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1、 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，一旦进入光速运动时 ，经典物理学的某些结论 就变得不准确。一、经典物理学 的危机以牛顿力学为代表的经典物理学 无法解释19世纪末以来的物理学 新发现，如：微观世界，原子， 宇宙放射线，高速光学元素的放 射性、电子运动、黑体辐射、光 电效应等等，看来经典物理学的 绝对时空观已经不合时宜了。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
2、“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。二、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？光怎样从物质出现？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
3、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。 时空那么遥远，100年就是一个世纪。今 年是爱因斯坦逝世50周年，同时也是他提出 狭义相对论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，联合国大会将今年 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
4、在许多国度千年人物(1001 2000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。作为科学家的爱因斯坦，他是 窥见上帝秘密的人；作为思想 家的爱因斯坦，他是窥见人间 秘密的人。 有高度社会责任感的人，通常是具有良心的智识者。让 我们轻轻地伸出我们的手，抚摸一下爱因斯坦的滚烫的 良心：1939年8月2日，爱因斯坦出于对人类命运的极大 关注，写信给罗斯福总统建议美国务必抢在法西斯德国 之前制造出原子弹；后来，当原子弹真的从潘多拉魔盒 里跳出来后，爱因斯坦陷入了巨大的后悔与痛苦之中
5、， 自认一生最大错误就是建议研制原子弹。他痛心地说， “早知如此，我宁可当个修表匠！”爱因斯坦就核武器问 题的懊悔，代表了人类良知的高度，是人类良心发出的 最强音。听爱因斯坦的自责之声，我们明白人类良知之宝贵 请记住爱因斯坦的话吧：“没有能独 立思考和独立判断的有创造性的个人 ，社会的向上发展是不可想象的。”而且，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
6、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。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。 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
7、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，也就是既富有个性又有 益于社会的人。爱因斯坦的上述基本教育思想，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
8、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 二十六岁爱因斯坦，而且是一个瑞士专利局的职员，他在大 学里头这些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要四十几个小时。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 。 但这个贡献长期地不被人所重视，以至于没有给他诺贝尔奖金，而光电效应呢！是第一次明确地指
9、出光的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。 但这个贡献长期地不被人所重视，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的既是波动又是粒 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。 在他看来，根本不存在绝对静止的空间，同样不存在绝对同一 的时间，所有时间和空间都是和运动的物体联系在一起的。对 于任何一个参照系和坐标系，都只有属于这个参照系和坐标系 的空间和时间。对于一切惯性系，运用该参照系的空间和时间 所表达的物理规律，它们的形式都是相同的，这就
10、是相对性原 理，严格地说是狭义的相对性原理。 爱因斯坦在时空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。他并且给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。 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
11、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”。 1）相对论的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）相对论内容：相对性原理与和光速
12、不变原理。时 间、空间、运动、质量是相对的。 3）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。在世纪思 想家的画廊中 ，爱因斯坦， 就是公正、善 良、真理的化 身。他的品格 与天地日月相 争辉，他的科 学贡献，人类 将万世景仰。 1955年 4月18日因主动脉瘤破裂逝世于普林斯顿。遵照 他的遗嘱，不发讣造，不举行公开葬礼，不建坟墓，不 立纪念碑。火化时按照他的书面遗嘱：免除所有花卉布 置以及所有音乐典礼。骨灰撒在永远对人保密的地方， 为的是不使任何地方成为圣地。遗嘱执行者用歌德悼念 席勒的诗结束了那朴素的葬礼：我们全都获益不浅，全世界都感谢他的教诲；
13、那专属他个人的东西，早已传遍广大人群。 他像行将陨灭的彗星， 光华四射，把无限的光芒同他的光芒永相连结。 他的主治医生贺维博士认为如此伟大的大脑，应该进行 研究，所以他便把爱因斯坦的大脑保留了下来，并切成 200片带走。但至今没有结论。 “相对论”妙解有一次，群众包围了从德国移居美国的科学家爱因斯坦的住宅，要他用“ 最简单的话”解释清楚他的“相对论”。当时，据说全世界只有几个高明的 科学家看得懂他关于“相对论”的著作。 爱因斯坦走出住宅，对大家说： “比方这么说你同你最亲的人坐在火炉边，一个钟头过去了，你觉得好 像只过了5分钟！反过来，你一个人孤孤单单地坐在热气逼人的火炉边，只 过了5分钟，但
14、你却像坐了一个小时。唔，这就是相对论！” *时间与永恒 有一次，一个美国女记者走访爱因斯坦，问道：“依您看，时间和 永恒有什么区别呢？” 爱因斯坦答道：“亲爱的女士，如果我有时 间给您解释它们之间的区别的话，那么，当你明白的时候，永恒就 消失了！” 成功的秘诀*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，要他公开成功的秘诀。爱因斯坦厌烦了，便写了 一 *个公式给他：Axyz 爱因斯坦解释道：“A代表 成功，x代表艰苦的劳动，y代表正确的方法” “z代表 什么？”青年迫不及待地问。 “代表少说废话。”爱因斯坦 说。 三、量子理论中的微观世界微观世界二十世纪物理学是起始于两位伟大的科
15、学家 的伟大的发现。敢于对古典理论说不的是两位当时还 不知名的年轻科学家，普郎克和爱因斯坦。这个就是 普郎克，当时四十来岁，为了解释黑体辐射谱提出量 子论，用光量子去解释了光电效应。 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 。
16、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。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。基于 量子规律的新技术深深地改变了人类的生活 ，包括激光技术和电子计算机的出现；在量 子论的基础上发展起来的量子力学，极大地 促进了原子核物理等科学的发展，人类从此 进入了核能时代。量子论过程：普朗克的量子假说；玻尔提 出原子的量子理论；爱因斯坦提出 光电效应。意义：对化学、生物学、医学等多 门学科产生重大影响，直接推动了 生产力的发展，从根本上改变了人 类的物质生活一、单项选择题：（13题，每小题2分，共26分） 1、现代物理的两大支柱是：光子论 相对论 量子论 原子论（ ）A、 B、 C、 D、 2、下列有关经典力学的陈述中不正确的是（ ）A、产生于17世纪
