斯敏斯特教堂，被安葬于威斯敏斯特教堂，这是一种极高的荣誉。这是一种极高的荣誉。牛顿（牛顿（ 164

6、21727）牛顿有哪些重要贡献？其中最重要的是什么？牛顿有哪些重要贡献？其中最重要的是什么？ （1 1）力学方面：）力学方面： 1687 1687年，出版了年，出版了自然哲学的教学原理自然哲学的教学原理一书，一书，提出物理运动的三大定律和万有引力定提出物理运动的三大定律和万有引力定律律，而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标志着形成形成了一个了一个以实验为基础，以数学为表达形式的以实验为基础，以数学为表达形式的牛牛顿力学体系的建立顿力学体系的建立，即即经典力学体系经典力学体系。经典力学又被称为牛顿力学。经典力学又被称为牛顿力学。（2 2）在光学方面）在光学方面: : 牛顿牛

7、顿发现了发现了日光是由不同的颜色即不同波长的光构成日光是由不同的颜色即不同波长的光构成的，奠定了的，奠定了光谱光谱分析的基础，制作了牛顿色盘。他在分析的基础，制作了牛顿色盘。他在17041704年出版了年出版了光学光学一书，创立了光的一书，创立了光的“微粒说微粒说”。（3 3）在数学方面）在数学方面: :二项式定理二项式定理, ,他与莱布尼兹几乎同时创立了他与莱布尼兹几乎同时创立了微积分学微积分学（4 4）在天文学领域，）在天文学领域，他在他在16711671年创制了年创制了反射式望远镜反射式望远镜。（1 1）注重实验）注重实验（2 2）数学化）数学化（1 1）自然科学：）自然科学：（伽利略的

8、实验方法和逻辑体系为经典力学奠（伽利略的实验方法和逻辑体系为经典力学奠定基础；牛顿完成了经典力学体系的建构）定基础；牛顿完成了经典力学体系的建构）这这一体系对解释和预见物理现象，具有决定意义，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、后来根据万有引力定律，人们发现了海王星、冥王星。冥王星。推动了物理学自身的发展推动了物理学自身的发展, , 促进了近促进了近代自然科学的进步代自然科学的进步。（2 2）思想认识：）思想认识： “ “牛顿的发现，给人类带来从未有过的自信。曾经牛顿的发现，给人类带来从未有过的自信。曾经匍匐在上帝脚下的人类，终于大胆地抬起头来，开

9、始用匍匐在上帝脚下的人类，终于大胆地抬起头来，开始用自己理性的眼光打量世界。自己理性的眼光打量世界。” ” 大国崛起大国崛起 冲击了宗教神学，推动了启蒙运动的发展冲击了宗教神学，推动了启蒙运动的发展和思想解放。和思想解放。（3 3）经济发展：）经济发展： 为为第一、二次工业革命第一、二次工业革命的发明准备了一定的发明准备了一定的理论基础，推动了生产力的进步和资本主义的理论基础，推动了生产力的进步和资本主义的发展的发展人物人物贡献贡献影响影响经经典典力力学学奠奠基基者者建建立立者者伽利略伽利略牛顿牛顿标志：标志：1687年牛顿发表年牛顿发表自自然哲学的数学原理然哲学的数学原理成就：成就：物体运动

10、三大定律；物体运动三大定律；万有引力定律；形成了以实万有引力定律；形成了以实验为基础、以数学为表达形验为基础、以数学为表达形式的经典力学体系；式的经典力学体系；创立科学的研究方法：实验创立科学的研究方法：实验和观察。和观察。物理学：实验证明物理学：实验证明力与运动状态的关系，发现自力与运动状态的关系，发现自由落体定律等。由落体定律等。天文学：自天文学：自制望远镜观察天体并取得大量制望远镜观察天体并取得大量成果的第一人，证明了哥白尼成果的第一人，证明了哥白尼“日心说日心说”的正确性。的正确性。 对解释和预见对解释和预见物理现象有决定物理现象有决定意义意义; ;标志着近标志着近代科学的形成；代科学

11、的形成；促进了两次科技促进了两次科技革命的出现。革命的出现。 开创了以实验开创了以实验事实为根据并具事实为根据并具有严密逻辑体系有严密逻辑体系的近代科学的近代科学,(,(近近代科学之父代科学之父) )为为经典力学的创立经典力学的创立和发展奠定了基和发展奠定了基础。开辟了天文础。开辟了天文学的新时代。学的新时代。爱因斯坦爱因斯坦爱因斯坦爱因斯坦(1879-1955)(1879-1955) 1879 1879年生于德国，是举年生于德国，是举世闻名的德裔美国科学家，世闻名的德裔美国科学家，现代物理学的开创者和奠基现代物理学的开创者和奠基人。爱因斯坦人。爱因斯坦19001900年毕业于年毕业于苏黎士工

12、业大学，后在大学苏黎士工业大学，后在大学任教，任教，19141914年任皇家物理研年任皇家物理研究所所长兼柏林大学教授。究所所长兼柏林大学教授。19211921年获诺贝尔物理学奖。年获诺贝尔物理学奖。19051905年，爱因斯坦年，爱因斯坦2626岁，接连写下岁，接连写下5 5篇改变整个篇改变整个2020世纪物理学面貌的论文：世纪物理学面貌的论文： 1.1.光的量子说（解释光电效应）光的量子说（解释光电效应） 2.2.布朗运动（证明分子的存在）布朗运动（证明分子的存在） 3.3.狭义相对论（修正了牛顿力学）狭义相对论（修正了牛顿力学） 4.4.质能互换律（质能互换律（E=mc2E=mc2） 5

13、.5.广义相对论（取代了牛顿的万有引力理论）广义相对论（取代了牛顿的万有引力理论）1 1、相对论提出的历史背景、相对论提出的历史背景（1 1） 过去的物理学以牛顿理论为基础，认为过去的物理学以牛顿理论为基础，认为时间和空间是绝对的，两者是没有任何直接联时间和空间是绝对的，两者是没有任何直接联系的。系的。（2 2） 1919世纪随着科学的飞速发展，科学家发世纪随着科学的飞速发展，科学家发现高速运动的微观粒子发生的现象，经典力学现高速运动的微观粒子发生的现象，经典力学无法解释。无法解释。2.2.相对论的提出及主要内容相对论的提出及主要内容19331933年受希特勒迫害离开年受希特勒迫害离开德国移居

14、美国德国移居美国, , 爱因斯坦爱因斯坦在物理学的许多领域都有在物理学的许多领域都有贡献，比如建立狭义相对贡献，比如建立狭义相对论并推广为广义相对论、论并推广为广义相对论、提出光的量子概念，并以提出光的量子概念，并以量子理论解释光电效应、量子理论解释光电效应、辐射过程、固体比热等。辐射过程、固体比热等。地球地球上显上显示的示的时间时间运动运动物体物体上显上显示的示的时间时间当速度接近光速时当速度接近光速时当速度达到光速时：当速度达到光速时：质量增加质量增加物体变重物体变重时间变慢时间变慢钟慢效应钟慢效应长度变短长度变短尺缩效应尺缩效应钟表不走钟表不走时间停止时间停止质量：质量：狭义相对论狭义相

15、对论广义相对论广义相对论相对论相对论打破经典力学的绝对时打破经典力学的绝对时空观空观进一步深化对时间空进一步深化对时间空间和引力现象的认识间和引力现象的认识3 3、相对论提出的历史意义、相对论提出的历史意义（1 1）相对论的提出是物理学领域的一）相对论的提出是物理学领域的一次重大革命。次重大革命。（2 2）否定了经典力学绝对时空观，发）否定了经典力学绝对时空观，发展了牛顿力学。展了牛顿力学。（3 3）推动物理学发展到了新的高度。）推动物理学发展到了新的高度。 相对论和经典力学的关系相对论和经典力学的关系相对论打破了牛顿以来传统的绝对时空观，但并相对论打破了牛顿以来传统的绝对时空观，但并非全盘否

16、定牛顿力学。非全盘否定牛顿力学。牛顿力学牛顿力学反映的是反映的是宏观物体宏观物体低速运动的客观规律低速运动的客观规律，而，而狭义相对论狭义相对论反映的是反映的是物体物体高速运动的客观规律，高速运动的客观规律，是对牛顿力学的继承和发展。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。态），包括在相对论体系中。牛顿力学是整个力学的基础，牛顿所创造的概念，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。至今仍指导着人们的物理学思想。普朗克普朗克 普朗克生于德国基尔。普朗克生于德国基尔。1

17、8791879年在慕尼黑大学获得博士年在慕尼黑大学获得博士学位后，先后在慕尼黑大学和学位后，先后在慕尼黑大学和基尔大学任教。由于量子论创基尔大学任教。由于量子论创立，普朗克获得立，普朗克获得19181918年诺贝尔年诺贝尔物理学奖。普朗克是德国人所物理学奖。普朗克是德国人所具有的最好品质的范例：诚恳，具有的最好品质的范例：诚恳，忠于职守，他的业余爱好是音忠于职守，他的业余爱好是音乐，在这方面表现了专业艺术乐，在这方面表现了专业艺术才干；另一项业余爱好是他一才干；另一项业余爱好是他一直坚持到晚年的登山运动。直坚持到晚年的登山运动。 普朗克普朗克（1858185819471947）（1 1） 19

18、c19c末末20c20c初，电子和放射性的发现使初，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。人们对物质的认识深入到原子内部。（2 2） 实验表明，微观粒子的运动不能用通实验表明，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。常的宏观物体的运动规律进行描述。19001900年，德国物理学家普朗克提年，德国物理学家普朗克提出量子假说，宣告量子论诞生。出量子假说，宣告量子论诞生。 爱因斯坦利用量子理论成功解释了光电效应，进一爱因斯坦利用量子理论成功解释了光电效应，进一步推动量子论的发展；步推动量子论的发展；丹麦物理学家玻尔提出了有关原子的量子理论，证丹麦物理学家玻尔提出了有关原子

19、的量子理论，证实原子是由带正电的原子核和带负电的电子组成；实原子是由带正电的原子核和带负电的电子组成；2020世纪世纪3030年代，量子力学建立。年代，量子力学建立。（量子力学：研究微观世界粒子运动规律的科学。）（量子力学：研究微观世界粒子运动规律的科学。） （1 1）使人类对微观世界的认识取得重大进步，是）使人类对微观世界的认识取得重大进步，是2020世纪最深刻、最有成就的科学理论之一。世纪最深刻、最有成就的科学理论之一。（2 2）量子论与相对论共同构成现代物理学的基础，）量子论与相对论共同构成现代物理学的基础，弥补了经典力学在认识宏观世界和微观世界方面的弥补了经典力学在认识宏观世界和微观世界方面的不足。不足。（3 3）改变了人们认识世界的角度和方式。）改变了人们认识世界的角度和方式。 经典力学：经典力学：解析低速运动、解析低速运动、宏观世界物理宏观世界物理现象现象近代物理学近代物理学相对论：相对论：微观世界、微观世界、高速运动高速运动量子论：量子论：解释微观世解释微观世界物理现象界物理现象现现代代物物理理学学为相对论的提为相对论的提出奠定基础出奠定基础继承和发展了继承和发展了经典力学经典力学经典力学、相对论、量子论的关系：经典力学、相对论、量子论的关系：19C19C末经典末经典物理学危机物理学危机 物理学的发展物理学的发展给了我们什么样的启示？给了我们什么样的启示？