1、第三节 站在巨人的肩膀上 1. 1.知道物理学研究的内容和物理知识的一些现代应用。知道物理学研究的内容和物理知识的一些现代应用。 2. 2.掌握科学探究的环节。掌握科学探究的环节。 3. 3.体会物理学家的科学精神与伟大胸怀。体会物理学家的科学精神与伟大胸怀。复习回顾复习回顾1.1.物理学的发展可以划分为哪几个阶段？物理学的发展可以划分为哪几个阶段？2.2.各阶段的代表人物？各阶段的代表人物？3.3.各阶段代表人物的主要贡献？各阶段代表人物的主要贡献？如果说我比别人看得更远的话，那是因为我站在巨如果说我比别人看得更远的话，那是因为我站在巨人的肩膀上。人的肩膀上。 牛顿牛顿 要记住哦！要记住哦！
2、一、知识园地一、知识园地硕果累累硕果累累1 1. .物理学就是研究自然界的物质结构、物体间的相物理学就是研究自然界的物质结构、物体间的相互作用和物体运动最一般规律的自然科学。互作用和物体运动最一般规律的自然科学。2.2.物理学是研究力的、热的、声的、电的、光的现物理学是研究力的、热的、声的、电的、光的现象及产生这些现象的原因的科学。象及产生这些现象的原因的科学。由于航天技术的发展，人类不仅实现了飞翔之梦，而由于航天技术的发展，人类不仅实现了飞翔之梦，而且还能登上月球、遨游太空，继续探索浩瀚宇宙的秘且还能登上月球、遨游太空，继续探索浩瀚宇宙的秘密。密。物理学的知识和研究方法已被广泛应用到现代通信
3、、物理学的知识和研究方法已被广泛应用到现代通信、交通、航天、材料及能源等领域。交通、航天、材料及能源等领域。神舟飞船上空神舟飞船上空宇宙飞船上拍摄的土星照片宇宙飞船上拍摄的土星照片在探索宇宙的同时，人类也在探索微观世界。在探索宇宙的同时，人类也在探索微观世界。200200万倍电子显微镜下拍摄的铱原子的排列情况。万倍电子显微镜下拍摄的铱原子的排列情况。原子的直径：原子的直径：1010-10-10 m m信息技术的应用给人类带来了巨大的影响，集成了信息技术的应用给人类带来了巨大的影响，集成了成千上万个电子元件的芯片，既小又轻，以致蚂蚁成千上万个电子元件的芯片，既小又轻，以致蚂蚁都能搬动。都能搬动。
4、超导技术及其应用超导技术及其应用 1911 1911年，荷兰科学家昂内斯用液氦冷却水银，年，荷兰科学家昂内斯用液氦冷却水银，当温度下降到当温度下降到. .K K时，发现水银的电阻完全消失时，发现水银的电阻完全消失，这种现象称为超导电性。，这种现象称为超导电性。19331933年，迈斯纳和奥克年，迈斯纳和奥克森菲尔德两位科学家发现：如果把超导体放在磁场森菲尔德两位科学家发现：如果把超导体放在磁场中冷却，则在材料电阻消失的同时，磁感线将从超中冷却，则在材料电阻消失的同时，磁感线将从超导体中排出，不能通过超导体，这种现象称为抗磁导体中排出，不能通过超导体，这种现象称为抗磁性。性。 超导电性和抗磁性是
5、超导体的两个重要特性。使超导电性和抗磁性是超导体的两个重要特性。使超导体电阻为零的温度，叫超导临界温度。经过科学超导体电阻为零的温度，叫超导临界温度。经过科学家们数十年的努力，超导材料的磁电障碍已被跨越，家们数十年的努力，超导材料的磁电障碍已被跨越，下一个难关是突破温度障碍，即寻找高温超导材料。下一个难关是突破温度障碍，即寻找高温超导材料。19731973年，人们发现了超导合金年，人们发现了超导合金铌锗合金，其铌锗合金，其临界超导温度为临界超导温度为23.2K23.2K，该记录保持了，该记录保持了1313年。年。19861986年年，设在瑞士苏黎士的美国，设在瑞士苏黎士的美国IBMIBM公司的
6、研究中心报道了公司的研究中心报道了一种氧化物（镧钡铜氧）具有一种氧化物（镧钡铜氧）具有35K35K的高温超导的高温超导性，打破了传统性，打破了传统“氧化物陶瓷是绝缘体氧化物陶瓷是绝缘体”的观念，引的观念，引起世界科学界的轰动。此后，科学家们争分夺秒地攻起世界科学界的轰动。此后，科学家们争分夺秒地攻关，几乎每隔几天，就有新的研究成果出现。关，几乎每隔几天，就有新的研究成果出现。奇异的超导陶瓷奇异的超导陶瓷19861986年底，美国贝尔实验室研究的氧化物超导材年底，美国贝尔实验室研究的氧化物超导材料，其临界超导温度达到料，其临界超导温度达到40K40K，液氢的，液氢的“温度壁垒温度壁垒”（40K4
7、0K）被跨越。）被跨越。19871987年年2 2月，美国华裔科学家朱经武月，美国华裔科学家朱经武和中国科学家赵忠贤相继在钇钡铜氧系材料上和中国科学家赵忠贤相继在钇钡铜氧系材料上把临界超导温度提高到把临界超导温度提高到90K90K以上，液氮的禁区（以上，液氮的禁区（77K77K）也奇迹般地被突破了。也奇迹般地被突破了。19871987年底，铊钡钙铜年底，铊钡钙铜氧系材料又把临界超导温度的记录提高到氧系材料又把临界超导温度的记录提高到125K125K。从。从1986198619871987年的短短一年多的时间里，临界超导温度年的短短一年多的时间里，临界超导温度竟然提高了竟然提高了100K100K
8、以上，这在材料发展史，乃至科技发以上，这在材料发展史，乃至科技发展史上都堪称是一大奇迹！展史上都堪称是一大奇迹！高温超导材料的不断问世，为超导材料从实验室高温超导材料的不断问世，为超导材料从实验室走向应用铺平了道路。走向应用铺平了道路。 超导材料最诱人的应用是发电、输电和储能。超导材料最诱人的应用是发电、输电和储能。 由于超导材料在超导状态下具有零电阻和完全抗由于超导材料在超导状态下具有零电阻和完全抗磁性，因此只需消耗极少的电能，就可以获得磁性，因此只需消耗极少的电能，就可以获得1010万高万高斯以上的稳态强磁场。而用常规导体作磁体，要产生斯以上的稳态强磁场。而用常规导体作磁体，要产生这么大的
9、磁场，需要消耗这么大的磁场，需要消耗3.53.5兆瓦的电能及大量的冷兆瓦的电能及大量的冷却水，投资巨大。却水，投资巨大。 超导磁体可用于制作交流超导发电机、磁流体发超导磁体可用于制作交流超导发电机、磁流体发电机和超导输电线路等。电机和超导输电线路等。超群的超导磁体超群的超导磁体超导发电机超导发电机在电力领域，利用超导线圈磁体可以将在电力领域，利用超导线圈磁体可以将发电机的磁场强度提高到发电机的磁场强度提高到5 5万万6 6万高斯，并且几乎没万高斯，并且几乎没有能量损失，这种发电机便是交流超导发电机。超导有能量损失，这种发电机便是交流超导发电机。超导发电机的单机发电容量比常规发电机提高发电机的单
10、机发电容量比常规发电机提高5 51010倍，倍，达达1 1万兆瓦，而体积却减少万兆瓦，而体积却减少 ，整机重量减轻，整机重量减轻 发电发电效率提高效率提高5050。1213，磁流体发电机磁流体发电机磁流体发电机同样离不开超导强磁体磁流体发电机同样离不开超导强磁体。磁流体发电机发电，是利用高温导电性气体（等离。磁流体发电机发电，是利用高温导电性气体（等离子体）作导体，并高速通过磁场强度为子体）作导体，并高速通过磁场强度为5 5万万6 6万高斯万高斯的强磁场而发电。磁流体发电机的结构非常简单，用的强磁场而发电。磁流体发电机的结构非常简单，用于磁流体发电的高温导电性气体还可重复利用。于磁流体发电的高
11、温导电性气体还可重复利用。超导输电线路超导输电线路超导材料还可以用于制作超导电线和超导材料还可以用于制作超导电线和超导变压器，从而把电力几乎无损耗地输送给用户。超导变压器，从而把电力几乎无损耗地输送给用户。据统计，目前的铜或铝导线输电，约有据统计，目前的铜或铝导线输电，约有15%15%的电能损的电能损耗在输电线路上，光是在中国，每年的电力损失即达耗在输电线路上，光是在中国，每年的电力损失即达10001000多亿度。若改为超导输电，节省的电能相当于新多亿度。若改为超导输电，节省的电能相当于新建数十个大型发电厂。建数十个大型发电厂。二、科学探究二、科学探究其其 乐乐 无无 穷穷（1 1）提出问题（
12、）提出问题（2 2）猜想与假设（猜想与假设（3 3）制定计划与设）制定计划与设计实验（计实验（4 4）进行实验与收集证据（）进行实验与收集证据（5 5）分析与论证）分析与论证（6 6）评估（）评估（7 7）交流与合作）交流与合作 例如：例如：“打水漂打水漂”是人类最古老的游戏之一，如是人类最古老的游戏之一，如何将水漂打的既多又远，一直是人们感兴趣的问题，何将水漂打的既多又远，一直是人们感兴趣的问题，法国科学家经过研究，揭开了打水漂的奥秘。法国科学家经过研究，揭开了打水漂的奥秘。科学探究的主要要素科学探究的主要要素提出问题提出问题如何将水漂打如何将水漂打得得既多又远？既多又远？猜想与假设猜想与假
13、设制定计划与设计实验制定计划与设计实验 他们用飞碟代替石块进行实验，制作了一个他们用飞碟代替石块进行实验，制作了一个 “ “打打水漂机水漂机”，实际上是个机械化弹弓，用来发射不同大，实际上是个机械化弹弓，用来发射不同大小的铝制飞碟，射向一个水池，同时用高速摄像机将小的铝制飞碟，射向一个水池，同时用高速摄像机将飞碟在水面弹跳的过程拍下来。飞碟在水面弹跳的过程拍下来。打水漂的质量可能与石块的直径、厚度、打水漂的质量可能与石块的直径、厚度、速度、以及入水角度和旋转等因素有关。速度、以及入水角度和旋转等因素有关。 实验时实验时“打水漂机打水漂机”向一个水池发射飞碟，高向一个水池发射飞碟，高速摄像机拍摄
14、飞碟在水面弹跳的过程，在实验中，速摄像机拍摄飞碟在水面弹跳的过程，在实验中，研究人员改变了飞碟的直径、厚度、速度及入水角研究人员改变了飞碟的直径、厚度、速度及入水角度和旋转等因素，并收集数据。度和旋转等因素，并收集数据。进行实验收集证据进行实验收集证据 经过反复尝试，他们终于发现了打水漂的奥秘：经过反复尝试，他们终于发现了打水漂的奥秘：关键在于角度，如果石块入水的角度大于关键在于角度，如果石块入水的角度大于4545它根本它根本就弹不起来，会直接沉入水中，当石块与水面的夹角就弹不起来，会直接沉入水中，当石块与水面的夹角为为2020时，它在水面上弹跳的次数最多，这是打水漂时，它在水面上弹跳的次数最
15、多，这是打水漂的黄金角度；旋转的石块比不旋转的次数多，还与石的黄金角度；旋转的石块比不旋转的次数多，还与石块的速度成正比，直径块的速度成正比，直径5 cm5 cm的铝片以的铝片以2020角接触水面角接触水面时，速度必须达到时，速度必须达到2.5 m/s2.5 m/s以上，否则就会落水，另外以上，否则就会落水，另外扁而平的，圆形石块是打水漂最理想的材料。扁而平的，圆形石块是打水漂最理想的材料。分析与论证分析与论证 以前也有学者研究过打水漂，但他们的结论都是以前也有学者研究过打水漂，但他们的结论都是建立在推理而不是实验的基础上，科学家对收集数据建立在推理而不是实验的基础上，科学家对收集数据的可靠性
16、进行了评估，最后认为实验结论是可靠的。的可靠性进行了评估，最后认为实验结论是可靠的。评估评估 这项有趣的发现被发表在这项有趣的发现被发表在自然自然杂志上，打水杂志上，打水漂实验有着十分重要的意义。当航天器从空气稀薄的漂实验有着十分重要的意义。当航天器从空气稀薄的太空中重返地球进入太空中重返地球进入“浓密浓密”的大气层时，它的运动的大气层时，它的运动方式就与打水漂有几分类似，也有一个在大气中方式就与打水漂有几分类似，也有一个在大气中“弹弹跳跳”的过程，因此打水漂实验将帮助物理学家更准确的过程，因此打水漂实验将帮助物理学家更准确地模仿航天器的回收过程，提高回收的成功率。地模仿航天器的回收过程，提高
17、回收的成功率。合作与交流合作与交流三、科学精神三、科学精神永远高扬永远高扬科学家成功的诀窍在哪里？科学家成功的诀窍在哪里？要有创新精神要有创新精神要能独立思考要能独立思考勇于有根据地怀疑勇于有根据地怀疑养成尊重事实，大胆想象的科学态度和科学精神养成尊重事实，大胆想象的科学态度和科学精神哥白尼哥白尼居里夫人居里夫人中国双弹之父中国双弹之父邓稼先邓稼先导弹之父导弹之父钱学森钱学森 李政道李政道 杨振宁杨振宁1.1.对科学探究中对科学探究中“交流合作交流合作”这一环节你的看法是这一环节你的看法是 （ ）A.A.应该回避，资料保密应该回避，资料保密 B.B.应该大力提倡，资源共享应该大力提倡，资源共享
18、C.C.可有可无，不影响探究可有可无，不影响探究 D.D.有困难时才要交流有困难时才要交流B B2.2.在进行实验与收集证据（或数据）时，要把观察在进行实验与收集证据（或数据）时，要把观察到的重要现象和数据记录下来，在数据记录时，要到的重要现象和数据记录下来，在数据记录时，要尊重事实，不要拼凑，还要（尊重事实，不要拼凑，还要（ ）A.A.不可杜撰不可杜撰B.B.美化数据，让数据符合实验的分析美化数据，让数据符合实验的分析C.C.把不容易显示出的数据，根据要求添加和制作把不容易显示出的数据，根据要求添加和制作D.D.以上说法都不可能以上说法都不可能A A3.3.物理学就是研究物理学就是研究_、
19、和和_ 的自然科学。的自然科学。物质结构物质结构相互作用相互作用运动规律运动规律4.4.科学家们不仅为后人留下了知识的宫殿，而且创建了科学家们不仅为后人留下了知识的宫殿，而且创建了科学的探究方法。填写科学探究的主要环节：科学的探究方法。填写科学探究的主要环节：（1 1） ，（2 2）猜想和假设，（）猜想和假设，（3 3）制定计划和设计实验，）制定计划和设计实验，（4 4） , ,（5 5）分析与论证，）分析与论证，（6 6）评估，（）评估，（7 7） 。提出问题提出问题进行实验与收集证据进行实验与收集证据交流与合作交流与合作站在巨人的肩膀上站在巨人的肩膀上知识园地知识园地硕果累累（知识技能）硕果累累（知识技能）科学探究科学探究其乐无穷（过程方法）其乐无穷（过程方法）科学精神科学精神永远高扬（情感态度价值观）永远高扬（情感态度价值观）培养培养目标目标人生的乐章因为有了各种困难、挫折，才变得壮美。
