推开物理的大门精品文稿.ppt

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1、推开物理的大门第1页，本讲稿共11页1：牛顿(经典力学、光学)牛顿（牛顿（SirIsaacNewtonFRS,1643SirIsaacNewtonFRS,1643年年1 1月月4 4日日-1727-1727年年3 3月月3131日）爵士，日）爵士，英国皇家学会会员，是一位英国物理学家、数学家、天文学家、自然哲学家英国皇家学会会员，是一位英国物理学家、数学家、天文学家、自然哲学家和炼金术士。他在和炼金术士。他在16871687年发表的论文年发表的论文自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理里，对万有引力里，对万有引力和三大运动定律进行了描述。这些描述奠定了此后三个世纪里牛顿像和三大运动定律进行了描述

2、。这些描述奠定了此后三个世纪里牛顿像(21(21张张)物理物理世界的科学观点，并成为了现代工程学的基础。他通过论证开普勒行星运动定律世界的科学观点，并成为了现代工程学的基础。他通过论证开普勒行星运动定律与他的引力理论间的一致性，展示了地面物体与天体的运动都遵循着相同的自然与他的引力理论间的一致性，展示了地面物体与天体的运动都遵循着相同的自然定律；从而消除了对太阳中心说的最后一丝疑虑，并推动了科学革命。在力学上，定律；从而消除了对太阳中心说的最后一丝疑虑，并推动了科学革命。在力学上，牛顿阐明了动量和角动量守恒之原理。在光学上，他发明了反射式望远镜，并基牛顿阐明了动量和角动量守恒之原理。在光学上，

3、他发明了反射式望远镜，并基于对三棱镜将白光发散成可见光谱的观察，发展出了颜色理论。他还系统地表述于对三棱镜将白光发散成可见光谱的观察，发展出了颜色理论。他还系统地表述了冷却定律，并研究了音速。在数学上，牛顿与戈特弗里德了冷却定律，并研究了音速。在数学上，牛顿与戈特弗里德 莱布尼茨分享了发莱布尼茨分享了发展出微积分学的荣誉。他也证明了广义二项式定理，提出了展出微积分学的荣誉。他也证明了广义二项式定理，提出了“牛顿法牛顿法”以趋以趋近函数的零点，并为幂级数的研究作出了贡献。在近函数的零点，并为幂级数的研究作出了贡献。在20052005年，英国皇家学会进年，英国皇家学会进行了一场行了一场“谁是科学史

4、上最有影响力的人谁是科学史上最有影响力的人”的民意调查，牛顿被认为比阿尔的民意调查，牛顿被认为比阿尔伯特伯特 爱因斯坦更具影响力。爱因斯坦更具影响力。第2页，本讲稿共11页2 2：爱因斯坦：爱因斯坦(相对论、量子力学奠基人)爱因斯坦（爱因斯坦（AlbertEinsteinAlbertEinstein，18791879年年3 3月月1414日日-1955-1955年年4 4月月1818日），举世闻名的德裔美国科学日），举世闻名的德裔美国科学家，现代物理学的开创者和奠基人。爱因斯坦家，现代物理学的开创者和奠基人。爱因斯坦19001900年毕业于苏黎世工业大学，年毕业于苏黎世工业大学，1909190

5、9年开始年开始在大学任教，在大学任教，19141914年任威廉皇家物理研究所所长兼柏林大学教授。后因二战爆发移居美国，年任威廉皇家物理研究所所长兼柏林大学教授。后因二战爆发移居美国，19401940年入美国国籍。年入美国国籍。十九世纪末期是物理学的变革时期，爱因斯坦从实验事实出发，从新考查了物理学的十九世纪末期是物理学的变革时期，爱因斯坦从实验事实出发，从新考查了物理学的基本概念，在理论上作出了根本性的突破。他的一些成就大大推动了天文学的发展。基本概念，在理论上作出了根本性的突破。他的一些成就大大推动了天文学的发展。他的量子理论对天体物理学、特别是理论天体物理学都有很大的影响。理论天体物理他的

6、量子理论对天体物理学、特别是理论天体物理学都有很大的影响。理论天体物理学的第一个成熟的方面学的第一个成熟的方面恒星大气理论，就是在量子理论和辐射理论的基础上建立起来恒星大气理论，就是在量子理论和辐射理论的基础上建立起来的。爱因斯坦的狭义相对论成功地揭示了能量与质量之间的关系，解决了长期存在的恒星能的。爱因斯坦的狭义相对论成功地揭示了能量与质量之间的关系，解决了长期存在的恒星能源来源的难题。近年来发现越来越多的高能物理现象，狭义相对论已成为解释这种现象的一源来源的难题。近年来发现越来越多的高能物理现象，狭义相对论已成为解释这种现象的一种最基本的理论工具。其广义相对论也解决了一个天文学上多年的不解

7、之谜，并推断出后来种最基本的理论工具。其广义相对论也解决了一个天文学上多年的不解之谜，并推断出后来被验证了的光线弯曲现象，还成为后来许多天文概念的理论基础。被验证了的光线弯曲现象，还成为后来许多天文概念的理论基础。爱因斯坦对天文学最大的贡献莫过于他的宇宙学理论。他创立了相对论宇宙学，建立了静态爱因斯坦对天文学最大的贡献莫过于他的宇宙学理论。他创立了相对论宇宙学，建立了静态有限无边的自洽的动力学宇宙模型，并引进了宇宙学原理、弯曲空间等新概念，大大推动了有限无边的自洽的动力学宇宙模型，并引进了宇宙学原理、弯曲空间等新概念，大大推动了现代天文学的发展。现代天文学的发展。第3页，本讲稿共11页3：麦克

8、斯韦：麦克斯韦(经典电动力学、经典统计力学)詹姆斯詹姆斯 克拉克克拉克 麦克斯韦，英国物理学家、数学家。麦克斯韦主要从事电磁理论、分子物理学、统计物理学、光学、力学、弹性理论方面麦克斯韦，英国物理学家、数学家。麦克斯韦主要从事电磁理论、分子物理学、统计物理学、光学、力学、弹性理论方面的研究。尤其是他建立的电磁场理论，将电学、磁学、光学统一起来，是的研究。尤其是他建立的电磁场理论，将电学、磁学、光学统一起来，是1919世纪物理学发展的最光辉的成果，是科学史上世纪物理学发展的最光辉的成果，是科学史上最伟大的综合之一。他预言了电磁波的存在。这种理论遇见后来得到了充分的实验验证。他为物理学树起最伟大的

9、综合之一。他预言了电磁波的存在。这种理论遇见后来得到了充分的实验验证。他为物理学树起了一座丰碑。造福于人类的无线电技术，就是以电磁场理论为基础发展起来的。麦克斯韦大约于了一座丰碑。造福于人类的无线电技术，就是以电磁场理论为基础发展起来的。麦克斯韦大约于18551855年开年开始研究电磁学，在潜心研究了法拉第关于电磁学方面的新理论和思想之后，坚信法拉第的新理论包含着真理。于是始研究电磁学，在潜心研究了法拉第关于电磁学方面的新理论和思想之后，坚信法拉第的新理论包含着真理。于是他抱着给法拉第的理论他抱着给法拉第的理论“提供数学方法基础提供数学方法基础”的愿望，决心把法拉第的天才思想以清晰准确的数学形

10、式表示出来。的愿望，决心把法拉第的天才思想以清晰准确的数学形式表示出来。他在前人成就的基础上，对整个电磁现象作了系统、全面的研究，凭借他高深的数学造诣和丰富的想象力接连发表他在前人成就的基础上，对整个电磁现象作了系统、全面的研究，凭借他高深的数学造诣和丰富的想象力接连发表了电磁场理论的三篇论文：了电磁场理论的三篇论文：论法拉第的力线论法拉第的力线（18551855年年1212月至月至18561856年年2 2月）；月）；论物理的力线论物理的力线（18611861至至18621862年）；年）；电磁场的动力学理论电磁场的动力学理论（18641864年年1212月月8 8日）。对前人和他自己的工作

11、进行了综合概括，将电磁场理论用简洁、对称、完美数日）。对前人和他自己的工作进行了综合概括，将电磁场理论用简洁、对称、完美数学形式表示出来，经后人整理和改写，成为经典电动力学主要基础的麦克斯韦方程组。据此，学形式表示出来，经后人整理和改写，成为经典电动力学主要基础的麦克斯韦方程组。据此，18651865年他预言了电磁波的存在，电磁波只年他预言了电磁波的存在，电磁波只可能是横波，并计算了电磁波的传播速度等于光速，同时得出结论：光是电磁波的一种形式，揭示了光现象和电磁现象之间的联系。可能是横波，并计算了电磁波的传播速度等于光速，同时得出结论：光是电磁波的一种形式，揭示了光现象和电磁现象之间的联系。1

12、8881888年德国物理学家赫兹用实验验证了电磁波的存在。麦克斯韦于年德国物理学家赫兹用实验验证了电磁波的存在。麦克斯韦于18731873年出版了科学名著年出版了科学名著电磁理论电磁理论。系统、全面、完美地阐述了电磁场理论。这一理论成为经典物理学的重要支柱之一。在热力学与统计物理学方面麦系统、全面、完美地阐述了电磁场理论。这一理论成为经典物理学的重要支柱之一。在热力学与统计物理学方面麦克斯韦也作出了重要贡献，他是气体动理论的创始人之一。克斯韦也作出了重要贡献，他是气体动理论的创始人之一。18591859年他首次用统计规律得出麦克斯韦速度分布律，年他首次用统计规律得出麦克斯韦速度分布律，从而找到

13、了由微观两求统计平均值的更确切的途径。从而找到了由微观两求统计平均值的更确切的途径。18661866年他给出了分子按速度的分布函数的新推导方法，这种方年他给出了分子按速度的分布函数的新推导方法，这种方法是以分析正向和反向碰撞为基础的。他引入了驰豫时间的概念，发展了一般形式的输运理论，并把它应用于扩散、热传导和法是以分析正向和反向碰撞为基础的。他引入了驰豫时间的概念，发展了一般形式的输运理论，并把它应用于扩散、热传导和气体内摩擦过程。气体内摩擦过程。18671867年引入了年引入了“统计力学统计力学”这个术语。麦克斯韦是运用数学工具分析物理问题和精确地表这个术语。麦克斯韦是运用数学工具分析物理问

14、题和精确地表述科学思想的大师，他非常重视实验，由他负责建立起来的卡文迪什实验室，在他和以后几位主任的领导述科学思想的大师，他非常重视实验，由他负责建立起来的卡文迪什实验室，在他和以后几位主任的领导下，发展成为举世闻名的学术中心之一。下，发展成为举世闻名的学术中心之一。第4页，本讲稿共11页5:狄拉克狄拉克(量子力学理论体系的完成者)英国物理学家。英国物理学家。19021902年年8 8月月8 8日诞生在英格兰布里斯托尔。量子力学的创始人之一。日诞生在英格兰布里斯托尔。量子力学的创始人之一。狄拉克对物理学的主要贡献是发展了量子力学，提出了著名的狄拉克方程，并且从理狄拉克对物理学的主要贡献是发展了

15、量子力学，提出了著名的狄拉克方程，并且从理论上预言了正电子的存在。狄拉克青年时代正好是原子物理学实验积累了大量材料、论上预言了正电子的存在。狄拉克青年时代正好是原子物理学实验积累了大量材料、量子理论处于急剧变革的时代。量子理论处于急剧变革的时代。第5页，本讲稿共11页6:玻尔玻尔玻尔玻尔（量子力学奠基人）玻尔（玻尔（1885.10.071885.10.071962.11.181962.11.18），全名：尼尔斯），全名：尼尔斯 亨瑞克亨瑞克 戴维戴维 玻尔（玻尔（NielsNielsHenrikDavidBohrHenrikDavidBohr），丹麦人，是原子物理学的奠基人。他在研究量子运动时

16、，），丹麦人，是原子物理学的奠基人。他在研究量子运动时，提出了一整套新观点，建立了原子的量子论，首次打开了人类认识原子结构的大提出了一整套新观点，建立了原子的量子论，首次打开了人类认识原子结构的大门，为近代物理研究开辟了道路。近代物理学大厦的基础量子力学，是以玻尔门，为近代物理研究开辟了道路。近代物理学大厦的基础量子力学，是以玻尔为领袖的一代杰出物理学家集体才华的结晶。为领袖的一代杰出物理学家集体才华的结晶。19221922年诺贝尔物理学奖获得者。年诺贝尔物理学奖获得者。他是一位卓越的科学研究工作的领导和组织者，他是一位卓越的科学研究工作的领导和组织者，19211921年创建了哥本哈根理论年创

17、建了哥本哈根理论物理研究所，并逐渐在物理学界形成了举世闻名的物理研究所，并逐渐在物理学界形成了举世闻名的“哥本哈根学派哥本哈根学派”。玻尔。玻尔还是一位杰出的人道主义者和社会活动家，当法西斯注意在欧洲横行的时候，还是一位杰出的人道主义者和社会活动家，当法西斯注意在欧洲横行的时候，他曾帮助一大批德国和意大利学者免遭迫害。第二次世界大战中，为了反对他曾帮助一大批德国和意大利学者免遭迫害。第二次世界大战中，为了反对法西斯，他参加研制原子弹。战后，他又是呼吁和平利用原子能的知名人士。法西斯，他参加研制原子弹。战后，他又是呼吁和平利用原子能的知名人士。第6页，本讲稿共11页7:7:普朗克普朗克(量子力学

18、奠基人)马克斯马克斯 普朗克普朗克(1858(1858年年4 4月月2323日日-1947-1947年年1010月月4 4日日)，德国物理学家，量子力学，德国物理学家，量子力学的创始人，二十世纪最重要的物理学家之一，因发现能量量子而对物理学的进展的创始人，二十世纪最重要的物理学家之一，因发现能量量子而对物理学的进展做出了重要贡献，并在做出了重要贡献，并在19181918年获得诺贝尔物理学奖。量子力学的发展被认为是年获得诺贝尔物理学奖。量子力学的发展被认为是2020世纪最重要的科学发展，其重要性可以同爱因斯坦的相对论相媲美。世纪最重要的科学发展，其重要性可以同爱因斯坦的相对论相媲美。第7页，本讲

19、稿共11页8:费曼费曼(量子电动力学、量子力学路径积分表示)理查德理查德 费曼费曼RichardFeynmanRichardFeynman（19181918年年5 5月月1111日日19881988年年2 2月月1515日）美国著名日）美国著名的物理学家。的物理学家。19651965年诺贝尔物理奖得主。提出了费曼图、费曼规则和重正化的计年诺贝尔物理奖得主。提出了费曼图、费曼规则和重正化的计算方法，是研究量子电动力学和粒子物理学不可缺少的工具。算方法，是研究量子电动力学和粒子物理学不可缺少的工具。第8页，本讲稿共11页9:法拉第法拉第(电磁学实验研究电磁学实验研究)迈克尔迈克尔 法拉第（法拉第（

20、MichaelFaradayMichaelFaraday，公元，公元17911791公元公元18671867）英国物理学）英国物理学家、化学家，也是著名的自学成才的科学家。生于萨里郡纽因顿一个贫家、化学家，也是著名的自学成才的科学家。生于萨里郡纽因顿一个贫苦铁匠家庭。仅上过小学。苦铁匠家庭。仅上过小学。18311831年，他作出了关于力场的关键性突破，永年，他作出了关于力场的关键性突破，永远改变了人类文明。远改变了人类文明。18151815年年5 5月回到皇家研究所在戴维指导下进行化学研究。月回到皇家研究所在戴维指导下进行化学研究。18241824年年1 1月当选皇家学会会员，月当选皇家学会会

21、员，18251825年年2 2月任皇家研究所实验室主任，月任皇家研究所实验室主任，1833-1833-1862-1862任皇家研究所化学教授。任皇家研究所化学教授。18461846年荣获伦福德奖章和皇家勋章。年荣获伦福德奖章和皇家勋章。第9页，本讲稿共11页10:薛定谔薛定谔(量子力学创建者量子力学创建者)奥地利物理学家。概率波动力学的创始人。奥地利物理学家。概率波动力学的创始人。18871887年年8 8月月1212日生于维也纳，日生于维也纳，19611961年年11月月4 4日卒于奥地利的阿尔卑巴赫山村。日卒于奥地利的阿尔卑巴赫山村。19061906年入维也纳大学物理系年入维也纳大学物理系

22、学习。学习。19101910年获博士学位。毕业后，在维也纳大学第二物理研究所工作，直到年获博士学位。毕业后，在维也纳大学第二物理研究所工作，直到19201920年以前主要在维也纳大学任教，年以前主要在维也纳大学任教，1921192119271927年在苏黎世大学任教，开头几年，他年在苏黎世大学任教，开头几年，他主要研究有关热学的统计理论问题，写出了有关气体和反应动力学、振动、点阵振动主要研究有关热学的统计理论问题，写出了有关气体和反应动力学、振动、点阵振动（及其对内能的贡献）的热力学以及统计等方面的论文。他还研究过色觉理论，他对（及其对内能的贡献）的热力学以及统计等方面的论文。他还研究过色觉理论，他对有关红绿色盲和蓝黄色盲频率之间的关系的解释为生理学家们所接受。有关红绿色盲和蓝黄色盲频率之间的关系的解释为生理学家们所接受。第10页，本讲稿共11页谢谢观看第11页，本讲稿共11页