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1、 科学和理性之光科学和理性之光 近代物理学的奠基人和革命者近代物理学的奠基人和革命者海宁市南苑中学海宁市南苑中学 赵宇赵宇一天一个善于思考一天一个善于思考的人坐在花园里，的人坐在花园里，看到一个苹果的偶看到一个苹果的偶然落地，这个善于然落地，这个善于思考的人的头脑开思考的人的头脑开了窍，后来这个人了窍，后来这个人成为了近代伟大的成为了近代伟大的物理学家，同时也物理学家，同时也给人类思想史的发给人类思想史的发展带来了转折展带来了转折 一个伟大的科学家与苹果的故事一个伟大的科学家与苹果的故事 16421642年年1212月月2525日，牛顿出生，日，牛顿出生，只有三磅重，谁也没有料到这个只有三磅重
2、，谁也没有料到这个看起来微不足道的小东西会成为看起来微不足道的小东西会成为了一位科学巨人了一位科学巨人. .一、光芒初现一、光芒初现牛顿站在了哪些巨人的肩上？牛顿站在了哪些巨人的肩上？ “我之所以能比别人看得远些，是我之所以能比别人看得远些，是因为我站在巨人们的肩上。因为我站在巨人们的肩上。” 牛顿牛顿 通过通过“两个铁两个铁球同时落地球同时落地”的实的实验，推翻了亚里士验，推翻了亚里士多德多德“物体落下的物体落下的速度和重量成比例速度和重量成比例”的学说。的学说。 “我之所以能比别人看得远些，是我之所以能比别人看得远些，是因为我站在巨人们的肩上。因为我站在巨人们的肩上。” 牛顿牛顿牛顿对前人
3、的科学成果持什么态度？牛顿对前人的科学成果持什么态度？尊重和继承尊重和继承 “我好像是一个在海边玩耍的孩子，不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时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贝壳而欢欣鼓舞，而展现在我面前的是完全未探明的真理之海。全未探明的真理之海。” 牛顿临终遗言牛顿临终遗言牛顿捡到了哪些牛顿捡到了哪些“光滑的石子光滑的石子”和和“美美丽的贝壳丽的贝壳”？物理运动物理运动三大定律三大定律万有引力万有引力定律定律经经典典力力学学体体系系作用力与反作用力定律作用力与反作用力定律惯性定律惯性定律加速度定律加速度定律自然哲学
4、的数学原理自然哲学的数学原理 （16871687） 三百年前，人类的思想还充斥着迷信和恐惧，水三百年前，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把握的。直到牛顿出现，人类才终于结束了这种状态。态。 大国崛起解说词 探究牛顿力学体系的重要意义：探究牛顿力学体系的重要意义：对自然界力学做了系统合理的说明，完成了人类对自然界认识史上的第一次理论大综合，是人类对自然界认识史上的一次飞跃。 既然
5、物质世界有着如此的自然规律，那么既然物质世界有着如此的自然规律，那么在人类社会的发展中，也应该有类似的规律存在人类社会的发展中，也应该有类似的规律存在。只要能将牛顿破解自然之谜的科学方法，在。只要能将牛顿破解自然之谜的科学方法，运用于人类社会，那么社会发展的规律也能被运用于人类社会，那么社会发展的规律也能被把握，人类就可以握住自己的命运咽喉。把握，人类就可以握住自己的命运咽喉。 后来后来的历史学家和哲学家把这种世界观称为的历史学家和哲学家把这种世界观称为“理性理性主义主义”。 大国崛起大国崛起解说词解说词 牛顿的科学成就促进了牛顿的科学成就促进了启蒙运动启蒙运动的进一步发展的进一步发展 根据万
6、有引力定律，人们准确地算出地球的平均密度和根据万有引力定律，人们准确地算出地球的平均密度和扁平率，正确地解释了潮汐的成因。根据这一定律，人们还扁平率，正确地解释了潮汐的成因。根据这一定律，人们还发现了海王星、冥王星，预测哈雷彗星。发现了海王星、冥王星，预测哈雷彗星。 1919世纪末，面对经典物理学近乎完美的发世纪末，面对经典物理学近乎完美的发展，有的物理学家表示：展，有的物理学家表示：“1919世纪已经将物理世纪已经将物理大厦全部建成，今后物理学家只是修饰和完美大厦全部建成，今后物理学家只是修饰和完美这座大厦。这座大厦。” 高速运动的微观粒子发生的现象，是经典力学无法高速运动的微观粒子发生的现
7、象，是经典力学无法解释的！解释的！ 你认为牛顿的力学体系完美了吗？你认为牛顿的力学体系完美了吗？这些人认为牛顿力学体系将物理学发展到什么程度？这些人认为牛顿力学体系将物理学发展到什么程度？从宏观世界到微观世界普朗克普朗克：1900年发表年发表关关于正常光谱能量分布定律于正常光谱能量分布定律的理论的理论标志着标志着量子理论量子理论的诞生。的诞生。意义：人类对客观规律的意义：人类对客观规律的认识，开始从认识，开始从宏观世界深宏观世界深入到微观世界入到微观世界1905年，年，爱因斯坦成功解释光电效应爱因斯坦成功解释光电效应二、星光璀璨二、星光璀璨相对论相对论狭义相对论狭义相对论广义相对论广义相对论理
8、性的质疑理性的质疑 “爱因斯坦的相对论是人类思想史上最爱因斯坦的相对论是人类思想史上最伟大的成就之一，也许就是最伟大的成就，伟大的成就之一，也许就是最伟大的成就，它不是发现一个孤岛，它不是发现一个孤岛，而是发现了新的科而是发现了新的科学思想的新大陆。学思想的新大陆。” （英国）皇家学会会长汤姆逊（英国）皇家学会会长汤姆逊是对近代物理学理论框架的是对近代物理学理论框架的重大突破重大突破；是人类是人类思想发展史思想发展史中的一次中的一次根本性变革根本性变革；与量子论一起构成了现代物理学的基本框架。与量子论一起构成了现代物理学的基本框架。阅读材料并结合所学知识讨论相对论建立的意义阅读材料并结合所学知
9、识讨论相对论建立的意义成就成就成就成就近代物理学的革命者近代物理学的革命者近代物理学的革命者近代物理学的革命者近代物理学奠基人近代物理学奠基人近代物理学奠基人近代物理学奠基人科学家科学家科学家科学家科学科学科学科学成果成果成果成果意义意义意义意义 伽利略伽利略牛顿牛顿爱因斯坦爱因斯坦普朗克普朗克牛顿运动牛顿运动三大定律；三大定律；万有引力万有引力定律。定律。对自然界力学做了系统合理的对自然界力学做了系统合理的的说明，完成了人类对自然界的说明，完成了人类对自然界认识史上的第一次理论大综合认识史上的第一次理论大综合人类人类认识史上的飞跃认识史上的飞跃促进了促进了理理性时代性时代的到来的到来 量子概
10、念量子概念标志着人类对客观标志着人类对客观规律的规律的认识认识，开始，开始从宏观世界从宏观世界深入深入到到微观世界微观世界狭义相对论狭义相对论（1905）和）和广义相对论广义相对论（1916）是对近代物理学理是对近代物理学理论框架的重大突破，论框架的重大突破，是人类是人类思想发展史思想发展史中的一次中的一次根本性变根本性变革革。知识归纳：知识归纳：自由落体定律自由落体定律科学发展科学发展思想进步思想进步 伽利略伽利略 牛顿牛顿 普朗克普朗克 爱因斯坦爱因斯坦你在这些人物身上能感受到哪些科学精神？你在这些人物身上能感受到哪些科学精神？善于善于继承，敢于承，敢于质疑疑权威，勇于探索威，勇于探索创新
11、新 托勒密创造了一个宇宙，他持续了一托勒密创造了一个宇宙，他持续了一千四百年。牛顿也创造了一个宇宙，持续千四百年。牛顿也创造了一个宇宙，持续了三百年。爱因斯坦又创造了一个宇宙，了三百年。爱因斯坦又创造了一个宇宙，我还不能告诉你们我还不能告诉你们它会持续多久它会持续多久。 萧伯纳萧伯纳相对论会是物理学发展的终点吗？相对论会是物理学发展的终点吗？三、未来之光三、未来之光 斯蒂芬斯蒂芬威廉威廉霍霍金金，被称为在世的最，被称为在世的最伟大的伟大的科学家科学家，他被，他被誉为继誉为继爱因斯坦爱因斯坦之后之后世界上最著名的科学世界上最著名的科学思想家和最杰出的理思想家和最杰出的理论物理学家。论物理学家。科
12、学是在对经典不断的科学是在对经典不断的继承继承和和理性的质疑理性的质疑中向前发展！中向前发展！祝同学们学业有成！祝同学们学业有成！狭义相对论狭义相对论 19051905年，爱因斯坦发表了年，爱因斯坦发表了论动体的电论动体的电动力学动力学，创立了狭义相对论。，创立了狭义相对论。狭义相对论认为狭义相对论认为：时间和空间时间和空间都与物都与物质的运动有关，随着物质运动速度的质的运动有关，随着物质运动速度的变化而变化而变化变化。这个故事形象地说明了时间和空这个故事形象地说明了时间和空间的相对性。间的相对性。 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
13、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，比如你比方，比如你屁股坐在火炉上烤屁股坐在火炉上烤和和坐在公园柳坐在公园柳荫下与女士谈情说爱荫下与女士谈情说爱，那么，同样的时间你觉，那么，同样的时间你觉得哪一个更长？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。”钟慢现象：钟慢现象：运动的钟比静止的钟走得运动的钟比静止的钟走得慢，而且，慢，而且，运动速度运动速度越快，钟走的越越快，钟走的越慢，接近光速时，钟就几乎停止了。慢，接近光速时，钟就几乎停止了。
14、“人们不要以为，牛顿的伟大工作能人们不要以为，牛顿的伟大工作能被这一理论或者任何别的理论所代替。他被这一理论或者任何别的理论所代替。他的伟大而明晰的观念，作为自然哲学领域的伟大而明晰的观念，作为自然哲学领域里整个近代概念的基础，将永远保持它的里整个近代概念的基础，将永远保持它的独特意义。独特意义。” 爱因斯坦爱因斯坦狭义相对论与牛顿经典力学之间是什么关系？狭义相对论与牛顿经典力学之间是什么关系？继承和发展继承和发展思考：爱因斯坦相对论的创立是不是意味思考：爱因斯坦相对论的创立是不是意味着牛顿力学的消亡？着牛顿力学的消亡？ 广义相对论广义相对论（19161916年）年） 现实现实空间空间不是平坦
15、的，不是平坦的，而是而是弯曲弯曲的，的，物体使周围时物体使周围时空弯曲。这种空弯曲。这种弯曲可使从它弯曲可使从它旁边经过的光旁边经过的光线，改变路径。线，改变路径。 材料：材料：19191919年年5 5月，英国派出了两支远征队分月，英国派出了两支远征队分赴非洲和南美两地观察日全食。此行是为了赴非洲和南美两地观察日全食。此行是为了验验证证一个德国人的奇怪理论。结果在拍摄到的两一个德国人的奇怪理论。结果在拍摄到的两张重叠的底片上可以清晰地看到一条笔直的星张重叠的底片上可以清晰地看到一条笔直的星光在穿过阴影中的太阳时，竟然发生了偏转，光在穿过阴影中的太阳时，竟然发生了偏转，偏转角是偏转角是1.71.7秒秒，与爱因斯坦的计算结果完全，与爱因斯坦的计算结果完全一致。一致。爱因斯坦预言：遥远的星光如果掠过太爱因斯坦预言：遥远的星光如果掠过太阳表面将会发生阳表面将会发生1.7 秒秒的偏转。的偏转。
