專題七 近代物理學(xué)的奠基人和革命者

專題七近代物理學(xué)的奠基人和革命者第1頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月江蘇省儀征中學(xué)王玉兵教學(xué)課件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(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，改變了人類的時空概念，使人類進(jìn)入電子信息時代。講述了人類認(rèn)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。第2頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月江蘇省儀征中學(xué)王玉兵教學(xué)課件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。第3頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月江蘇省儀征中學(xué)王玉兵教學(xué)課件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。第4頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月江蘇省儀征中學(xué)王玉兵教學(xué)課件5一、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(rèn)識其意義。第5頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月江蘇省儀征中學(xué)王玉兵教學(xué)課件6（一）巨人肩上的思索

（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——意大利科學(xué)家伽利略（1）伽利略對亞里士多德力學(xué)觀的否定（2）突出成就2．牛頓對前人科學(xué)理論的發(fā)展第6頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月江蘇省儀征中學(xué)王玉兵教學(xué)課件7伽利略（1564—1642），偉大的意大利物理學(xué)家和天文學(xué)家，他開創(chuàng)了以實驗事實為根據(jù)并具有嚴(yán)密邏輯體系和數(shù)學(xué)表述形式的近代科學(xué)，被譽為“近代科學(xué)之父”。他第一個把望遠(yuǎn)鏡對準(zhǔn)天空進(jìn)行觀測，出版了《星空使者》一書。1632年，他出版了《關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》，把哥白尼的學(xué)說推到了最終勝利的階段。第7頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月江蘇省儀征中學(xué)王玉兵教學(xué)課件8

地心說中世紀(jì)時，基督教會宣揚的宇宙觀是宇宙是一個封閉的大盒子或大帳篷，天是盒（篷）蓋，地是盒（篷）底，圣地耶路撒冷居盒（篷）底的中央，日月星辰懸掛在蓋上，此即所謂的“宇宙帳篷說”。后來，亞里士多德和托勒密所提出的希臘宇宙體系逐漸深入人心，托馬斯·阿奎那將亞里士多德理論融入基督教神學(xué)之后，地心理論即獲得了正統(tǒng)地位。地球居宇宙中心的思想被賦予了宗教意義，人類及其居住的地球被置于上帝的懷抱之中，沐浴著上帝的光輝，并被圣恩所籠罩。哥白尼提出“太陽中心說”從根本上動搖了宗教神學(xué)的理論基礎(chǔ)第8頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月江蘇省儀征中學(xué)王玉兵教學(xué)課件9對地球認(rèn)識的變化第9頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月江蘇省儀征中學(xué)王玉兵教學(xué)課件10(1)伽利略對亞里士多德力學(xué)觀的否定

亞里士多德的力學(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。第10頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月江蘇省儀征中學(xué)王玉兵教學(xué)課件11（2）突出成就

創(chuàng)立了自由落體定律，從而推翻了亞里士多德的學(xué)說。意大利的比薩斜塔第11頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月江蘇省儀征中學(xué)王玉兵教學(xué)課件122。牛頓對前人科學(xué)理論的發(fā)展（1）科學(xué)巨著

《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》總結(jié)了牛頓力學(xué)體系以及在數(shù)學(xué)、天文學(xué)方面的研究成果。牛頓（1642—1727）牛頓出生于英國的林肯郡，牛頓曾經(jīng)長期擔(dān)任英國皇家學(xué)會會長，授予爵士稱號。1727年，他病逝，被安葬于威斯敏斯特教堂，這是一種極高的榮譽。第12頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月江蘇省儀征中學(xué)王玉兵教學(xué)課件13第13頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月江蘇省儀征中學(xué)王玉兵教學(xué)課件14煮懷表

牛頓從事科學(xué)研究時非常專心，時常忘卻生活中的小事。有一次，給牛頓做飯的老太太有事要出去，就把雞蛋放在桌子上說：“先生！我出去買東西，請您自己煮個雞蛋吃吧，水已經(jīng)在燒了！”正在聚精會神地計算的牛頓，頭也不抬地“嗯”了一聲。老保姆回來以后問牛頓煮了雞蛋沒有，牛頓頭也沒抬地說：“煮了！”老太太掀開鍋蓋一看，驚呆了：鍋里居然煮了一塊懷表，雞蛋卻還在原地放著。原來牛頓忙于計算，胡亂把懷表扔到了鍋里。

第14頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月江蘇省儀征中學(xué)王玉兵教學(xué)課件15

作為大學(xué)教授，牛頓常常忙得不修邊幅，往往領(lǐng)帶不結(jié)，襪帶不系好，馬褲也不紐扣，就走進(jìn)了大學(xué)餐廳。有一次，他在向一位姑娘求婚時思想又開了小差，他腦海了只剩下了無窮量的二項式定理。他抓住姑娘的手指，錯誤的把它當(dāng)成通煙斗的通條，硬往煙斗里塞，痛得姑娘大叫，離他而去。牛頓也因此終生未娶。第15頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月江蘇省儀征中學(xué)王玉兵教學(xué)課件16

慣性定律加速度定律作用和反作用定律

萬有引力定律牛頓運動三定律（2）經(jīng)典力學(xué)體系的主要內(nèi)容經(jīng)典力學(xué)體系第16頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月江蘇省儀征中學(xué)王玉兵教學(xué)課件17(3)經(jīng)典力學(xué)體系的歷史地位

理論的綜合：牛頓力學(xué)體系對自然界的力學(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(rèn)識史上的第一次理論大綜合。經(jīng)典力學(xué)體系的建立標(biāo)志著近代科學(xué)的形成。

實踐的驗證：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。根據(jù)這一定律，人們還發(fā)現(xiàn)了海王星、冥王星。第17頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月江蘇省儀征中學(xué)王玉兵教學(xué)課件181781年天王星被發(fā)現(xiàn)，科學(xué)家用牛頓力學(xué)計算它的軌道，可是計算結(jié)果總是同觀測紀(jì)錄不大相符。經(jīng)反復(fù)核算，觀測無誤。法國的勒維列和英國的亞當(dāng)斯堅信牛頓力學(xué)的正確，大膽猜想太陽系中還有一顆未知的行星.他們用牛頓力學(xué)算出了這顆未知行星的位置和質(zhì)量。1848年9月23日，柏林天文臺臺長在收到勒維列來信的當(dāng)晚，用望遠(yuǎn)鏡對準(zhǔn)勒維列所指出的位置，一下子就看到了一顆新的行星—海王星。勒維列無需觀測星空，就在筆尖上發(fā)現(xiàn)了新行星。海王星和冥王星的發(fā)現(xiàn)第18頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月江蘇省儀征中學(xué)王玉兵教學(xué)課件19哈雷慧星軌道的推算

長期以來，人們一直認(rèn)為彗星是神秘的，不吉利的災(zāi)星，根本不能用科學(xué)來說明。牛頓的好友哈雷用牛頓力學(xué)算出了1682年出現(xiàn)的彗星的軌道，指出它的回歸周期是75—76年，由此預(yù)言它將在1758年再次出現(xiàn)。53年以后的1758年（當(dāng)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(xué)性。第19頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月江蘇省儀征中學(xué)王玉兵教學(xué)課件20

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。”

——牛頓臨終遺言共同探究之一第20頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月江蘇省儀征中學(xué)王玉兵教學(xué)課件21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)械運動的三大定律和萬有引力定律，創(chuàng)建牛頓力學(xué)體系。第21頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月江蘇省儀征中學(xué)王玉兵教學(xué)課件22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。前人基礎(chǔ)（伽利略、笛卡爾、開普勒）；注重實驗。牛頓成功的條件：關(guān)系：第22頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月江蘇省儀征中學(xué)王玉兵教學(xué)課件23

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。”

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！第23頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月江蘇省儀征中學(xué)王玉兵教學(xué)課件24（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)的意義第24頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月江蘇省儀征中學(xué)王玉兵教學(xué)課件251．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(見P122），標(biāo)志著量子理論的誕生。第25頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月江蘇省儀征中學(xué)王玉兵教學(xué)課件26

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。第26頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月江蘇省儀征中學(xué)王玉兵教學(xué)課件272．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)。第27頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月江蘇省儀征中學(xué)王玉兵教學(xué)課件283．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(rèn)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。第28頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月江蘇省儀征中學(xué)王玉兵教學(xué)課件29（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．相對論建立的意義第29頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月江蘇省儀征中學(xué)王玉兵教學(xué)課件30狹義相對論發(fā)表107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。

第30頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月江蘇省儀征中學(xué)王玉兵教學(xué)課件31

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多年來，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。……這個“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。

第31頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月江蘇省儀征中學(xué)王玉兵教學(xué)課件321．狹義相對論（1）提出：（2）內(nèi)容：（3）認(rèn)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(rèn)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。第32頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月江蘇省儀征中學(xué)王玉兵教學(xué)課件33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。第33頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月江蘇省儀征中學(xué)王玉兵教學(xué)課件34“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？第34頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月江蘇省儀征中學(xué)王玉兵教學(xué)課件35

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?！钡?5頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月江蘇省儀征中學(xué)王玉兵教學(xué)課件362．廣義相對論（1）提出：（2）內(nèi)容：（3）認(rèn)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(qiáng)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。第36頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月江蘇省儀征中學(xué)王玉兵教學(xué)課件37愛因斯坦的“時空彎曲”概念第37頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月江蘇省儀征中學(xué)王玉兵教學(xué)課件383．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(yuǎn)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。第38頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月江蘇省儀征中學(xué)王玉兵教學(xué)課件39第39頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月江蘇省儀征中學(xué)王玉兵教學(xué)課件40相對論的現(xiàn)實意義舉例——相對論能修正GPS（全球定位系統(tǒng)）

全球定位系統(tǒng)———GPS的應(yīng)用也已普及化了，許多城市的公共汽車、出租車上都安裝了它。早期的GPS接收器確定物體位置的誤差是在15米范圍內(nèi)，這個誤差可以用愛因斯坦相對論來修正。第40頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月江蘇省儀征中學(xué)王玉兵教學(xué)課件41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?！按砩僬f廢話?！睈垡蛩固拐f第41頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月江蘇省儀征中學(xué)王玉兵教學(xué)課件42經(jīng)典力學(xué)體系的創(chuàng)立和發(fā)展量子理論的誕生(從普朗克到愛因斯坦)

相對論的建立（愛因斯坦）現(xiàn)代物理學(xué)理論的發(fā)展小結(jié)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

第42頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月江蘇省儀征中學(xué)王玉兵教學(xué)課件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)AC第43頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月江蘇省儀征中學(xué)王玉兵教學(xué)課件443．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．指出“物質(zhì)間所存在的萬有引力，是由于