近代物理学的奠基者课件.ppt

1、经典力学奠基者经典力学奠基者（1717世纪初）世纪初）经典力学建立者经典力学建立者（1717世纪晚期）世纪晚期）从经典力学发展到从经典力学发展到量子论、相对论量子论、相对论（1919世纪末世纪末2020世纪初）世纪初）伽利略（意）伽利略（意）牛顿（英）牛顿（英）普朗克（德）普朗克（德）爱因斯坦（德）爱因斯坦（德）近代物理学的发展过程巨人肩上的思索巨人肩上的思索1 1、背景、背景 在中世纪的欧洲，亚里士多德的学说长在中世纪的欧洲，亚里士多德的学说长期被教会奉为教条。近代科学诞生后，亚期被教会奉为教条。近代科学诞生后，亚里士多德的力学不断受到质疑。里士多德的力学不断受到质疑。 伽利略（伽利略（15

2、64156416421642），伟），伟大的大的意大利意大利物理学家和天文学家，物理学家和天文学家，他开创了以实验事实为根据并具他开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系和数学表述形式有严密逻辑体系和数学表述形式的近代科学，被誉为的近代科学，被誉为“近代科学近代科学之父之父”。他第一个把他第一个把望远镜望远镜对准对准天空进行观测，出版了天空进行观测，出版了星空使星空使者者一书。一书。16321632年，他出版了年，他出版了关于托勒密和哥白尼两大世界关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话体系的对话，把哥白尼学说推，把哥白尼学说推到最终胜利的阶段。到最终胜利的阶段。2 2、伽利略的贡献、伽利略的贡献

3、（1 1）匀速运动、匀加速运动）匀速运动、匀加速运动（2 2）自由落体定律）自由落体定律（3 3）用自己制造的望远镜证明了哥白尼的）用自己制造的望远镜证明了哥白尼的“日日心说心说” 15901590年，伽利略在比年，伽利略在比萨斜塔上做了萨斜塔上做了“自由落体自由落体”的著名实验，从此推翻了的著名实验，从此推翻了亚里士多德亚里士多德“物体落地下物体落地下的速度和重量成比例的速度和重量成比例”的的学说，纠正了这个持续了学说，纠正了这个持续了19001900年之久的错误结论。年之久的错误结论。3 3、牛顿的贡献、牛顿的贡献1666年秋天的一个傍晚，牛顿坐在花园的苹果树下，正在考虑一个运动的问题。忽

4、然一只熟透的苹果掉了下来，正好落在牛顿的前面。这只苹果引起了牛顿的注意。他想，苹果为什么不向天上飞，也不向前后左右落，而偏偏垂直地落到地面上呢？肯定是地球在吸引它。既然地球能吸引离地面这么高的苹果树上的苹果，那它也肯定在吸引着月亮。经过研究、演算和论证，牛顿发现了万有引力定律。 引自科学简史（1 1）牛顿的运动三大定律）牛顿的运动三大定律构成了近代力学体系的基础，成为整个近代物理构成了近代力学体系的基础，成为整个近代物理学的重要支柱。学的重要支柱。（2 2）牛顿的万有引力定律）牛顿的万有引力定律（3 3）科学巨著科学巨著自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理总结了总结了他的力学体系及数学、天文学

5、方面的研究成果。他的力学体系及数学、天文学方面的研究成果。惯性定律惯性定律加速度定律加速度定律作用力和反作用力定律作用力和反作用力定律牛顿的运动牛顿的运动三大定律三大定律万有引力定律万有引力定律经典力学体系经典力学体系 我之所以我之所以能比别人看得远能比别人看得远些，是因为我站在些，是因为我站在巨人们的肩上。巨人们的肩上。 牛顿牛顿1 1、重大意义、重大意义（1）牛顿力学体系对自然界的）牛顿力学体系对自然界的力学现象做了系统合理的说明，力学现象做了系统合理的说明，从而完成了人类对自然界认识从而完成了人类对自然界认识史上的第一次理论大综合。史上的第一次理论大综合。（2）万有引力定律不仅适用于）万

6、有引力定律不仅适用于太阳系而且适用于用于一切天体太阳系而且适用于用于一切天体运动和宇宙中的所有物体。使力运动和宇宙中的所有物体。使力学和天文学在理论上达到相当完学和天文学在理论上达到相当完备的程度，并且在科学实验中得备的程度，并且在科学实验中得到广泛的应用和验证，根据万有到广泛的应用和验证，根据万有引力定律，人们准确地算出了地引力定律，人们准确地算出了地球的平均密度和扁平度，正确地球的平均密度和扁平度，正确地解释了潮汐的成因。还在理论上解释了潮汐的成因。还在理论上首先预测了海王星的存在。首先预测了海王星的存在。（立。（立。3）从此，科学摆脱了神学的束缚向）从此，科学摆脱了神学的束缚向前发展，成

7、为近代科学形成的标志。前发展，成为近代科学形成的标志。19世纪近代科学进入全面繁荣时期，世纪近代科学进入全面繁荣时期，各门自然科学的理论体系纷纷建立。各门自然科学的理论体系纷纷建立。海王星和冥王星的发现海王星和冥王星的发现驱走乌云的太阳驱走乌云的太阳质疑与思考：经典力学体系是最完美的物理学理论吗？19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：“19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这座大厦。” 经典物理学是以日常生活中常见的低速运动的物体为研究对象的，一旦进入光速运动时，经典物理学的某些结论就变得不准确。 1919世纪末，物理学界连续发生了三个重大事件，世纪末

8、，物理学界连续发生了三个重大事件，这就是这就是X X射线射线、放射性放射性和和电子的发现电子的发现。这三大发现以实。这三大发现以实验事实使得原子不可分、不变化的传统观念发生了动验事实使得原子不可分、不变化的传统观念发生了动摇。物理学家们曾认为的似乎已经基本上完成了的经摇。物理学家们曾认为的似乎已经基本上完成了的经典物理学体系，从根本上出现了动摇，这就是所谓的典物理学体系，从根本上出现了动摇，这就是所谓的“物理学危机物理学危机”。 过去的物理学都以牛顿的理论为基础，认为时间过去的物理学都以牛顿的理论为基础，认为时间和空间是绝对的，两者是没有任何直接联系的。似乎和空间是绝对的，两者是没有任何直接联

9、系的。似乎宇宙间存在着一个永远走动着的大钟，在任何情况下，宇宙间存在着一个永远走动着的大钟，在任何情况下，它的速率永远都是相同的，世界上的一切运动在时间它的速率永远都是相同的，世界上的一切运动在时间上都以它为度量标准。上都以它为度量标准。1 1、背景、背景（1）19世纪的物理学领域，以牛顿力学为基础，形世纪的物理学领域，以牛顿力学为基础，形成了完整的理论体系；成了完整的理论体系；（2）19世纪末，物理学界的重大研究课题士黑体辐世纪末，物理学界的重大研究课题士黑体辐射，量子理论就是在此过程中发现的。射，量子理论就是在此过程中发现的。2 2、诞生、诞生（1）奥地利斯蒂芬：）奥地利斯蒂芬：1879年

10、发现黑体辐射的总能量年发现黑体辐射的总能量与其温度之间的定量关系；与其温度之间的定量关系；（2）德国普朗克：）德国普朗克：1900年在年在关于正常光谱能量分关于正常光谱能量分布定律的理论布定律的理论中提出量子概念。标志着量子理论中提出量子概念。标志着量子理论的诞生。的诞生。 普朗克，普朗克，生于基尔。生于基尔。1879年普朗克在慕尼黑大学年普朗克在慕尼黑大学获得博士学位后，先后在慕获得博士学位后，先后在慕尼黑大学和基尔大学任教。尼黑大学和基尔大学任教。由于量子论创立，普朗克获由于量子论创立，普朗克获得得1918年诺贝尔物理学奖。年诺贝尔物理学奖。3 3、发展、发展（1）德国爱因斯坦：）德国爱因

11、斯坦：1905年解释光电效应，得出了年解释光电效应，得出了光具有波粒二象性的结论；光具有波粒二象性的结论；（2）法国德布罗意：）法国德布罗意：1923年提出物质波理论；年提出物质波理论；（3）奥、德物理学家：建立量子力学。）奥、德物理学家：建立量子力学。4 4、意义、意义（1）量子力学成为反映自然界基本规律的理论体系，）量子力学成为反映自然界基本规律的理论体系，指导人们向物质运动的各个层面进行深入探讨；指导人们向物质运动的各个层面进行深入探讨；（2）理论从根本上改变了近代物理学中的传统观念，）理论从根本上改变了近代物理学中的传统观念，使物理学乃至整个自然科学的观念都发生重大变革。使物理学乃至整

12、个自然科学的观念都发生重大变革。 1999年年12月，在月，在20世纪最后一期的世纪最后一期的时代时代周刊中，评周刊中，评出了一位出了一位“世纪人世纪人物物”。该刊称赞他为。该刊称赞他为“天才、政治难民、天才、政治难民、人道主义者、原子弹人道主义者、原子弹和宇宙迷的开启者和宇宙迷的开启者”，“以其伟大的思想和以其伟大的思想和无与伦比的形象独占无与伦比的形象独占鳌头鳌头”。爱因斯坦的爱因斯坦的“时空时空” 狭义相对论发表100周年，也许全世界只有几十个人能完全理解他的真谛，但这并不能掩盖相对论对人类生活的巨大改变。 1905年年论动体的电论动体的电动力学动力学1916年年（1）时间和空间都与物）

13、时间和空间都与物质运动有关；质运动有关；（2）时间和空间随着物）时间和空间随着物质运动的速度的变化而质运动的速度的变化而变化变化（1）物质存在的现实空间是）物质存在的现实空间是弯曲的弯曲的（2）空间结构取决于物质的）空间结构取决于物质的质量和分布情况质量和分布情况（3）空间弯曲的程度体现为）空间弯曲的程度体现为引力场强度引力场强度（4）空间时间不是独立的存）空间时间不是独立的存在，它们是物质的存在形式。在，它们是物质的存在形式。打破绝对时间和绝对空间，打破绝对时间和绝对空间，但不是对牛顿力学的全盘但不是对牛顿力学的全盘否定，而是继承和发展否定，而是继承和发展第一次阐述了思维时空和第一次阐述了思

14、维时空和物质的分布相联系的重要物质的分布相联系的重要思想思想这个故事形象地说明了时间和空间的相对性爱因斯坦关于相对论的比喻：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男青年说：“我打个比方，比如你屁股坐在火炉上烤和坐在公园柳荫下与女士谈情说爱，那么，同样的时间你觉得哪一个更长？”男青年说：“当然坐在火炉上烤的时间觉得长久。”爱因斯坦说：“这就是我的相对论内容。”爱因斯坦的爱因斯坦的“时空弯曲时空弯曲”概念概念3 3、意义、意义（1）相对论的建立是对近代物理学理论框架的重大）相对论的建立是对近代物理学理论框架的重大突破，深刻揭示了突破，深刻揭示了空间和时间空间和时间的本质属性。的

15、本质属性。（2）这种全新的时空观，运动观和物质观的形成，）这种全新的时空观，运动观和物质观的形成，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，对整个自然，对整个自然科学和哲学都产生了极其深远的影响。科学和哲学都产生了极其深远的影响。量子论和相对论是现代物理学的两大支柱经典力学经典力学体系的创体系的创立和发展立和发展量子理论的诞生量子理论的诞生(从普朗克到爱因斯坦从普朗克到爱因斯坦) 相对论的建立相对论的建立（爱因斯坦）（爱因斯坦）现代物理现代物理学理论的学理论的发展发展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伽利略对亚里士多德伽利略对亚里士多德力学观的否定力学观的否定 牛顿对前人科学理论牛顿对前人科学理论的发展的发展