第11课-物理学的重大发展课件.ppt

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1、第四单 元科学理论成就（物理学、生物学）（物理学、生物学）科学技术应用（蒸汽、电气、信息）（蒸汽、电气、信息）第第1111课课 物理学的重大进展物理学的重大进展课程标准：课程标准：1.1.了解了解经典力学经典力学的主的主要内容，认识它在近要内容，认识它在近代自然科学理论发展代自然科学理论发展中的历史地位。中的历史地位。2.2.知道知道相对论、量子相对论、量子论论的主要内容，认识的主要内容，认识它的意义。它的意义。他们是谁？他们是谁？对近现代物理学有什么贡献？对近现代物理学有什么贡献？一、经典物理学（17C初19C末）（一）经典力学的奠基者（意）伽利略（意）伽利略 Galileo Galileo

2、（1564-16421564-1642）出身于没落的贵族家庭，在出身于没落的贵族家庭，在出身于没落的贵族家庭，在出身于没落的贵族家庭，在数数数数学、物理学、天文学学、物理学、天文学学、物理学、天文学学、物理学、天文学等领域成等领域成等领域成等领域成就突出，就突出，就突出，就突出，被誉为被誉为“近代科学近代科学之父之父”。后被教会判处终身后被教会判处终身后被教会判处终身后被教会判处终身监禁。监禁。监禁。监禁。16091609年年，伽利略创制了天文望远镜。他观测到，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

3、式望望远远镜镜伽伽利利略略的的手手稿稿16101610年，伽利略用望远镜发年，伽利略用望远镜发现有现有4 4颗卫星围绕着木星转。颗卫星围绕着木星转。这一发现震动了整个欧洲和这一发现震动了整个欧洲和全球科学界。全球科学界。伽利略是第一位利用望远镜伽利略是第一位利用望远镜观察天体的人。目前人类发观察天体的人。目前人类发现的现的1616颗木星卫星中，有颗木星卫星中，有颗叫颗叫“伽利略卫星伽利略卫星”。木木星星和和它它的的伽伽利利略略卫卫星星 1.伽利略主要成就自制望远镜，证明自制望远镜，证明“日心说日心说”的正确性的正确性传统观点托勒密地心说托勒密地心说u地球是宇宙的中心，地球是宇宙的中心，静止不动

4、，日月星辰静止不动，日月星辰围绕着它运转围绕着它运转“日心说”地球是地球是圆形圆形的的地球在地球在运动运动太阳是不动的，位于太阳是不动的，位于宇宙中心宇宙中心，地球及其他，地球及其他行星围绕太阳运动，而行星围绕太阳运动，而月亮绕地球运动月亮绕地球运动 亚里士多德亚里士多德 u力学观：力学观：必须有必须有力力作用在物作用在物体上，物体才能体上，物体才能运动运动；没有力；没有力的作用，物体就会静止的作用，物体就会静止外力仅仅是改变运动状态的原因如果如果运动物体运动物体不受阻碍，它将速度保持不变不受阻碍，它将速度保持不变地地持续运动持续运动下去。下去。亚里士多德：亚里士多德：物体物体下落的速下落的速

5、度和重量成比度和重量成比例例比比萨萨斜斜塔塔实实验验自由落体定律方法：方法：实验、观察实验、观察开创了以开创了以实验事实实验事实为根据并具有严密逻辑体为根据并具有严密逻辑体系的近代科学系的近代科学为为经典力学经典力学创立和发展创立和发展奠定基础奠定基础2.意义（二）经典力学的创立者（英）牛顿（英）牛顿 Newton（1643-1727）出生于英国的林肯郡，出生于英国的林肯郡，16651665年毕业于剑桥大学，获得年毕业于剑桥大学，获得学士学位。三年后又获得文学学士学位。三年后又获得文学硕士学位。牛顿曾担任英国皇硕士学位。牛顿曾担任英国皇家学会会长、英国议会议员，家学会会长、英国议会议员，授予授

6、予爵士爵士称号。称号。1727 1727年病逝，被年病逝，被葬于威斯葬于威斯敏斯特教堂敏斯特教堂，这是极高荣誉。，这是极高荣誉。1.建立标志：16871687年年自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理2.基本理论任何物体都要保持匀速直线运任何物体都要保持匀速直线运动或静止状态，直到外力迫使动或静止状态，直到外力迫使它改变运动状态为止。它改变运动状态为止。（二）经典力学的创立者（英）牛顿（英）牛顿牛顿第一定律牛顿第一定律（惯性定律）（惯性定律）加速度定律加速度定律牛顿第二定律牛顿第二定律作用力和反作用力定律作用力和反作用力定律牛顿第三定律牛顿第三定律牛顿三大定律牛顿三大定律任何物体之间都有相互任何

7、物体之间都有相互吸引力，这个力的大小吸引力，这个力的大小与各个物体的质量成正与各个物体的质量成正比例，而与它们之间的比例，而与它们之间的距离的平方成反比。距离的平方成反比。万有引力定律万有引力定律3.经典力学特征以以实验实验为基础，以为基础，以数学数学为为 表达形式表达形式4.经典力学创立的意义自然与自然的定律自然与自然的定律都隐藏在黑暗之中都隐藏在黑暗之中上帝说，上帝说，“让牛顿去吧！让牛顿去吧！”于是，一切变为光明于是，一切变为光明 亚历山大亚历山大波普波普标志着近代自然科学的形成用万有引力解释潮汐是由月亮和太阳对海水的吸引用万有引力解释潮汐是由月亮和太阳对海水的吸引力引起力引起用牛顿力学

8、算出了哈雷彗星回归周期用牛顿力学算出了哈雷彗星回归周期用牛顿力学算出了未知行星的位置用牛顿力学算出了未知行星的位置对于解释和预见物理现象，具有决定性意义。牛顿为工业革命创造牛顿为工业革命创造了一把钥匙，瓦特拿了一把钥匙，瓦特拿着这把钥匙开启了工着这把钥匙开启了工业革命的大门。业革命的大门。促进工业革命的发生牛顿墓牛顿墓科学艺术科学艺术女神缪斯女神缪斯牛顿牛顿伏尔泰伏尔泰牛顿以他对天地万牛顿以他对天地万物的寥寥数条规律物的寥寥数条规律的精美绝伦的概括，的精美绝伦的概括，彰显了人的理性的彰显了人的理性的伟大，暴露了宗教伟大，暴露了宗教非理性的荒谬。非理性的荒谬。伏尔泰伏尔泰科学之光科学之光理性之光

9、理性之光推动启蒙运动牛顿的其他成就数学：数学：微积分，微积分，二项式定理二项式定理光学：光学：发现太阳光的光谱，发现太阳光的光谱，微粒说微粒说天文学：天文学：发明反射式望远镜发明反射式望远镜5.经典力学适用范围适用适用宏观世界宏观世界的的低速低速运动；运动；（地球上和天上的运动）（地球上和天上的运动）（地球上和天上的运动）（地球上和天上的运动）绝对的时空观绝对的时空观 16世纪中期以来近代科学迅速发展的原因？1.1.思想：思想：文艺复兴的推动文艺复兴的推动2.2.经济：经济：资本主义的发展提供了物质基础资本主义的发展提供了物质基础3.3.政治：政治：新兴资产阶级要求掌握政权，需要科学新兴资产阶

10、级要求掌握政权，需要科学作为反宗教统治、争取思想自由的理论武器作为反宗教统治、争取思想自由的理论武器4.4.主观：主观：科学家不断探索科学家不断探索（提示：科学取得发展，说明打破了宗教神学的束缚）（提示：科学取得发展，说明打破了宗教神学的束缚）二、现代物理学（20C初至今）（一）背景1919世纪末，经典力学世纪末，经典力学无法解释无法解释高速运动和微观高速运动和微观粒子粒子发生的现象发生的现象（二）成就相对论相对论量子理论量子理论1.相对论 Einstein（18791955）德裔美籍科学家德裔美籍科学家，现代物理，现代物理学的开创者和奠基人。学的开创者和奠基人。19001900年毕业于苏黎士

11、工业大学，年毕业于苏黎士工业大学，后在大学任教。后在大学任教。19211921年获诺年获诺贝尔物理学奖。贝尔物理学奖。19331933年受希年受希特勒迫害离开德国移居美国特勒迫害离开德国移居美国1）1905年狭义相对论时间、空间随_而变化 物质运动物质运动 地球地球地球地球 上显上显上显上显 示的示的示的示的 时间时间时间时间 运动运动运动运动 物体物体物体物体 上显上显上显上显 示的示的示的示的 时间时间时间时间质量：（质增效应、尺缩效应、钟慢效应）爱因斯坦根据相对论爱因斯坦根据相对论的观点提出质能转换理论的观点提出质能转换理论后，曾致信美国总统罗斯后，曾致信美国总统罗斯福，福，建议美国务必

12、抢在德建议美国务必抢在德国之前制造出原子弹；国之前制造出原子弹；后他痛心地说，后他痛心地说，“早知早知如此，我宁可当个修表匠！如此，我宁可当个修表匠！2）广义相对论（1915）空间和时间的性质不仅取决于物质的运动情况，空间和时间的性质不仅取决于物质的运动情况，也取决于也取决于物质本身的分布状态，物质本身的分布状态，即时空可以扭曲即时空可以扭曲适用适用宏观世界宏观世界的的高速高速运动；运动；（接近光速）（接近光速）有一次，卓别林和爱因斯坦共同出席宴会，都受到有一次，卓别林和爱因斯坦共同出席宴会，都受到有一次，卓别林和爱因斯坦共同出席宴会，都受到有一次，卓别林和爱因斯坦共同出席宴会，都受到了热烈的

13、欢迎。卓别林说：大家欢迎我是因为他们都能了热烈的欢迎。卓别林说：大家欢迎我是因为他们都能了热烈的欢迎。卓别林说：大家欢迎我是因为他们都能了热烈的欢迎。卓别林说：大家欢迎我是因为他们都能理解我，大家欢迎你是因为他们都不理解你。理解我，大家欢迎你是因为他们都不理解你。理解我，大家欢迎你是因为他们都不理解你。理解我，大家欢迎你是因为他们都不理解你。说明了相对论深奥难懂，而且有悖于人们的日常生活说明了相对论深奥难懂，而且有悖于人们的日常生活 为了对这一深奥的理论做通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俗的说明，爱因斯坦曾经风趣地对一名男青年说：对一名男青年说：“我打个比方，我打个比方，

14、比如你屁股坐在火炉上烤和坐在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么，同样的时间你觉得哪一个更长？长？”男青年说：男青年说：“坐在火炉上烤坐在火炉上烤的时间觉得长久。的时间觉得长久。”爱因斯坦说：爱因斯坦说：“这就是我的这就是我的相对论内容。相对论内容。”3）相对论提出的意义是是_领域的一次重大革命领域的一次重大革命否定否定了经典力学的了经典力学的_牛顿力学，将其概括在相对论力学当中，推动物牛顿力学，将其概括在相对论力学当中，推动物理学发展到一个新高度理学发展到一个新高度 物理学物理学 绝对时空观绝对时空观 发展了发展了

15、发展了发展了牛顿力学是相对论力学在牛顿力学是相对论力学在低速低速状态下的一个状态下的一个特例特例；对话对话u19世纪经典物理学达到巅峰状态，在人们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心目中，经典物理学已经达到近乎完美的程度。这时，年轻的普朗克和他的老师发程度。这时，年轻的普朗克和他的老师发生了一段对话：生了一段对话：u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！”u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，把一生了的学科，不会再有多大的发展，把一生都

16、献给这门学科，太可惜了。都献给这门学科，太可惜了。”2.量子理论1.诞生：_年，为了解决热辐射的疑点，_提出量子假说2.发展 _用量子理论解释了光电效应 _提出关于原子的量子理论3.意义使人类对_的基本认识取得革命性进步与相对论一起，构成_的基础 19001900 (德德)普朗克普朗克 爱因斯坦爱因斯坦 （丹）玻尔（丹）玻尔 微观世界微观世界 现代物理学现代物理学开阔了人们的视野，改变了人们认识世界的角度和方式。开阔了人们的视野，改变了人们认识世界的角度和方式。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 量子力学和狭义相对论结合形成量子力学和狭义相对论结合形成量子

17、力学和狭义相对论结合形成量子力学和狭义相对论结合形成原子核物理学原子核物理学原子核物理学原子核物理学，指导制造原子弹、氢弹和建立核电站。量子力学还为指导制造原子弹、氢弹和建立核电站。量子力学还为指导制造原子弹、氢弹和建立核电站。量子力学还为指导制造原子弹、氢弹和建立核电站。量子力学还为电子技术、半导体技术、晶体技术和激光技术电子技术、半导体技术、晶体技术和激光技术电子技术、半导体技术、晶体技术和激光技术电子技术、半导体技术、晶体技术和激光技术等奠定等奠定等奠定等奠定了理论基础。了理论基础。了理论基础。了理论基础。知识拓展摆放数十亿个微处理器摆放数十亿个微处理器（晶体管）的英特尔芯片（晶体管）的

18、英特尔芯片 激光技术激光技术 电子显微镜下的病毒电子显微镜下的病毒 经典力学：经典力学：解释低速运解释低速运动、宏观世动、宏观世界物理现象界物理现象近代物理学近代物理学相对论：相对论：高速运动高速运动量子论：量子论：解释微观世解释微观世界物理现象界物理现象现现代代物物理理学学为相对论提为相对论提出奠定基础出奠定基础继承和发展继承和发展了经典力学了经典力学经典力学、相对论、量子论的关系：经典力学、相对论、量子论的关系：1919世纪物理学危机世纪物理学危机本课小结当堂检测1 1 1 1、爱因斯坦在评论一位物理学家时说：、爱因斯坦在评论一位物理学家时说：、爱因斯坦在评论一位物理学家时说：、爱因斯坦在

19、评论一位物理学家时说：“他的发现以及他的发现以及他的发现以及他的发现以及他所应用的科学推理方法，是人类思想史上最伟大的成他所应用的科学推理方法，是人类思想史上最伟大的成他所应用的科学推理方法，是人类思想史上最伟大的成他所应用的科学推理方法，是人类思想史上最伟大的成就之一，标志着物理学的真正开端。就之一，标志着物理学的真正开端。就之一，标志着物理学的真正开端。就之一，标志着物理学的真正开端。”这里评价的是这里评价的是这里评价的是这里评价的是A.A.普朗克普朗克普朗克普朗克 B.B.B.B.牛顿牛顿牛顿牛顿 C.C.C.C.伽利略伽利略伽利略伽利略 D.D.D.D.哥白尼哥白尼哥白尼哥白尼 2 2

20、 2 2、经典力学与中世纪的自然观和方法论相比，最显著的、经典力学与中世纪的自然观和方法论相比，最显著的、经典力学与中世纪的自然观和方法论相比，最显著的、经典力学与中世纪的自然观和方法论相比，最显著的特征是特征是特征是特征是 注重实验注重实验注重实验注重实验 数学化数学化数学化数学化 体现微观世界体现微观世界体现微观世界体现微观世界 经验法经验法经验法经验法 A.B.C.D.A.B.C.D.A.B.C.D.A.B.C.D.A 3 3 3 3.牛顿在科学上贡献是多方面的，最重要的是在力学方牛顿在科学上贡献是多方面的，最重要的是在力学方牛顿在科学上贡献是多方面的，最重要的是在力学方牛顿在科学上贡献

21、是多方面的，最重要的是在力学方面，下面关于牛顿的表述不正确的是面，下面关于牛顿的表述不正确的是面，下面关于牛顿的表述不正确的是面，下面关于牛顿的表述不正确的是(）A.A.A.A.除了在力学方面的重大贡献外，还是微积分的发明除了在力学方面的重大贡献外，还是微积分的发明除了在力学方面的重大贡献外，还是微积分的发明除了在力学方面的重大贡献外，还是微积分的发明人之一人之一人之一人之一 B.B.B.B.著有科学巨著自然哲学的数学原理著有科学巨著自然哲学的数学原理著有科学巨著自然哲学的数学原理著有科学巨著自然哲学的数学原理 C.C.C.C.他推测出了海王星和冥王星的存在他推测出了海王星和冥王星的存在他推测

22、出了海王星和冥王星的存在他推测出了海王星和冥王星的存在 D.D.D.D.他提出了三大定律和万有引力定律他提出了三大定律和万有引力定律他提出了三大定律和万有引力定律他提出了三大定律和万有引力定律C当堂检测4 4、暗物质研究被称为暗物质研究被称为2121世纪物理学时空两朵乌世纪物理学时空两朵乌云之云之一。巧合的是在一。巧合的是在100100多年前，物理学界也曾经有多年前，物理学界也曾经有两朵令人不安的乌云，其中第二朵出现在能量辐两朵令人不安的乌云，其中第二朵出现在能量辐射的问题上。当时为了驱散这一射的问题上。当时为了驱散这一“乌云乌云”A A伽利略提出自由落体定律伽利略提出自由落体定律 B B牛顿

23、提出万有引力定律牛顿提出万有引力定律 C C普朗克创立量子理论普朗克创立量子理论 D D爱因斯坦提出相对论爱因斯坦提出相对论 5 5、不断持续的幻觉不断持续的幻觉由霍金著述，书名源自某由霍金著述，书名源自某位物理学家的名言：就我们这些物理学家而言，位物理学家的名言：就我们这些物理学家而言，过去、现在和将来之间的区别只是一种不断持续过去、现在和将来之间的区别只是一种不断持续的幻觉。对这位物理学家的贡献说法的幻觉。对这位物理学家的贡献说法正确正确的是的是A A开创了近代实验科学体系开创了近代实验科学体系B B为人们发现海王星提供了理论依据为人们发现海王星提供了理论依据C C研究视角从宏观深入微观研究视角从宏观深入微观D D是人类思想发展史中的根本性变革是人类思想发展史中的根本性变革当堂检测