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(jì)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(diǎn)涉及細(xì)胞學(xué)說、進(jìn)化論和物種起源；蒸汽機(jī)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(shí)空概念，使人類進(jìn)入電子信息時(shí)代。講述了人類認(rèn)識(shí)由低級(jí)向高級(jí)發(fā)展的歷程，從科學(xué)技術(shù)層面了解人類社會(huì)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\(yùn)等。4（三）學(xué)習(xí)思考

為什么15世紀(jì)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(yùn)動(dòng)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(duì)象研究方法兩者關(guān)系分門別類整體考察科學(xué)實(shí)驗(yàn)，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(duì)論的建立（愛因斯坦）進(jìn)化論理論（達(dá)爾文與赫胥黎）萬能原動(dòng)機(jī)與“蒸汽機(jī)時(shí)代”（瓦特）電力的廣泛應(yīng)用與“電氣時(shí)代”（法拉第、西門子等）現(xiàn)代信息技術(shù)與信息時(shí)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(rèn)識(shí)其在近代自然科學(xué)理論發(fā)展中的歷史地位。知道相對(duì)論、量子論的主要內(nèi)容，認(rèn)識(shí)其意義。本課內(nèi)容：第一目：認(rèn)識(shí)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(shí)空”——相對(duì)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(duì)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(shí)結(jié)構(gòu)近代物理學(xué)的奠基人和革命者伽利略對(duì)亞里士多德力學(xué)觀的否定

牛頓對(duì)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(jì)）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(jì)初）經(jīng)典力學(xué)建立者（17世紀(jì)晚期）從經(jīng)典力學(xué)發(fā)展到相對(duì)論、量子論（19世紀(jì)末～20世紀(jì)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(guó)、17世紀(jì)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(guó)、1900年）2、相對(duì)論的建立——愛因斯坦（德國(guó)、20世紀(jì)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(xiàn)突出成果——?jiǎng)?chuàng)立自由落體定律制造天文望遠(yuǎn)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(yù)為“近代科學(xué)之父”。實(shí)驗(yàn),計(jì)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(yùn)動(dòng)，沒有力的作用，物體就會(huì)靜止。伽利略：通過觀察、實(shí)驗(yàn)和推理，得出結(jié)論：如果運(yùn)動(dòng)物體不受阻礙，它將速度保持不變地持續(xù)運(yùn)動(dòng)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(gè)鐵球同時(shí)落地”的著名實(shí)驗(yàn)，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(gè)持續(xù)了1900年之久的錯(cuò)誤結(jié)論。

1609年，伽利略創(chuàng)制了天文望遠(yuǎn)鏡。他觀測(cè)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(yuǎn)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(yùn)動(dòng)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(gè)人類的文明史來看這都是一本劃時(shí)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(yùn)動(dòng)的客觀規(guī)律，對(duì)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(duì)自然界認(rèn)識(shí)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(shí)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(guó)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(yuǎn)些，是因?yàn)槲艺驹诰奕藗兊募缟稀?/p>

——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(xiàn)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(huì)環(huán)境：?jiǎn)⒚蛇\(yùn)動(dòng)、英國(guó)資產(chǎn)階級(jí)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(gè)在海邊玩耍的孩子，不時(shí)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。”

——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(jī)械運(yùn)動(dòng)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(yuǎn)些，那是因?yàn)槲艺驹诰奕藗兊募缟稀！?/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(jì)末，面對(duì)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(jì)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(yùn)動(dòng)的物體為研究對(duì)象的，一旦進(jìn)入光速運(yùn)動(dòng)時(shí)，經(jīng)典物理學(xué)的某些結(jié)論就變得不準(zhǔn)確高速運(yùn)動(dòng)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(duì)論與量子論應(yīng)運(yùn)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(duì)黑體的研究成果。1900年，德國(guó)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(jiǎng)。他的父親是一位杰出的法律教授。普朗克是德國(guó)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(xiàng)業(yè)余愛好是他一直堅(jiān)持到晚年的登山運(yùn)動(dòng)。

252．量子理論的發(fā)展（1）德國(guó)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(guó)德布羅意：提出物質(zhì)波理論。（3）數(shù)年后，奧地利、德國(guó)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(duì)客觀規(guī)律的認(rèn)識(shí)，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(gè)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(shí)空”

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

29

關(guān)于相對(duì)論，有人說：這個(gè)形式簡(jiǎn)潔優(yōu)美的理論蘊(yùn)藏了太多令人驚訝的內(nèi)容，100年來，人們時(shí)時(shí)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。……這個(gè)“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(duì)論的奧妙。

301．狹義相對(duì)論（1）提出：（2）內(nèi)容：（3）認(rèn)識(shí)：

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

相對(duì)性原理和光速不變?cè)?；時(shí)間和空間都與物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)有關(guān)，隨著物質(zhì)運(yùn)動(dòng)速度的變化而變化。（E=mc2）

否認(rèn)了牛頓力學(xué)的絕對(duì)時(shí)空觀點(diǎn)，是對(duì)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(shí)，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)什么變化？32

這個(gè)故事形象地說明了時(shí)間和空間的相對(duì)性。

愛因斯坦關(guān)于相對(duì)論的比喻。為了對(duì)這一深?yuàn)W的理論做通俗的說明，愛因斯坦曾經(jīng)風(fēng)趣地對(duì)一名男青年說：“我打個(gè)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(shí)間你覺得哪一個(gè)更長(zhǎng)？”男青年說：“當(dāng)然坐在火爐上烤的時(shí)間覺得長(zhǎng)久?！睈垡蛩固拐f：“這就是我的相對(duì)論內(nèi)容。”332．廣義相對(duì)論（1）提出：（2）內(nèi)容：（3）認(rèn)識(shí)：1916年，愛因斯坦把狹義相對(duì)論推廣到加速運(yùn)動(dòng)的參考系中，建立了廣義相對(duì)論。①物質(zhì)存在的現(xiàn)實(shí)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(chǎng)強(qiáng)度；③時(shí)間、空間不是獨(dú)立的實(shí)在，它們是物質(zhì)存在的形式。

它第一次闡述了四維時(shí)空和物質(zhì)的分布相聯(lián)系的重要思想。34愛因斯坦的“時(shí)空彎曲”概念353．相對(duì)論建立的意義（1）愛因斯坦相對(duì)論的建立，是對(duì)近代物理學(xué)理論框架的重大突破，它不僅揭示了空間、時(shí)間的可變性，時(shí)空的變化和時(shí)空結(jié)構(gòu)同物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)和狀態(tài)密不可分。（2）這種全新的時(shí)空觀、運(yùn)動(dòng)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(duì)整個(gè)自然科學(xué)和哲學(xué)都產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。（3）相對(duì)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(duì)論的觀點(diǎn)與人們的日常經(jīng)驗(yàn)不太一致，甚至有著尖銳的沖突，相對(duì)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(duì)。1921年愛因斯坦獲得了諾貝爾獎(jiǎng)，當(dāng)時(shí)不少德國(guó)的諾貝爾獎(jiǎng)獲得者威脅說，如果給相對(duì)論授獎(jiǎng)，他們就要退回已獲得的獎(jiǎng)?wù)?，結(jié)果評(píng)選委員會(huì)只好讓愛因斯坦作為光電效應(yīng)理論的建立者得獎(jiǎng)，相對(duì)論始終沒有獲得諾貝爾獎(jiǎng)。但相對(duì)論在物理學(xué)上卻非常合理且為實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。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(huì)遇到很多阻力。啟示：要敢于懷疑常識(shí)，勇于創(chuàng)新，因?yàn)榧词股钪辛?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(duì)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(duì)于客觀規(guī)律的認(rèn)識(shí)，開始從宏觀世界深入到微觀世界。量子力學(xué)和狹義相對(duì)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(gè)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(gè)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(dòng)，y代表正確的方法……”“z代表什么？”青年迫不及待地問?！按砩僬f廢話?！睈垡蛩固拐f40共同探究之二相對(duì)論與牛頓力學(xué)的關(guān)系怎樣？

相對(duì)論打破了牛頓以來傳統(tǒng)的絕對(duì)時(shí)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(yùn)動(dòng)的客觀規(guī)律，而狹義相對(duì)論反映的是物體高速運(yùn)動(dòng)的客觀規(guī)律，是對(duì)牛頓力學(xué)的繼承和發(fā)展。牛頓力學(xué)是相對(duì)論的一種特例（物體低速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)），包括在相對(duì)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(guó)普朗克（1858——1947）德國(guó)愛因斯坦（1879——1955）物理學(xué)革命20世紀(jì)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(duì)論——量子論（1900年）近代科學(xué)之父實(shí)驗(yàn)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(yùn)動(dòng)、勻加速運(yùn)動(dòng)用自制的望遠(yuǎn)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(yùn)動(dòng)三大定律和萬有引力定律）運(yùn)動(dòng)三定律是近代物理學(xué)的重要支柱

相對(duì)性原理、光速不變?cè)硐鄬?duì)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(jìn)入了全面繁榮的時(shí)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(jì)B、18世紀(jì)

C、19世紀(jì)D、20世紀(jì)AC443．實(shí)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(duì)論4