近代物理学的奠基人和革命者 (2).ppt

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1、近代以来科学技术的辉煌近代以来科学技术的辉煌专题七专题七 的的 第一课第一课经典力学经典力学体系的创体系的创立和发展立和发展量子理论的诞生量子理论的诞生(从从普朗克到爱因斯坦普朗克到爱因斯坦) 相 对 论 的 建 立相 对 论 的 建 立（爱因斯坦）（爱因斯坦）现代物理现代物理学理论的学理论的发展发展本课本课知识结构知识结构近代物理学的奠基人和革命者近代物理学的奠基人和革命者伽利略对亚里士多德伽利略对亚里士多德力学观的否定力学观的否定 牛顿对前人科学理论牛顿对前人科学理论的发展的发展 1 1、伽利略伽利略对亚里士多德力学观的否定对亚里士多德力学观的否定（一）经典力学体系的创立和发展（一）经典力

2、学体系的创立和发展2 2、牛顿牛顿对前人科学理论的发展对前人科学理论的发展（1 1）经典力学体系的主要内容）经典力学体系的主要内容（2 2）经典力学体系的历史地位）经典力学体系的历史地位惯性定律惯性定律加速度定律加速度定律作用和反作用定律作用和反作用定律物理运动物理运动三大定律三大定律1.万有引力万有引力定律定律2.经典力学体系经典力学体系2 2、牛顿对前人科学理论的发展、牛顿对前人科学理论的发展（1 1）经典力学体系的主要内容）经典力学体系的主要内容 牛顿力学体系及数学、牛顿力学体系及数学、天文学方面的研究成果记天文学方面的研究成果记载在他的科学巨著载在他的科学巨著自然自然哲学的数学原理哲学

3、的数学原理中。中。（2 2）经典力学体系的历史地位）经典力学体系的历史地位 理论的综合理论的综合：牛顿力学体系对自然界的力学现：牛顿力学体系对自然界的力学现象做出了系统、合理的说明，从而完成了人类对自象做出了系统、合理的说明，从而完成了人类对自然界认识史上的第一次理论大综合。然界认识史上的第一次理论大综合。 经典力学体系的建立经典力学体系的建立标志着近代科学的形成标志着近代科学的形成。 实践的验证实践的验证：根据万有引力定律，人们准确地算：根据万有引力定律，人们准确地算出地球的平均密度和扁平率，正确地解释了潮汐的出地球的平均密度和扁平率，正确地解释了潮汐的成因。根据这一定律，人们还发现了海王星

4、、冥王成因。根据这一定律，人们还发现了海王星、冥王星。星。（二）量子理论的诞生（二）量子理论的诞生1 1、普朗克提出量子假说。、普朗克提出量子假说。2 2、爱因斯坦提出光的量子理论。、爱因斯坦提出光的量子理论。3 3、量子论的意义、量子论的意义 量子力学标志着人类对客观规律的认识，量子力学标志着人类对客观规律的认识，开始从开始从宏观世界宏观世界深入到深入到微观世界微观世界。今天，我们的现代文明，从电脑，电视，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。领域不依赖于量子论。 （三）相对论的建立（三）相对论

5、的建立 1 1、狭义相对论。、狭义相对论。 19051905年，爱因斯坦发表了年，爱因斯坦发表了论动体的电动力论动体的电动力学学，创立了狭义相对论。，创立了狭义相对论。狭义相对论认为：时间和空间都与物质的运动有狭义相对论认为：时间和空间都与物质的运动有关，随着物质运动速度的变化而变化。关，随着物质运动速度的变化而变化。狭义相对论的基础：狭义相对论的基础：相对性原理相对性原理 光速不变原理光速不变原理2 2、广义相对论、广义相对论 19161916年，爱因斯坦又建立了广义相对论。年，爱因斯坦又建立了广义相对论。 广义相对论认为，物质存在的现实空间不是广义相对论认为，物质存在的现实空间不是平坦的，

6、而是弯曲的，空间的结构取决于物质的平坦的，而是弯曲的，空间的结构取决于物质的质量及其分布情况，质量及其分布情况，空间弯曲空间弯曲的程度体现为引力的程度体现为引力场强度。场强度。 广义相对论第一次阐述了广义相对论第一次阐述了四维时空和物质的四维时空和物质的分布相联系分布相联系的重要思想。的重要思想。 相对论打破了牛顿以来传统的绝对时空观，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。但并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宏观物体低速运动观物体低速运动的客观规律，而的客观规律，而狭义相对论狭义相对论反映反映的是的是物体高速运动物体高速运动的客观规律，是对牛顿力学

7、的的客观规律，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。体低速运动状态），包括在相对论体系中。3 3、相对论与牛顿力学的关系：、相对论与牛顿力学的关系：4 4、相对论建立的意义、相对论建立的意义 爱因斯坦相对论的建立，是对近代物理爱因斯坦相对论的建立，是对近代物理学理论框架的重大突破，它不仅揭示了空间、学理论框架的重大突破，它不仅揭示了空间、时间的可变性，时空的变化和时空结构同物时间的可变性，时空的变化和时空结构同物质的运动和状态密不可分。质的运动和状态密不可分。 这种全新的这种全新的时空观、运动观和

8、物质观时空观、运动观和物质观的的形成，是人类思想发展史中的一次根本性变形成，是人类思想发展史中的一次根本性变革，对整个自然科学和哲学都产生了极其深革，对整个自然科学和哲学都产生了极其深远的影响。远的影响。伽利略对亚里士多德力学观的否定伽利略对亚里士多德力学观的否定 亚里士多德的力学观：必须有力作用在亚里士多德的力学观：必须有力作用在物体上，物体才能运动，没有力的作用，物物体上，物体才能运动，没有力的作用，物体就会静止。如：体就会静止。如：“推箱子推箱子”的例子的例子 伽利略通过观察、实验和推理，得出伽利略通过观察、实验和推理，得出结论：如果运动物体不受阻碍，它将速度结论：如果运动物体不受阻碍，

9、它将速度保持不变地保持不变地持续运动持续运动下去。下去。对地球认识的变化对地球认识的变化海王星和冥王星的发现海王星和冥王星的发现哈雷慧星轨道的推算哈雷慧星轨道的推算 长期以来，人们一直认为彗星是神秘的，不吉利的灾星，长期以来，人们一直认为彗星是神秘的，不吉利的灾星，根本不能用科学来说明。牛顿的好友哈雷用牛顿力学算出了根本不能用科学来说明。牛顿的好友哈雷用牛顿力学算出了16821682年出现的彗星的轨道，指出它的回归周期是年出现的彗星的轨道，指出它的回归周期是75757676年，年，由此预言它将在由此预言它将在17581758年再次出现。年再次出现。5353年以后的年以后的17581758年（当

10、时年（当时哈雷已去世），这颗彗星果然如期出现。哈雷慧星的发现验哈雷已去世），这颗彗星果然如期出现。哈雷慧星的发现验证了万有引力定律的科学性。证了万有引力定律的科学性。 牛顿捡到了哪些牛顿捡到了哪些“光滑的石子光滑的石子”和和“美丽的美丽的贝壳贝壳”？ “我好像是一个在海边玩耍的孩子，不时我好像是一个在海边玩耍的孩子，不时为拾到比通常更光滑的石子或更美丽的贝为拾到比通常更光滑的石子或更美丽的贝壳而欢欣鼓舞，而展现在我面前的是完全壳而欢欣鼓舞，而展现在我面前的是完全未探明的真理之海。未探明的真理之海。” 牛顿临终遗言牛顿临终遗言 英国著名的哲学家休谟曾说：英国著名的哲学家休谟曾说：“我们被放在这有

11、如我们被放在这有如戏院的世界上，每个事件的起源和缘由却完全隐瞒不让戏院的世界上，每个事件的起源和缘由却完全隐瞒不让我们知道，我们既没有足够的智慧预见未来，也没有能我们知道，我们既没有足够的智慧预见未来，也没有能力防止那些使我们不断受伤害的不幸事件发生。我们被力防止那些使我们不断受伤害的不幸事件发生。我们被悬挂在永恒的疑惧之中悬挂在永恒的疑惧之中” ” 大国崛起大国崛起解说词解说词 三百年前，人类的思想还充斥着迷信和恐惧，水为三百年前，人类的思想还充斥着迷信和恐惧，水为什么往低处流？太阳为什么升起落下？这些今天看来简什么往低处流？太阳为什么升起落下？这些今天看来简单之极的问题，在当时却是根本无法

12、认识和把握的。直单之极的问题，在当时却是根本无法认识和把握的。直到牛顿出现，人类才终于结束了这种状态。到牛顿出现，人类才终于结束了这种状态。 大国崛起大国崛起解说词解说词牛顿的成就与前人研究成果的关系牛顿的成就与前人研究成果的关系 “ “巨人肩上的思索巨人肩上的思索” 牛顿曾谦逊地说：牛顿曾谦逊地说：“如果我比别人看得如果我比别人看得远些，那是因为我站在巨人们的肩上。远些，那是因为我站在巨人们的肩上。” ” 近代科学在否定中发展，在继承中发展，在综合近代科学在否定中发展，在继承中发展，在综合中发展中发展 质疑与思考：经典力学体系是最完美的物理质疑与思考：经典力学体系是最完美的物理学理论吗？学理

13、论吗？ 19 19世纪末，面对经典物理学近乎完美世纪末，面对经典物理学近乎完美的发展，有的物理学家表示：的发展，有的物理学家表示：“1919世纪已世纪已经将物理大厦全部建成，今后物理学家只经将物理大厦全部建成，今后物理学家只是修饰和完美这座大厦。是修饰和完美这座大厦。” 高速运动的微观粒子发生的现象，高速运动的微观粒子发生的现象，是经典力学无法解释的！是经典力学无法解释的！ 量子论确实深奥难懂，甚至连量子量子论确实深奥难懂，甚至连量子论奠基人之一的玻尔都说：论奠基人之一的玻尔都说：“如果谁不如果谁不为量子论而感到困惑，那他就是没有理为量子论而感到困惑，那他就是没有理解量子论。解量子论。”狭义相

14、对论发表狭义相对论发表100100周年，周年，也许全世界只有几十个人能完全理解他的真谛，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。但这并不能掩盖相对论对人类生活的巨大改变。 关于相对论，有人说：这个形式简洁优美关于相对论，有人说：这个形式简洁优美的理论蕴藏了太多令人惊讶的内容，的理论蕴藏了太多令人惊讶的内容，100100年年来，人们时时从中悟出宇宙层出不穷的奥来，人们时时从中悟出宇宙层出不穷的奥秘，直到今天，这里还有很多内容没有被秘，直到今天，这里还有很多内容没有被我们悟透。我们悟透。这个这个“优美的理论优美的理论”包含了哪些主要内容呢？包含了哪些主要

15、内容呢？让我们一起来领略相对论的奥妙。让我们一起来领略相对论的奥妙。 “天上方一日，人间已一年天上方一日，人间已一年” 乘坐乘坐“光子火箭光子火箭”的星际旅的星际旅行行 乘坐乘坐“光子火箭光子火箭”以光速作星际旅行，以光速作星际旅行，回到地球时，我们会发现什么变化？回到地球时，我们会发现什么变化？这个故事形象地说明了时间和空间的相对性。这个故事形象地说明了时间和空间的相对性。 爱因斯坦关于相对论的比喻。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：斯坦曾经风趣地对一名男青年说：“我打个比方，我打个比方，比如

16、你屁股坐在火炉上烤和坐在公园柳荫下与女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士谈情说爱，那么，同样的时间你觉得哪一个更长？长？”男青年说：男青年说：“当然坐在火炉上烤的时间觉当然坐在火炉上烤的时间觉得长久。得长久。”爱因斯坦说：爱因斯坦说：“这就是我的相对论内这就是我的相对论内容。容。”爱因斯坦的爱因斯坦的“时空弯曲时空弯曲”概念概念相对论的现实意义举例相对论的现实意义举例相对论能修正相对论能修正GPSGPS（全球定位系统）（全球定位系统） 全球定位系统全球定位系统GPSGPS的应用也已普及化了，许的应用也已普及化了，许多城市的公共汽车、出租车上都

17、安装了它。早期的多城市的公共汽车、出租车上都安装了它。早期的GPSGPS接接收器确定物体位置的误差是在收器确定物体位置的误差是在1515米范围内，这个误差可米范围内，这个误差可以用爱因斯坦相对论来修正。以用爱因斯坦相对论来修正。经典力学经典力学体系的创体系的创立和发展立和发展量子理论的诞生量子理论的诞生(从从普朗克到爱因斯坦普朗克到爱因斯坦) 相 对 论 的 建 立相 对 论 的 建 立（爱因斯坦）（爱因斯坦）现代物理现代物理学理论的学理论的发展发展本课本课知识结构知识结构近代物理学的奠基人和革命者近代物理学的奠基人和革命者伽利略对亚里士多德伽利略对亚里士多德力学观的否定力学观的否定 牛顿对前人科学理论牛顿对前人科学理论的发展的发展