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1、第5课 20世纪的科学伟人爱因斯坦课标要求:杰出的科学家(2)了解牛顿、爱因斯坦等人成长历程及主要科 学成就，认识他们在社会发展中的作用。 一、爱因斯坦的青少年时代1、1879年出生于德国的一 个犹太人家庭，从小对几何 学兴趣浓厚 2、中学时代：表现平平 3、大学时代：广泛阅读， 培养了自学和独立思考的能 力，对物理学兴趣与日俱增 4、大学毕业：成为瑞士伯 尔尼专利局的一名技术员 5、划时代事件：利用业余 时间研究物理学，获得革命 性突破小时候的爱因斯坦。你小时候的爱因斯坦。你 能看出天才的影子吗能看出天才的影子吗? ? 青年时期的爱因斯坦2005年是爱因斯坦逝世50周年，同时也是他提出狭义
2、相对论100周年。100年前，年仅26岁的毛头小伙爱因斯坦 ，以他卓越的思考力、非凡的洞察力，提出了狭义相对论 ，传统经典物理学由此彻底改变。这一种颠覆是多么激动 人心，为纪念相对论诞生100周年暨爱因斯坦逝世50周年 ，联合国大会将2005年确定为“国际物理年”，这是联合 国首次为一个学科确定的全球规模的纪念活动。爱因斯坦 ，这位在许多国度千年人物(10012000年)评选中都居榜 首的俊杰，绝不仅仅是因为在物理学上的成就。他既是伟 大的科学家、现代物理学的开创者和奠基人，更是杰出的 思想家，他是一幅视野开阔的思想宽银幕。爱因斯坦小时候学校的照片爱因斯坦小时候学校的照片 1879年3月14日
3、出生在德国小城乌尔姆，他的父母都是犹太人 。爱因斯坦有一个幸福的童年，他的父亲是位平静、温顺的好心人 ，爱好文学和数学。他的母亲个性较强，喜爱音乐，并影响了爱因 斯坦，爱因斯坦从六岁起学小提琴，从此小提琴成为他的终生伴侣 。爱因斯坦的父母对他有着良好的影响和家庭教育，家中弥漫着自 由的精神和祥和的气氛。 和牛顿一样，爱因斯坦年幼时也未显出智力超群，相反，到了 四岁多还不会说话，家里人甚至担心他是个低能儿。六岁时他进入 了国民学校，是一个十分沉静的孩子，喜欢玩一些需要耐心和坚韧 的游戏，例如用纸片搭房子。1888年进入了中学后，学业也不突出 ，除了数学很好以外，其他功课都不怎么样，尤其是拉丁文和
4、希腊 文，他对古典语言毫无兴趣。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“生性孤僻、智力迟钝 ”，“不守纪律、心不在焉、想入非非”。中 学毕业前夕，校方甚至断言他未来将“一事无 成”，勒令他退了学。16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、纯粹按部就班的 学习生活，他擅自“刷掉了”很多课程，只以 “极大的兴趣”去听某些课和在家里自学。在四年大学生活中，他仍然不是“好学生”：曾 被数学教授称为“懒狗”，曾因做实验出事故受到处 分，还曾被物理教授认
5、为不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“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。 “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“当作死的 工具来对待”。他认为：“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 作为一个专家。”而所谓“和谐的人”，按照他的思路，就是既富有个 性又有益于社会的人。爱因斯坦的上
6、述基本教育思想，与 我们所主张的尊重学生主体性、促进学生健康成长的素质 教育思想是完全一致的。1905年，26岁的爱因斯坦尚未知 名，小人物写出了大文章。爱因斯坦如果生长在当今中国 ，他的文章能否被认可，受重视，是值得怀疑的。我甚至 怀疑刚三十岁出头的杨振宁先生，当年若不在普林斯顿大 学，而在中关村原子能所就职，能否脱颖而出、名满天下 ，该打个大问号！年仅26岁的爱因斯坦，而且是一个瑞士 专利局的职员，在大学里老师都不大看得起他，不愿意把 他留下来做助教，他几次去请求，人家也不要他，他甚至 于有几次几乎要失业了，几次在中学里面求职，最后在专 利局里面找到一个职位，他每个星期要在专利局工作大概
7、40多个小时。但尽管如此，这一年是他最辉煌的时期，因 为他做出了二十世纪物理学史上最辉煌的几项贡献 。 民国日报民国日报(1922(1922年年1111月月1515日日) )载爱因斯坦到沪讯息载爱因斯坦到沪讯息一、爱因斯坦的青少年时代 二、爱因斯坦的科学成就1、提出相对论 1905年提出匀速运动体系的狭义相对论； 1916年提出加速运动体系的广义相对论。 主要内容(两个基本原理) 相对性原理和光速不变原理（必修3） 如何理解相对论？如何理解相对论？ 2、光的量子论（获得诺贝尔奖） 3、提出了著名的质能关系式：E=mc2，质能关系式对后 来发展的原子能事业起到了指导作用（P97） 爱因斯坦在时空
8、观的彻底变革的基础上建立了相 对论力学，指出质量随着速度的增加而增加，当速度 接近光速时，质量趋于无穷大。爱因斯坦与相对论关于光的性质，还有很多谜，直到现在也无法用 科学解释。光是怎样产生的？在空间如何传播？光是 什么，是物质、振动、还是纯能？颜色是否为光必不 可少？对于这许许多多的问题，科学已经作出了部分 解释，但归根结底，这些问题尚未解答。不过，20世 纪初，在人们了解光、研究光的过程中，带来了物理 学的两场革命，这就是相对论和量子论。为建立这两 个理论体系，许多科学家都作出了重要贡献，他们都 是一些杰出的物理学大师，其中最为突出的是年轻的 爱因斯坦。他对空间和时间这样一些基本概念作了本
9、质上的变革,提出了相对论学说。这一理论上的根本性 突破，开辟了物理学的新纪元。 相对论 1）相对论内容： 两个基本原理是相对性原理和光速不变原理。在相对性原理中，爱因斯坦认为时间、运动、质 量不是绝对的，而是相对的。较典型的现象是运动的 物体长度变短（尺缩效应）、运动的钟比静止的钟走 得慢（钟慢效应）、运动的物体重量变大。光速不变原理则认为光的传播速度在任何条件下 都是不变的。 2）意义：扩展了物理学的研究空间和应用领域（从 日常范围到宏观宇宙空间）；开阔了人们的思维。1916年，爱因斯坦完成了长篇论文广义相对论 的基础，在这篇文章中，爱因斯坦首先将以前适用 于惯性系的相对论称为狭义相对论，并
10、进一步表述了 广义相对性原理：物理学的定律必须对于无论哪种方 式运动着的参照系都成立。爱因斯坦预言，遥远的星 光如果掠过太阳表面将会发生一点七秒的偏转。1919 年，英国派出了两支远征队分赴两地观察日全食，经 过认真的研究得出最后的结论是：星光在太阳附近的 确发生了一点七秒的偏转。英国皇家学会确认广义相 对论的结论是正确的。会上，著名物理学家、皇家学 会会长汤姆孙说：“这是自从牛顿时代以来所取得的 关于万有引力理论的最重大的成果”，“爱因斯坦的 相对论是人类思想最伟大的成果之一”。 广义相对论爱因斯坦指出物 体使周围空间、 时间弯曲，在物 体具有很大的相 对质量（例如一 颗恒星）时，这 种弯曲
11、可使从 它旁边经过的任 何其它事物，即 使是光线，改变 路径。地球周围引力场和时空结构 拖曳扭曲时的情景。科学家通过 分析两枚绕地球轨道的人造卫星 11年的运行轨迹，发现由于地球 旋转所造成的特异的空间结构， 使这些卫星大概每年出现大约2 米的轨道偏离的现象。宇宙中黑洞旋转引起的时 空扭曲效应，以及黑洞物 质猛烈喷发的情景。量子论及其意义量子论最先由德国物理学家普郎克于1900年提出 。他认为，物质的辐射能不是连续的，而是以最小的 、不可再分的能量单位即能量量子的整数倍跳跃式地 变化的。 随后英国物理学家卢瑟福和丹麦物理学家玻尔把 量子论用于原子结构的研究，证实原子是由带正电的 原子核和带负电
12、的电子组成。电子在不同轨道上围绕 着原子核运动，当电子从外层轨道跳到内层轨道时就 放出相应波长的电磁波。玻尔在此基础上创立了原子 结构的理论。爱因斯坦利用原子论成功地解释了光电效应出现 的现象及光的本质，进一步推动了量子论的发展。相对论贡献长期不被人所重视 ，以至于没有给他诺贝尔奖金，而 光电效应是他第一次明确地指出光 既是波动又是粒子的性质，这个得 到了诺贝尔奖金委员会的认可，所 以爱因斯坦得到诺贝尔奖金是光电 效应，其中没有相对论。 由于相对论的观点与人们的日常经验不太 一致，甚至有着尖锐的冲突，相对论从一开始 就受到包括一些科学家在内的很多人的反对。 1921年爱因斯坦获得了诺贝尔奖，当
13、时不少德 国的诺贝尔奖获得者威胁说，如果给相对论授 奖，他们就要退回已获得的奖章，结果评选委 员会只好让爱因斯坦作为光电效应理论的建立 者得奖，相对论始终没有获得诺贝尔奖。但相 对论在物理学上却非常合理且为实验所证实。 想一想: 上述现象说明了什么问题?给我们什么启发? 说明：象许多事物一样，科学的发展道路也并 非一帆风顺，往往会遇到很多阻力。 启示：要敢于怀疑常识，勇于创新，因为即使 生活中习以为常、看起来无懈可击的规律也可 能是不科学的。科学(物理学)的发展历程源于古希腊亚里士多德 的著作物理学 物理学physics古希腊文明时代： 1.亚里士多德 2.欧几里德:几何学; 托勒密:地心说阿
14、基米德:力学近代文艺复兴时期： 哥白尼 伽利略 牛顿伽利略的发现及他所应用的科学的 推理方法是“人类思想史上最伟大的成 就之一。它标志着物理学的真正开端” 爱因斯坦伽利略成就： 宣传“日心说” 望远镜 温度计 落体定律Galileo 15641642牛顿 （Newton 16421727）英国自然哲学的数学原理 三大定律和万有引力定律“我之所以能比别人看得远些，是因为 我站在巨人们的肩上。”牛顿 1.17世纪，牛顿创立经典力学。 2.19世纪，经典物理学的隐患暴露。当德国著名的物理学家普朗克年轻时向他的老师求教 ，是选择音乐还是物理学作为自己终身的职业时，得到的 答复是：“物理学基本是一门已经
15、完成了的科学，因此， 对于物理学的研究实际上是不会有多大成果的。”当时许多物理学家认为：物理学的大厦已经落成，人 类对自然界的认识已经到了尽头。十九世纪末 物理学的新突破三大发现 1.X光 1895 伦琴.(阴极射线) 2.电子 1898 汤姆逊(x射线的荷质比) 3.放射性 1896 贝克勒尔：铀(深究x光)1898 居里夫人：镭 经典物理学的危机 17至18世纪经典物理学已经 发展到了完整、系统和成熟 阶段 ，一些科学家还根据 万有引力定律计算出了海王 星和冥王星的位置，证明了 经典物理学的准确性、科学 性和可预见性。但是，经典 物理学是以日常生活中常见 的低速运动的物质为研究对 象的，一
16、旦进入光速运动时 ，经典物理学的某些结论就 变得不准确。以牛顿力学为代表的经典物以牛顿力学为代表的经典物 理学无法解释理学无法解释1919世纪末以来的物世纪末以来的物 理学新发现，如：微观世界，原理学新发现，如：微观世界，原 子，宇宙放射线，高速光学元素子，宇宙放射线，高速光学元素 的放射性、电子运动、黑体辐射的放射性、电子运动、黑体辐射 、光电效应等，看来经典物理学、光电效应等，看来经典物理学 的绝对时空观已经不合时宜。的绝对时空观已经不合时宜。这种状况随着20世纪以来科 学研究的不断深入而日益显现， 如神秘的“以太”一直不能被证 明是存在的、高速运动的微观粒 子发生的现象非经典力学所能解 释等。物理学只有来一番彻底的 革命，才能适应科学研究的新形 势。在这种背景下，相对论与量 子论应运而生。100年物理重大发现和发明1895 发现 X 射线 ( 伦琴 ) 1896 发现放射性 ( 贝克勒尔 ) 1897 发现电子 (J J 汤姆逊 ) 1898 提炼出钋和镭 ( 居里夫人 ) 1900 量子论诞生 ( 普朗克 )
