现代科学革命教学课件.ppt

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1、n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、171719C19C，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n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经过过三三次次实实地地测测量量证证实实了了牛牛顿顿的看法。的看法。n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，

2、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75757676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年这颗彗星果然如期出现，并被命名为哈雷彗星。年这颗彗星果然如期出现，并被命名为哈雷彗星。n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

3、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，并进而在此基础上又于星，并进而在此基础上又于19301930年发现冥王星。年发现冥王星。n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、171719C19C，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n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

4、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？它它的的传传播播介介质质是是什什么么？物物理理学学家家给给光找了个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”

5、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的概概念念为为人人们们所所普普遍遍接接受受，形形成成了了一一门门“以太学以太学”。n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“以太风以太风”存在与否。

6、存在与否。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“以以太太”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n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

7、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n1905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，爱爱因因斯斯坦坦2626岁岁，接接连连写写下下4 4篇篇改变整个改变整个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、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

8、斯斯坦坦发发表表了了广广义义相相对对论论基础，最具创见也是最伟大的贡献：基础，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理论）力理论）n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n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

9、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止的钟走得慢（钟慢效应）、运动的物体重量变大。静止的钟走得慢（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。n相对论第第2525课课 现代科学革命现代科学革命n霍金的警告第第2525课课 现代科学革命现代科学革命n爱因斯坦与相对论二、爱因斯坦与相对论

10、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n普朗克与量子论第第2525课课 现代科学革命现代科学革命18751875年时，普朗克在慕尼黑大学学物理，物理年时，普

11、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

12、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n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n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温度有关其温

13、度有关，因而被称之为热辐射。，因而被称之为热辐射。n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，阿阿基基里里斯只能离乌龟越来越近斯只能离乌龟越来越近,却永远追不上乌

14、龟。却永远追不上乌龟。n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n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