(精品)第11课　物理学的重大进展 (3).ppt

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1、第四单元第四单元 近代以来世界的科学发展历程近代以来世界的科学发展历程科学勃兴科学勃兴 进展辉煌进展辉煌转化生产转化生产 科技革命科技革命文艺复兴文艺复兴 思想解放思想解放-经典力学、相对经典力学、相对论和量子论、进化论论和量子论、进化论-三次科技革命三次科技革命科科技技历历程程单元线索单元线索 物理学物理学领域的重大进展；领域的重大进展；生物学生物学关于人类生命的起源关于人类生命的起源 三次科技革命三次科技革命的成果及对社会发的成果及对社会发 展的影响。展的影响。本单元总体知识结构本单元总体知识结构 科科学学革革命命技技术术革革命命物理学物理学领域领域生物学生物学领域领域经典力学体系的创立和

2、发展（从伽利略到牛顿）经典力学体系的创立和发展（从伽利略到牛顿）量量子子理理论论的的诞诞生生（从从普普朗朗克克到到爱爱因斯坦）因斯坦）相对论的建立（爱因斯坦）相对论的建立（爱因斯坦）进化论理论（达尔文与赫胥黎）进化论理论（达尔文与赫胥黎）万能蒸汽机与万能蒸汽机与“蒸汽时代蒸汽时代”（瓦特）（瓦特）电力的广泛应用与电力的广泛应用与“电气时代电气时代”（法拉第、西门子等）（法拉第、西门子等）现代信息技术与信息时代现代信息技术与信息时代现现 代代 物物 理理学学 理理 论论 的的发展发展传统科技与近代科技传统科技与近代科技项目项目传统科技传统科技 近代科技近代科技考察考察对象对象把自然界作为一把自然

3、界作为一个整体个整体 把自然界划分为把自然界划分为不同的领域不同的领域和侧面，和侧面，分门别类加以研究，逐步形成分门别类加以研究，逐步形成以某一类以某一类自然现象为研究对象的自然科学自然现象为研究对象的自然科学的各门的各门学科学科研究研究手段手段依靠依靠直观感受直观感受和和哲学思辨哲学思辨对自然对自然界提出种种界提出种种猜测猜测 依靠依靠科学实验科学实验来检验和发展科学理论，来检验和发展科学理论，应用数学方法使科学知识日益精确化应用数学方法使科学知识日益精确化科学科学与技与技术的术的关系关系科学与技术科学与技术相分离。相分离。科学与技术从一开始就科学与技术从一开始就相互联系相互联系，并，并逐步

4、走向逐步走向密切结合密切结合，技术技术在科学的指导在科学的指导和推动下和推动下取得取得了长足了长足进步进步。什么是近代科学？什么是近代科学？近代科学是在收集材料的基础上，从现象深近代科学是在收集材料的基础上，从现象深近代科学是在收集材料的基础上，从现象深近代科学是在收集材料的基础上，从现象深入到本质，从经验定律上升为系统的科学理论。入到本质，从经验定律上升为系统的科学理论。入到本质，从经验定律上升为系统的科学理论。入到本质，从经验定律上升为系统的科学理论。它是建立在观察、试验基础上的它是建立在观察、试验基础上的它是建立在观察、试验基础上的它是建立在观察、试验基础上的实验科学实验科学实验科学实验

5、科学，并广泛应用并广泛应用并广泛应用并广泛应用数学方法数学方法数学方法数学方法使科学知识日益精确化；同时使科学知识日益精确化；同时使科学知识日益精确化；同时使科学知识日益精确化；同时发展了以发展了以发展了以发展了以实验事实实验事实实验事实实验事实为根据和以为根据和以为根据和以为根据和以归纳推理归纳推理归纳推理归纳推理为主要手段为主要手段为主要手段为主要手段的研究方法，确立了一系列定量的的研究方法，确立了一系列定量的的研究方法，确立了一系列定量的的研究方法，确立了一系列定量的科学定律科学定律科学定律科学定律。探究：他们分别是什么人？有什么贡献？探究：他们分别是什么人？有什么贡献？第第1111课课

6、 物理学的重大进展物理学的重大进展伽利略伽利略 牛顿牛顿 爱因斯坦爱因斯坦 普朗克普朗克课程标准课程标准 了解了解经典力学的主要内容，经典力学的主要内容，认识认识其在近代其在近代自然科学理论发展中的历史地位。自然科学理论发展中的历史地位。怀疑怀疑（背景）（背景）16-1916-19世纪世纪近代物理学近代物理学探索探索（成就）（成就）进步进步（影响）（影响）19-2019-20世纪初世纪初现代物理学现代物理学 物理学的重大进展物理学的重大进展经典力学体系经典力学体系自然科学自然科学思想认识思想认识社会发展社会发展相对论和量子论相对论和量子论对经典力学对经典力学体系的怀疑体系的怀疑自然科学自然科学

7、思想认识思想认识经济发展经济发展对中世纪世对中世纪世界观的怀疑界观的怀疑 科学技术是第一生产力科学技术是第一生产力 近代自然科学是以天文学的革命为开近代自然科学是以天文学的革命为开端的。端的。哥白尼：哥白尼：太阳中心说太阳中心说(1513(1513年年)布鲁诺布鲁诺(1548-1600)(1548-1600)：信奉太阳中心信奉太阳中心 开普勒：开普勒：行星沿椭圆形轨道绕太阳运行星沿椭圆形轨道绕太阳运行行(1609(1609年年)伽利略：伽利略：自制天文望远镜进行天文观自制天文望远镜进行天文观察察(“哥伦布发现了新大陆，伽利略发现哥伦布发现了新大陆，伽利略发现了新宇宙了新宇宙”)(1609(16

8、09年年)文艺复兴；资本主义发展文艺复兴；资本主义发展科学领域科学领域古希腊科学家古希腊科学家亚里士多德亚里士多德“落体的速度与重落体的速度与重量成正比量成正比”“物体从来都是静物体从来都是静止的，除非你用力止的，除非你用力推它才开始运动推它才开始运动”亚里士多德是如何亚里士多德是如何解读物体运动的？解读物体运动的？中世纪时，基督中世纪时，基督教会宣扬的宇宙教会宣扬的宇宙观是：宇宙是一观是：宇宙是一个封闭的大盒子个封闭的大盒子或大帐篷。后来，或大帐篷。后来，亚里士多德和托亚里士多德和托勒密所提出的勒密所提出的希希腊宇宙体系腊宇宙体系逐渐逐渐深入人心，托马深入人心，托马斯斯阿奎那将亚阿奎那将亚里

9、士多德理论融入基督教神学之后，里士多德理论融入基督教神学之后，地心理论地心理论即即获得了正统地位。获得了正统地位。地球居宇宙中心地球居宇宙中心的思想被赋予的思想被赋予了宗教意义。上帝位处宇宙的最外层，推动着宇了宗教意义。上帝位处宇宙的最外层，推动着宇宙的运行，宙的运行，注视着人类的一举一动。注视着人类的一举一动。哥白尼哥白尼(1473(14731543)1543)提出提出“太阳中心说太阳中心说”(1513(1513年年)，否定亚里士多德的否定亚里士多德的地心说地心说，掀起，掀起天文学的革命天文学的革命，沉重地打击了教会的宇宙观。沉重地打击了教会的宇宙观。从从根本上动摇了宗教神学的理论基础根本上

10、动摇了宗教神学的理论基础。地心说地心说日心说日心说信奉并宣传日心说和宇宙观的信奉并宣传日心说和宇宙观的布鲁诺布鲁诺(1548-1600)(1548-1600)被教会以火刑处死。被教会以火刑处死。开普勒开普勒(1571(15711630)1630)德国天文学家德国天文学家开普勒开普勒发现了行星运动的三发现了行星运动的三大定律即：行星沿椭圆形轨道绕太阳运行大定律即：行星沿椭圆形轨道绕太阳运行(1609(1609年年)。为哥白尼的日心说提供了最为哥白尼的日心说提供了最可靠的证据。可靠的证据。伽利略伽利略对对亚里士多德亚里士多德力学观的力学观的否定否定 亚里士多德的力学观：必须有亚里士多德的力学观：必

11、须有力作用在物体上，物体才能运动，力作用在物体上，物体才能运动，没有力的作用，物体就会静止。没有力的作用，物体就会静止。如：如：“推箱子推箱子”的例子。的例子。伽利略通过观察、实验和推理，得出结伽利略通过观察、实验和推理，得出结论：如果运动物体不受阻碍，它将速度保论：如果运动物体不受阻碍，它将速度保持不变地持不变地持续运动持续运动下去。下去。研究表明，研究表明，外力外力并不是维持运动状态的并不是维持运动状态的原因，而只原因，而只是改变运动状态的原因。是改变运动状态的原因。（外力是维持运动状态的原因）（外力是维持运动状态的原因）（外力是维持运动状态的原因）（外力是维持运动状态的原因）探究：探究：

12、1 1、经典力学体系建立的历史背景是什么？、经典力学体系建立的历史背景是什么？思想条件思想条件：经济条件经济条件：主观条件主观条件：文艺复兴、宗教改革的推动文艺复兴、宗教改革的推动资本主义经济的发展资本主义经济的发展科学家的努力科学家的努力一、近代物理学一、近代物理学经典力学经典力学2 2、经典力学的奠基者、经典力学的奠基者伽利略（意大利伽利略（意大利）（1 1 1 1）伽利略的成果）伽利略的成果）伽利略的成果）伽利略的成果A A、物理方面：、物理方面：B B、天文学方面：、天文学方面：（2 2 2 2）伽利略的贡献）伽利略的贡献）伽利略的贡献）伽利略的贡献突出成果突出成果创立自由落体定律创立

13、自由落体定律制造天文望远镜、证明哥白尼制造天文望远镜、证明哥白尼“日心说日心说”的正确的正确性性A A、他的发现和他开始的、他的发现和他开始的科学研究方法科学研究方法，标志着物理学的真正开端，标志着物理学的真正开端.B B、为经典力学的创立奠定了基础、为经典力学的创立奠定了基础.C C、开创了近代科学，、开创了近代科学，被誉为被誉为“近代科学之父近代科学之父近代科学之父近代科学之父”。观察实验和逻辑论证观察实验和逻辑论证亚里士多德亚里士多德运动观运动观：物体物体“落体落体的速度与重量成正比的速度与重量成正比”据说伽利略据说伽利略曾在意大利曾在意大利比萨比萨斜塔斜塔上作过自由上作过自由落体的实验

14、。结落体的实验。结果两个果两个重量相差重量相差10倍倍的球同时落的球同时落地，从而证明了地，从而证明了亚里士多德的观亚里士多德的观点是点是错误错误的。的。伽利略通过实验发现伽利略通过实验发现：物体下落时的：物体下落时的距离与所用时间的平方成正比，而物距离与所用时间的平方成正比，而物体下落的速度与物体的质量无关，这体下落的速度与物体的质量无关，这就是著名的就是著名的自由落体定律自由落体定律。从而。从而纠正了纠正了这个持续了这个持续了1900年之久的错误结论。年之久的错误结论。16091609年，伽利略创制了天文望远镜。他观测年，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

15、图。到月球表面凹凸不平，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伽利略因支持哥白尼的日心说而接受教廷审讯 16331633年，罗马召令伽里略到罗马受审，强迫他签字年，罗马召令伽里略到罗马受审，强迫他签字“悔过悔过”并放弃哥白尼学说。伽利略受审近并放弃哥白尼学说。伽利略受审近300300年后，年后，即即19281928年，罗马教皇才在公开集会上承认对伽利略的年，罗马教皇才在公开集会上承认对伽利略的审判是错误的审判是错误的 。牛顿出生于英国的林肯郡，牛顿出生于英国的林肯郡，16651665年毕业于著名的年毕业于著名的剑桥大学三一学院，获得学士学位。三年

16、后又获得剑桥大学三一学院，获得学士学位。三年后又获得文学硕士学位。牛顿曾经长期担任英国皇家学会会文学硕士学位。牛顿曾经长期担任英国皇家学会会长，他还担任过英国议会议员，授予爵士称号。长，他还担任过英国议会议员，授予爵士称号。17271727年，他病逝，被安葬于威斯敏斯特教堂，这是年，他病逝，被安葬于威斯敏斯特教堂，这是一种极高的荣誉。一种极高的荣誉。牛顿故居位于英国伍尔索普领地，牛顿故居位于英国伍尔索普领地，16421642年的圣诞节，他就年的圣诞节，他就诞生在这座灰白色的石头建筑里。牛顿故居门前有那棵著名的诞生在这座灰白色的石头建筑里。牛顿故居门前有那棵著名的苹果树，就在这棵树下，牛顿领悟到

17、万有引力。树的下方立着苹果树，就在这棵树下，牛顿领悟到万有引力。树的下方立着一方绿色的铜质徽章，那是伊利莎白女王颁发的保护令。一方绿色的铜质徽章，那是伊利莎白女王颁发的保护令。牛顿故居牛顿故居 剑桥大学牛顿数学桥 数学桥又称牛顿桥，是位于剑桥大学内的一座木桥。相传，这数学桥又称牛顿桥，是位于剑桥大学内的一座木桥。相传，这座桥是牛顿运用数学和力学原理设计建造的，整座桥上没有使用一座桥是牛顿运用数学和力学原理设计建造的，整座桥上没有使用一根钉子，堪称是个奇迹。后来，好奇的学生把它拆下来，想看个究根钉子，堪称是个奇迹。后来，好奇的学生把它拆下来，想看个究竟。谁知拆下容易，恢复难！无论他们用什么方法，

18、就是恢复不了竟。谁知拆下容易，恢复难！无论他们用什么方法，就是恢复不了原样，连校方也无能为力，最后，不得不用钉子固定，才重新将木原样，连校方也无能为力，最后，不得不用钉子固定，才重新将木桥架起来。桥架起来。牛顿所处时代牛顿所处时代（1717世纪中叶至世纪中叶至1818世纪初）世纪初）的时代特征的时代特征 经济上：经济上：资本主义发展到手工工场时期资本主义发展到手工工场时期政治上：政治上：资本主义制度在英国确立资本主义制度在英国确立思想上：思想上：启蒙运动逐渐兴起和发展启蒙运动逐渐兴起和发展3 3、建立经典力学体系、建立经典力学体系A、标志：、标志：16871687年年自然哲学的数学原理自然哲学

19、的数学原理的出版。的出版。B、内容：、内容：提出了著名的万有引力定律和牛顿力学三定律提出了著名的万有引力定律和牛顿力学三定律。C、运用：、运用：利用该理论发现了海王星和冥王星。利用该理论发现了海王星和冥王星。D、意义：、意义：2 2、有助于人类解释与预见物理现象，为有助于人类解释与预见物理现象，为经典物理学经典物理学和和天文学天文学奠奠定了基础，标着人类科学时代的开始定了基础，标着人类科学时代的开始。（自然科学角度自然科学角度）3 3、牛顿力学和热学引发了以英国工业革命为起点的第一次技术牛顿力学和热学引发了以英国工业革命为起点的第一次技术革命，使人类进入蒸汽时代。革命，使人类进入蒸汽时代。（生

20、产力和社会发展角度）（生产力和社会发展角度）4 4、为启蒙思想和唯物主义哲学奠定科学基础。、为启蒙思想和唯物主义哲学奠定科学基础。（哲学角度）（哲学角度）、特征：、特征：以以实验实验为基础，以为基础，以数学数学为表达方式为表达方式。1 1、建立起一个完整的力学理论体系，实现了物理学史上第一次大、建立起一个完整的力学理论体系，实现了物理学史上第一次大飞跃。飞跃。一大飞跃，两个时代，三大基础一大飞跃，两个时代，三大基础 牛顿说：牛顿说：“我之所以有这样的成就，是因我之所以有这样的成就，是因为我站在巨人的肩膀上。为我站在巨人的肩膀上。”自然哲学的数学原理 16871687年，牛顿出版了力学经典著作年

21、，牛顿出版了力学经典著作自然哲学的数学自然哲学的数学原理原理，建立起了完整的力学理论体系，实现了物理学，建立起了完整的力学理论体系，实现了物理学史上的第一次大飞跃。史上的第一次大飞跃。第一件，用牛顿力学算第一件，用牛顿力学算出地球的形状象只桔子。出地球的形状象只桔子。古希腊的亚里士多德认为地古希腊的亚里士多德认为地球是个正球体，两千年来人球是个正球体，两千年来人们对此深信不疑。牛顿却根们对此深信不疑。牛顿却根据他的力学，说地球是个扁据他的力学，说地球是个扁球体，象只大桔子。此言一球体，象只大桔子。此言一出，学界哗然。地球那么大，出，学界哗然。地球那么大，牛顿又从不出远门，他凭什牛顿又从不出远门

22、，他凭什么说地球有点扁？可是法国么说地球有点扁？可是法国科学家经过三次实地测量，科学家经过三次实地测量，终于证实了牛顿的看法。用终于证实了牛顿的看法。用力学能算出地球的形状，真力学能算出地球的形状，真是个奇迹。是个奇迹。历史上证实牛顿历史上证实牛顿力学的三件事力学的三件事第二件，用牛顿力学算出了哈雷彗星回归周期第二件，用牛顿力学算出了哈雷彗星回归周期长长期以来到，人们一直认为彗星是神秘的，根本不能用期以来到，人们一直认为彗星是神秘的，根本不能用科学来说明。牛顿说，既然彗星也是天体，就必然遵科学来说明。牛顿说，既然彗星也是天体，就必然遵循力学规律。他的好友哈雷用牛顿力学算出了循力学规律。他的好友

23、哈雷用牛顿力学算出了16821682年年出现的彗星的轨道，指出它的回归周期是出现的彗星的轨道，指出它的回归周期是75757676年，年，由此预言它将在由此预言它将在17581758年再次出现。哈雷年再次出现。哈雷17051705年发表这年发表这个预言，当时他已个预言，当时他已4949岁，却要预言岁，却要预言5353年以后的事，岂年以后的事，岂非耸人听闻？可是非耸人听闻？可是17581758年这颗彗星果然如期出现，并年这颗彗星果然如期出现，并被命名为哈雷彗星。被命名为哈雷彗星。1781 1781年天王星被发现，年天王星被发现，科学家用牛顿力学计算科学家用牛顿力学计算它的轨道，可是计算结它的轨道，

24、可是计算结果总是同观测纪录不大果总是同观测纪录不大相符。经反复核算，观相符。经反复核算，观测无误。那问题是否出测无误。那问题是否出现在牛顿力学上面？现在牛顿力学上面？科学家大胆猜想计算结果之所以不理想，是因为太阳系科学家大胆猜想计算结果之所以不理想，是因为太阳系中还有一颗未知的行星，我们没有考虑到它对天王星的中还有一颗未知的行星，我们没有考虑到它对天王星的引力作用。他们用牛顿力学算出了这颗未知行星的位置引力作用。他们用牛顿力学算出了这颗未知行星的位置和质量。和质量。18481848年年9 9月月2323日，柏林天文台台长用望远镜对准日，柏林天文台台长用望远镜对准那个位置，一下子就看到了一颗新的

25、行星那个位置，一下子就看到了一颗新的行星海王星海王星。他。他们们无需观测星空，就在笔尖上发现了新行星。牛顿力学无需观测星空，就在笔尖上发现了新行星。牛顿力学又创造了新的奇迹。又创造了新的奇迹。第三件：第三件：用牛顿力学算出了一颗未用牛顿力学算出了一颗未知行星的位置知行星的位置人物人物贡献贡献影响影响经经典典力力学学奠奠基基者者建建立立者者伽伽利利略略牛牛顿顿标志：标志：1687年牛顿发表年牛顿发表自自然哲学的数学原理然哲学的数学原理成就：成就：物体运动三大定律；物体运动三大定律；万有引力定律；形成了以实万有引力定律；形成了以实验为基础、以数学为表达形验为基础、以数学为表达形式的经典力学体系；式

26、的经典力学体系；创立科学的研究方法：实验创立科学的研究方法：实验和观察。和观察。物理学：实验证明物理学：实验证明力与运动状态的关系，发现自力与运动状态的关系，发现自由落体定律等。由落体定律等。天文学：自天文学：自制望远镜观察天体并取得大量制望远镜观察天体并取得大量成果的第一人，证明了哥白尼成果的第一人，证明了哥白尼“日心说日心说”的正确性。的正确性。对解释和预见对解释和预见物理现象有决定物理现象有决定意义意义;标志着近标志着近代科学的形成；代科学的形成；促进了两次科技促进了两次科技革命的出现。革命的出现。开创了以实验开创了以实验事实为根据并具事实为根据并具有严密逻辑体系有严密逻辑体系的近代科学

27、的近代科学,(,(近近代科学之父代科学之父)为为经典力学的创立经典力学的创立和发展奠定了基和发展奠定了基础。开辟了天文础。开辟了天文学的新时代。学的新时代。解析低速运动、宏观世界物理现象。无解析低速运动、宏观世界物理现象。无法解释微观高速运动现象。法解释微观高速运动现象。难点突破难点突破：经典力学在近代自然科学理论经典力学在近代自然科学理论发展中的历史地位及其影响。发展中的历史地位及其影响。牛顿力学体系牛顿力学体系对自然界的力学现象做了系对自然界的力学现象做了系统合理的说明，从而完成了统合理的说明，从而完成了人类对自然界认人类对自然界认识史上的第一次理论大综合识史上的第一次理论大综合。伽利略的

28、发现伽利略的发现标志着物理学的真正开端，标志着物理学的真正开端，为经典力学的建立奠定了基础为经典力学的建立奠定了基础。三百年前，人类的思想还充斥着迷信和恐惧，水三百年前，人类的思想还充斥着迷信和恐惧，水三百年前，人类的思想还充斥着迷信和恐惧，水三百年前，人类的思想还充斥着迷信和恐惧，水为什么往低处流？太阳为什么升起落下？这些今天看为什么往低处流？太阳为什么升起落下？这些今天看为什么往低处流？太阳为什么升起落下？这些今天看为什么往低处流？太阳为什么升起落下？这些今天看来简单之极的问题，在当时却是根本无法认识和把握来简单之极的问题，在当时却是根本无法认识和把握来简单之极的问题，在当时却是根本无法认

29、识和把握来简单之极的问题，在当时却是根本无法认识和把握的。直到牛顿出现，人类才终于结束了这种状态。的。直到牛顿出现，人类才终于结束了这种状态。的。直到牛顿出现，人类才终于结束了这种状态。的。直到牛顿出现，人类才终于结束了这种状态。大国崛起大国崛起大国崛起大国崛起解说词解说词解说词解说词难点突破难点突破：经典力学在近代自然科学理论经典力学在近代自然科学理论发展中的历史地位及其影响。发展中的历史地位及其影响。（1）经典力学具有）经典力学具有惊人的预见性惊人的预见性和巨大的理和巨大的理论指导意义。论指导意义。A A A A、准确算出了、准确算出了、准确算出了、准确算出了地球的平均密度和扁平率地球的平

30、均密度和扁平率地球的平均密度和扁平率地球的平均密度和扁平率B B B B、正确地解释了、正确地解释了、正确地解释了、正确地解释了潮汐的成因潮汐的成因潮汐的成因潮汐的成因C C C C、发现了、发现了、发现了、发现了海王星、冥王星海王星、冥王星海王星、冥王星海王星、冥王星（2）经典力学促进了）经典力学促进了两次科技革命两次科技革命的出现。的出现。（3）经典力学打击了神学，促进了人们）经典力学打击了神学，促进了人们思想思想解放解放。（4）经典力学为量子论和相对论奠定了理论）经典力学为量子论和相对论奠定了理论基础，标志着基础，标志着近代科学的形成近代科学的形成。1919世纪经典物理学达到巅峰状态，在

31、人们心世纪经典物理学达到巅峰状态，在人们心目中，经典物理学已经达到近乎完美的程度。目中，经典物理学已经达到近乎完美的程度。这时，年轻的德国人普朗克和他的老师发生了这时，年轻的德国人普朗克和他的老师发生了一段对话：一段对话：普朗克：普朗克：“老师，我准备把我的一生都献老师，我准备把我的一生都献给物理理论学！给物理理论学！”老师：老师：“年轻人，物理学是一门已经完成年轻人，物理学是一门已经完成了的学科，不会再有多大的发展，把一生都献了的学科，不会再有多大的发展，把一生都献给这门学科，太可惜了。给这门学科，太可惜了。”物理学真的已经完成了吗？物理学真的已经完成了吗？u19世纪末，物理学界连续发生了三

32、个重大事件，这就是X射线、放射性和电子的发现。这三大发现以实验事实使得原子不可分、不变化的传统观念发生了动摇。物理学家们曾认为的似乎已经基本上完成了的经典物理学体系，从根本上出现了动摇，这就是所谓的“物理学危机”。u经典力学所研究的是人们日常生活中易于理解的宏观世界，三大发现所揭示的却是人们没有直接经验的微观现象，这表明人们对物质世界的认识已经深入了一个层次。19世纪末，物理学界的重大研究世纪末，物理学界的重大研究课题是课题是黑体辐射黑体辐射问题。问题。高速运动的微观粒子发生的现象，高速运动的微观粒子发生的现象，是经典力学无法解释的！是经典力学无法解释的！微观世界微观世界怀怀 疑疑1919世纪

33、，科学飞速发展经典力世纪，科学飞速发展经典力学体系的无法解释一些新问题学体系的无法解释一些新问题探究：探究：1 1、近代物理学发展到现代物理近代物理学发展到现代物理学的历史背景学的历史背景？（？（经典力学遭遇挑战的原因）经典力学遭遇挑战的原因）自身局限：自身局限：思想条件：思想条件：主观条件：主观条件：宏观、低速、绝对时空观宏观、低速、绝对时空观生产力的进一步发展生产力的进一步发展（两次工业革命）（两次工业革命）科学家的探索精神科学家的探索精神（怀疑、求真）（怀疑、求真）启蒙运动的影响启蒙运动的影响（理性主义）（理性主义）经济条件：经济条件：自身需要：自身需要：研究领域的拓展研究领域的拓展 物

34、理学危机物理学危机二、现代物理学二、现代物理学相对论和量子论相对论和量子论一、背景：一、背景：经典力学存在经典力学存在局限性局限性，面临着，面临着危机危机和和挑战挑战建立在建立在绝对时空观的理论绝对时空观的理论之上之上适用的范围主要是人们适用的范围主要是人们日常生活日常生活中的物理现象中的物理现象二、相对论的创立高速运动中的物理现象高速运动中的物理现象微观粒子的运动微观粒子的运动经典力学无法解释物理学研究中遇到的一些新问题：经典力学无法解释物理学研究中遇到的一些新问题：狭义相对论狭义相对论创立创立创立创立1905190519051905年爱因斯坦发表年爱因斯坦发表年爱因斯坦发表年爱因斯坦发表

35、，创立了狭义相对论创立了狭义相对论创立了狭义相对论创立了狭义相对论内容内容内容内容：时间和空间都与物质运动有关时间和空间都与物质运动有关时间和空间都与物质运动有关时间和空间都与物质运动有关时间和空间随着物质运动速度的变化而变化时间和空间随着物质运动速度的变化而变化时间和空间随着物质运动速度的变化而变化时间和空间随着物质运动速度的变化而变化影响：影响：影响：影响：打破了打破了打破了打破了牛顿经典力学的绝对时空观牛顿经典力学的绝对时空观牛顿经典力学的绝对时空观牛顿经典力学的绝对时空观继承和发展了继承和发展了继承和发展了继承和发展了牛顿力学牛顿力学牛顿力学牛顿力学奠定了奠定了奠定了奠定了利用原子能的

36、理论基础利用原子能的理论基础利用原子能的理论基础利用原子能的理论基础论动体的电动力学论动体的电动力学论动体的电动力学论动体的电动力学二、现代科学革命二、现代科学革命北极北极：赤道赤道：当速度接近光速时当速度接近光速时当速度达到光速时：当速度达到光速时：质量质量（重量重量）增加增加时间变慢时间变慢钟慢效应钟慢效应长度变短长度变短尺缩效应尺缩效应钟表不走了钟表不走了时间停止了时间停止了爱因斯坦关于相对论的比喻。爱因斯坦关于相对论的比喻。为了对这一深奥的理论做通俗的说明，为了对这一深奥的理论做通俗的说明，爱因斯坦曾经风趣地对一名男青年说：爱因斯坦曾经风趣地对一名男青年说：“我我打个比方，比如你屁股坐

37、在火炉上烤和坐在打个比方，比如你屁股坐在火炉上烤和坐在公园柳荫下与女士谈情说爱，那么，同样的公园柳荫下与女士谈情说爱，那么，同样的时间你觉得哪一个更长？时间你觉得哪一个更长？”男青年说：男青年说：“当当然坐在火炉上烤的时间觉得长久。然坐在火炉上烤的时间觉得长久。”这故事形象说明了时间和空间相这故事形象说明了时间和空间相对性。对性。(2)(2)广义相对论广义相对论提出：提出：19161916年年内容：内容：意义：意义：第一次阐述了四维时空和物质第一次阐述了四维时空和物质的分布相联系的重要思想的分布相联系的重要思想A.A.物质存在的现实空间不是平坦的，而是弯的。物质存在的现实空间不是平坦的，而是弯

38、的。B.B.空间的结构取决于物质的质量及其分布情况。空间的结构取决于物质的质量及其分布情况。C.C.空间弯曲空间弯曲的程度体现为引力场强度。的程度体现为引力场强度。爱因斯坦相对论的意义：爱因斯坦相对论的意义：是对近代物理学理论框架的重大突破，它不仅是对近代物理学理论框架的重大突破，它不仅揭示了空间、时间的可变性，时空的变化和时空结揭示了空间、时间的可变性，时空的变化和时空结构同物质的运动和状态密不可分。构同物质的运动和状态密不可分。这种全新的这种全新的时空观、运动观和物质观时空观、运动观和物质观的形成，的形成，是人类思想发展史中的一次根本性变革，对整个自是人类思想发展史中的一次根本性变革，对整

39、个自然科学和哲学都产生了极其深远的影响。然科学和哲学都产生了极其深远的影响。与量子理论共同构成了与量子理论共同构成了与量子理论共同构成了与量子理论共同构成了现代物理学现代物理学现代物理学现代物理学的基本理论框架。的基本理论框架。的基本理论框架。的基本理论框架。爱因斯坦根据相对论的观点提出质能转换理论后，曾致爱因斯坦根据相对论的观点提出质能转换理论后，曾致信美国总统罗斯福，建议美国研制原子弹，以便在二战中尽快信美国总统罗斯福，建议美国研制原子弹，以便在二战中尽快战胜法西斯国家。战胜法西斯国家。19451945年年8 8月，美国先后在日本的广岛、长畸投月，美国先后在日本的广岛、长畸投下两颗原子弹，

40、加速了日本法西斯的投降，但对无辜平民的伤下两颗原子弹，加速了日本法西斯的投降，但对无辜平民的伤害也同样令全世界震惊。爱因斯坦为此非常懊悔。他痛心地说，害也同样令全世界震惊。爱因斯坦为此非常懊悔。他痛心地说，“早知如此，我宁可当个修表匠！早知如此，我宁可当个修表匠！”从这件事中，从这件事中，我们能得到什么启发？我们应如何对待科学我们能得到什么启发？我们应如何对待科学我们能得到什么启发？我们应如何对待科学我们能得到什么启发？我们应如何对待科学的发展？的发展？的发展？的发展？科科科科学学学学理理理理论论论论对对对对科科科科学学学学技技技技术术术术的的的的发发发发展展展展有有有有巨巨巨巨大大大大的的的

41、的推推推推动动动动作作作作用用用用，但但但但科科科科学学学学技技技技术术术术本本本本身身身身是是是是一一一一把把把把双双双双刃刃刃刃剑剑剑剑。科科科科技技技技能能能能造造造造福福福福人人人人类类类类，推推推推动动动动生生生生产力水平的提高，但如果运用不当，也能危害人类。产力水平的提高，但如果运用不当，也能危害人类。产力水平的提高，但如果运用不当，也能危害人类。产力水平的提高，但如果运用不当，也能危害人类。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 科学家们为了总结热辐射规律，推导出两个公式。但这两个公式科学家们为了总结热辐射规律，推导出两个公式。但这两个公式的计算

42、结果总是与实验结果不相符合。的计算结果总是与实验结果不相符合。19001900年，为了解决热辐射理年，为了解决热辐射理论上的疑点，德国物理学家普朗克提出了论上的疑点，德国物理学家普朗克提出了量子假说量子假说：辐射像物质一：辐射像物质一样，是由具有能量的基本单位量子来实现的。样，是由具有能量的基本单位量子来实现的。19001900年，普朗克为年，普朗克为了克服经典物理学对黑了克服经典物理学对黑体辐射现象解释上的困体辐射现象解释上的困难，创立了难，创立了物质辐射物质辐射（或吸收）的能量只能（或吸收）的能量只能是某一最小是某一最小能量单位能量单位（能量量子）的整数倍（能量量子）的整数倍的假说，即量子

43、假说。的假说，即量子假说。他引进了一个物理普适他引进了一个物理普适常数，即普朗克常数，常数，即普朗克常数，以符号以符号h h表示，其数值为表示，其数值为6.6261766.6261761010-27-27尔格尔格秒，是秒，是微观现象微观现象量子特量子特性的表征。性的表征。普朗克量子学说的创始人诞生1900年，为了解决热辐射理论上的疑点，德国物理学家普朗克提出了量子假说。内容：辐射是由具有能量的基本单位量子实现的。发展爱因斯坦用量子论解释光电效应，波粒二象性。玻尔提出有关原子的量子理论。20世纪30年代，量子力学建立起来。意义使人类对微观世界微观世界的基本认识取得革命性进步。量子论与相对论量子论与相对论构成现代物理学的基础。弥补了经典力学在认识微观世界方面的不足。开阔视野，改变了人们认识世界的角度和方式。经经典典力力学学体体系系的的创创立和发展立和发展量量子子理理论论的的诞诞生生(从从普朗克到爱因斯坦普朗克到爱因斯坦)相相对对论论的的建建立立（爱因斯坦）（爱因斯坦）现现代代物物理理学学理理论论的的发展发展本课知识结构本课知识结构近近代代物物理理学学的的奠奠基基人人和和革革命命者者伽利略对亚里士多德伽利略对亚里士多德力学观的否定力学观的否定 牛顿对前人科学理论牛顿对前人科学理论的发展的发展