现代科学革命教学幻灯片.ppt

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1、现代科学革命教学课件第1页，共22页，编辑于2022年，星期日v经典物理学的危机一、经典物理学的危机一、经典物理学的危机 1 1、1719C1719C，经典力学发展完善，经典力学发展完善第第2525课课 现代科学革命现代科学革命第2页，共22页，编辑于2022年，星期日v牛顿经典力学的实证第第2525课课 现代科学革命现代科学革命第第一一件件，用用牛牛顿顿力力学学算算出出地地球球的的形形状状是是梨梨形形的的。亚亚里里士士多多德德认认为为地地球球是是个个正正球球体体，牛牛顿顿却却根根据据他他的的力力学学说说地地球球是是个个扁扁球球体体，法法国国科科学学家家经过三次实地测量证实了牛顿的看法。经过三

2、次实地测量证实了牛顿的看法。第3页，共22页，编辑于2022年，星期日v牛顿经典力学的实证第第2525课课 现代科学革命现代科学革命第第二二件件，用用牛牛顿顿力力学学算算出出了了哈哈雷雷彗彗星星的的回回归归周周期期。牛牛顿顿的的好好友友哈哈雷雷用用牛牛顿顿力力学学算算出出了了16821682年年出出现现的的彗彗星星的的轨轨道道，指指出出它它的的回回归归周周期期是是75767576年年，由由此此预预言言它它将将在在17581758年年再再次次出出现现。17581758年年这这颗颗彗彗星星果果然然如如期期出出现现，并并被命名为哈雷彗星。被命名为哈雷彗星。第4页，共22页，编辑于2022年，星期日v

3、牛顿经典力学的实证第第2525课课 现代科学革命现代科学革命第第三三件件，用用牛牛顿顿力力学学算算出出了了一一颗颗未未知知行行星星的的位位置置。17811781年年天天王王星星被被发发现现，科科学学家家用用牛牛顿顿力力学学计计算算出出的的轨轨道道与与观观测测纪纪录录不不大大相相符符。在在计计算算的的基基础础上上，人人们们在在18461846年年用用牛牛顿顿力力学学发发现现了了海海王王星星，并并进进而而在在此此基基础础上上又又于于19301930年发现冥王星。年发现冥王星。第5页，共22页，编辑于2022年，星期日v经典物理学的危机一、经典物理学的危机一、经典物理学的危机 1 1、1719C17

4、19C，经典力学发展完善，经典力学发展完善 2 2、19C19C末，经典物理学陷入危机末，经典物理学陷入危机第第2525课课 现代科学革命现代科学革命第6页，共22页，编辑于2022年，星期日v经典物理学的危机第第2525课课 现代科学革命现代科学革命第一朵乌云：第一朵乌云：“以太以太”说的破灭说的破灭水水波波的的传传播播要要有有水水做做媒媒介介，声声波波的的传传播播要要有有空空气气做做媒媒介介，它它们们离离开开了了介介质质都都不不能能传传播播。太太阳阳光光穿穿过过真真空空传传到到地地球球上上，几几十十亿亿光光年年以以外外的的星星系系发发出出的的光光，也也穿穿过过宇宇宙宙空空间间传传到到地地球

5、球上上。光光波波为为什什么么能能在在真真空空中中传传播播？它它的的传传播介质是什么？物理学家给光找了个播介质是什么？物理学家给光找了个传播介质传播介质“以太以太”（EtherEther）。他他们们假假定定整整个个宇宇宙宙空空间间都都充充满满了了“以以太太”，“以以太太”是是一一种种由由非非常常小小的的弹弹性性球球组组成成的的稀稀薄薄的的、感感觉觉不不到到的的媒媒介介。“以以太太”是是光光、电电、磁磁的的共共同同载载体体的概念为人们所普遍接受，形成了一门的概念为人们所普遍接受，形成了一门“以太学以太学”。第7页，共22页，编辑于2022年，星期日v经典物理学的危机第第2525课课 现代科学革命现

6、代科学革命地地球球以以每每秒秒3030公公里里的的速速度度绕绕太太阳阳运运动动，就就必必须须会会遇遇到到每每秒秒3030公公里里的的“以以太太风风”迎迎面面吹吹来来，同同时时，它它也也必必须须对对光光的的传传播播产产生生影影响响。这这个个问问题题的的产产生生，引引起起人人们们去去探探讨讨“以以太太风风”存存在与否。在与否。18871887年年，实实验验结结果果证证明明，不不论论地地球球运运动动的的方方向向同同光光的的射射向向一一致致或或相相反反，测测出出的的光光速速都都相相同同，在在地地球球同同设设想想的的“以以太太”之之间间没没有有相相对对运运动动。因因而而，根根本本找找不不到到“以太以太”

7、或或“绝对静止的空间绝对静止的空间”。M是光源，A与B是反射镜，让光线在MA，MB方向往返运动。迈克尔逊莫雷实验第8页，共22页，编辑于2022年，星期日v爱因斯坦与相对论二、爱因斯坦与相对论二、爱因斯坦与相对论 1 1、提出、提出 1905 1905年提出匀速运动体系的狭义相对论年提出匀速运动体系的狭义相对论 1916 1916年提出加速运动体系的广义相对论年提出加速运动体系的广义相对论第第2525课课 现代科学革命现代科学革命第9页，共22页，编辑于2022年，星期日v1905神奇的一年第第2525课课 现代科学革命现代科学革命19051905神奇的一年神奇的一年19051905年年，爱爱

8、因因斯斯坦坦2626岁岁，接接连连写写下下4 4篇篇改改变变整个整个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、狭义相对论（修正了牛顿力学）（修正了牛顿力学）4 4、质能互换律（、质能互换律（E=mcE=mc2 2）19161916年年，爱爱因因斯斯坦坦发发表表了了广广义义相相对对论论基基础，最具创见也是最伟大的贡献：础，最具创见也是最伟大的贡献：5 5、广广义义相相对对论论（取取代代了了牛牛顿顿的的万万有有引引力力理论）理论）第10页，共22

9、页，编辑于2022年，星期日v爱因斯坦与相对论二、爱因斯坦与相对论二、爱因斯坦与相对论 1 1、提出、提出 1905 1905年提出匀速运动体系的狭义相对论年提出匀速运动体系的狭义相对论 1916 1916年提出加速运动体系的广义相对论年提出加速运动体系的广义相对论 2 2、内容、内容 相对性原理相对性原理 光速不变原理光速不变原理第第2525课课 现代科学革命现代科学革命第11页，共22页，编辑于2022年，星期日v如何理解相对性和光速不变原理第第2525课课 现代科学革命现代科学革命如何理解相对性和光速不变原理如何理解相对性和光速不变原理相相对对性性原原理理：时时间间、运运动动、质质量量不

10、不是是绝绝对对的的，而而是是相相对对的的。较较典典型型的的现现象象是是运运动动的的物物体体长长度度变变短短（尺尺缩缩效效应应）、运运动动的的钟钟比比静静止止的钟走得慢（钟慢效应）、运动的物体重量变大。的钟走得慢（钟慢效应）、运动的物体重量变大。光速不变原理：光的传播速度在任何条件下都是不变的。光速不变原理：光的传播速度在任何条件下都是不变的。第12页，共22页，编辑于2022年，星期日v相对论第第2525课课 现代科学革命现代科学革命第13页，共22页，编辑于2022年，星期日v霍金的警告第第2525课课 现代科学革命现代科学革命第14页，共22页，编辑于2022年，星期日v爱因斯坦与相对论二

11、、爱因斯坦与相对论二、爱因斯坦与相对论 1 1、提出、提出 1905 1905年提出匀速运动体系的狭义相对论年提出匀速运动体系的狭义相对论 1916 1916年提出加速运动体系的广义相对论年提出加速运动体系的广义相对论 2 2、内容、内容 相对性原理相对性原理 光速不变原理光速不变原理 3 3、意义、意义 解决了危机、创立了全新的物理学、扩展了领域解决了危机、创立了全新的物理学、扩展了领域 打破了经典物理学绝对化的思维模式打破了经典物理学绝对化的思维模式第第2525课课 现代科学革命现代科学革命第15页，共22页，编辑于2022年，星期日v普朗克与量子论第第2525课课 现代科学革命现代科学革

12、命18751875年时，普朗克在慕尼黑大学学物理，物理年时，普朗克在慕尼黑大学学物理，物理老师曾劝他不要学纯理论，因为物理学老师曾劝他不要学纯理论，因为物理学“是一是一门高度发展的、几乎是臻善臻美的科学门高度发展的、几乎是臻善臻美的科学”，现在这门科学现在这门科学“看来很接近于采取最稳定的看来很接近于采取最稳定的形式。也许，在某个角落里还有一粒尘屑或一形式。也许，在某个角落里还有一粒尘屑或一个小气泡，对它们可以去进行研究和分类，但个小气泡，对它们可以去进行研究和分类，但是，作为一个完整的体系，那是建立得足够牢是，作为一个完整的体系，那是建立得足够牢固的。而理论物理学正在明显地接近于几固的。而理

13、论物理学正在明显地接近于几何学在数百年中所已具有的那样完美的何学在数百年中所已具有的那样完美的程度。程度。”三、普朗克与量子论三、普朗克与量子论第16页，共22页，编辑于2022年，星期日v普朗克与量子论三、普朗克与量子论三、普朗克与量子论 1 1、内容、内容 辐射是由具有能量的基本单位量子来实现的辐射是由具有能量的基本单位量子来实现的第第2525课课 现代科学革命现代科学革命第17页，共22页，编辑于2022年，星期日v量子论第第2525课课 现代科学革命现代科学革命任任何何物物体体都都具具有有不不断断辐辐射射、吸吸收收、发发射射电电磁磁波波的的本本领领。辐辐射射出出去去的的电电磁磁波波在在

14、各各个个波波段段是是不不同同的的，也也就就是是具具有有一一定定的的谱谱分分布布。这这种种谱谱分分布布与与物物体体本本身身的的特特性性及及其其温温度度有有关关，因因而而被称之为热辐射。被称之为热辐射。第18页，共22页，编辑于2022年，星期日v芝诺悖论第第2525课课 现代科学革命现代科学革命芝诺悖论芝诺悖论阿阿基基里里斯斯（荷荷马马史史诗诗中中的的善善跑跑英英雄雄）永永远远也也无无法法超超过过在在他他前前面面慢慢慢慢爬爬行行的的乌乌龟龟。因因为为他他必必须须首首先先到到达达乌乌龟龟的的出出发发点点，而而当当他他到到达达那那一一点点时时，乌乌龟龟已已向向前前爬爬到到了了一一个个新新位位置置；当

15、当他他到到达达乌乌龟龟的的新新位位置置时时，乌乌龟龟又又向向前前爬爬了了这这样样，乌乌龟龟必必定定总总是是跑跑在在前前头头，阿阿基基里里斯斯只只能能离离乌乌龟龟越越来来越近越近,却永远追不上乌龟。却永远追不上乌龟。第19页，共22页，编辑于2022年，星期日v普朗克与量子论三、普朗克与量子论三、普朗克与量子论 1 1、内容、内容 辐射是由具有能量的基本单位量子来实现的辐射是由具有能量的基本单位量子来实现的 2 2、发展、发展 爱因斯坦爱因斯坦光的量子理论光的量子理论 玻尔玻尔原子的量子理论原子的量子理论 量子力学量子力学的建立的建立 3 3、意义、意义 使人类对微观世界的基本认识有了使人类对微

16、观世界的基本认识有了革命性的进步革命性的进步 带来技术创新，推动生产力发展，改变物质生活带来技术创新，推动生产力发展，改变物质生活第第2525课课 现代科学革命现代科学革命第20页，共22页，编辑于2022年，星期日v现代物理学兴起的意义四、现代物理学兴起的意义四、现代物理学兴起的意义第第2525课课 现代科学革命现代科学革命第21页，共22页，编辑于2022年，星期日v思考第第2525课课 现代科学革命现代科学革命DBB1 1、（20092009上上海海春春季季）法法国国数数学学家家和和天天文文学学家家拉拉普普拉拉斯斯曾曾经经这这样样说说过过：“不不会会产产生生两两个个牛牛顿顿，因因为为要要

17、发发现现的的世世界界只只有有一一个个。”牛牛顿顿所所发发现的现的“世界世界”是指是指A.A.微积分微积分 B.B.反射望远镜反射望远镜 C.C.光的色散原理光的色散原理 D.D.三大运动定律三大运动定律2 2、（20072007广广东东单单科科）2020世世纪纪初初，物物理理学学本本身身发发生生了了一一场场革革命命性性的的变变化化。下列选项中推动这一变化的是下列选项中推动这一变化的是A.A.电的发明和利用电的发明和利用 B.B.量子论的提出和发展量子论的提出和发展C.C.经典力学的发展经典力学的发展 D.D.原子能在军事上的应用原子能在军事上的应用3 3、（20072007海海南南单单科科）2020世世纪纪初初，爱爱因因斯斯坦坦相相对对论论的的提提出出是是物物理理学学的的一一场变革。它场变革。它A.A.否定了经典力学体系否定了经典力学体系B.B.打破了绝对时空观打破了绝对时空观C.C.彻底解决了彻底解决了1919世纪以来物理学面临的危机世纪以来物理学面临的危机D.D.标志着对物质世界的认识开始进入微观粒子世界标志着对物质世界的认识开始进入微观粒子世界第22页，共22页，编辑于2022年，星期日