物理学的研究方法

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1、物理学的过去、现在与未来物理学的过去、现在与未来主讲昭通师专物理系 卢巧 一、物理学的学科特点一、物理学的学科特点: :n n物理学是一门物理学是一门实验实验科学。它的根基是实科学。它的根基是实验，一切理论都要以实验作为惟一的检验验，一切理论都要以实验作为惟一的检验者。者。n n物理学是一门严密的物理学是一门严密的理论理论科学，以物理科学，以物理概念为基石，以物理规律为主干，建立了概念为基石，以物理规律为主干，建立了经典物理学与现代物理学及其各分支的严经典物理学与现代物理学及其各分支的严密的逻辑体系。密的逻辑体系。n n物理学是一门物理学是一门定量定量的精密科学，它与数的精密科学，它与数学密切

2、结合。学密切结合。物理学是一门物理学是一门物理学是一门物理学是一门基础基础基础基础科学，是其他自然科学和各种工程科学，是其他自然科学和各种工程科学，是其他自然科学和各种工程科学，是其他自然科学和各种工程技术、国民经济、特别是现代新技术革命的基础。技术、国民经济、特别是现代新技术革命的基础。技术、国民经济、特别是现代新技术革命的基础。技术、国民经济、特别是现代新技术革命的基础。物理学是一门带有物理学是一门带有物理学是一门带有物理学是一门带有方法论方法论方法论方法论性质的科学。性质的科学。性质的科学。性质的科学。物理学同时具备以上五个特点，这正是物理学作为一门物理学同时具备以上五个特点，这正是物理

3、学作为一门物理学同时具备以上五个特点，这正是物理学作为一门物理学同时具备以上五个特点，这正是物理学作为一门成熟的、精确的基础自然科学的标志。成熟的、精确的基础自然科学的标志。成熟的、精确的基础自然科学的标志。成熟的、精确的基础自然科学的标志。 换句话说，物理学的学科结构中要有：实验基础、换句话说，物理学的学科结构中要有：实验基础、换句话说，物理学的学科结构中要有：实验基础、换句话说，物理学的学科结构中要有：实验基础、逻辑体系、数学表述、思想方法、应用价值这五种基成逻辑体系、数学表述、思想方法、应用价值这五种基成逻辑体系、数学表述、思想方法、应用价值这五种基成逻辑体系、数学表述、思想方法、应用价

4、值这五种基成分。分。分。分。n n物理学的分支物理学物理学经典物理经典物理现代物理现代物理力学力学热学热学电磁学电磁学光学光学相对论相对论量子论量子论非线性非线性二、物理学的发展历程二、物理学的发展历程时间时间 t t关关键键概概念念的的发发展展力学力学电磁学电磁学热学热学相对论相对论量子论量子论1600 1700 1800 1900n n三、物理学的分野三、物理学的分野( (在古代在古代将天上星空区域将天上星空区域与地上的国州互相对应，称作分野。与地上的国州互相对应，称作分野。 “分分野野”是指划分的范围或界限是指划分的范围或界限）n n（1 1）实验）实验n n（2 2）唯象理论）唯象理论

5、n n（3 3）理论构架）理论构架n n（4 4）数学）数学以经典力学的发展为例，理解物理学的分野。以经典力学的发展为例，理解物理学的分野。以经典力学的发展为例，理解物理学的分野。以经典力学的发展为例，理解物理学的分野。（三个代表人物：（三个代表人物：（三个代表人物：（三个代表人物：第谷、开普勒、牛顿第谷、开普勒、牛顿第谷、开普勒、牛顿第谷、开普勒、牛顿） 第谷第谷牛顿牛顿开普勒开普勒n n第谷（丹麦科学家）第谷（丹麦科学家）n n 经过经过2020年的天文观测，第谷发现了许年的天文观测，第谷发现了许多新的天文现象，如黄赤交角的变化、月多新的天文现象，如黄赤交角的变化、月球运行的二均差，并重新

6、测量了岁差数值球运行的二均差，并重新测量了岁差数值（每年（每年5151）。）。n n 第谷对天文学的贡献是不可磨灭的，第谷对天文学的贡献是不可磨灭的，他所做的观测精度之高，是他同时代的人他所做的观测精度之高，是他同时代的人望尘莫及的。第谷编制的一部恒星表相当望尘莫及的。第谷编制的一部恒星表相当准确，至今仍然有使用价值。准确，至今仍然有使用价值。第谷用过的望远镜第谷用过的望远镜第谷在天文台工作第谷在天文台工作n n在在第谷第谷的工作基础上，开普勒经过大量的的工作基础上，开普勒经过大量的计算，编制成计算，编制成鲁道夫星表鲁道夫星表，表中列出，表中列出了了10051005颗恒星的位置。颗恒星的位置。

7、n n 这个星表比其他星表要精确得多，因这个星表比其他星表要精确得多，因此直到十八世纪中叶，此直到十八世纪中叶，鲁道夫星表鲁道夫星表仍仍然被天文学家和航海家们视为珍宝，它的然被天文学家和航海家们视为珍宝，它的形式几乎没有改变地保留到今天。形式几乎没有改变地保留到今天。n n开普勒（开普勒（Johannes Johannes KeplerKepler，n n1571-16301571-1630），德国天文学家。），德国天文学家。n n1600160016001600年，开普勒到布拉格担任年，开普勒到布拉格担任年，开普勒到布拉格担任年，开普勒到布拉格担任n n第谷第谷第谷第谷的助手。的助手。的助手

8、。的助手。1601160116011601年第谷去世年第谷去世年第谷去世年第谷去世n n后，他继承了第谷的事业，利后，他继承了第谷的事业，利后，他继承了第谷的事业，利后，他继承了第谷的事业，利n n用第谷多年积累的观测资料，用第谷多年积累的观测资料，用第谷多年积累的观测资料，用第谷多年积累的观测资料，n n仔细分析研究，发现了行星沿仔细分析研究，发现了行星沿仔细分析研究，发现了行星沿仔细分析研究，发现了行星沿n n椭圆轨道运行，并且提出行星椭圆轨道运行，并且提出行星椭圆轨道运行，并且提出行星椭圆轨道运行，并且提出行星n n运动三定律（即开普勒定律），运动三定律（即开普勒定律），运动三定律（即开

9、普勒定律），运动三定律（即开普勒定律），n n为为为为牛顿牛顿牛顿牛顿发现万有引力定律打下发现万有引力定律打下发现万有引力定律打下发现万有引力定律打下n n了基础。了基础。了基础。了基础。开普勒第一定律（椭圆定律）开普勒第一定律（椭圆定律）开普勒第二定律（等面积定律）开普勒第二定律（等面积定律）开普勒第三定律（和谐定律）开普勒第三定律（和谐定律）n n牛顿牛顿n n 在整个科学史上，牛顿被认为是最伟大在整个科学史上，牛顿被认为是最伟大的科学家，因为他是一个真正集实验科学的科学家，因为他是一个真正集实验科学家、理论科学家和数学家三位一体的人物。家、理论科学家和数学家三位一体的人物。 牛顿的理论贡

10、献最辉煌的成就是牛顿的理论贡献最辉煌的成就是万有引万有引力定律力定律的发现。他认为太阳吸引行星，行星的发现。他认为太阳吸引行星，行星吸引行星，以及吸引地面上一切物体的力都吸引行星，以及吸引地面上一切物体的力都是具有相同性质的力，还用微积分证明了开是具有相同性质的力，还用微积分证明了开普勒定律中太阳对行星的作用力是吸引力。普勒定律中太阳对行星的作用力是吸引力。n n 牛顿还通过了大量实验，证明了任何两牛顿还通过了大量实验，证明了任何两物体之间都存在着吸引力，总结出了万有引物体之间都存在着吸引力，总结出了万有引力定律。力定律。n n 牛顿的牛顿的理论理论贡献得益于贡献得益于数学数学。在同一时。在同

11、一时期哈雷和胡克等科学家都在探索天体运动奥期哈雷和胡克等科学家都在探索天体运动奥秘，其中以胡克较为突出，他早就意识到引秘，其中以胡克较为突出，他早就意识到引力的平方反比定律，但他缺乏象牛顿那样的力的平方反比定律，但他缺乏象牛顿那样的数学才能，不能得出定量的表示。数学才能，不能得出定量的表示。n n经典力学经典力学经典力学经典力学n n从第谷开始（主要是观测）从第谷开始（主要是观测）从第谷开始（主要是观测）从第谷开始（主要是观测）实验领域（实验领域（实验领域（实验领域（1 1 1 1）n n开普勒开普勒开普勒开普勒唯象理论（从现象开始）（唯象理论（从现象开始）（唯象理论（从现象开始）（唯象理论（

12、从现象开始）（2 2 2 2）n n牛顿牛顿牛顿牛顿变成了理论构架（与数学有密切关系）变成了理论构架（与数学有密切关系）变成了理论构架（与数学有密切关系）变成了理论构架（与数学有密切关系）（3 3 3 3）n n电磁学电磁学电磁学电磁学n n从库仑开始从库仑开始从库仑开始从库仑开始实验领域（实验领域（实验领域（实验领域（1 1 1 1）n n安培、法拉第安培、法拉第安培、法拉第安培、法拉第发展了唯象理论（发展了唯象理论（发展了唯象理论（发展了唯象理论（2 2 2 2）n n麦克斯韦麦克斯韦麦克斯韦麦克斯韦方程式（完全解释了电磁现象）方程式（完全解释了电磁现象）方程式（完全解释了电磁现象）方程式

13、（完全解释了电磁现象）n n赫兹赫兹赫兹赫兹预言了电磁波的存在预言了电磁波的存在预言了电磁波的存在预言了电磁波的存在理论构架（理论构架（理论构架（理论构架（3 3 3 3）n n三、物理学各个时期的特点、代表人物、三、物理学各个时期的特点、代表人物、研究方法等研究方法等n n1 1、古代物理学时期、古代物理学时期（公元前（公元前8 8世纪至公元世纪至公元1515世纪世纪 ）n n（1 1）古代物理学的特点）古代物理学的特点n n物理现象虽被发现和记录下来，但物理现象虽被发现和记录下来，但未形成系统的理论。未形成系统的理论。n n受神学的支配很强。受神学的支配很强。n n天才的臆测建立在笼统的直

14、觉观察天才的臆测建立在笼统的直觉观察之中。之中。 n n在研究方法上主要是表面的观察、直觉在研究方法上主要是表面的观察、直觉的猜测和形式逻辑的演绎。的猜测和形式逻辑的演绎。n n在知识水平上基本上是现象的描述、经在知识水平上基本上是现象的描述、经验的肤浅的总结和思辨性的猜测。验的肤浅的总结和思辨性的猜测。n n在内容上主要有物质本原的探索、天体在内容上主要有物质本原的探索、天体的运动、静力学和光学等有关知识，其中的运动、静力学和光学等有关知识，其中静力学发展较为完善；在发展速度上比较静力学发展较为完善；在发展速度上比较缓慢，社会功能不明显缓慢，社会功能不明显 。n n（2 2）代表人物）代表人

15、物n n亚里士多德亚里士多德亚里士多德亚里士多德( ( ( (公元前公元前公元前公元前384-384-384-384-公元前公元前公元前公元前322322322322）: : : :马其马其马其马其顿国王私人医生的儿子，顿国王私人医生的儿子，顿国王私人医生的儿子，顿国王私人医生的儿子，18181818岁进入柏拉图学院岁进入柏拉图学院岁进入柏拉图学院岁进入柏拉图学院 ，约在公元前约在公元前约在公元前约在公元前342 342 342 342 年，他成为亚力山大大帝的私人年，他成为亚力山大大帝的私人年，他成为亚力山大大帝的私人年，他成为亚力山大大帝的私人教师。一生著作颇丰，在科学领域里起着奠基性教师

16、。一生著作颇丰，在科学领域里起着奠基性教师。一生著作颇丰，在科学领域里起着奠基性教师。一生著作颇丰，在科学领域里起着奠基性的作用。的作用。的作用。的作用。n nn n主要观点：主要观点：主要观点：主要观点：（1 1 1 1）提出物理学名称的第一人，强调科学分类。）提出物理学名称的第一人，强调科学分类。）提出物理学名称的第一人，强调科学分类。）提出物理学名称的第一人，强调科学分类。（2 2 2 2）若物体不受力，运动即停止。）若物体不受力，运动即停止。）若物体不受力，运动即停止。）若物体不受力，运动即停止。（3 3 3 3）物体越重，下落速度应该越大。）物体越重，下落速度应该越大。）物体越重，下

17、落速度应该越大。）物体越重，下落速度应该越大。（4 4 4 4）地球是宇宙的中心，太阳、行星和月亮应该围）地球是宇宙的中心，太阳、行星和月亮应该围）地球是宇宙的中心，太阳、行星和月亮应该围）地球是宇宙的中心，太阳、行星和月亮应该围绕它转。绕它转。绕它转。绕它转。n n亚氏观点从归纳日常生活出发，加上哲学思辩，亚氏观点从归纳日常生活出发，加上哲学思辩，亚氏观点从归纳日常生活出发，加上哲学思辩，亚氏观点从归纳日常生活出发，加上哲学思辩，后来发展为经院哲学，成为自然科学的障碍。后来发展为经院哲学，成为自然科学的障碍。后来发展为经院哲学，成为自然科学的障碍。后来发展为经院哲学，成为自然科学的障碍。n

18、n某些大科学家某些大科学家“比起亚里士多德不过是小比起亚里士多德不过是小学生。学生。”达尔文达尔文（3 3）中国古代的物理学）中国古代的物理学力学方面力学方面 我国古代力学知识源远流长，积累丰富。我国古代力学知识源远流长，积累丰富。早在早在20002000多年以前的战国时期，在多年以前的战国时期，在“墨经墨经”中，中，记述了墨子。记述了墨子。( (公元前公元前478478前前392)392)等哲学家对力学方面的一等哲学家对力学方面的一些精辟见解，如些精辟见解，如“力，刑之所以奋也。力，刑之所以奋也。”，表，表达达了力是使人和物的了力是使人和物的“奋奋”即由静到动的根本原即由静到动的根本原因。因

19、。 还对杠杆进行了研究，指出还对杠杆进行了研究，指出:“:“相衡，则相衡，则本本短标长。短标长。”说明了在称量重物时，要想与砝说明了在称量重物时，要想与砝码码平衡，就要调整重臂平衡，就要调整重臂“本本”和力臂和力臂“标标”，这一这一记录比阿基米德早二百多年。我国科学家的记录比阿基米德早二百多年。我国科学家的朴素的宇宙观，例东汉的张衡强调朴素的宇宙观，例东汉的张衡强调:“:“宇之表宇之表无极，宙之端无穷无极，宙之端无穷”。 n nn n电磁学方面电磁学方面n n在静电学方面，在西汉末年，在静电学方面，在西汉末年，( (公元前公元前2020年年) )就有记载，在磁学方面更有骄人记录就有记载，在磁学

20、方面更有骄人记录: :n n1) 40001) 4000年前，黄帝与蚩尤打仗，但蚩尤作年前，黄帝与蚩尤打仗，但蚩尤作雾，黄帝则使用指南车来辨别方向，使蚩雾，黄帝则使用指南车来辨别方向，使蚩尤大败。尤大败。n n2)2)郦道元在郦道元在“水经注水经注”中，写到秦始皇为中，写到秦始皇为了防避刺客，用磁石建造阿房宫的北阙门，了防避刺客，用磁石建造阿房宫的北阙门，若刺客身怀刀刃将被磁门吸住。若刺客身怀刀刃将被磁门吸住。n n3)3)指南针比法人古约特早几百年。指南针比法人古约特早几百年。n n天文学天文学n n比较突出的是张衡比较突出的是张衡( (公元公元7878年年139139年年) )，生于河南南

21、阳石桥镇，公元，生于河南南阳石桥镇，公元111111年担任了年担任了东汉主持天象观测、编订历法的太史令，东汉主持天象观测、编订历法的太史令，发明了浑天仪、候风地动仪。国际天文学发明了浑天仪、候风地动仪。国际天文学组织用他的名字命名了一颗小行星和月球组织用他的名字命名了一颗小行星和月球上的一座环行山。上的一座环行山。n n声学声学n n19791979年出土了战国时期制造的曾侯已年出土了战国时期制造的曾侯已编钟，说明了古代祖先对音节音律方面的编钟，说明了古代祖先对音节音律方面的极高造诣，北京天坛的回音壁等，巧妙地极高造诣，北京天坛的回音壁等，巧妙地应用了声学原理，至今仍令人为之瞩目。应用了声学原

22、理，至今仍令人为之瞩目。n n中国是世界上科学发展最早的国家，中国是世界上科学发展最早的国家，这是我们民族的骄傲。这是我们民族的骄傲。（4 4 4 4）古代物理学时期对于西方又可分为两个阶段：）古代物理学时期对于西方又可分为两个阶段：）古代物理学时期对于西方又可分为两个阶段：）古代物理学时期对于西方又可分为两个阶段：n n古希腊古希腊古希腊古希腊- - - -罗马阶段罗马阶段罗马阶段罗马阶段（公元前（公元前（公元前（公元前8 8 8 8世纪至公元世纪至公元世纪至公元世纪至公元5 5 5 5纪）。纪）。纪）。纪）。n n主要有古希腊的原子论、阿基米德主要有古希腊的原子论、阿基米德主要有古希腊的原

23、子论、阿基米德主要有古希腊的原子论、阿基米德ArchimedesArchimedesArchimedesArchimedes， 公元前公元前公元前公元前287-287-287-287-公元前公元前公元前公元前212212212212）的力学、托勒密）的力学、托勒密）的力学、托勒密）的力学、托勒密（Claudius Claudius Claudius Claudius PtolemaeusPtolemaeusPtolemaeusPtolemaeus, , , ,约约约约90-16890-16890-16890-168）的天文学等。）的天文学等。）的天文学等。）的天文学等。n n中世纪阶段中世纪阶

24、段中世纪阶段中世纪阶段（公元（公元（公元（公元5 5 5 5世纪至公元世纪至公元世纪至公元世纪至公元15151515世纪）世纪）世纪）世纪）主要有主要有主要有主要有勒勒勒勒 哈增（哈增（哈增（哈增（AL-Hazen,AL-Hazen,AL-Hazen,AL-Hazen,约约约约965-1038965-1038965-1038965-1038）的光学、冲力说）的光学、冲力说）的光学、冲力说）的光学、冲力说等。等。等。等。2、经典物理学时期、经典物理学时期(17世纪初世纪初19世纪末世纪末) 这个时期资本主义生产促进了技术与科学的发这个时期资本主义生产促进了技术与科学的发这个时期资本主义生产促进了

25、技术与科学的发这个时期资本主义生产促进了技术与科学的发展，形成了比较完整的经典物理学体系。展，形成了比较完整的经典物理学体系。展，形成了比较完整的经典物理学体系。展，形成了比较完整的经典物理学体系。系统的观系统的观系统的观系统的观察实验和严密的数学推导相察实验和严密的数学推导相察实验和严密的数学推导相察实验和严密的数学推导相结合的方法，被引进物结合的方法，被引进物结合的方法，被引进物结合的方法，被引进物理学中，导致了理学中，导致了理学中，导致了理学中，导致了17171717世纪主要在天文学和力学领域中世纪主要在天文学和力学领域中世纪主要在天文学和力学领域中世纪主要在天文学和力学领域中的的的的“

26、科学革命科学革命科学革命科学革命”。牛顿力学体系的建立，标志着近。牛顿力学体系的建立，标志着近。牛顿力学体系的建立，标志着近。牛顿力学体系的建立，标志着近代代代代物理学的诞生。经过物理学的诞生。经过物理学的诞生。经过物理学的诞生。经过18181818世纪的准备，物理学在世纪的准备，物理学在世纪的准备，物理学在世纪的准备，物理学在19191919世纪获得了迅速和重要的发展。终于在世纪获得了迅速和重要的发展。终于在世纪获得了迅速和重要的发展。终于在世纪获得了迅速和重要的发展。终于在19191919世纪末以世纪末以世纪末以世纪末以经典力学、热力学和统计物理学、经典经典力学、热力学和统计物理学、经典电

27、磁场理论电磁场理论为支柱，使经典物理学的发展达到了为支柱，使经典物理学的发展达到了为支柱，使经典物理学的发展达到了为支柱，使经典物理学的发展达到了它的顶峰。它的顶峰。它的顶峰。它的顶峰。 （1 1）代表人物）代表人物伽利略伽利略伽利略伽利略伽利雷伽利雷伽利雷伽利雷 (1564(1564(1564(15641642)1642)1642)1642) 是是是是意大利文艺复兴意大利文艺复兴意大利文艺复兴意大利文艺复兴后期伟大的后期伟大的后期伟大的后期伟大的天文学天文学天文学天文学家、家、家、家、力学力学力学力学家、家、家、家、哲学哲学哲学哲学家、家、家、家、物理学物理学物理学物理学家、家、家、家、数学

28、数学数学数学家。也是近代实验物理家。也是近代实验物理家。也是近代实验物理家。也是近代实验物理学的开拓者，被誉为学的开拓者，被誉为学的开拓者，被誉为学的开拓者，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”。 17171717岁进入岁进入岁进入岁进入比比比比萨大学萨大学萨大学萨大学攻读医学，后来转攻数学，毕业后任大学教攻读医学，后来转攻数学，毕业后任大学教攻读医学，后来转攻数学，毕业后任大学教攻读医学，后来转攻数学，毕业后任大学教授。他是为维护授。他是为维护授。他是为维护授。他是为维护真理真理真理真理而进行而进行而进行而进行不屈不挠不屈不挠不屈不挠不屈不挠的战士。的战士。的战士。的战

29、士。恩格斯恩格斯恩格斯恩格斯称他是称他是称他是称他是“不管有何障碍，都能不顾一切而打破旧说，不管有何障碍，都能不顾一切而打破旧说，不管有何障碍，都能不顾一切而打破旧说，不管有何障碍，都能不顾一切而打破旧说，创立新说的巨人之一创立新说的巨人之一创立新说的巨人之一创立新说的巨人之一”。n nn n伽利略在科学史上的地位伽利略在科学史上的地位n n伽利略的科学发现，不仅在伽利略的科学发现，不仅在物理学物理学史史上而且在整个上而且在整个科学史科学史上都占有极其重要的上都占有极其重要的地位。他不仅纠正了统治欧洲近两千年的地位。他不仅纠正了统治欧洲近两千年的亚里士多德的错误观点，更亚里士多德的错误观点，更

30、创立了研究自创立了研究自然科学的新方法。然科学的新方法。 n n伽利略在天文学方面的贡献：伽利略在天文学方面的贡献：自制望远镜（自制望远镜（自制望远镜（自制望远镜（1609160916091609年）年）年）年）为纪念他首先用望远镜观察星空这一壮为纪念他首先用望远镜观察星空这一壮为纪念他首先用望远镜观察星空这一壮为纪念他首先用望远镜观察星空这一壮举，举，举，举，2009200920092009年为国际天文年。年为国际天文年。年为国际天文年。年为国际天文年。发现木星的发现木星的发现木星的发现木星的4 4 4 4颗卫星颗卫星颗卫星颗卫星发现太阳黑子发现太阳黑子发现太阳黑子发现太阳黑子定出太阳自转周

31、期定出太阳自转周期定出太阳自转周期定出太阳自转周期木星卫星木星卫星 伽利略望远镜伽利略望远镜对科学方法的贡献对科学方法的贡献 斜面实验在斜面实验在斜面实验在斜面实验在2002200220022002年被评为年被评为年被评为年被评为历史上历史上历史上历史上“最美丽最美丽最美丽最美丽”的十大物理实验的十大物理实验的十大物理实验的十大物理实验之一。之一。之一。之一。从斜面实验看伽利略的研究方法：从斜面实验看伽利略的研究方法：从斜面实验看伽利略的研究方法：从斜面实验看伽利略的研究方法：对现象的观察对现象的观察 提出假设（匀加速运动假设）提出假设（匀加速运动假设） 进行数学和逻辑的推理进行数学和逻辑的推

32、理 实验验证实验验证s-ts-t2 2 形成理论形成理论开创了科学实验方法，并将实验、观察和理论思维相结合。开创了科学实验方法，并将实验、观察和理论思维相结合。提出了思想实验。提出了思想实验。 “伽利略的发现，以及他所用的科学推理方法，是人类思想伽利略的发现，以及他所用的科学推理方法，是人类思想伽利略的发现，以及他所用的科学推理方法，是人类思想伽利略的发现，以及他所用的科学推理方法，是人类思想史史史史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正的开端！上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正的开端！上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正的开端！上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正的开

33、端！” ” ” ” n伽利略被后人称为伽利略被后人称为“现代物理之父现代物理之父”伽利略在解释其观察结论伽利略在解释其观察结论伽利略与斜塔伽利略与斜塔晚年伽利略在被软禁期间，直到逝世前，一直未中断过研晚年伽利略在被软禁期间，直到逝世前，一直未中断过研晚年伽利略在被软禁期间，直到逝世前，一直未中断过研晚年伽利略在被软禁期间，直到逝世前，一直未中断过研究工作。究工作。究工作。究工作。1633163316331633年，年，年，年，69696969岁高龄时曾被罗马宗教裁判所判处终岁高龄时曾被罗马宗教裁判所判处终岁高龄时曾被罗马宗教裁判所判处终岁高龄时曾被罗马宗教裁判所判处终身监禁。身监禁。身监禁。身

34、监禁。但他但他但他但他仍致力于科研，于仍致力于科研，于仍致力于科研，于仍致力于科研，于1638163816381638年又写出了年又写出了年又写出了年又写出了关于两关于两关于两关于两门新科学对话门新科学对话门新科学对话门新科学对话一书。直到一书。直到一书。直到一书。直到1979197919791979年，年，年，年，300300300300多年后，教会才多年后，教会才多年后，教会才多年后，教会才宣布为伽利略平反。宣布为伽利略平反。宣布为伽利略平反。宣布为伽利略平反。罗马教庭对伽利略的审判罗马教庭对伽利略的审判 n n伽利略的预见伽利略的预见n n “一门广博精深的科学已经启蒙，我在一门广博精深

35、的科学已经启蒙，我在这方面的工作只是它的开始，那些比我更这方面的工作只是它的开始，那些比我更敏锐的人所用的方法和手段将会探索到各敏锐的人所用的方法和手段将会探索到各个遥远的角落。个遥远的角落。”n n牛顿，牛顿，(1643(1643年年1 1月月4 4日日-1727-1727年年3 3月月3131日日) )n n是英国伟大的数学家、物理学家、天文学是英国伟大的数学家、物理学家、天文学家和自然哲学家。家和自然哲学家。16431643年年1 1月月4 4日生于英格日生于英格兰林肯郡格兰瑟姆附近的沃尔索普村兰林肯郡格兰瑟姆附近的沃尔索普村,1727,1727年年3 3月月3131日在日在伦敦伦敦病逝

36、。病逝。n n2727岁，就担任了剑桥的数学教授。岁，就担任了剑桥的数学教授。n n16721672年当选为英国皇家学会会员。年当选为英国皇家学会会员。 n n17031703年当选为英国皇家学会会长。年当选为英国皇家学会会长。n n牛顿在科学上最卓越的贡献是：牛顿在科学上最卓越的贡献是：n n微积分和经典力学微积分和经典力学的创建。的创建。 英国著名诗人英国著名诗人PopePope写道：写道：Nature and natures law Lay hid in nightGod said : Let Newton beAnd all was light牛顿名言：牛顿名言： 我不知道在别人看来，

37、我是什么样的人；我不知道在别人看来，我是什么样的人；但在我自己看来，我不过就象是一个在海但在我自己看来，我不过就象是一个在海滨玩耍的小孩，为不时发现比寻常更为光滨玩耍的小孩，为不时发现比寻常更为光滑的一块卵石或比寻常更为美丽的一片贝滑的一块卵石或比寻常更为美丽的一片贝壳而沾沾自喜，而对于展现在我面前的浩壳而沾沾自喜，而对于展现在我面前的浩瀚的真理的海洋，却全然没有发现。瀚的真理的海洋，却全然没有发现。 -牛顿牛顿牛顿物理学的局限性牛顿物理学的局限性 当物体运动速率很高时（接近光速），当物体运动速率很高时（接近光速），当所描写的体系很小时（微观体系），当所当所描写的体系很小时（微观体系），当所描

38、述的物质系统很大，或引力很强时，牛顿描述的物质系统很大，或引力很强时，牛顿的万有引力、运动定律和牛顿的时空观就不的万有引力、运动定律和牛顿的时空观就不完全正确了，将由新的理论来代替。完全正确了，将由新的理论来代替。麦克斯韦：麦克斯韦： 主要从事电磁理论、分子物主要从事电磁理论、分子物主要从事电磁理论、分子物主要从事电磁理论、分子物理学、统计物理学、光学、力学、理学、统计物理学、光学、力学、理学、统计物理学、光学、力学、理学、统计物理学、光学、力学、弹性理论方面的研究。尤其是他弹性理论方面的研究。尤其是他弹性理论方面的研究。尤其是他弹性理论方面的研究。尤其是他建立的电磁场理论，将电学、磁学、建立

39、的电磁场理论，将电学、磁学、建立的电磁场理论，将电学、磁学、建立的电磁场理论，将电学、磁学、光学统一起来，光学统一起来，光学统一起来，光学统一起来，是是是是19191919世纪物理学发展的最光辉的成世纪物理学发展的最光辉的成世纪物理学发展的最光辉的成世纪物理学发展的最光辉的成果，是科学史上最伟大的综合之一。果，是科学史上最伟大的综合之一。果，是科学史上最伟大的综合之一。果，是科学史上最伟大的综合之一。他预言了电磁他预言了电磁他预言了电磁他预言了电磁波的存在。这种理论遇见后来得到了充分的实验验波的存在。这种理论遇见后来得到了充分的实验验波的存在。这种理论遇见后来得到了充分的实验验波的存在。这种理

40、论遇见后来得到了充分的实验验证。他为物理学树起了一座丰碑。造福于人类的无证。他为物理学树起了一座丰碑。造福于人类的无证。他为物理学树起了一座丰碑。造福于人类的无证。他为物理学树起了一座丰碑。造福于人类的无线电技术，就是以电磁场理论为基础发展起来的。线电技术，就是以电磁场理论为基础发展起来的。线电技术，就是以电磁场理论为基础发展起来的。线电技术，就是以电磁场理论为基础发展起来的。（2 2）经典物理的主要研究方法）经典物理的主要研究方法 伽利略开创了以观察伽利略开创了以观察实验实验为基础，运用为基础，运用数学数学工具定量探究的物理学研究方法。牛顿工具定量探究的物理学研究方法。牛顿不仅仅完成了物理学

41、发展史上的第一次大综不仅仅完成了物理学发展史上的第一次大综合，还实现了实验方法和数学方法、归纳方合，还实现了实验方法和数学方法、归纳方法与演绎方法、分析方法与综合方法的大综法与演绎方法、分析方法与综合方法的大综合，他还时常用理想实验法、假说法等研究合，他还时常用理想实验法、假说法等研究方法。方法。（3 3）对社会发展的影响）对社会发展的影响 17171717世纪：世纪：世纪：世纪：牛顿力学的出现，大大推动了欧洲资本主义社会牛顿力学的出现，大大推动了欧洲资本主义社会牛顿力学的出现，大大推动了欧洲资本主义社会牛顿力学的出现，大大推动了欧洲资本主义社会的工业革命。出现了大工厂、大型机械装备，而大工业

42、的迅的工业革命。出现了大工厂、大型机械装备，而大工业的迅的工业革命。出现了大工厂、大型机械装备，而大工业的迅的工业革命。出现了大工厂、大型机械装备，而大工业的迅猛发展又为资本主义的发展奠定了坚实的基础。猛发展又为资本主义的发展奠定了坚实的基础。猛发展又为资本主义的发展奠定了坚实的基础。猛发展又为资本主义的发展奠定了坚实的基础。 18181818世纪：世纪：世纪：世纪：热力学的发展，促使各种热机不断地被研制，先热力学的发展，促使各种热机不断地被研制，先热力学的发展，促使各种热机不断地被研制，先热力学的发展，促使各种热机不断地被研制，先后出现了火车、轮船、汽车、飞机，使资本主义社会向前大大后出现了

43、火车、轮船、汽车、飞机，使资本主义社会向前大大后出现了火车、轮船、汽车、飞机，使资本主义社会向前大大后出现了火车、轮船、汽车、飞机，使资本主义社会向前大大迈进了一步。迈进了一步。迈进了一步。迈进了一步。 19191919世纪：世纪：世纪：世纪：电磁学理论的完善，使人类社会步入了电气时代。电磁学理论的完善，使人类社会步入了电气时代。电磁学理论的完善，使人类社会步入了电气时代。电磁学理论的完善，使人类社会步入了电气时代。3 3、现代物理学时期、现代物理学时期( (从从1919世纪末至今）世纪末至今） 这个时期是现代物理学的诞生和取得革命性发这个时期是现代物理学的诞生和取得革命性发这个时期是现代物理

44、学的诞生和取得革命性发这个时期是现代物理学的诞生和取得革命性发展时期。物理学的研究领域得到巨大的拓展，实验展时期。物理学的研究领域得到巨大的拓展，实验展时期。物理学的研究领域得到巨大的拓展，实验展时期。物理学的研究领域得到巨大的拓展，实验手段与设备得到前所未有的增强，理论基础发生了手段与设备得到前所未有的增强，理论基础发生了手段与设备得到前所未有的增强，理论基础发生了手段与设备得到前所未有的增强，理论基础发生了质的飞跃。质的飞跃。质的飞跃。质的飞跃。（1 1）这个时期物理学的特征：）这个时期物理学的特征： 在研究方法上更加依赖大规模的实验、高度抽在研究方法上更加依赖大规模的实验、高度抽在研究方

45、法上更加依赖大规模的实验、高度抽在研究方法上更加依赖大规模的实验、高度抽象的理性思维和国际化的合作与交流；在认识领域象的理性思维和国际化的合作与交流；在认识领域象的理性思维和国际化的合作与交流；在认识领域象的理性思维和国际化的合作与交流；在认识领域上拓展到上拓展到上拓展到上拓展到微观（微观（微观（微观（10-10-10-10-13131313）与宇观（）与宇观（）与宇观（）与宇观（200200200200亿光年）和接亿光年）和接亿光年）和接亿光年）和接近光速的高速运动新领域，近光速的高速运动新领域，近光速的高速运动新领域，近光速的高速运动新领域，变革了人类对物质、运变革了人类对物质、运变革了人

46、类对物质、运变革了人类对物质、运动、时空、因果律的认识；在发展速度上非常迅动、时空、因果律的认识；在发展速度上非常迅动、时空、因果律的认识；在发展速度上非常迅动、时空、因果律的认识；在发展速度上非常迅猛，社会功能十分显著，推动了社会的飞速发展。猛，社会功能十分显著，推动了社会的飞速发展。猛，社会功能十分显著，推动了社会的飞速发展。猛，社会功能十分显著，推动了社会的飞速发展。（2 2）这个时期的物理学又可大致地分为）这个时期的物理学又可大致地分为两个阶段两个阶段1 1革命与奠基阶段革命与奠基阶段（18951895年至年至19271927年）。年）。建立了相对论和量子力学，奠定了现代物理建立了相对

47、论和量子力学，奠定了现代物理学的基础。学的基础。2 2飞速发展阶段飞速发展阶段（19271927年至今）年至今）产生了产生了量子场论、原子核物理学、粒子物理学、半量子场论、原子核物理学、粒子物理学、半导体支学科。导体支学科。1 1、代表人物、代表人物（1 1）爱因斯坦）爱因斯坦阿尔伯特阿尔伯特阿尔伯特阿尔伯特爱因斯坦爱因斯坦爱因斯坦爱因斯坦 （Albert EinsteinAlbert EinsteinAlbert EinsteinAlbert Einstein，1879187918791879年年年年3 3 3 3月月月月14141414日日日日- - - -1955195519551955

48、年年年年4 4 4 4月月月月18181818日），举世闻名德裔美国科学家，为犹太人，日），举世闻名德裔美国科学家，为犹太人，日），举世闻名德裔美国科学家，为犹太人，日），举世闻名德裔美国科学家，为犹太人，现代物理学的开创者和奠基人，相对论、现代物理学的开创者和奠基人，相对论、现代物理学的开创者和奠基人，相对论、现代物理学的开创者和奠基人，相对论、质能关系质能关系质能关系质能关系的提的提的提的提出出出出者，者，者，者，“决定论量子力学诠释决定论量子力学诠释决定论量子力学诠释决定论量子力学诠释”的捍卫者（振动的粒子）的捍卫者（振动的粒子）的捍卫者（振动的粒子）的捍卫者（振动的粒子）不掷骰子的上帝

49、不掷骰子的上帝不掷骰子的上帝不掷骰子的上帝 1999199919991999年年年年12121212月月月月26262626日，爱因斯坦被美国日，爱因斯坦被美国日，爱因斯坦被美国日，爱因斯坦被美国时代时代时代时代周刊评选为周刊评选为周刊评选为周刊评选为“世纪伟人世纪伟人世纪伟人世纪伟人”n n（2 2）普朗克）普朗克n n德国德国物理学家，物理学家，量子物理学量子物理学的开创者和奠的开创者和奠基人，基人，19181918年年诺贝尔物理学奖诺贝尔物理学奖的获得者。的获得者。n n普朗克的伟大成就，就是创立了普朗克的伟大成就，就是创立了量子理论量子理论，这是物理学史上的一次巨大变革。从此结这是物理

50、学史上的一次巨大变革。从此结束了束了经典物理学经典物理学一统天下的局面。一统天下的局面。n nn n 19001900年，普朗克抛弃了年，普朗克抛弃了能量能量是连续的传是连续的传统经典物理观念，导出了与实验完全符合的统经典物理观念，导出了与实验完全符合的 黑体辐射黑体辐射经验公式。（解决了经典物理中经验公式。（解决了经典物理中“紫紫外灾难外灾难”。）。） 普朗克的假设解决了黑体辐射的理论困普朗克的假设解决了黑体辐射的理论困难。普朗克还进一步提出了能量子与难。普朗克还进一步提出了能量子与频率频率成成正比的观点，并引入了正比的观点，并引入了普朗克常数普朗克常数h h。量子理。量子理论现已成为现代理

51、论和实验的不可缺少的基论现已成为现代理论和实验的不可缺少的基本理论。普朗克由于创立了量子理论而获得本理论。普朗克由于创立了量子理论而获得了诺贝尔物理学奖。了诺贝尔物理学奖。 n n（3 3）狄拉克）狄拉克n n对物理学的主要贡献是对物理学的主要贡献是n n发展了发展了量子力学量子力学，n n提出了著名的狄拉克方程，提出了著名的狄拉克方程，n n并且从理论上预言了正电并且从理论上预言了正电n n子的存在。子的存在。（4 4 4 4）居里夫人居里夫人居里夫人居里夫人 是历史上是历史上是历史上是历史上第一个第一个第一个第一个获得两项诺贝尔奖获得两项诺贝尔奖获得两项诺贝尔奖获得两项诺贝尔奖的人，而且是

52、仅有的两个在的人，而且是仅有的两个在的人，而且是仅有的两个在的人，而且是仅有的两个在不同的领域不同的领域不同的领域不同的领域获得诺贝尔奖的人之一。在第一次世界获得诺贝尔奖的人之一。在第一次世界获得诺贝尔奖的人之一。在第一次世界获得诺贝尔奖的人之一。在第一次世界大战时期，居里夫人倡导用放射学救护大战时期，居里夫人倡导用放射学救护大战时期，居里夫人倡导用放射学救护大战时期，居里夫人倡导用放射学救护伤员，推动了放射学在医学领域里的运伤员，推动了放射学在医学领域里的运伤员，推动了放射学在医学领域里的运伤员，推动了放射学在医学领域里的运用。之后，她曾在用。之后，她曾在用。之后，她曾在用。之后，她曾在19

53、21192119211921年赴美国旅游并年赴美国旅游并年赴美国旅游并年赴美国旅游并为放射学的研究筹款。居里夫人由于过为放射学的研究筹款。居里夫人由于过为放射学的研究筹款。居里夫人由于过为放射学的研究筹款。居里夫人由于过度接触放射性物质于度接触放射性物质于度接触放射性物质于度接触放射性物质于1934193419341934年年年年7 7 7 7月月月月4 4 4 4日在法日在法日在法日在法国上萨瓦省逝世。在此之后，她的大女国上萨瓦省逝世。在此之后，她的大女国上萨瓦省逝世。在此之后，她的大女国上萨瓦省逝世。在此之后，她的大女儿伊伦儿伊伦儿伊伦儿伊伦若里奥若里奥若里奥若里奥- - - -居里（居里

54、（居里（居里（IrneJoliotIrneJoliotIrneJoliotIrneJoliot- - - -CurieCurieCurieCurie）获）获）获）获1935193519351935年诺贝尔化学奖。她的年诺贝尔化学奖。她的年诺贝尔化学奖。她的年诺贝尔化学奖。她的小女儿艾芙小女儿艾芙小女儿艾芙小女儿艾芙居里（居里（居里（居里（Eve CurieEve CurieEve CurieEve Curie）在她）在她）在她）在她母亲去世之后写了母亲去世之后写了母亲去世之后写了母亲去世之后写了居里夫人传居里夫人传居里夫人传居里夫人传。（5）霍金：霍金：一个巨大的科学磁场一个巨大的科学磁场没有

55、比这更孱弱的没有比这更孱弱的躯体躯体然而，就是这孱弱的躯体，诞生然而，就是这孱弱的躯体，诞生了伟大的思想；他无法用健全人的步履行了伟大的思想；他无法用健全人的步履行走，但他乘坐时间机器，一次又一次越过走，但他乘坐时间机器，一次又一次越过了想象的边界；他无法用正常的声音表达，了想象的边界；他无法用正常的声音表达，但他灵魂的声音是宇宙中最美妙的天籁。但他灵魂的声音是宇宙中最美妙的天籁。 n n物理学的大发现，在历史上有三次。物理学的大发现，在历史上有三次。n n（1）牛顿力学奠定的是机械工程等方面的）牛顿力学奠定的是机械工程等方面的基础。基础。n n（2）麦克斯韦方程，狭义相对论是我们现）麦克斯韦

56、方程，狭义相对论是我们现代电气化的支撑。代电气化的支撑。n n（3）至于第三次大突破的量子力学的出现，）至于第三次大突破的量子力学的出现，就涉及化学运动的规律，半导体的规律，就涉及化学运动的规律，半导体的规律，原子核运动的规律等。我们现在面临的原原子核运动的规律等。我们现在面临的原子能时代，电脑时代的技术，都是量子力子能时代，电脑时代的技术，都是量子力学的贡献。学的贡献。物理学每一次划时代的发现都物理学每一次划时代的发现都带来了划时代技术的进展。带来了划时代技术的进展。 n n2020世纪物理学的成就世纪物理学的成就n n 原子物理、量子力学、相对论、半导体学的原子物理、量子力学、相对论、半导

57、体学的原子物理、量子力学、相对论、半导体学的原子物理、量子力学、相对论、半导体学的相继问世，又使人类社会迈入了原子时代和信息时相继问世，又使人类社会迈入了原子时代和信息时相继问世，又使人类社会迈入了原子时代和信息时相继问世，又使人类社会迈入了原子时代和信息时代。代。代。代。n物理学发展的总趋向：物理学发展的总趋向：（1 1）学科之间的大综合）学科之间的大综合（2 2）相互渗透结合成边缘学科（）相互渗透结合成边缘学科（生物物理、生物化生物物理、生物化学、物理化学、量子化学、量子电子学、量子统学、物理化学、量子化学、量子电子学、量子统计力学、固体量子论。）计力学、固体量子论。）n二十世纪物理学中两

58、个重要的概念：二十世纪物理学中两个重要的概念： 场和对称性场和对称性n物理学近年来的发展物理学近年来的发展（1）粒子物理）粒子物理高能加速器产生新粒子，已高能加速器产生新粒子，已发现发现300种。种。（2）麦克斯韦理论、狄拉克量子电动力学、）麦克斯韦理论、狄拉克量子电动力学、重整化方法。重整化方法。（3）天体物理）天体物理运用物理学实验方法和理论运用物理学实验方法和理论对宇宙各种星球进行观测和研究，从而得对宇宙各种星球进行观测和研究，从而得出相应的天文规律的学科。出相应的天文规律的学科。（4）应用经典、量子、广义相对论、等离子）应用经典、量子、广义相对论、等离子体物理和粒子物理。体物理和粒子物

59、理。物理学研究的前沿领域物理学研究的前沿领域太阳中微子短缺问题太阳中微子短缺问题n引力波存在的问题引力波存在的问题n物体的速度能否超过光速的问题物体的速度能否超过光速的问题n生物物理有机体遗传程序的研究生物物理有机体遗传程序的研究 n有机体遗传程序的研究（须运用量子力学有机体遗传程序的研究（须运用量子力学、统计物理、统计物理、X射线、电子能谱射线、电子能谱和核磁共振和核磁共振技术。）技术。）非平衡热力学及统计物理非平衡热力学及统计物理2 2 2 2、物理学与新技术、物理学与新技术、物理学与新技术、物理学与新技术(1)(1)(1)(1)从从从从“质能公式的提出质能公式的提出质能公式的提出质能公式

60、的提出”到核技术到核技术到核技术到核技术1905190519051905年年年年9 9 9 9月，爱因斯坦创立狭义相对论，并在月，爱因斯坦创立狭义相对论，并在月，爱因斯坦创立狭义相对论，并在月，爱因斯坦创立狭义相对论，并在他的题为他的题为他的题为他的题为“物质的惯性与它所含的能量相关吗物质的惯性与它所含的能量相关吗物质的惯性与它所含的能量相关吗物质的惯性与它所含的能量相关吗”论文中，揭示了质量与能量之间的关系，提出了论文中，揭示了质量与能量之间的关系，提出了论文中，揭示了质量与能量之间的关系，提出了论文中，揭示了质量与能量之间的关系，提出了著名的质能公式著名的质能公式著名的质能公式著名的质能公

61、式E=mc2E=mc2E=mc2E=mc2，这就从理论上预言了原子，这就从理论上预言了原子，这就从理论上预言了原子，这就从理论上预言了原子内部蕴藏着巨大的能量内部蕴藏着巨大的能量内部蕴藏着巨大的能量内部蕴藏着巨大的能量. . . .能否开发和利用这些能量能否开发和利用这些能量能否开发和利用这些能量能否开发和利用这些能量? ? ? ?当时人类则抱有悲观态度，甚至大科学家卢瑟福当时人类则抱有悲观态度，甚至大科学家卢瑟福当时人类则抱有悲观态度，甚至大科学家卢瑟福当时人类则抱有悲观态度，甚至大科学家卢瑟福也认为也认为也认为也认为“通过原子的变换去探索能源，那简直是通过原子的变换去探索能源，那简直是通过

62、原子的变换去探索能源，那简直是通过原子的变换去探索能源，那简直是无稽之谈无稽之谈无稽之谈无稽之谈”. . . . 核技术的开发和利用是很复杂的综合性设施，核技术的开发和利用是很复杂的综合性设施，核技术的开发和利用是很复杂的综合性设施，核技术的开发和利用是很复杂的综合性设施，它涉及到许多学科、工业部门和多项新技术它涉及到许多学科、工业部门和多项新技术它涉及到许多学科、工业部门和多项新技术它涉及到许多学科、工业部门和多项新技术. . . .显然核显然核显然核显然核物理学是最必要最重要的基础学科之一；而核反应物理学是最必要最重要的基础学科之一；而核反应物理学是最必要最重要的基础学科之一；而核反应物理

63、学是最必要最重要的基础学科之一；而核反应堆、核电站、核武器的研究、设计、制造、调试、堆、核电站、核武器的研究、设计、制造、调试、堆、核电站、核武器的研究、设计、制造、调试、堆、核电站、核武器的研究、设计、制造、调试、试验、运行以及更新换代的过程中，又推动了核物试验、运行以及更新换代的过程中，又推动了核物试验、运行以及更新换代的过程中，又推动了核物试验、运行以及更新换代的过程中，又推动了核物理的发展理的发展理的发展理的发展. . . .核物理的发展，不断地为核能装置的设计核物理的发展，不断地为核能装置的设计核物理的发展，不断地为核能装置的设计核物理的发展，不断地为核能装置的设计提供日益精确的数据

64、，从而提高了核能利用效率和提供日益精确的数据，从而提高了核能利用效率和提供日益精确的数据，从而提高了核能利用效率和提供日益精确的数据，从而提高了核能利用效率和经济效益，并为更大规模的核能利用准备了条件经济效益，并为更大规模的核能利用准备了条件经济效益，并为更大规模的核能利用准备了条件经济效益，并为更大规模的核能利用准备了条件. . . .n n（2）从）从“光量子假说光量子假说”到激光技术到激光技术n n19001900年年1212月月2424日，在德国物理学会的年日，在德国物理学会的年会上，普朗克宣读了他的会上，普朗克宣读了他的“关于正常光谱的关于正常光谱的能能量分布定律的理论量分布定律的理

65、论”论文，提出了一个革命论文，提出了一个革命性性的思想光量子假说的思想光量子假说. .n n n n 1916191619161916年，爱因斯坦在旧量子论的基础上提出了受年，爱因斯坦在旧量子论的基础上提出了受年，爱因斯坦在旧量子论的基础上提出了受年，爱因斯坦在旧量子论的基础上提出了受激（感应）发射的概念，并在他的论文激（感应）发射的概念，并在他的论文激（感应）发射的概念，并在他的论文激（感应）发射的概念，并在他的论文“关于辐射关于辐射关于辐射关于辐射的的的的量子理论量子理论量子理论量子理论”中首次给出了能态之间跃迁的新认识中首次给出了能态之间跃迁的新认识中首次给出了能态之间跃迁的新认识中首次

66、给出了能态之间跃迁的新认识. . . .他他他他认为，在气体分子（普朗克谐振子）的能态跃迁认为，在气体分子（普朗克谐振子）的能态跃迁认为，在气体分子（普朗克谐振子）的能态跃迁认为，在气体分子（普朗克谐振子）的能态跃迁中，存在两种不同的辐射过程：一种是由高能级到中，存在两种不同的辐射过程：一种是由高能级到中，存在两种不同的辐射过程：一种是由高能级到中，存在两种不同的辐射过程：一种是由高能级到低能级的自发辐射，一种是由于频率响应从高能级低能级的自发辐射，一种是由于频率响应从高能级低能级的自发辐射，一种是由于频率响应从高能级低能级的自发辐射，一种是由于频率响应从高能级到低能级的受激辐射到低能级的受激

67、辐射到低能级的受激辐射到低能级的受激辐射. . . .受激辐射概念的提出，实际上受激辐射概念的提出，实际上受激辐射概念的提出，实际上受激辐射概念的提出，实际上已为激光器的发明奠定了理论基础已为激光器的发明奠定了理论基础已为激光器的发明奠定了理论基础已为激光器的发明奠定了理论基础. . . .激光技术激光技术是现代物理学和现代科学技是现代物理学和现代科学技术相结合孕育出来的一门科学技术，它的术相结合孕育出来的一门科学技术，它的发展历史不仅充分显示出物理科学理论对发展历史不仅充分显示出物理科学理论对技术发明的预见性，而且它本身又作为现技术发明的预见性，而且它本身又作为现代科学技术家族中的一个优等生

68、，也大大代科学技术家族中的一个优等生，也大大促进和推动着现代物理学和现代科学技术促进和推动着现代物理学和现代科学技术的发展的发展.n n三、从三、从三、从三、从“ “量子力学的建立量子力学的建立量子力学的建立量子力学的建立” ”到电子和信息技术到电子和信息技术到电子和信息技术到电子和信息技术n n20202020世纪世纪世纪世纪20202020年代无疑是理论物理学的黄金时代，年代无疑是理论物理学的黄金时代，年代无疑是理论物理学的黄金时代，年代无疑是理论物理学的黄金时代，在短短的几年之内，物理学家为了解决旧量子论的在短短的几年之内，物理学家为了解决旧量子论的在短短的几年之内，物理学家为了解决旧量

69、子论的在短短的几年之内，物理学家为了解决旧量子论的困难，在不同的地点，从不同的角度、以不同的形困难，在不同的地点，从不同的角度、以不同的形困难，在不同的地点，从不同的角度、以不同的形困难，在不同的地点，从不同的角度、以不同的形式，建立起一种描述微观世界的统一的基本理论式，建立起一种描述微观世界的统一的基本理论式，建立起一种描述微观世界的统一的基本理论式，建立起一种描述微观世界的统一的基本理论量子力学量子力学量子力学量子力学. . . .它用严格的数学语言调和了波和粒子这它用严格的数学语言调和了波和粒子这它用严格的数学语言调和了波和粒子这它用严格的数学语言调和了波和粒子这两种对立的经典概念在描写

70、同一微观客体时表现的两种对立的经典概念在描写同一微观客体时表现的两种对立的经典概念在描写同一微观客体时表现的两种对立的经典概念在描写同一微观客体时表现的矛盾矛盾矛盾矛盾. . . .量子力学的建立为人类了解物质结构奠定了基量子力学的建立为人类了解物质结构奠定了基量子力学的建立为人类了解物质结构奠定了基量子力学的建立为人类了解物质结构奠定了基础础础础. . . . 集成电路从集成电路从2020世纪世纪5050年代末出现至今，其年代末出现至今，其发展速度之快，对社会生产、生活的影响之大发展速度之快，对社会生产、生活的影响之大是人们始料未及的是人们始料未及的. .以集成电路为核心的微电以集成电路为核

71、心的微电子技术已经渗透到现代子技术已经渗透到现代通信、信息技术、计算通信、信息技术、计算机、医疗、能源、交通、自动化、教育传播机、医疗、能源、交通、自动化、教育传播等等各个方面，尤其是对现代电子和信息技术的发各个方面，尤其是对现代电子和信息技术的发展起了巨大的作用。展起了巨大的作用。 从上述的事例，我们不难看到，在许多新技术从上述的事例，我们不难看到，在许多新技术从上述的事例，我们不难看到，在许多新技术从上述的事例，我们不难看到，在许多新技术发现的源头和过程中，物理科学研究成果起了极大发现的源头和过程中，物理科学研究成果起了极大发现的源头和过程中，物理科学研究成果起了极大发现的源头和过程中，物

72、理科学研究成果起了极大的作用的作用的作用的作用. . . .其实，在空间技术、生物工程技术等其它新其实，在空间技术、生物工程技术等其它新其实，在空间技术、生物工程技术等其它新其实，在空间技术、生物工程技术等其它新技术的发展过程中，物理科学研究成果也同样起到技术的发展过程中，物理科学研究成果也同样起到技术的发展过程中，物理科学研究成果也同样起到技术的发展过程中，物理科学研究成果也同样起到了很大的作用了很大的作用了很大的作用了很大的作用. . . .可以说没有物理科学的创新成果，就可以说没有物理科学的创新成果，就可以说没有物理科学的创新成果，就可以说没有物理科学的创新成果，就不可能有这些新技术的发

73、现或迅速的发展不可能有这些新技术的发现或迅速的发展不可能有这些新技术的发现或迅速的发展不可能有这些新技术的发现或迅速的发展. . . .n n 其实，在其实，在2121世纪的今天，我们仍然可以世纪的今天，我们仍然可以看到，在物理科学研究的新成果带动下，许看到，在物理科学研究的新成果带动下，许多领域的应用科学技术得到了进一步的发展多领域的应用科学技术得到了进一步的发展，并出现了一个又一个崭新的产业部门，其，并出现了一个又一个崭新的产业部门，其影响遍及影响遍及生产、科研、国防、医学生产、科研、国防、医学、乃至进、乃至进入入家庭家庭，大大改变了当代社会的结构和面貌，大大改变了当代社会的结构和面貌，甚

74、至人们的思维方式。，甚至人们的思维方式。n n n n 历史和经验告诉我们，无论是过去，还是现在历史和经验告诉我们，无论是过去，还是现在历史和经验告诉我们，无论是过去，还是现在历史和经验告诉我们，无论是过去，还是现在、乃至将来，社会和经济的发展总是离不开科学技、乃至将来，社会和经济的发展总是离不开科学技、乃至将来，社会和经济的发展总是离不开科学技、乃至将来，社会和经济的发展总是离不开科学技术的进步，科学技术的进步离不开物理科学的创新术的进步，科学技术的进步离不开物理科学的创新术的进步，科学技术的进步离不开物理科学的创新术的进步，科学技术的进步离不开物理科学的创新成果，而物理科学的创新成果，靠的

75、是具有成果，而物理科学的创新成果，靠的是具有成果，而物理科学的创新成果，靠的是具有成果，而物理科学的创新成果，靠的是具有高素质高素质高素质高素质的物理科学人才。的物理科学人才。的物理科学人才。的物理科学人才。 物理学的发展之所以能对人类社会的发展起物理学的发展之所以能对人类社会的发展起物理学的发展之所以能对人类社会的发展起物理学的发展之所以能对人类社会的发展起到如此巨大的推动作用，除了它本身属于到如此巨大的推动作用，除了它本身属于到如此巨大的推动作用，除了它本身属于到如此巨大的推动作用，除了它本身属于第一生产第一生产第一生产第一生产力力力力的因素之外，的因素之外，的因素之外，的因素之外，物理教

76、育物理教育物理教育物理教育也起到了关键的作用。如也起到了关键的作用。如也起到了关键的作用。如也起到了关键的作用。如果没有物理教育的过程，物理科学和人类社会的发果没有物理教育的过程，物理科学和人类社会的发果没有物理教育的过程，物理科学和人类社会的发果没有物理教育的过程，物理科学和人类社会的发展就不可能有任何关系。展就不可能有任何关系。展就不可能有任何关系。展就不可能有任何关系。n n一、物理学的价值n n1物理学深化了人类对物质世界的认识 n n2物理学是自然科学的理论基础 n n3物理学是现代技术的理论基础 n n4物理学对人类社会的进步至关重要 n n5物理学正在引起全人类的关注 n n二、

77、物理课程的价值二、物理课程的价值n n1物理课程的学习有助于学生适应未来社 会的发展。n n2物理课程的学习能够满足学生探索自然、理解自然的兴趣和热情。n n3物理课程的学习能够提高学生参与社会问题的决策能力。n n三、物理教育的价值三、物理教育的价值n n把人类社会积累的知识转化为学生个体的把人类社会积累的知识转化为学生个体的知识知识n n把前人从事智力活动的思想方法转化为学把前人从事智力活动的思想方法转化为学生的认知能力生的认知能力n n把蕴含在知识载体中的观念、态度转化为把蕴含在知识载体中的观念、态度转化为学生的行为准则。学生的行为准则。n n4物理课程的学习能够增强学生的创新意识和实践

78、能力。n n5物理课程的学习能提高学生对物理学在促进科技进步和经济及社会发展的作用的认识。n n6物理课程的学习有助于学生科学世界观的形成和科学价值观培育。通过以上分析我们可以这样来理解通过以上分析我们可以这样来理解“物理物理”：物理是一门科学物理是一门科学n n物理是一种智慧物理是一种智慧n n物理是一种文化物理是一种文化 总之，总之，教师在课堂教学中，可以通过物教师在课堂教学中，可以通过物理学史的内容，以及现代物理技术上的最新理学史的内容，以及现代物理技术上的最新成果或研究动态的介绍，拓展学生的视野，成果或研究动态的介绍，拓展学生的视野，使学生认识物理学的发展与科学、技术、社使学生认识物理

79、学的发展与科学、技术、社会的关系，认识物理学的发展对人类社会文会的关系，认识物理学的发展对人类社会文明发展以及技术进步的推动作用；还可以通明发展以及技术进步的推动作用；还可以通过课后开展科技活动和社会实践，构建开放过课后开展科技活动和社会实践，构建开放的物理学习的空间。的物理学习的空间。 科技活动是物理课堂教学的延伸和补充科技活动是物理课堂教学的延伸和补充, , 是对课本知识的扩展和加深。通过开展社会是对课本知识的扩展和加深。通过开展社会实践活动，可以激发学生兴趣，深化对物理实践活动，可以激发学生兴趣，深化对物理知识的理解，学以致用，理论联系实际，提知识的理解，学以致用，理论联系实际，提高科学素质。高科学素质。以下是某所学校开展的课外科技活动以下是某所学校开展的课外科技活动水水火箭的比赛场面火箭的比赛场面。n n问题讨论一：问题讨论一：n n 了解物理学的学科特点对从事中学物了解物理学的学科特点对从事中学物理教学有何启示？理教学有何启示？n n问题讨论二问题讨论二: :n n 各个发展时期物理学的主要研究方法各个发展时期物理学的主要研究方法是什么？对物理学的发展有和影响？是什么？对物理学的发展有和影响？n n问题讨论三：问题讨论三：n n 物理学与技术、社会的关系？物理学与技术、社会的关系？