现代科学革命幻灯片.ppt
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1、现代科学革命第1页,共22页,编辑于2022年,星期日一、经典物理学的危机一、经典物理学的危机1、1719世纪牛顿经典力学日趋世纪牛顿经典力学日趋完善、成熟完善、成熟。那么那么,牛顿经典物理学有哪些内容牛顿经典物理学有哪些内容?2、19世纪末以牛顿力学为基础的经典物理世纪末以牛顿力学为基础的经典物理学无法解释学无法解释物理学的新发现物理学的新发现而陷入危机而陷入危机 (相对论和量子理论出现的背景相对论和量子理论出现的背景)第2页,共22页,编辑于2022年,星期日二、爱因斯坦与相对论二、爱因斯坦与相对论生平简介生平简介爱因斯坦(爱因斯坦(Albert Einstein,1879-1955),)
2、,1879年生于德国,是举世闻名年生于德国,是举世闻名的德裔美国科学家,的德裔美国科学家,现代物理学的开创者现代物理学的开创者和奠基人。和奠基人。爱因斯坦爱因斯坦1900年毕业于苏黎士工年毕业于苏黎士工业大学,业大学,1909年开始在大学任教,年开始在大学任教,1914年任年任威廉皇家物理研究所所长兼柏林大学教授。威廉皇家物理研究所所长兼柏林大学教授。1933年受希特勒迫害离开德国移居美国年受希特勒迫害离开德国移居美国,爱爱因斯坦在物理学的许多领域都有贡献,因斯坦在物理学的许多领域都有贡献,比如建立狭义相对论并推广为广义相对比如建立狭义相对论并推广为广义相对论、论、提出光的量子概念,并以量子理
3、论解提出光的量子概念,并以量子理论解释光电效应、辐射过程、固体比热等。释光电效应、辐射过程、固体比热等。1921年获诺贝尔物理学奖。年获诺贝尔物理学奖。第3页,共22页,编辑于2022年,星期日二、爱因斯坦与相对论二、爱因斯坦与相对论1、相对论的提出、相对论的提出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、主要内容、主要内容:相对性原理和光速不变原理。相对性原理和光速不变原理。第4页,共22页,编辑于2022年,星期日相对论的两个基本原理相对论的两个基本原理:相对性原理和光速不变原理相对性原
4、理和光速不变原理狭义相对论和广义相对论统称相对论。狭义相对论和广义相对论统称相对论。如何理解相对论?如何理解相对论?在相对性原理中,爱因斯坦认为时间、运动、质量不是绝对在相对性原理中,爱因斯坦认为时间、运动、质量不是绝对的,而是相对的。较典型的现象是的,而是相对的。较典型的现象是运动运动的物体长度变短(尺缩的物体长度变短(尺缩效应)、效应)、运动运动的钟比静止的钟走得慢(钟慢效应)、的钟比静止的钟走得慢(钟慢效应)、运动运动的的物体重量变大。物体重量变大。光速不变原理则认为光的传播速度在任何条件下都是不变的。光速不变原理则认为光的传播速度在任何条件下都是不变的。第5页,共22页,编辑于2022
5、年,星期日这就提醒人们甚至要敢于怀疑常识,勇于创新,因为即这就提醒人们甚至要敢于怀疑常识,勇于创新,因为即使生活中习以为常、看起来无懈可击的规律都有可能是使生活中习以为常、看起来无懈可击的规律都有可能是不科学的。不科学的。由于相对论的观点与人们的日常经验不太一由于相对论的观点与人们的日常经验不太一致,甚至有着尖锐的冲突,相对论从一开始就受致,甚至有着尖锐的冲突,相对论从一开始就受到包括一些科学家在内的很多人的反对。到包括一些科学家在内的很多人的反对。1921年爱因斯坦获得了诺贝尔奖,当时不少德国的诺年爱因斯坦获得了诺贝尔奖,当时不少德国的诺贝尔奖获得者威胁说,如果给相对论授奖,他们贝尔奖获得者
6、威胁说,如果给相对论授奖,他们就要退回已获得的奖章,结果评选委员会只好让就要退回已获得的奖章,结果评选委员会只好让爱因斯坦作为光电效应理论的建立者得奖,爱因斯坦作为光电效应理论的建立者得奖,相对相对论始终没有获得诺贝尔奖论始终没有获得诺贝尔奖。但相对论在物理学上。但相对论在物理学上却非常合理且为实验所证实。却非常合理且为实验所证实。这说明了一个什么问题这说明了一个什么问题?可以给我们什么启发可以给我们什么启发?说一说说一说:第6页,共22页,编辑于2022年,星期日3、相对论的意义:、相对论的意义:(1)解决了经典物理学的危机,)解决了经典物理学的危机,创造了一个全新的物理创造了一个全新的物理
7、学世界,极大地扩展了物理学的应用的领域;也使人们对自学世界,极大地扩展了物理学的应用的领域;也使人们对自然规律的探索从普通世界深入到广阔的宏观宇宙空间。然规律的探索从普通世界深入到广阔的宏观宇宙空间。(2)打破了经典物理学绝对化的思维模式,为人们提供了辩)打破了经典物理学绝对化的思维模式,为人们提供了辩证看待世界的途径。证看待世界的途径。第7页,共22页,编辑于2022年,星期日相对论相对论构成了现代物理学的两大支柱之一构成了现代物理学的两大支柱之一.那么那么,现代物理学的另一个支柱又是什么呢现代物理学的另一个支柱又是什么呢?量子理论是现代物理学的另一大支柱。量子理论是现代物理学的另一大支柱。
8、第8页,共22页,编辑于2022年,星期日二、量子理论中的微观世界二、量子理论中的微观世界1.提出:提出:德国物理学家普朗克德国物理学家普朗克普朗克(普朗克(18581947年),德国物年),德国物理学家、哲学家,量子理论的奠基人,理学家、哲学家,量子理论的奠基人,1879年在慕尼黑大学获得博士学位后,年在慕尼黑大学获得博士学位后,先后在慕尼黑大学和基尔大学任教授。先后在慕尼黑大学和基尔大学任教授。1888年任柏林大学理论物理研究所所年任柏林大学理论物理研究所所长。他在物理学上最大的贡献是长。他在物理学上最大的贡献是1900年提出年提出辐射量子假说辐射量子假说。并因此获得。并因此获得1918年
9、诺贝尔物理学奖。年诺贝尔物理学奖。第9页,共22页,编辑于2022年,星期日加热到不同温度的物体发出不同颜色的光加热到不同温度的物体发出不同颜色的光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,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,即量子假说量量子)的整数倍的假说,即量子假说。他引进了一个物理普。他引进了一个物理普适常数,即普朗克常数,以符号适常数,即普朗克常数,以符号h表示,其数值为表示,其数值为6.62617610-27
10、尔格尔格秒,是微观现象量子特性的表征。秒,是微观现象量子特性的表征。第10页,共22页,编辑于2022年,星期日 量子量子假说假说最先由德国物理学家最先由德国物理学家普朗克普朗克于于1900年提出。年提出。他认为,他认为,物质的辐射能不是连续的,而是以最小的、不可再分的能量单位物质的辐射能不是连续的,而是以最小的、不可再分的能量单位即能量量子的整数倍跳跃式地变化的。即能量量子的整数倍跳跃式地变化的。随后英国物理学家随后英国物理学家卢瑟福卢瑟福和丹麦物理学家和丹麦物理学家玻尔玻尔把量子论用把量子论用于原子结构的研究,证实原子是由带正电的原子核和带负电于原子结构的研究,证实原子是由带正电的原子核和
11、带负电的电子组成。电子在不同轨道上围绕着原子核运动,当电子的电子组成。电子在不同轨道上围绕着原子核运动,当电子从外层轨道跳到内层轨道时就放出相应波长的电磁波。玻尔从外层轨道跳到内层轨道时就放出相应波长的电磁波。玻尔在此基础上创立了原子结构的理论。在此基础上创立了原子结构的理论。爱因斯坦爱因斯坦利用原子论成功地解释了光电效应出现的现象及光利用原子论成功地解释了光电效应出现的现象及光的本质,进一步推动了量子论的发展。的本质,进一步推动了量子论的发展。第11页,共22页,编辑于2022年,星期日 量子论的形成标志着人类对于客观规律的认识,开始量子论的形成标志着人类对于客观规律的认识,开始从从宏观世界
12、深入到微观世界宏观世界深入到微观世界。基于量子规律的新技术深深。基于量子规律的新技术深深地改变了人类的生活,包括激光技术和电子计算机的出现;地改变了人类的生活,包括激光技术和电子计算机的出现;在量子论的基础上发展起来的量子力学,极大地促进了原在量子论的基础上发展起来的量子力学,极大地促进了原子核物理等科学的发展,人类从此进入了核能时代。子核物理等科学的发展,人类从此进入了核能时代。3、意义:、意义:2、主要内容:、主要内容:普朗克提出的量子假说、爱因斯坦提出光普朗克提出的量子假说、爱因斯坦提出光 的的量子理论、玻尔提出原子的量子理论。量子理论、玻尔提出原子的量子理论。第12页,共22页,编辑于
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