專題七第一課近代物理學(xué)的奠基人和革命者

1專題七近代以來科學(xué)技術(shù)的輝煌導(dǎo)語（一）本專題主要涉及的問題（二）涉及的主要理論問題（三）學(xué)習(xí)思考為什么15世紀下半葉以后西方的科學(xué)技術(shù)取得了輝煌的成就？2（一）本專題主要涉及的問題

近代物理學(xué)中牛頓力學(xué)體系形成和愛因斯坦在理論物理學(xué)方面的革命性成就；人類探索生命起源的歷程，重點涉及細胞學(xué)說、進化論和物種起源；蒸汽機應(yīng)用于生產(chǎn)給人類文明發(fā)展帶來的巨大變化；現(xiàn)代交通通信技術(shù)的發(fā)展，改變了人類的時空概念，使人類進入電子信息時代。講述了人類認識由低級向高級發(fā)展的歷程，從科學(xué)技術(shù)層面了解人類社會發(fā)展的基本特征。3（二）涉及的主要理論問題●科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新與尊重權(quán)威的關(guān)系;●科學(xué)與哲學(xué)和宗教的關(guān)系;●科學(xué)技術(shù)是生產(chǎn)力以及科學(xué)改變?nèi)祟惖拿\等。4（三）學(xué)習(xí)思考

為什么15世紀下半葉以后西方的科學(xué)技術(shù)取得了輝煌的成就？（1）文藝復(fù)興、宗教改革等思想解放運動的影響；（2）資本主義的發(fā)展提供了物質(zhì)基礎(chǔ)；（3）科學(xué)家勇于探索的精神。古代科學(xué)技術(shù)近代科學(xué)技術(shù)研究對象研究方法兩者關(guān)系分門別類整體考察科學(xué)實驗，科學(xué)理論直觀感受，哲學(xué)思辨兩相分離密切結(jié)合古代和近代科學(xué)技術(shù)的區(qū)別【分析比較】

中西近代科技發(fā)展原因比較科學(xué)革命技術(shù)革命物理學(xué)領(lǐng)域生物學(xué)領(lǐng)域經(jīng)典力學(xué)體系的創(chuàng)立和發(fā)展（從伽利略到牛頓）量子理論的誕生（從普朗克到愛因斯坦）相對論的建立（愛因斯坦）進化論理論（達爾文與赫胥黎）萬能原動機與“蒸汽機時代”（瓦特）電力的廣泛應(yīng)用與“電氣時代”（法拉第、西門子等）現(xiàn)代信息技術(shù)與信息時代現(xiàn)代物理學(xué)理論的發(fā)展8一、近代物理學(xué)的奠基人和革命者

[課標(biāo)要求]

了解經(jīng)典力學(xué)的主要內(nèi)容，認識其在近代自然科學(xué)理論發(fā)展中的歷史地位。知道相對論、量子論的主要內(nèi)容，認識其意義。本課內(nèi)容：第一目：認識史上的飛躍——牛頓力學(xué)體系第二目：驅(qū)走烏云的太陽——量子理論第三目：愛因斯坦的“時空”——相對論經(jīng)典力學(xué)體系的創(chuàng)立和發(fā)展量子理論的誕生（普朗克）相對論的建立（愛因斯坦）現(xiàn)代物理學(xué)理論的發(fā)展本課知識結(jié)構(gòu)近代物理學(xué)的奠基人和革命者伽利略對亞里士多德力學(xué)觀的否定

牛頓對前人科學(xué)理論的發(fā)展

奠基者建立者近現(xiàn)代物理學(xué)的奠基人和革命者二、經(jīng)典力學(xué)體系的創(chuàng)立和發(fā)展1、經(jīng)典力學(xué)的奠基者——伽利略（意大利、17世紀）一、近現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展過程經(jīng)典力學(xué)奠基者（17世紀初）經(jīng)典力學(xué)建立者（17世紀晚期）從經(jīng)典力學(xué)發(fā)展到相對論、量子論（19世紀末～20世紀初）伽利略（意）牛頓（英）愛因斯坦（德）普朗克（德）2、經(jīng)典力學(xué)的建立者——牛頓（英國、17世紀末）三、現(xiàn)代物理學(xué)理論的發(fā)展1、量子理論的誕生和發(fā)展——普郎克（德國、1900年）2、相對論的建立——愛因斯坦（德國、20世紀初）

背景：

受文藝復(fù)興、宗教改革影響，科學(xué)逐漸從神學(xué)的桎梏中解放出來；資本主義發(fā)展提供了物質(zhì)基礎(chǔ)；科學(xué)家勇于探索的精神。1、經(jīng)典力學(xué)的奠基者——伽利略（意大利）（1）伽利略的成果A、物理方面：

B、天文學(xué)方面：（2）伽利略的貢獻突出成果——創(chuàng)立自由落體定律制造天文望遠鏡、證明哥白尼“日心說”的正確性A、他的發(fā)現(xiàn)和他開始的科學(xué)研究方法，標(biāo)志著物理學(xué)的真正開端.B、為經(jīng)典力學(xué)的創(chuàng)立奠定了基礎(chǔ)C、開創(chuàng)了近代科學(xué)，被譽為“近代科學(xué)之父”。實驗,計算亞里士多德：力學(xué)觀：必須有力作用在物體上，物體才能運動，沒有力的作用，物體就會靜止。伽利略：通過觀察、實驗和推理，得出結(jié)論：如果運動物體不受阻礙，它將速度保持不變地持續(xù)運動下去。突出成就：創(chuàng)立自由落體定律

1590年，伽利略在比薩斜塔上做了“兩個鐵球同時落地”的著名實驗，從此推翻了亞里士多德“物體落地下的速度和重量成比例”的學(xué)說，糾正了這個持續(xù)了1900年之久的錯誤結(jié)論。

1609年，伽利略創(chuàng)制了天文望遠鏡。他觀測到月球表面凹凸不平，并繪制了第一幅月面圖。伽利略的折射式望遠鏡伽利略的手稿慣性定律加速度定律作用和反作用定律物理運動三大定律萬有引力定律經(jīng)典力學(xué)體系2、經(jīng)典力學(xué)的建立者——牛頓

1687《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》

——無論從科學(xué)史還是整個人類的文明史來看這都是一本劃時代的巨著。16經(jīng)典力學(xué)體系的歷史地位①理論：牛頓力學(xué)體系正確地反映了宏觀物體低速運動的客觀規(guī)律，對自然界的力學(xué)現(xiàn)象做出了系統(tǒng)、合理的說明，從而完成了人類對自然界認識史上的第一次理論大綜合。②影響：經(jīng)典力學(xué)體系的建立標(biāo)志著近代科學(xué)的形成；從此科學(xué)擺脫了神學(xué)的束縛向前發(fā)展。③實踐：根據(jù)萬有引力定律，人們準(zhǔn)確地算出地球的平均密度和扁平率；正確地解釋了潮汐的成因；還發(fā)現(xiàn)了海王星。英國著名詩人亞歷山大·波普曾寫過一首贊美牛頓的詩：自然和自然界的規(guī)律，隱藏在黑暗里。上帝說：“讓牛頓去吧!”于是，一切成為光明。

我之所以能比別人看得遠些，是因為我站在巨人們的肩上。

——牛頓牛頓獲得巨大成就的原因1、具有虛懷若谷、謙虛好學(xué)精神；2、勇于探索的科學(xué)精神；3、科學(xué)的研究方法；4、甘于寂寞，獻身科學(xué)的精神等；5、吸收伽利略等前人的研究成果；6、有利的社會環(huán)境：啟蒙運動、英國資產(chǎn)階級革命的洗禮18

牛頓撿到了哪些“光滑的石子”和“美麗的貝殼”？

“我好像是一個在海邊玩耍的孩子，不時為拾到比通常更光滑的石子或更美麗的貝殼而歡欣鼓舞，而展現(xiàn)在我面前的是完全未探明的真理之海?！?/p>

——牛頓臨終遺言共同探究之一19牛頓（1642-1727）著作：《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》（1687）他提出了物體機械運動的三大定律和萬有引力定律，創(chuàng)建牛頓力學(xué)體系。20牛頓的成就與前人研究成果的關(guān)系

“巨人肩上的思索”

牛頓曾謙遜地說：“如果我比別人看得遠些，那是因為我站在巨人們的肩上?！?/p>

近代科學(xué)在否定中發(fā)展，在繼承中發(fā)展，在綜合中發(fā)展

質(zhì)疑與思考：經(jīng)典力學(xué)體系是最完美的物理學(xué)理論嗎？

19世紀末，面對經(jīng)典物理學(xué)近乎完美的發(fā)展，有的物理學(xué)家表示：“19世紀已經(jīng)將物理大廈全部建成，今后物理學(xué)家只是修飾和完美這座大廈?！?/p>

經(jīng)典物理學(xué)是以日常生活中常見的低速運動的物體為研究對象的，一旦進入光速運動時，經(jīng)典物理學(xué)的某些結(jié)論就變得不準(zhǔn)確高速運動的微觀粒子發(fā)生的現(xiàn)象，是經(jīng)典力學(xué)無法解釋的！在這種背景下，相對論與量子論應(yīng)運而生22（二）驅(qū)走烏云的太陽

（量子理論的誕生）1．量子理論的誕生2．量子理論的發(fā)展3．量子論和量子力學(xué)的意義231．量子理論的誕生（1）基礎(chǔ)：（2）誕生：

奧地利物理學(xué)家斯蒂芬對黑體的研究成果。1900年，德國物理學(xué)家普朗克提出了量子概念。并在《關(guān)于正常光譜能量分布定律的理論》中，闡述了這一思想，標(biāo)志著量子理論的誕生。24

普朗克，生于基爾。1879年普朗克在慕尼黑大學(xué)獲得博士學(xué)位后，先后在慕尼黑大學(xué)和基爾大學(xué)任教。由于量子論創(chuàng)立，普朗克獲得1918年諾貝爾物理學(xué)獎。他的父親是一位杰出的法律教授。普朗克是德國人所具有的最好品質(zhì)的范例：誠懇、忠于職守，他的業(yè)余愛好是音樂，在這方面表現(xiàn)了專業(yè)藝術(shù)才干；另一項業(yè)余愛好是他一直堅持到晚年的登山運動。

252．量子理論的發(fā)展（1）德國愛因斯坦：將量子理論推廣到光學(xué)中，成功解釋了光電效應(yīng)，得出光具有波粒二象性的結(jié)論。（2）法國德布羅意：提出物質(zhì)波理論。（3）數(shù)年后，奧地利、德國的物理學(xué)家建立了量子力學(xué)。263．量子論和量子力學(xué)的意義（1）量子力學(xué)標(biāo)志著人類對客觀規(guī)律的認識，開始從宏觀世界深入到微觀世界。（2）量子理論讓人們從根本上改變了近代物理學(xué)中的傳統(tǒng)觀念，使物理學(xué)乃至整個自然科學(xué)的觀念都發(fā)生了重大變革。27（三）愛因斯坦的“時空”

（相對論的建立）1．狹義相對論2．廣義相對論3．相對論建立的意義28狹義相對論發(fā)表100周年，也許全世界只有幾十個人能完全理解他的真諦，但這并不能掩蓋相對論對人類生活的巨大改變。

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關(guān)于相對論，有人說：這個形式簡潔優(yōu)美的理論蘊藏了太多令人驚訝的內(nèi)容，100年來，人們時時從中悟出宇宙層出不窮的奧秘，直到今天，這里還有很多內(nèi)容沒有被我們悟透?！@個“優(yōu)美的理論”包含了哪些主要內(nèi)容呢？讓我們一起來領(lǐng)略相對論的奧妙。

301．狹義相對論（1）提出：（2）內(nèi)容：（3）認識：

1905年，愛因斯坦發(fā)表《論動體的電動力學(xué)》，創(chuàng)立狹義相對論。

相對性原理和光速不變原理；時間和空間都與物質(zhì)的運動有關(guān)，隨著物質(zhì)運動速度的變化而變化。（E=mc2）

否認了牛頓力學(xué)的絕對時空觀點，是對牛頓力學(xué)的繼承和發(fā)展。31“天上方一日，人間已一年”

乘坐“光子火箭”的星際旅行

乘坐“光子火箭”以光速作星際旅行，回到地球時，我們會發(fā)現(xiàn)什么變化？32

這個故事形象地說明了時間和空間的相對性。

愛因斯坦關(guān)于相對論的比喻。為了對這一深奧的理論做通俗的說明，愛因斯坦曾經(jīng)風(fēng)趣地對一名男青年說：“我打個比方，比如你屁股坐在火爐上烤和坐在公園柳蔭下與女士談情說愛，那么，同樣的時間你覺得哪一個更長？”男青年說：“當(dāng)然坐在火爐上烤的時間覺得長久?！睈垡蛩固拐f：“這就是我的相對論內(nèi)容?！?32．廣義相對論（1）提出：（2）內(nèi)容：（3）認識：1916年，愛因斯坦把狹義相對論推廣到加速運動的參考系中，建立了廣義相對論。①物質(zhì)存在的現(xiàn)實空間不是平坦的，而是彎曲的；②空間彎曲的程度體現(xiàn)為引力場強度；③時間、空間不是獨立的實在，它們是物質(zhì)存在的形式。

它第一次闡述了四維時空和物質(zhì)的分布相聯(lián)系的重要思想。34愛因斯坦的“時空彎曲”概念353．相對論建立的意義（1）愛因斯坦相對論的建立，是對近代物理學(xué)理論框架的重大突破，它不僅揭示了空間、時間的可變性，時空的變化和時空結(jié)構(gòu)同物質(zhì)的運動和狀態(tài)密不可分。（2）這種全新的時空觀、運動觀和物質(zhì)觀的形成，是人類思想發(fā)展史中的一次根本性變革，對整個自然科學(xué)和哲學(xué)都產(chǎn)生了深遠的影響。（3）相對論同量子理論一起，構(gòu)成了現(xiàn)代物理學(xué)的基本理論框架。

由于相對論的觀點與人們的日常經(jīng)驗不太一致，甚至有著尖銳的沖突，相對論從一開始就受到包括一些科學(xué)家在內(nèi)的很多人的反對。1921年愛因斯坦獲得了諾貝爾獎，當(dāng)時不少德國的諾貝爾獎獲得者威脅說，如果給相對論授獎，他們就要退回已獲得的獎?wù)?，結(jié)果評選委員會只好讓愛因斯坦作為光電效應(yīng)理論的建立者得獎，相對論始終沒有獲得諾貝爾獎。但相對論在物理學(xué)上卻非常合理且為實驗所證實。想一想:上述現(xiàn)象說明了什么問題?給我們什么啟發(fā)?說明：象許多事物一樣，科學(xué)的發(fā)展道路也并非一帆風(fēng)順，往往會遇到很多阻力。啟示：要敢于懷疑常識，勇于創(chuàng)新，因為即使生活中習(xí)以為常、看起來無懈可擊的規(guī)律也可能是不科學(xué)的。量子論的意義（了解）

量子論和相對論是現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱，量子論的形成標(biāo)志著人類對于客觀規(guī)律的認識，開始從宏觀世界深入到微觀世界。量子力學(xué)和狹義相對論結(jié)合形成原子核物理學(xué)，指導(dǎo)制造原子彈、氫彈和建立核電站。量子力學(xué)還為電子技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和激光技術(shù)等奠定了理論基礎(chǔ)。3839成功的秘訣

一個愛說廢話而不愛用功的青年，整天纏著大科學(xué)家愛因斯坦，要他公開成功的秘訣。愛因斯坦厭煩了，便寫了一

個公式給他：A＝x＋y＋z愛因斯坦解釋道：“A代表成功，x代表艱苦的勞動，y代表正確的方法……”“z代表什么？”青年迫不及待地問。“代表少說廢話?！睈垡蛩固拐f40共同探究之二相對論與牛頓力學(xué)的關(guān)系怎樣？

相對論打破了牛頓以來傳統(tǒng)的絕對時空觀，但并非全盤否定牛頓力學(xué)。牛頓力學(xué)反映的是宏觀物體低速運動的客觀規(guī)律，而狹義相對論反映的是物體高速運動的客觀規(guī)律，是對牛頓力學(xué)的繼承和發(fā)展。牛頓力學(xué)是相對論的一種特例（物體低速運動狀態(tài)），包括在相對論體系中。伽利略（1564——1642）意大利（經(jīng)典力學(xué)的奠基者）牛頓（1642——1727）英國普朗克（1858——1947）德國愛因斯坦（1879——1955）物理學(xué)革命20世紀物理學(xué)的兩大支柱經(jīng)典力學(xué)體系近代自然科學(xué)的形成從此科學(xué)擺脫了神學(xué)的束縛向前發(fā)展。標(biāo)志：1687《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》——相對論——量子論（1900年）近代科學(xué)之父實驗科學(xué)科學(xué)家主要成就意義伽利略牛頓普朗克近代物理學(xué)發(fā)展過程中的主要成就及意義自由落體定律勻速運動、勻加速運動用自制的望遠鏡證明了哥白尼的“日心說”為經(jīng)典力學(xué)奠定基礎(chǔ)證明哥白尼的“日心說”的正確性

《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》（物體運動三大定律和萬有引力定律）運動三定律是近代物理學(xué)的重要支柱

相對性原理、光速不變原理相對論（狹義、廣義）量子理論愛因斯坦近代物理學(xué)理論框架的重大突破繼承和發(fā)展了牛頓力學(xué)構(gòu)成現(xiàn)代物理學(xué)的基本理論框架經(jīng)典力學(xué)是近代自然科學(xué)理論體系中最先成熟和完善的核心理論體系43課堂訓(xùn)練1．創(chuàng)立了自由落體定律，從而推翻了亞里斯多德的學(xué)說的是（）

A、伽利略B、牛頓

C、愛因斯坦D、普朗克2．近代科學(xué)進入了全面繁榮的時代，各門自然科學(xué)的理論體系紛紛建立起來是在（）

A、17世紀B、18世紀

C、19世紀D、20世紀AC443．實現(xiàn)了自然科學(xué)第一次理論性大綜合的是（）A、哈維的血液循環(huán)學(xué)說B、法拉第的電磁感應(yīng)理論C、牛頓的經(jīng)典力學(xué)體系D、愛因斯坦的相對論4