近代科學之父近代物理學奠基人

1、牛頓近代科學之父近代物理學奠基人“自然界和自然規(guī)律隱藏在黑暗中，上帝說，讓牛頓出生吧，于是一切都成為光明?！?亞歷山大 蒲伯（英國 詩人）思考：為什么“牛頓出生一切都成為光明”？牛頓一生有哪些發(fā)明創(chuàng)造？一生為什么能夠有哪些發(fā)明創(chuàng)造？對人類文明產(chǎn)生了怎樣影響？1765年1870年20世紀初資本主義經(jīng)濟發(fā)展軌跡1500年1840年地理大發(fā)現(xiàn)文藝復興宗教改革牛頓16421727啟蒙運動一、早期科學發(fā)明與創(chuàng)造1、童年時代：善于觀察2、中學時代：開始觀察實驗成績優(yōu)異一、早期科學發(fā)明與創(chuàng)造1、童年時代：2、中學時代：3、大學時代：劍橋大學牛頓數(shù)學橋劍橋大學提出：一、早期科學發(fā)明與創(chuàng)造黃金歲月：166516

2、66年（1）光學領(lǐng)域： 發(fā)明折射望遠鏡： 創(chuàng)“微粒說”（2）天文學領(lǐng)域：發(fā)明世界上第一架反射望遠鏡牛頓的天文望遠鏡牛頓進行光學實驗亞里士多德認為白色是一種再純不過的光，而平常我們所見到的各種顏色是因為某種原因而發(fā)生變化的光，是不純凈的，這種結(jié)論直到17世紀大家對這一種結(jié)論堅信不移，為了驗證之一觀點，牛頓把一個三棱鏡放在陽光下，陽光透過三棱鏡后形成了紅，橙，黃，綠，藍，靛，紫七種顏色組成的光帶照射在光屏上，牛頓得到了跟人們原先一直認為正確的觀點完全相反的結(jié)論：白光是由這七種顏色的光組成的，這七種光才是純凈的。 1、李四光在1904年留學日本時，為什么選擇學習造船專業(yè)？2、李四光在1912年留學英

3、國時，為什么改學開礦？3、李四光正式提出地質(zhì)力學這個名詞是哪一本書？4、李四光在科學上的主要成就有哪些？5、李四光如何運用他的科學理論為國家現(xiàn)代化建設(shè)服務的？ 二、近代物理學理論體系的建立者1、發(fā)現(xiàn)萬有引力定律亞里斯多德提出的假設(shè)是“凡是運動的物體，一定有推動者在推著它運動是建立在日常經(jīng)驗上。若你看到一個東西在移動，你就會尋找一個推動它的東西（像是我們的手、身體）。當沒什么東西推它時，它就會停止移動，是一個推著一個，不能無限制地追溯上去，“必然存在第一推動者”，中古世紀的基督教說“第一推動者” 就是指上帝，并將亞里斯多德的學說，與基督教教義結(jié)合。 亞里斯多德又認為較重物體的下墜速度會比較輕物體

4、的快，這個錯誤觀點要到十六世紀，意大利科學家伽利略從比薩塔上擲下兩個不同重量圓球的實驗中才被推翻。 物體運動：亞里士多德（希臘）伽俐略（意）實驗證實了勻速運動定律和勻加速運動定律 天文學：天體運動 托勒密：哥白尼（波蘭）伽俐略（意）“地球中心說”“太陽中心說”他是利用望遠鏡觀測天體取得大量成果的第一位科學家。這些成果包括：發(fā)現(xiàn)月球表面凹凸不平，木星有四個衛(wèi)星（現(xiàn)稱伽利略衛(wèi)星），太陽黑子和太陽的自轉(zhuǎn)，金星、木星的盈虧現(xiàn)象以及銀河由無數(shù)恒星組成等。他用實驗證實了哥白尼的“地動說”，徹底否定了統(tǒng)治千余年的亞里士多德和托勒密的“天動說”。天文學：天體運動開普勒第一定律（橢圓定律）：每一行星沿一個橢圓軌

5、道環(huán)繞太陽，而太陽則處在橢圓的一個焦點中。 第二定律（面積定律） 第三定律（調(diào)和定律） 開普勒（德）牛頓（英）困惑： 行星為什么會這樣運動？含義：任何兩個物體之間存在引力。這個引力與彼此吸引的物體的質(zhì)量體積成正比，而與兩物體間距離的平方成反比。 二、近代物理學理論體系的建立者1、發(fā)現(xiàn)萬有引力定律作用：（1）發(fā)現(xiàn)了宇宙的規(guī)則，成為天文學的基礎(chǔ)定律，極大地推動了人們對天體的研究。（2）推測出地球的圓扁形狀；正確解釋潮汐的成因。（3）解釋彗星的軌道、雙星行為及新發(fā)現(xiàn)行星的運動等海王星的發(fā)現(xiàn)二、近代物理學理論體系的建立者 1、發(fā)現(xiàn)萬有引力定律 2、牛頓力學三大定律1687年自然哲學中的數(shù)學原理牛頓第一

6、定律：慣性定律牛頓第二定律：力與加速度之間關(guān)系的定律 牛頓第三定律：作用與反作用定律二、近代物理學理論體系的建立者1、發(fā)現(xiàn)萬有引力定律2、牛頓力學三大定律完整的力學理論體系3、完整的力學理論體系建立的意義（1）完成了人類對自然界認識史上的第一次理論大綜合（2）標志著近代科學建立（3）使力學與天文學在理論上達到了相當完備的程度（4）顯示了人的理性，使科學擺脫了神學的束縛向前發(fā)展，推動了啟蒙運動的到來。哈雷慧星軌道的推算 長期以來，人們一直認為彗星是神秘的，不吉利的災星，根本不能用科學來說明。牛頓的好友哈雷用牛頓力學算出了1682年出現(xiàn)的彗星的軌道，指出它的回歸周期是7576年，由此預言它將在17

7、58年再次出現(xiàn)。53年以后的1758年（當時哈雷已去世），這顆彗星果然如期出現(xiàn)。哈雷慧星的發(fā)現(xiàn)驗證了萬有引力定律的科學性。近代科學誕生的歷史背景： 新興的資產(chǎn)階級在經(jīng)濟上和政治上對自然科學的 迫切需要。自然科學自身發(fā)展的需要。 文藝復興、地理大發(fā)現(xiàn)和宗教改革的推動。三、牛頓一生為什么能夠獲得巨大成就？ 他在辭世之前曾簡短地評價過自己： “我不知道世人怎樣看我，但我自己以為我不過像一個在海邊玩耍的孩子，不時為發(fā)現(xiàn)比尋常更為美麗的一塊卵石或一片貝殼而沾沾自喜，至于展現(xiàn)在我面前的浩翰的真理海洋，卻全然沒有發(fā)現(xiàn)。”有一個漢弗萊的人，曾經(jīng)是牛頓的助手。他對牛頓寫原理那段時間的生活做了這樣的描述：“他對自

8、己的研究是如此專注和認真，以致他吃得很少，時常根本忘記了要吃東西，他難得上床睡覺，直到清晨兩三點、甚至四五點才就寢，了僅睡四五個小時而已。特別是春天和秋天，他經(jīng)常把自己留在實驗室里，有一回長達六星期之長。爐火日夜不停地燃燒，他整夜地坐守在火爐旁，然后一下夜輪到我看守，如此輪替址到他完成化學實驗為止?！?664年夏天至秋天，牛頓做了許多光學實驗，但是，他對光的實驗從狂熱到推動自控，短短幾天之內(nèi)，就做了兩個幾乎使他失明的實驗。其中一個實驗牛頓回憶到：我用一把鉆子頂住眼眶骨頭和眼睛之間，盡可能地接近眼球處，將鉆子的尖端掠奪眼球的后面，使我的眼睛突出，就會看到好一些白的、黑的和有顏色的光環(huán)。當我不斷地

9、用鉆尖搓揉眼球時，這些光環(huán)更加顯著；但是，如果眼球和鉆尖都停止不動，而眼球仍然被緊緊壓住，光環(huán)會逐漸變?nèi)醵罱K消失。在我再度搓動眼球或鉆尖時，光環(huán)即重新出現(xiàn)。三、牛頓一生為什么能夠獲得巨大成就？ 1、精神：勤奮探索，謙虛好學、獻身科學精神中世紀時候，靠推理復出結(jié)論的研究方法十分盛行。到文藝復興時期，意大利科學家伽利略自制望遠鏡觀察天體，發(fā)現(xiàn)了許多以前無法用肉眼看到的星體，為科學發(fā)展做出了很大的貢獻。他注重實驗和實踐，創(chuàng)立了實驗和論證相結(jié)全的研究方法，被視為近代實驗科學的奠基人。培根提出了唯物主義的科學研究方法。牛頓就是在前人的基礎(chǔ)上從事科學研究的。牛頓的研究方法被后人總結(jié)為“歸納演繹”法，他在

10、實驗中得出結(jié)論后，還要在進一步的實驗中證明自己所得出的結(jié)論的正確性，這是近代科學研究方法，牛頓是第一個充分運用這種方法的人。三、牛頓一生為什么能夠獲得巨大成就？ 2、方法：科學的研究方法1、精神：勤奮探索，謙虛好學、獻身科學精神 “我之所以能比別人看得遠些，是因為我站在巨人們的肩上?！比?、牛頓一生為什么能夠獲得巨大成就？ 2、方法：科學的研究方法3、吸收、借鑒、創(chuàng)新1、精神：勤奮探索，謙虛好學、獻身科學精神四、對牛頓的評價 1942年愛因斯坦為紀念牛頓誕生 300周年而寫的文章，對牛頓的一生作如下的評價：“只有把他的一生看作為永恒真理而斗爭的舞臺上一幕才能理解他”。牛頓是英國物理家、數(shù)學家和天

11、文學家，是經(jīng)典力學建立者。是近代科學之父。 他創(chuàng)建了經(jīng)典力學的理論體系，在光學、數(shù)學、天文學研究方面也做出劃時代發(fā)明和發(fā)現(xiàn)， 牛頓是17C科學革命中所涌現(xiàn)出來最偉大的科學家，也是人類歷史上最偉大的科學家之一。近代科學之父沃爾夫1935年評價牛頓的巨著自然哲學的數(shù)學原理說：“牛頓的原理公認是科學史上最偉大的著作。在對當代和后代思想的影響上，無疑沒有什么別的杰作可以同原理相嫓美。二百多年來，它一直是全部天文學和宇宙學思想的基礎(chǔ)。詳細地闡明這萬有引力原理和這些運動定律如何應用于地球物質(zhì)的最小微粒和最大天體、明顯有規(guī)律的現(xiàn)象以及海水的潮汐運動和彗星的急疾行進等似乎沒有規(guī)律的事件，委實是個了不起的成就。

12、無怪乎牛頓力學的非凡成功甚至給諸如心理學、經(jīng)濟學和社會學等各個不同領(lǐng)域的工作者也留下了極其深刻的印象，以致于他們都試圖在解決各種問題時以力學或準力學為楷模?！瘪R克垚主編世界文明史根據(jù)材料和所學知識，簡述牛頓革命的思想價值。 牛頓的成就是發(fā)現(xiàn)了宇宙的規(guī)則，彰顯了人的理性的偉大；暴露了宗教非理性主義的荒謬；促使啟蒙思想家們力圖發(fā)現(xiàn)支配人事及社會的永恒的法則，解放了思想，推動了啟蒙運動的到來。 材料一:牛頓的原理公認是科學史上的最偉大的著作。在對當代和后代思想的影響上，無疑沒有什么別的杰作可以同原理相媲美。二百多年來，它一直是全部天文學和宇宙學思想的基礎(chǔ)無怪乎牛頓力學的非凡成功甚至給諸如心理學、經(jīng)濟

13、學和社會學等各個不同領(lǐng)域的工作者也留下了極其深刻的印象，以致他們都試圖在解決各種問題時以力學或準力學為楷模。（摘自十六、十七世紀科學、技術(shù)和哲學史）材料二:啟蒙思想家們在牛頓革命的啟發(fā)、激勵下進行了種種思考。伏爾泰曾寫道：“如果全部自然界，一切行星，都要服從永恒的規(guī)律，而有一個小動物，五尺來高，卻可以不把這些定律放在眼中，完全任意地為所欲為，那就太奇怪了?！钡捎谂ｎD學說本身的機械決定論性質(zhì)，充滿機械唯物論精神的啟蒙思想也不可避免地帶有形而上學的武斷（主要是忽視了人的心靈的復雜性）。（摘編自世界文明史）回答下列問題。（15分）（1）牛頓說：“假如我看得遠些，那是因為我站在巨人們的肩上。”結(jié)合所

14、學知識，指出牛頓生活的時代特征，并列舉兩位影響了牛頓的“巨人”。（5分）（1）資本主義不斷發(fā)展，啟蒙思想興起與傳播，近代科學不斷取得進展。（3分）哥白尼、開普勒、伽利略、笛卡爾、巴羅。（2分，列舉出其中兩位即可得分）（2）在物理學、數(shù)學、天文學等領(lǐng)域做出杰出貢獻，并確立了相關(guān)學科的科學體系和科學的研究與思維方法；為心理學、經(jīng)濟學和社會學等學科樹立了楷模；推動了啟蒙運動。機械決定論對啟蒙思想及某些社會科學研究產(chǎn)生了一定的負面影響。（10分）（2）根據(jù)上述材料并結(jié)合所學知識，指出牛頓學說對近代社會發(fā)展的主要影響。（10分）1、牛頓在數(shù)學、光學、天文學及物理學方面的重大貢獻。2、哪本書的發(fā)表標志著一

15、個完整的力學理論體系構(gòu)成？3、關(guān)于光的兩大基本理論是什么？4、近代科學的研究方法是什么？有學者認為，牛頓繼承哥白尼、伽利略和開普勒的研究成果，建立了完整的力學體系，這是物理學史上的第一次革命；法拉第、麥克斯韋創(chuàng)立了電磁場理論，完成了物理學的第二次革命；以愛因斯坦為代表的一代物理學家，創(chuàng)立了相對論和量子力學，進行了物理學的第三次革命。 2005年是愛因斯坦逝世50周年，同時也是他提出狹義相對論100周年。 聯(lián)合國大會將2005年確定為“國際物理年”，這是聯(lián)合國首次為一個學科確定的全球規(guī)模的紀念活動。愛因斯坦，這位在許多國度千年人物(10012000年)評選中都居榜首的俊杰，絕不僅僅是因為在物理學

16、上的成就。他既是偉大的科學家、現(xiàn)代物理學的開創(chuàng)者和奠基人，更是杰出的思想家。 現(xiàn)代物理學的創(chuàng)始人 20世紀的科學偉人 愛因斯坦阿爾伯特 愛因斯坦 Albert Einstein 生于：1879年3月14日 卒于：1955年4月18日 著名理論物理學家 相對論的創(chuàng)立者1921年諾貝爾物理學獎獲得者(量子力學-光電效應)一、愛因斯坦的成長歷程 出生于德國小鎮(zhèn)烏爾姆的一個猶太血統(tǒng)家庭。 18961900年：瑞士蘇黎世聯(lián)邦工業(yè)大學師范系理論 物理專業(yè)學習。19021909年：瑞士伯爾尼專利局任技術(shù)員， 創(chuàng)立狹義相對論。 1913年：任柏林大學教授。1915年創(chuàng)立廣義相對論。1933年10月遷居美國，1

17、940年加入美國國籍。1955年逝世于美國普林斯頓。童年時代： 少語 善思考 “生性孤僻、智力遲鈍”，“不守紀律、心不在焉、想入非非”。中小學時代： 自學能力強大學時代：迷上物理早期工作：瑞士伯爾尼專利局技術(shù)員 二、科學偉人的主要科學貢獻（一）19世紀末20世紀初的經(jīng)典物理學危機 牛頓經(jīng)典力學的局限：在經(jīng)典物理學中，最難使人滿意之處恐怕莫過于對光的描述了。如果微粒說是正確的，那么人們不禁要問，當光被吸收的時候，組成光的粒子變成了什么呢？而且為了既表示可稱量物質(zhì)又表示光，必須在討論中引入不同的實體，這無論如何也不能使人心安理得。 經(jīng)典力學所受到的最大沖擊來自電磁理論。在經(jīng)典力學中物體的質(zhì)量是恒定

18、不變的，它與物體的速度或能量無關(guān)，而這無法解釋電磁感應現(xiàn)象。在牛頓的經(jīng)典物理理論中，物體是由一個一個原子組成的，是不連續(xù)的，而光（電磁波）卻是連續(xù)的。在原子的不連續(xù)性和光波的連續(xù)性之間有深刻的矛盾。在牛頓的影響下，超距作用（一個物體可以穿過真空超距地作用于另一個物體，不要任何一種東西的中間參與，就把作用和力從一個物體傳遞到另一個物體 ）的假設(shè)迅速傳播到物理學的其他領(lǐng)域。然而十九世紀下半葉，牛頓的經(jīng)典力學卻無法解釋電磁理論。電磁作用并不是即時傳遞的超距作用，而是通過電磁場以有限速度傳播的非超距作用。這樣，在經(jīng)典力學和經(jīng)典電磁學兩種理論體系之間就存在著超距作用與媒遞作用、間斷的質(zhì)點與連續(xù)的場的尖銳

19、對立。 牛頓經(jīng)典力學反映的是宏觀物體低速運動的客觀規(guī)律，是力學理論的一種特殊情況二、科學偉人的主要科學貢獻（一）19世紀末20世紀初的經(jīng)典物理學危機（二）主要科學貢獻1、推動量子力學的發(fā)展光電效應理論（1905）量子論是德國物理學家普朗克于1900年為解決黑體輻射而提出的一個假說。他認為物體發(fā)出輻射時所放出的能量不是連續(xù)的，而是量子化的。當時，大多數(shù)人，包括普朗克本人在內(nèi)，在提出這個假說后，都不敢把這個理論再向前推進一步，甚至還企圖納入經(jīng)典物理學體系。愛因斯坦則不同，他把量子論推向前進，利用量子概念分析輻射的傳播和吸收，提出光量子概念，完滿地解釋了經(jīng)典物理學無法解釋的光電效應問題，從而動搖了光

20、的波動論的正統(tǒng)地位。光量子概念的提出，在人類認識自然界的歷史上第一次揭示了光同時具有波動性和粒子性，為德布羅意的物質(zhì)波理論的建立，以及隨后量子力學的建立開辟了道路。愛因斯坦因此獲得1921年的諾貝爾獎。二、科學偉人的主要科學貢獻（一）19世紀末20世紀初的經(jīng)典物理學危機（二）主要科學貢獻1、推動量子力學的發(fā)展光電效應理論2、相對論（1）狹義相對論（1905年）狹義相對論時間：1905年標志：論物體的電動力學基本原理：相對性；光速不變意義：改變了牛頓力學的時空觀念，揭露了物質(zhì)和能量的相當性，為原子能的利用奠定了理論基礎(chǔ)，是近代物理學領(lǐng)域的一次偉大革命。二、科學偉人的主要科學貢獻（一）19世紀末2

21、0世紀初的經(jīng)典物理學危機（二）主要科學貢獻1、推動量子力學的發(fā)展光電效應理論2、相對論（1）狹義相對論（1905年）（2）廣義相對論（1915年）廣義相對論（1915年提出） 進一步解釋了時空結(jié)構(gòu)（四維空間）同物質(zhì)分布的關(guān)系，指出了物質(zhì)間所存在的萬有引力，是由于物質(zhì)的存在和分布使時間和空間的性質(zhì)不均勻（即時空彎曲）而引起的。 這種彎曲可使從它旁邊經(jīng)過的任何其它事物，即使是光線，改變路徑。 廣義相對論標志-1916年廣義相對論基礎(chǔ)基本原理：等效原理；廣義相對性意義：改變了人們對宇宙的認識，在廣義相對論的指引下，天體和宇宙演化的觀測研究及理論探討前所未有地蓬勃開展起來。愛因斯坦預言，遙遠的星光如果

22、掠過太陽表面將會發(fā)生一點七秒的偏轉(zhuǎn)。慢鐘效應1919年5月29日發(fā)生日全食，在英國天文學家愛丁頓的建議下，英國皇家學會組織了兩路觀測人馬，分赴巴西北部的索布拉爾和西非的普林西比島，拍攝了日全食時在太陽周圍看到的恒星照片。 地球周圍引力場和時空結(jié)構(gòu)拖曳扭曲時的情景。科學家通過分析兩枚繞地球軌道的人造衛(wèi)星11年的運行軌跡，發(fā)現(xiàn)由于地球旋轉(zhuǎn)所造成的特異的空間結(jié)構(gòu)，使這些衛(wèi)星大概每年出現(xiàn)大約2米的軌道偏離的現(xiàn)象。宇宙中黑洞旋轉(zhuǎn)引起的時空扭曲效應，以及黑洞物質(zhì)猛烈噴發(fā)的情景。 一位法國物理學家曾經(jīng)這樣評價愛因斯坦：“在我們這一時代的物理學家中，愛因斯坦將位于最前列。他現(xiàn)在是、將來也還是人類宇宙中最光輝的

23、巨星之一?！薄八苍S比牛頓更偉大，因為他于科學的貢獻，更加深入的進入了人類思想的結(jié)構(gòu)中”。探究： 愛因斯坦的相對論和牛頓的力學體系的關(guān)系。二、科學偉人的主要科學貢獻（一）19世紀末20世紀初的經(jīng)典物理學危機（二）主要科學貢獻1、推動量子力學的發(fā)展光電效應理論2、相對論（1）狹義相對論（1905年）（2）廣義相對論（1915年）（3）相對論的歷史意義第三次科技革命的理論準備應追溯到19世紀末20世紀初的物理學革命。愛因斯坦相對論的提出和量子力學的誕生，在物質(zhì)觀、時空觀、運動觀和方法論方面改變了牛頓力學體系，從而將人們對自然界的認識從宏觀世界引向微觀世界。30年代原子物理學的迅速發(fā)展揭開了核裂變的

24、奧秘，使人工利用原子能成為可能。吳于廑、齊世榮主編世界史二、科學偉人的主要科學貢獻（一）19世紀末20世紀初的經(jīng)典物理學危機（二）主要科學貢獻1、推動量子力學的發(fā)展光電效應理論2、相對論（1）狹義相對論（1905年）（2）廣義相對論（1915年）（3）相對論的歷史意義3、其他你知道有哪些重大發(fā)明是得益于愛因斯坦理論？太陽能電池、防盜報警器和照相機的測光表都是以光電效應為基礎(chǔ)的。核能利用其依據(jù)是愛因斯坦的相對論全球定位系統(tǒng)之所以能將物體的位置精確到米，正是根據(jù)愛因斯坦的相對論對地球衛(wèi)星發(fā)生的信號進行修正。狹義相對論與量子理論相結(jié)合，指出了反物質(zhì)的存在。科學家利用正電子，即反物質(zhì)電子通過X射線層析照相術(shù)研究大腦活動等。愛因斯坦對光子的研究為人類40年后發(fā)現(xiàn)激光奠定了基礎(chǔ)。目前激光廣泛用于從DVD及打印機等二、科學偉人的主要科學貢獻（一）19世紀末20世紀初的經(jīng)典物理學危機（二）主要科學貢獻（三）為人類的和平進步而戰(zhàn)斗一戰(zhàn)時: 反戰(zhàn)一戰(zhàn)后： 致力于 二戰(zhàn)前：呼吁二戰(zhàn)全面爆發(fā)前后：上書羅斯?？偨y(tǒng)愛因斯坦向電視觀眾介紹 核武器的危害 1939年8月2日，愛因斯坦寫信給羅斯?？偨y(tǒng)，建議美國務必搶在法西斯德國之前制造出原子彈。 1945年8月，美國在日本廣島、長崎投擲原子彈后，愛因斯坦陷入了巨大的后悔與痛苦之中，自認