第一课近现代物理学的奠基人和革命者一、经典力学体系的创立和发展一、经典力学体系的创立和发展近现代物理学的发展过程近现代物理学的发展过程经典力学奠基者 （17世纪初）经典力学建立者（ 17世纪晚期）从经典力学发展到相对论、量子 论（19世纪末～20世纪初）伽利略（意）牛顿（英）1．背景： ⑴亚里士多德的学说长期被教会奉为教条； ⑵受文艺复兴、宗教改革的影响，科学逐渐从神学的 桎梏中解放出来； ⑶资本主义发展提供了物质基础； ⑷科学家勇于探索的精神普朗克（德）爱因斯坦（德 ）2、经典力学的奠基者——伽利略（意大利）（（1 1）伽利略的成果）伽利略的成果A、物理方面：B、天文学方面：（（2 2）伽利略的贡献）伽利略的贡献突出成果——创立自由落体定律制造天文望远镜、证明哥白尼“日心说”的正确 性A、他的发现和他开始的科学研究方法，标志着物理学的真正开端.B、为经典力学的创立奠定了基础 C、开创了近代科学，被誉为“近代科学之父近代科学之父”实验,计算亚里士多德：力学观：必须有力作用在物体上， 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 度保持不变地持续运动下去。
突出成就：创立自由落体定律15901590年，伽利略在比萨斜塔上做了年，伽利略在比萨斜塔上做了““两个铁球同两个铁球同 时落地时落地””的著名实验，从此推翻了亚里士多德的著名实验，从此推翻了亚里士多德““物物 体落地下的速度和重量成比例体落地下的速度和重量成比例””的学说，的学说，纠正了这纠正了这 个持续了个持续了19001900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 他观测到月球表面凹凸不平，并绘制了第一 幅月面图幅月面图伽利略的折射式望远镜伽利略的折射式望远镜伽利略的手稿伽利略的手稿牛顿出生于英国的林肯郡，1665年毕业于著名的剑桥大学三一学院，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 长，他还担任过英国议会议员，授予爵士称号 1727年，他病逝，被安葬于威斯敏斯特教堂，这是 一种极高的荣誉惯性定律加速度定律作用和反作用定律物理运动 三大定律万有引力 定律（1）经典力学 体系3 3、、经典力学的建立者经典力学的建立者————牛顿牛顿16871687《《自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理》》 —— ——无论从无论从科学史科学史还是整还是整 个人类的个人类的文明史文明史来看这都是一本来看这都是一本 划时代的巨著。
划时代的巨著2 2）牛顿经典力学体系的历史地位）牛顿经典力学体系的历史地位牛顿（ 1642—1727）① ①牛顿力学体系对自然界的力学现象牛顿力学体系对自然界的力学现象 做了系统合理的说明，从而完成了人类对做了系统合理的说明，从而完成了人类对 自然界认识史上的自然界认识史上的第一次理论大综合第一次理论大综合② ②标志标志近代科学近代科学的形成③ ③具有惊人的具有惊人的预见性预见性和巨大的和巨大的理论指导理论指导意义意义A、准确算出了地球的平均密度和扁平率； B、正确地解释了潮汐的成因； C、发现了海王星；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 ——《大国崛起》解说词哈雷慧星轨道的推算长期以来，人们一直认为彗星是神秘的，不吉利的灾星，根本 不能用科学来说明牛顿的好友哈雷用牛顿力学算出了1682年出现 的彗星的轨道，指出它的回归周期是75—76年，由此预言它将在 1758年再次出现。
53年以后的1758年（当时哈雷已去世），这颗彗 星果然如期出现哈雷慧星的发现验证了万有引力定律的科学性英国著名诗人亚历山大英国著名诗人亚历山大· ·波普曾写过一首赞美波普曾写过一首赞美 牛顿的诗：牛顿的诗：自然和自然界的规律，隐藏在黑暗里自然和自然界的规律，隐藏在黑暗里 上帝说：上帝说：“ “让牛顿去吧让牛顿去吧!”!”于是，一切成为光明于是，一切成为光明 我之所以我之所以 能比别人看得远能比别人看得远 些，是因为我站在些，是因为我站在 巨人们的肩上巨人们的肩上————牛顿牛顿牛顿获得巨大成就的原因牛顿获得巨大成就的原因1、具有虚怀若谷、谦虚好学精神； 2、勇于探索的科学精神； 3、科学的研究方法； 4、甘于寂寞，献身科学的精神等； 5、吸收伽利略等前人的研究成果； 6、有利的社会环境：启蒙运动、英国资产 阶级革命的洗礼二、量子理论；二、量子理论；1 1、背景：（简单了解一下）、背景：（简单了解一下）1919世纪末世纪末2020世纪初，世纪初，电子和放射性电子和放射性 的发现的发现，促进人们对物质的认识深，促进人们对物质的认识深 入到了原子内部入到了原子内部但大量的实验表明，微观粒子的运但大量的实验表明，微观粒子的运 动不能用通常的宏观物体的运动规动不能用通常的宏观物体的运动规 律进行描述。
律进行描述这就需要人们对这就需要人们对微观世界微观世界开展研究开展研究 量子论和相对论是现代物理学的两大支 柱，量子论的形成标志着人类对于客观规律 的认识，开始从宏观世界深入到微观世界量子力学和狭义相对论结合形成原子核 物理学，指导制造原子弹、氢弹和建立核电 站量子力学还为电子技术、半导体技术和 激光技术等奠定了理论基础普朗克，普朗克，生于基尔生于基尔18791879年年普朗克在慕尼黑大学获得博士学普朗克在慕尼黑大学获得博士学 位后，先后在慕尼黑大学和基尔位后，先后在慕尼黑大学和基尔 大学任教由于量子论创立，普大学任教由于量子论创立，普 朗克获得朗克获得19181918年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖 他的父亲是一位杰出的法律教他的父亲是一位杰出的法律教 授普朗克是德国人所具有的最授普朗克是德国人所具有的最 好品质的范例：诚恳、忠于职守好品质的范例：诚恳、忠于职守 ，他的业余爱好是音乐，在这方，他的业余爱好是音乐，在这方 面表现了专业艺术才干；另一项面表现了专业艺术才干；另一项 业余爱好是他一直坚持到晚年的业余爱好是他一直坚持到晚年的 登山运动登山运动 二、量子理论；二、量子理论；1 1．．诞生过程诞生过程: :18791879年年,( ,(奥奥) )斯蒂芬发现黑体辐射的总能量与斯蒂芬发现黑体辐射的总能量与 其温度之间的关系其温度之间的关系;( ;(德德) )普朗克发现热辐射过程中的能量分普朗克发现热辐射过程中的能量分 布规律。
布规律2 2．．诞生标志诞生标志: :19001900年年;( ;(德德) )普朗克普朗克《《关于正常光谱能量分关于正常光谱能量分 布定律的理论布定律的理论》》 提出量子概念3．发展:（1）1905年德国爱因斯坦：解释光电效应，得 出光具有波粒二象性；（2）1923年法国德布罗意：提出 物质波理论;（3）奥德物理学家：建立量子力学,成为反 映自然界基本规律的理论体系影响：影响：改变了近代物理学中的传统观念改变了近代物理学中的传统观念, ,使物理学乃至整使物理学乃至整 个自然科学的观念发生了重大变革标志着人类对客观个自然科学的观念发生了重大变革标志着人类对客观 规律的认识，开始从规律的认识，开始从宏观世界宏观世界深入到深入到微观世界微观世界三．爱因斯坦的“时空”1905年爱因斯坦发表《论动力的电动力学》,在 相对论原理和光速不变原理基础上创立了狭义相 对论.1 1、狭义相对论、狭义相对论①①创立创立 19051905年爱因斯坦发表年爱因斯坦发表《《 》》，， 创立了狭义相对论创立了狭义相对论②②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③③影响：影响：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继承和发展了继承和发展了牛顿力学牛顿力学奠定了奠定了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如果一个人以光的速如果一个人以光的速 度运动，他将看到一幅什度运动，他将看到一幅什 么样的世界景象呢？么样的世界景象呢？质量随着速度的增加质量随着速度的增加 而增加，当速度接近光速而增加，当速度接近光速 时，质量趋于无穷大时，质量趋于无穷大 ，， 时间停止为零。
时间停止为零E=mc^2E=mc^2 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爱因斯爱因斯 坦说：坦说：““这就是我的相对论内容这就是我的相对论内容2 2、广义相对论、广义相对论①①提出：提出：19161916年年②②内容内容 ：：③③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：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 构同物质的运动和状态密不可分。
这种全新的时空观、运动观和物质观的形成， 是人类思想发展史中的一次根本性变革，对整个自 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现代物理学现代物理学的基本理论框架的基本理论框架成功的秘诀成功的秘诀一个爱说废话而不爱用功的青年，整天一个爱说废话而不爱用功的青年，整天 缠着大科学家爱因斯坦，要他公开成功的秘缠着大科学家爱因斯坦，要他公开成功的秘 诀爱因斯坦厌烦了，便写了一诀爱因斯坦厌烦了，便写了一 个公式给个公式给 他：他：A A＝＝x x＋＋y y＋＋z z 爱因斯坦解释道：爱因斯坦解释道：““A A 代表成功，代表成功，x x代表艰苦的劳动，代表艰苦的劳动，y y代表正确的代表正确的 方法方法……” “z……” “z代表什么？代表什么？””青年迫不青年迫不 及待地问及待地问代表少说废话代表少说废话爱因斯坦说爱因斯坦说 项目项目区别区别 关系（地位）关系（地位） 牛顿牛顿 力学力学 体系体系 与与 狭义狭义 相对相对 论论牛顿牛顿宏观宏观物体物体低速低速运运 动的客观规律动的客观规律狭义相对论狭义相对论打破绝对时间打破绝对时间 和绝对空间，牛顿力学是和绝对空间，牛顿力学是 相对论的一种特例。
相对论的一种特例狭义狭义 相对论不是对牛顿力学全相对论不是对牛顿力学全 盘否定盘否定, ,而是继承和发展而是继承和发展 狭义狭义宏观宏观物体物体高速高速运运 动的客观规律动的客观规律狭义狭义 与与 广义广义 相对相对 论论狭义狭义适用于高速运动适用于高速运动 中的中的匀速匀速运动体运动体 系系广义相对论广义相对论第一次阐述四第一次阐述四 维时空和物质分布相联系维时空和物质分布相联系 的重要思想的重要思想广义广义适用于高速运动适用于高速运动 中的中的加速加速。