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1、一、近代物理学的奠基人和革命者一、近代物理学的奠基人和革命者 （一）（一）巨人肩上的思索巨人肩上的思索导语导语 （二）（二）认识史上的飞跃认识史上的飞跃（三）（三）驱走乌云的太阳驱走乌云的太阳（四）（四）爱因斯坦的爱因斯坦的“时空时空”本课知识结构本课知识结构 为什么为什么1515世纪下半叶以后西方的科世纪下半叶以后西方的科学技术取得了辉煌的成就？学技术取得了辉煌的成就？（1 1）文艺复兴、宗教改革等思想）文艺复兴、宗教改革等思想解放运动的影响；解放运动的影响；（2 2）资本主义的发展提供了物质）资本主义的发展提供了物质基础；基础；（3 3）科学家勇于探索的精神。）科学家勇于探索的精神。（一）
2、巨人肩上的思索（一）巨人肩上的思索1意大利科学家意大利科学家伽利略伽利略2英国科学家英国科学家牛顿牛顿伽利略伽利略（15641642），伟大的），伟大的意大利物理学家和天文学家，他意大利物理学家和天文学家，他开创了以实验事实为根据并具有开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系和数学表述形式的严密逻辑体系和数学表述形式的近代科学，被誉为近代科学，被誉为“近代科学之近代科学之父父”。他第一个把望远镜对准天。他第一个把望远镜对准天空进行观测，出版了空进行观测，出版了星空使者星空使者一书。一书。1632年，他出版了年，他出版了关关于托勒密和哥白尼两大世界体系于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话的对话，把
3、哥白尼的学说推到，把哥白尼的学说推到了最终胜利的阶段。了最终胜利的阶段。(1)伽利略：全新力学伽利略：全新力学观 亚里士多德的力学观：必须有亚里士多德的力学观：必须有力作用在物体上，物体才能运动，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。没有力的作用，物体就会静止。 伽利略通过观察、实验和推理，伽利略通过观察、实验和推理，得出结论：得出结论： 如果运动物体不受阻碍，它将如果运动物体不受阻碍，它将速度保持不变地速度保持不变地持续运动持续运动下去。下去。斜面实验斜面实验（2）伽利略：科学的研究方法：）伽利略：科学的研究方法：伽伽利利略略的的折折射射式式望望远远镜镜伽伽利利略略的的手
4、手稿稿 1609年，伽利略创制了天文望远镜。他观年，伽利略创制了天文望远镜。他观测到月球表面凹凸不平，并绘制了第一幅月测到月球表面凹凸不平，并绘制了第一幅月面图。面图。观察、实验观察、实验和推理。和推理。（3）伽利略：自由落体定律）伽利略：自由落体定律 创立了自创立了自由落体定由落体定律，从而律，从而推翻了亚推翻了亚里士多德里士多德的学说。的学说。意大利的比萨斜塔意大利的比萨斜塔牛顿（牛顿（ 16421727）牛顿出于英国的林牛顿出于英国的林肯郡，牛顿曾经长肯郡，牛顿曾经长期担任英国皇家学期担任英国皇家学会会长，授予爵士会会长，授予爵士称号。称号。1727年，他年，他病逝，被安葬于威病逝，被安
5、葬于威斯敏斯特教堂，这斯敏斯特教堂，这是一种极高的荣誉。是一种极高的荣誉。2英国科学家英国科学家牛顿牛顿（1 1）代表作：）代表作：自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理（2 2）经典力经典力学体系学体系三大三大定律定律作用力与反作力定律作用力与反作力定律惯性定律惯性定律加速度定律加速度定律万有引力定律万有引力定律2英国科学家英国科学家牛顿牛顿经典力学体系的意义经典力学体系的意义 对自然界的力学现象做出了系统、合理的说对自然界的力学现象做出了系统、合理的说明，从而完成了人类对自然界认识史上的第一明，从而完成了人类对自然界认识史上的第一次理论大综合。次理论大综合。 经典力学体系的建立标志着近代科学
6、的形成；经典力学体系的建立标志着近代科学的形成；从此科学摆脱了神学的束缚向前发展。从此科学摆脱了神学的束缚向前发展。（二）认识史上的飞跃（二）认识史上的飞跃根据万有引力定律，根据万有引力定律，人们准确地算出地人们准确地算出地球的平均密度和扁球的平均密度和扁平率；正确地解释平率；正确地解释了潮汐的成因；还了潮汐的成因；还发现了海王星。发现了海王星。海王星和冥王星的发现海王星和冥王星的发现认识：这一发现，体现了自然科学所具有的惊认识：这一发现，体现了自然科学所具有的惊人的预见力和巨大的理论指导意义人的预见力和巨大的理论指导意义海王星和冥王星的发现海王星和冥王星的发现 牛顿捡到了哪些牛顿捡到了哪些“
7、光滑的石子光滑的石子”和和“美丽的贝壳美丽的贝壳”？ “我好像是一个在海边玩耍的孩子，不时我好像是一个在海边玩耍的孩子，不时为拾到比通常更光滑的石子或更美丽的贝为拾到比通常更光滑的石子或更美丽的贝壳而欢欣鼓舞，而展现在我面前的是完全壳而欢欣鼓舞，而展现在我面前的是完全未探明的真理之海。未探明的真理之海。” 牛顿临终遗言牛顿临终遗言（二）驱走乌云的太阳（二）驱走乌云的太阳1量子理论的诞生量子理论的诞生2量子理论的发展量子理论的发展3量子论和量子力学的意义量子论和量子力学的意义 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
8、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授。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好品普朗克是德国人所具有的最好品质的范例：诚恳、忠于职守，他质的范例：诚恳、忠于职守，他的业余爱好是音乐，在这方面表的业余爱好是音乐，在这方面表现了专业艺术才干；另一项业余现了专业艺术才干；另一项业余爱好是他一直坚持到晚年的登山爱好是他一直坚持到晚年的登山运动。运动。 1量子理论的诞生量子理论的诞生（1）基础：）基础：（2）诞生：）诞生： 奥
9、地利物理学家斯蒂芬对黑体的研奥地利物理学家斯蒂芬对黑体的研究成果。究成果。 1900年，德国物理学家普朗克提出了年，德国物理学家普朗克提出了量子概念。并在量子概念。并在关于正常光谱能量分布关于正常光谱能量分布定律的理论定律的理论中，阐述了这一思想，标志中，阐述了这一思想，标志着量子理论的诞生。着量子理论的诞生。2量子理论的发展量子理论的发展（1 1）德国爱因斯坦：）德国爱因斯坦：将量子理论推广将量子理论推广到光学中，成功解释了光电效应，得到光学中，成功解释了光电效应，得出光具有波粒二象性的结论。出光具有波粒二象性的结论。（2 2）法国德布罗意：）法国德布罗意：提出物质波理论。提出物质波理论。（
10、3 3）数年后，）数年后，奥地利、德国奥地利、德国的物理学的物理学家建立了量子力学。家建立了量子力学。3量子论和量子力学的意义量子论和量子力学的意义（1 1）量子力学成为反映自然界）量子力学成为反映自然界基本基本规律的理论体系规律的理论体系，指导着人们和物，指导着人们和物质运动的各个层面进行深入探讨。质运动的各个层面进行深入探讨。（2 2）量子理论让人们从）量子理论让人们从根本上根本上改变改变了近代物理学中的传统观念，使物了近代物理学中的传统观念，使物理学乃至整个自然科学的观念都发理学乃至整个自然科学的观念都发生了生了重大变革重大变革。（三）爱因斯坦的（三）爱因斯坦的“时空时空”1狭义相对论狭
11、义相对论2广义相对论广义相对论3相对论建立的意义相对论建立的意义狭义相对论发表狭义相对论发表100100周年，周年，也许全世界只有几十个人能完全理解他的真谛，也许全世界只有几十个人能完全理解他的真谛，但这并不能掩盖相对论对人类生活的巨大改变。但这并不能掩盖相对论对人类生活的巨大改变。 关于相对论，有人说：这个形式简洁关于相对论，有人说：这个形式简洁优美的理论蕴藏了太多令人惊讶的内优美的理论蕴藏了太多令人惊讶的内容，容，100100年来，人们时时从中悟出宇宙年来，人们时时从中悟出宇宙层出不穷的奥秘，直到今天，这里还层出不穷的奥秘，直到今天，这里还有很多内容没有被我们悟透。有很多内容没有被我们悟透
12、。这个这个“优美的理论优美的理论”包含了哪些主要包含了哪些主要内容呢？让我们一起来领略相对论内容呢？让我们一起来领略相对论的奥妙。的奥妙。 1狭义相对论狭义相对论（1）提出：）提出：（2）内容：）内容： 19051905年，爱因斯坦发表年，爱因斯坦发表论动体的电论动体的电动力学动力学，创立狭义相对论。，创立狭义相对论。 在相对性原理和光速不变原理基础上，在相对性原理和光速不变原理基础上，时间和空间都与物质的运动有关，随着物时间和空间都与物质的运动有关，随着物质运动速度的变化而变化。质运动速度的变化而变化。“天上方一日，人间已一年天上方一日，人间已一年” 乘坐乘坐“光子火箭光子火箭”的星际旅行的
13、星际旅行 乘坐乘坐“光子火箭光子火箭”以光速作以光速作星际旅行，回到地球时，我们会星际旅行，回到地球时，我们会发现什么变化？发现什么变化？ 这个故事形象地说明了时间和空间这个故事形象地说明了时间和空间的相对性。的相对性。 爱因斯坦关于相对论的比喻。爱因斯坦关于相对论的比喻。 为了对这一深奥的理论做通俗的说明，爱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：因斯坦曾经风趣地对一名男青年说：“我打个我打个比方，比如你屁股坐在火炉上烤和坐在公园柳比方，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，同样的时间你觉荫下与女士谈情说爱，那么，同样的时间你觉得哪一个更长？
14、得哪一个更长？”男青年说：男青年说：“当然坐在火炉当然坐在火炉上烤的时间觉得长久。上烤的时间觉得长久。”爱因斯坦说：爱因斯坦说：“这就这就是我的相对论内容。是我的相对论内容。”狭义相对论与牛顿力学的关系怎样？狭义相对论与牛顿力学的关系怎样？ 狭义相对论狭义相对论打破打破了牛顿以来传统的了牛顿以来传统的绝对时空观绝对时空观，但，但并非全盘否定并非全盘否定牛顿力学。牛顿力学。牛顿力学反映的是牛顿力学反映的是宏观物体低速运动的宏观物体低速运动的客观规律客观规律，而狭义相对论反映的是，而狭义相对论反映的是物体物体高速运动的客观规律高速运动的客观规律，是对牛顿力学的，是对牛顿力学的继承和发展继承和发展。
15、牛顿力学是狭义相对论的。牛顿力学是狭义相对论的一种一种特例特例（物体低速运动状态），包括（物体低速运动状态），包括在狭义相对论体系中。在狭义相对论体系中。2广义相对论广义相对论（1）提出：）提出：（2）内容：）内容：（3）地位：）地位： 1916 1916年，爱因斯坦把狭义相对论推广到年，爱因斯坦把狭义相对论推广到加速运动的参考系中，建立了广义相对论。加速运动的参考系中，建立了广义相对论。 物质存在的现实空间不是平坦的，而是物质存在的现实空间不是平坦的，而是弯曲的；弯曲的；空间弯曲的程度体现为引力场强度；空间弯曲的程度体现为引力场强度；时间、空间不是独立的实在，它们是物质存时间、空间不是独立的
16、实在，它们是物质存在的形式。在的形式。 第一次阐述了四维时空和物质的分布相第一次阐述了四维时空和物质的分布相联系的重要思想。联系的重要思想。3相对论建立的意义相对论建立的意义（1 1）爱因斯坦相对论的建立，是对近代物理学理）爱因斯坦相对论的建立，是对近代物理学理论框架的重大突破，它不仅论框架的重大突破，它不仅揭示了空间、时间的揭示了空间、时间的可变性，可变性，而且说明，无论是空间还是时间都不可而且说明，无论是空间还是时间都不可能单独发生变化，能单独发生变化，时空的变化和时空结构同物质时空的变化和时空结构同物质的运动和状态密不可分的运动和状态密不可分。（2 2）这种全新的时空观、运动观和物质观的
17、形成，）这种全新的时空观、运动观和物质观的形成，是是人类思想发展史中的一次根本性变革人类思想发展史中的一次根本性变革，对整个，对整个自然科学和哲学都产生了极其深远的影响。自然科学和哲学都产生了极其深远的影响。（3 3）相对论）相对论同量子理论同量子理论一起，构成了一起，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。经经典典力力学学体体系系的的创创立和发展立和发展量量子子理理论论的的诞诞生生(从从普朗克到爱因斯坦普朗克到爱因斯坦) 相相对对论论的的建建立立（爱因斯坦爱因斯坦）现现代代物物理理学学理理论论的的发展发展小结小结近近代代物物理理学学的的奠奠基基人人和和革革命命者者伽利略对亚里
18、士多德伽利略对亚里士多德力学观的否定力学观的否定 牛顿牛顿对前人科学理论对前人科学理论的发展的发展 1创立了自由落体定律，从而推翻了亚里创立了自由落体定律，从而推翻了亚里斯多德的学说的是（斯多德的学说的是（ ） A、伽利略、伽利略 B、牛顿、牛顿 C、爱因斯坦、爱因斯坦 D、普朗克、普朗克2近代科学进入了全面繁荣的时代，各门近代科学进入了全面繁荣的时代，各门自然科学的理论体系纷纷建立起来是在（自然科学的理论体系纷纷建立起来是在（ ） A 、17世纪世纪 B 、18世纪世纪 C 、19世纪世纪 D 、20世纪世纪A C 3实现了自然科学第一次理论性大综合的是（实现了自然科学第一次理论性大综合的是
19、（ ） A、哈维的血液循环学说、哈维的血液循环学说 B、法拉第的电磁感应理论、法拉第的电磁感应理论 C、牛顿的经典力学体系、牛顿的经典力学体系 D、爱因斯坦的相对论、爱因斯坦的相对论4指出指出“物质间所存在的万有引力，是由于物物质间所存在的万有引力，是由于物质的存在和分布使时间和空间的性质不均匀质的存在和分布使时间和空间的性质不均匀而引起的而引起的”是（是（ ）A、牛顿力学理论、牛顿力学理论 B、万有引力理论、万有引力理论 C、广义相对论、广义相对论 D、狭义相对论、狭义相对论C C 5同相对论理论一起，构成了现代物理学的同相对论理论一起，构成了现代物理学的基本理论框架的是（基本理论框架的是（
20、 ） A、万有引力定律、万有引力定律 B、日心说、日心说 C、量子理论、量子理论 D、牛顿力学理论、牛顿力学理论6近代自然科学同古代科学相比的主要特征近代自然科学同古代科学相比的主要特征是（是（ ）实验验证实验验证 直观感受直观感受 数学表达数学表达 哲学哲学思维思维 A、 B、 C、 D、C B 7 19世纪，英国科学家开尔文认世纪，英国科学家开尔文认为物理学晴朗的天空中还留有为物理学晴朗的天空中还留有“两两朵乌云朵乌云”，这里，这里“乌云乌云”是指（是指（ ）热学的黑体研究热学的黑体研究 量子理论研究量子理论研究 光学中的光学中的“以太以太”研究研究 相对相对论的研究论的研究A、 B、 C、 D、B 8使物理学乃至整个自然科学的观念都发生使物理学乃至整个自然科学的观念都发生了重大变革的科学成就是（了重大变革的科学成就是（ ）A、经典力学、经典力学 B、量子理论、量子理论 C、狭义相对论、狭义相对论 D、广义相对论、广义相对论9解释尺缩效应和钟慢效应的科学理论是（解释尺缩效应和钟慢效应的科学理论是（ ）A、牛顿的力学体系、牛顿的力学体系 B、万有引力定律、万有引力定律 C、量子理论、量子理论 D、相对论、相对论 B D
