物理学的重大进展精品文稿.ppt

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1、物理学的重大进展第1页，本讲稿共23页 物理学的分支及近年来发展的总趋势物理学的分支及近年来发展的总趋势物理学物理学经典物理经典物理现代物理现代物理力学力学热学热学电磁学电磁学光学光学相对论相对论量子论量子论非线性非线性时间时间t关关键键概概念念的的发发展展力学力学电磁学电磁学热学热学相对论相对论量子论量子论1600170018001900第2页，本讲稿共23页一、经典力学一、经典力学 1.1.背景背景（1 1）推动了人们的思想解放。推动了人们的思想解放。第3页，本讲稿共23页2.2.奠基奠基伽利略的贡献伽利略的贡献 伽利略（伽利略（15641642），被誉为），被誉为“近代科学之父近代科学之

2、父”。o伽利略的成果伽利略的成果1.1.物理方面：突出成果物理方面：突出成果发发现自由落体定律现自由落体定律2.2.天文学方面：制造天文望远天文学方面：制造天文望远镜、证明哥白尼镜、证明哥白尼“日心说日心说”的的正确性正确性第4页，本讲稿共23页 1609年，伽利略创制了天文望远镜。他观测到月球年，伽利略创制了天文望远镜。他观测到月球表面凹凸不平，并绘制了第一幅月面图。表面凹凸不平，并绘制了第一幅月面图。伽伽利利略略的的折折射射式式望望远远镜镜伽伽利利略略的的手手稿稿第5页，本讲稿共23页关键途径：关键途径：实验；计算实验；计算2.2.物理学的发展给了我们什么样的启示？物理学的发展给了我们什么

3、样的启示？o敢于质疑，勇于创新，实践出真知敢于质疑，勇于创新，实践出真知探究性问题探究性问题1.1.你认为伽利略能够确定加速运动定律的关键途径你认为伽利略能够确定加速运动定律的关键途径是什么？是什么？第6页，本讲稿共23页牛顿出生于英国的林肯郡，牛顿出生于英国的林肯郡，1665年毕业于著名的剑桥大学三年毕业于著名的剑桥大学三一学院，获得学士学位。三年后一学院，获得学士学位。三年后又获得文学硕士学位。牛顿曾经又获得文学硕士学位。牛顿曾经长期担任英国皇家学会会长，他长期担任英国皇家学会会长，他还担任过英国议会议员，授予爵还担任过英国议会议员，授予爵士称号。士称号。1727年，他病逝，被安年，他病逝

4、，被安葬于威斯敏斯特教堂，这是一种葬于威斯敏斯特教堂，这是一种极高的荣誉。极高的荣誉。牛顿（牛顿（16421727）自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理3.3.创立创立牛顿力学体系牛顿力学体系第7页，本讲稿共23页牛顿是生活在地球上的影响最大的科学家之一。他是遗腹子，生于伽利牛顿是生活在地球上的影响最大的科学家之一。他是遗腹子，生于伽利略逝世的那一天。牛顿少年时代即表现出手工制作精巧机械的才能。虽略逝世的那一天。牛顿少年时代即表现出手工制作精巧机械的才能。虽然他是个聪明伶俐的孩子，但并未引起他的老师们的注意。他在学校的然他是个聪明伶俐的孩子，但并未引起他的老师们的注意。他在学校的成绩不好，他体

5、弱多病，性格腼腆。学习成绩是班上倒数几名，还经常成绩不好，他体弱多病，性格腼腆。学习成绩是班上倒数几名，还经常受顽皮学生的欺侮。直到有一次跟同学打架。据说那个男孩在牛顿的肚受顽皮学生的欺侮。直到有一次跟同学打架。据说那个男孩在牛顿的肚子上踹了一脚，于是牛顿把他狠狠地揍了一顿，并把他的鼻子摁在教堂子上踹了一脚，于是牛顿把他狠狠地揍了一顿，并把他的鼻子摁在教堂的墙上蹭来蹭去。从此之后，牛顿便开始在班里崭露头角，尤其在制作的墙上蹭来蹭去。从此之后，牛顿便开始在班里崭露头角，尤其在制作模型上表现出心灵手巧模型上表现出心灵手巧 。成年时，母亲令其退学，因为希望儿子成为。成年时，母亲令其退学，因为希望儿子

6、成为一名出色的农夫。十分幸运的是他的主要天赋不满足于他在农业方面发一名出色的农夫。十分幸运的是他的主要天赋不满足于他在农业方面发挥。他被证明不是一个好农夫，干活漫不经心，而且脾气急躁。于是他挥。他被证明不是一个好农夫，干活漫不经心，而且脾气急躁。于是他又被送回学校，又被送回学校，1818岁那年他进入了剑桥大学，极快地通晓了当时已知的岁那年他进入了剑桥大学，极快地通晓了当时已知的自然与数学知识，之后转入个人的专门研究。自然与数学知识，之后转入个人的专门研究。第8页，本讲稿共23页o牛顿的成果牛顿的成果o牛顿的贡献牛顿的贡献惯性定律惯性定律加速度的比例定律加速度的比例定律作用和反作用定律作用和反作

7、用定律物体运动物体运动三大定律三大定律1.万有引力万有引力定律定律2.1.1.经典力学体系的建立标志着经典力学体系的建立标志着近代科学的形成近代科学的形成经经典典力力学学体体系系2.2.海王星的发现海王星的发现 证明了牛顿理论的科学性和预见性证明了牛顿理论的科学性和预见性 。以以实验实验为基础，为基础，以以数学数学为表达为表达形式形式第9页，本讲稿共23页1 1、在、在光学光学方面，牛顿发现了日光是由不同的颜色即不同波长的方面，牛顿发现了日光是由不同的颜色即不同波长的光构成的，奠定了光谱分析的基础，制作了牛顿色盘。他在光构成的，奠定了光谱分析的基础，制作了牛顿色盘。他在17041704年出版了

8、光学一书，创立了光的年出版了光学一书，创立了光的“微粒说微粒说”。2 2、在、在热学热学方面也有研究成果，确定了冷却定律方面也有研究成果，确定了冷却定律3 3、在、在数学数学方面，他与莱布尼兹几乎同时创立了微积分学，同时，方面，他与莱布尼兹几乎同时创立了微积分学，同时，他还在前人研究基础上，建立了二项式定理。他还在前人研究基础上，建立了二项式定理。4 4、在、在天文天文学领域，他在学领域，他在16711671年创制了反射望远镜，初步考察年创制了反射望远镜，初步考察了行星的运动规律；他还解释了潮汐现象，并预言地球不是了行星的运动规律；他还解释了潮汐现象，并预言地球不是正球体，并由此说明了岁差现象

9、。正球体，并由此说明了岁差现象。第10页，本讲稿共23页二、相对论的创立二、相对论的创立 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，认为时间和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系的。空间是绝对的，两者是没有任何直接联系的。（2 2）19 19世纪随着科学的飞速发展，科学家发现高速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，经典力学无法解释。运动的微观粒子发生的现象，经典力学无法解释。第11页，本讲稿共23页 现代物理学的创始人和奠基人现代物理学的创始人和奠基人,是是2020世纪最伟大的科学

10、家。世纪最伟大的科学家。18791879年年3 3月月1414日生于德国的乌尔姆，日生于德国的乌尔姆，19551955年年4 4月月1818日卒于美国的普林日卒于美国的普林斯顿。斯顿。1905-19151905-1915年提出了相对论，年提出了相对论，发展了牛顿力学。发展了牛顿力学。第12页，本讲稿共23页作为科学家的爱因斯坦，他是作为科学家的爱因斯坦，他是窥见上帝秘密的人；作为思想窥见上帝秘密的人；作为思想家的爱因斯坦，他是窥见人间家的爱因斯坦，他是窥见人间秘密的人。秘密的人。第13页，本讲稿共23页有高度社会责任感的人，通常是具有良心的智识者。让我们轻轻地伸出我们的手，抚摸一下有高度社会责

11、任感的人，通常是具有良心的智识者。让我们轻轻地伸出我们的手，抚摸一下爱因斯坦的滚烫的良心：爱因斯坦的滚烫的良心：1939年年8月月2日，爱因斯坦出于对人类命运的极大关注，写日，爱因斯坦出于对人类命运的极大关注，写信给罗斯福总统建议美国务必抢在法西斯德国之前制造出原子弹；后来，当原信给罗斯福总统建议美国务必抢在法西斯德国之前制造出原子弹；后来，当原子弹真的从潘多拉魔盒里跳出来后，爱因斯坦陷入了巨大的后悔与痛苦之中，子弹真的从潘多拉魔盒里跳出来后，爱因斯坦陷入了巨大的后悔与痛苦之中，自认一生最大错误就是建议研制原子弹。他痛心地说，自认一生最大错误就是建议研制原子弹。他痛心地说，“早知如此，我宁可当

12、个修早知如此，我宁可当个修表匠！表匠！”爱因斯坦就核武器问题的懊悔，代表了人类良知的高度，是人类良心发出的最爱因斯坦就核武器问题的懊悔，代表了人类良知的高度，是人类良心发出的最强音。听爱因斯坦的自责之声，我们明白人类良知之宝贵。强音。听爱因斯坦的自责之声，我们明白人类良知之宝贵。请请记记住住爱爱因因斯斯坦坦的的话话吧吧：“没没有有能能独独立立思思考考和和独独立立判判断断的的有有创创造造性性的的个个人人，社社会会的的向向上上发发展是不可想象的。展是不可想象的。”第14页，本讲稿共23页和牛顿一样，爱因斯坦年幼时也未显出智力超群，相反，和牛顿一样，爱因斯坦年幼时也未显出智力超群，相反，到了四岁多还

13、不会说话，家里人甚至担心他是个低能儿。到了四岁多还不会说话，家里人甚至担心他是个低能儿。而且，就是这样一位光彩夺目的人物，在整个中小学时代而且，就是这样一位光彩夺目的人物，在整个中小学时代却常常被斥为却常常被斥为“生性孤僻、智力迟钝生性孤僻、智力迟钝”，“不守纪律、心不守纪律、心不在焉。想入非非不在焉。想入非非”。中学毕业前夕，校方甚至断言他未。中学毕业前夕，校方甚至断言他未来将来将“一事无成一事无成”，勒令他退了学。，勒令他退了学。16岁那年，他以同等岁那年，他以同等学历报考大学，尽管物理。数学成绩很好，但由于需要死学历报考大学，尽管物理。数学成绩很好，但由于需要死记硬背的科目考砸了锅，只得

14、名落孙山。第二年进入大学记硬背的科目考砸了锅，只得名落孙山。第二年进入大学后，他仍然不愿意强迫自己去适应那种被动的、刻板的、后，他仍然不愿意强迫自己去适应那种被动的、刻板的、纯粹按部就班的学习生活，他擅自纯粹按部就班的学习生活，他擅自“刷掉了刷掉了”很多课程，很多课程，只以只以“极大的兴趣极大的兴趣”去听某些课和在家里自学。去听某些课和在家里自学。第15页，本讲稿共23页在四年大学生活中，他仍然不是在四年大学生活中，他仍然不是“好学生好学生”：曾被数学教授称为：曾被数学教授称为“懒懒狗狗”，曾因做实验出事故受到处分，还曾被物理教授认为不，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

15、而应当改行。大学毕业时几位同窗好友都留校当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了助教，他却因得不到教授们的赏识而遭到了“毕业即失业毕业即失业”的命运。这种种亲身经历，使爱因斯坦对教育的总体印象一直不的命运。这种种亲身经历，使爱因斯坦对教育的总体印象一直不佳。正因为如此，成名后的爱因斯坦通过自身的体验和长期的观佳。正因为如此，成名后的爱因斯坦通过自身的体验和长期的观察，形成了一种与众不同的教育观点。察，形成了一种与众不同的教育观点。“知识是死的；而学校却要为活人服务。知识是死的；而学校却要为活人服务。”这是爱因斯坦对于学校这是爱因斯坦对于学

16、校教育的基本看法。他反对把学校仅仅看做是传授知识的工具，更反教育的基本看法。他反对把学校仅仅看做是传授知识的工具，更反对把学生对把学生“当作死的工具来对待当作死的工具来对待”。他认为：。他认为：“学校的目的始终应学校的目的始终应当是：青年人在离开学校时，是作为一个和谐的人，而不是作为一当是：青年人在离开学校时，是作为一个和谐的人，而不是作为一个专家。个专家。”第16页，本讲稿共23页19551955年年 4 4月月1818日因主动脉瘤破裂逝世于普林斯顿。遵照他的遗嘱，不日因主动脉瘤破裂逝世于普林斯顿。遵照他的遗嘱，不发讣造，不举行公开葬礼，不建坟墓，不立纪念碑。火化时按照他的书发讣造，不举行公

17、开葬礼，不建坟墓，不立纪念碑。火化时按照他的书面遗嘱：免除所有花卉布置以及所有音乐典礼。骨灰撒在永远对人保密面遗嘱：免除所有花卉布置以及所有音乐典礼。骨灰撒在永远对人保密的地方，为的是不使任何地方成为圣地。遗嘱执行者用歌德悼念席勒的的地方，为的是不使任何地方成为圣地。遗嘱执行者用歌德悼念席勒的诗结束了那朴素的葬礼：诗结束了那朴素的葬礼：我们全都获益不浅，全世界都感谢他的教诲；我们全都获益不浅，全世界都感谢他的教诲；那专属他个人的东西，早已传遍广大人群。那专属他个人的东西，早已传遍广大人群。他像行将陨灭的彗星，他像行将陨灭的彗星，光华四射，把无限的光芒同他的光芒永相连结。光华四射，把无限的光芒同

18、他的光芒永相连结。他的主治医生贺维博士认为如此伟大的大脑，应该进行研究，所以他便把他的主治医生贺维博士认为如此伟大的大脑，应该进行研究，所以他便把爱因斯坦的大脑保留了下来，并切成爱因斯坦的大脑保留了下来，并切成200200片带走。但至今没有结论。片带走。但至今没有结论。第17页，本讲稿共23页爱情的相对论爱情的相对论 一对恋人在公园约会。一对恋人在公园约会。男：男：“我终于懂得了爱因斯坦的相对论了。我终于懂得了爱因斯坦的相对论了。”女：女：“你真不简单呀，给我讲一讲嘛。你真不简单呀，给我讲一讲嘛。”男：男：“我在等你时，时间变得特别长，而你一到，时间又变得特别我在等你时，时间变得特别长，而你一

19、到，时间又变得特别短了。短了。”第18页，本讲稿共23页爱因斯坦的贡献爱因斯坦的贡献提出相对论提出相对论o内容：内容：o意义：意义：3.3.发展了牛顿力学，推动物理学发展到一个新的高度。发展了牛顿力学，推动物理学发展到一个新的高度。1.1.是物理学思想的一次重大革命。是物理学思想的一次重大革命。2.2.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。本质属性。狭义相对论狭义相对论广义相对论广义相对论相相对对论论打破经典力学的绝对时空观打破经典力学的绝对时空观进一步深化对时间空间和引进一步深化对时间空间和引力现象的认识力现象的认识第1

20、9页，本讲稿共23页普朗克（普朗克（18581947）生于基尔。）生于基尔。1879年普朗克在慕尼黑大学获得年普朗克在慕尼黑大学获得博士学位后，先后在慕尼黑大学博士学位后，先后在慕尼黑大学和基尔大学任教。由于量子论创和基尔大学任教。由于量子论创立，普朗克获得立，普朗克获得1918年诺贝尔物年诺贝尔物理学奖。他的父亲是一位杰出的理学奖。他的父亲是一位杰出的法律教授。普朗法律教授。普朗 克家是德国人所克家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，他的忠于职守，他的 业余爱好是音乐，业余爱好是音乐，在这方面表现了专业艺术才干；在这方面表现了专业艺术才干；另一项业余爱

21、好是他一直坚持到另一项业余爱好是他一直坚持到晚年的登晚年的登 山运动。山运动。普朗克的贡献普朗克的贡献提出量子论提出量子论第20页，本讲稿共23页普朗克的贡献普朗克的贡献提出量子论提出量子论o提出背景：提出背景：o提出：提出：o意义：意义：1.19c 1.19c末末20c20c初，电子和放射线的发现使人们对物质的认识深入初，电子和放射线的发现使人们对物质的认识深入到原子内部。到原子内部。2.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描述19001900年，关于正常光谱能量分布定律的理论年，关于正常光谱能量分布定律的理

22、论是物理学发展中的一场革命。是物理学发展中的一场革命。揭示了微观世界的特殊的运动规律，有力地冲击了经典物理理论，揭示了微观世界的特殊的运动规律，有力地冲击了经典物理理论，指出了经典物理的适用范围（即适用于宏观世界）。指出了经典物理的适用范围（即适用于宏观世界）。第21页，本讲稿共23页 量子论量子论和和相对论相对论是现代物理学的两大支柱，量子论的形成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。界。量子力学和狭义相对论结合形成原子核物理学，指导制量子力学和狭义相对论结合形成原子核物理学，指

23、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、半导体技术和激光技术等奠定了理论基础。导体技术和激光技术等奠定了理论基础。第22页，本讲稿共23页总结总结主要成就主要成就意义意义伽利伽利略略落体定律落体定律为经典力学奠定基础为经典力学奠定基础匀速运动、匀加速运动匀速运动、匀加速运动望远镜、关于托勒密望远镜、关于托勒密和哥白尼两大世界体系和哥白尼两大世界体系的对话（天文方面）的对话（天文方面）证明哥白尼的证明哥白尼的“日心说日心说”的正确性的正确性注重科学研究方法注重科学研究方法标志着物理学的真正开端标志着物理学的真正开端牛顿牛顿自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理（物体运动三大定律（物体运动三大定律和万有引力定律）和万有引力定律）标志着牛顿力学体系的形成标志着牛顿力学体系的形成标志着近代标志着近代科学的形成科学的形成爱因爱因斯坦斯坦相对论（狭义、广义）相对论（狭义、广义）光速不变原理光速不变原理P56页页为现为现代自然代自然科学和科学和现现代代技技术术革命提革命提供了重要的供了重要的理理论论基基础础解释光电效应出现的现解释光电效应出现的现象和光的本质象和光的本质进一步推动了理子论的发展进一步推动了理子论的发展普朗普朗克克量子论量子论P57页。页。第23页，本讲稿共23页