1、物理学与人类文明物理学与人类文明人教版必修一前言人教版必修一前言一、物理学的介绍一、物理学的介绍 与思维观念与思维观念这些我们都将研究这些我们都将研究物理是一门实验科学物理是一门实验科学 观察和实验：观察和实验：物理学的重要物理学的重要基础基础物理学科现象现象规律规律原因原因总结总结寻找寻找解释解释应用应用理论理论应用应用物理学的研究方法物理学的研究方法物物理理学学与与思思维维观观念念 它远到宇宙深处至咫尺之间，大到广袤苍穹，小到微观粒子的浩瀚而又精细的时空中，物理学研究物质存在的基本形式，以及它们的性质和运动规律，因此说物理学是关于“万物之理”的学问并不为过。判天地之美，判天地之美，析万物之
2、理。析万物之理。-庄子 物理学的发展物理学的发展促进了促进了技术的发技术的发展，展，引发了引发了一次又一次的产业革一次又一次的产业革命。命。改变了改变了人类的生产和生活方人类的生产和生活方式，式，推动了推动了社会的进步。社会的进步。现代物现代物理学理学更是成为更是成为高新科技的基础。高新科技的基础。物理学是现代技术的重要基础物物 理理 学学电子与计电子与计算机技术算机技术现代通现代通信技术信技术生物生物技术技术航天与空航天与空间技术间技术激光激光技术技术图-10图-11图-12图-13图-14返回返回课本图课本图8 8脱氧核糖脱氧核糖核酸的双核酸的双螺旋结构螺旋结构模型模型n1917年，爱因斯
3、坦年，爱因斯坦提出受激辐射理论。提出受激辐射理论。n1960年，美国加州年，美国加州休斯实验室的梅曼制休斯实验室的梅曼制 成了第一台激光器。成了第一台激光器。物理学与医学物理学与医学CT机机课本图课本图3患肿瘤的病患肿瘤的病人在接受放人在接受放射治疗射治疗物理学与国防雷达天线雷达天线工作原理：电磁波遇到障碍物工作原理：电磁波遇到障碍物 要发生反射要发生反射美国空军美国空军F-117A型隐形战斗机型隐形战斗机 B-2隐形战略轰炸机隐形战略轰炸机F-22猛禽战机猛禽战机原子弹原子弹氢弹爆炸氢弹爆炸我国研制的核潜艇我国研制的核潜艇辽宁舰辽宁舰物理学与交通三、物理学的未来伽利略伽利略牛顿牛顿焦耳焦耳
4、18世纪到19世纪,物理学家建立了热力学理论和分子物理，发现了能量转换和能量守恒定律后，开始探索用内能转化为机械能的方法来代替人力和畜力。这一伟大的发现，是以瓦特发明蒸汽机为代表的。蒸汽动力的应用，使许多大型厂矿应运而生。蒸汽机的发明，直接推动了第一次工业革命。麦克斯韦麦克斯韦奥斯特奥斯特法拉第法拉第安培安培 1818世纪中期，富兰克林通过著名的风筝实验，将天世纪中期，富兰克林通过著名的风筝实验，将天电与地电统一起来。到了电与地电统一起来。到了1919世纪，以库仑、奥斯特、世纪，以库仑、奥斯特、安培、法拉第、麦克斯韦等为代表的物理学家建立安培、法拉第、麦克斯韦等为代表的物理学家建立了电磁学理论
5、。了电磁学理论。电磁技术的应用，引发了第二次工业革命。使人类电磁技术的应用，引发了第二次工业革命。使人类进入电气时代。进入电气时代。现在，电已经深入到人们的生产、现在，电已经深入到人们的生产、生活的方方面面。生活的方方面面。电子管电子管高压输电线高压输电线集成电路集成电路19261926实现电视图象传输实现电视图象传输19301930首次提出火箭首次提出火箭发动机专利发动机专利19381938 基于硒在光照下基于硒在光照下变成良导体，变成良导体，XEROX公司应公司应用它制成第一台用它制成第一台复印机复印机实现调频广播实现调频广播1939193919491949用用X射线分析青霉射线分析青霉素
6、晶体结构素晶体结构19571957人造卫星上天人造卫星上天19581958B超在医学上应用超在医学上应用1960载人航天载人航天19671967家用微波炉上市家用微波炉上市19691969人类登上月球人类登上月球 中国研制了一种单光子量子雷达，探测灵敏度中国研制了一种单光子量子雷达，探测灵敏度可达百公里级。可达百公里级。据说可追踪美最新据说可追踪美最新F-22隐形隐形战机战机 物理学是自然科学的基础之一，物理学的研究成果和物理学是自然科学的基础之一，物理学的研究成果和研究方法，在自然科学的各个领域都起着重要的作用。研究方法，在自然科学的各个领域都起着重要的作用。化学物理和物理化学、生物物理、地
7、球物理等。当前科学中最活化学物理和物理化学、生物物理、地球物理等。当前科学中最活跃、最引人注目的课题，如生命科学、宇宙起源、材料科学等等，都跃、最引人注目的课题，如生命科学、宇宙起源、材料科学等等，都与物理学的研究成果和研究方法密切相关。与物理学的研究成果和研究方法密切相关。图-4：太阳系图-5：上海超导磁悬浮列车图-6：电解车间图-7：地质力学图-8：DNA双螺旋结构 X射线衍射图-9：天气预报 大气的性质和运动近代物理的诞生近代物理的诞生导致微电子、激光、导致微电子、激光、光纤、微光电子、核光纤、微光电子、核动力、核分析、医学动力、核分析、医学图像、纳米等技术的图像、纳米等技术的发展发展自
8、然拥有无尽的财富；自然拥有无尽的财富；没有理由认为没有理由认为我们已经我们已经“耗尽耗尽”了自然财富，了自然财富，或者认为或者认为我们已经接近完我们已经接近完整地掌握了自然界的全部财富。整地掌握了自然界的全部财富。还有还有许多困扰物理学的难题，许多困扰物理学的难题，有待有待我们去探索。我们去探索。许多物理学家的重要发现和发明，许多物理学家的重要发现和发明，都产生于都产生于风风华正茂、思想敏捷的青年时期。华正茂、思想敏捷的青年时期。年轻人年轻人最具创新精神，在高中物理学习中树立最具创新精神，在高中物理学习中树立的创新精神，学的创新精神，学 到的科学方法，积累的科学知识，到的科学方法，积累的科学知
9、识，将会使将会使你终身受益。你终身受益。哥白尼提出日心说哥白尼提出日心说38岁；岁；牛顿发明微积分牛顿发明微积分22岁；岁；爱迪生发明留声机爱迪生发明留声机29岁；岁；爱因思坦提出相对论爱因思坦提出相对论26岁；岁；李政道指出宇称不守恒李政道指出宇称不守恒30岁；岁；正在让人类颤抖的七位中国年轻人正在让人类颤抖的七位中国年轻人裴端卿，世界顶级的生命科学家、裴端卿，世界顶级的生命科学家、人类未知领域的探索者，人类未知领域的探索者，他的研究让人匪夷所思：他的研究让人匪夷所思：100岁的老人有可能岁的老人有可能“返老还童返老还童”?从尿液里找到了从尿液里找到了“长生不老长生不老”的奥秘？的奥秘？答案
10、是震惊世界的！答案是震惊世界的！2013年，他的团队用尿液在小鼠体内年，他的团队用尿液在小鼠体内培育出了人类的再生牙齿。培育出了人类的再生牙齿。2015年，他又宣布发现了年，他又宣布发现了细胞在结构上细胞在结构上“返老还童返老还童”的关键机制。的关键机制。这意味着在不远的将来，这意味着在不远的将来，科学家或许还可以将这些细胞培养其他器官，科学家或许还可以将这些细胞培养其他器官，移植到人体，用于治疗和延长寿命。移植到人体，用于治疗和延长寿命。现在，裴端卿的团队正在进行一个新挑战，现在，裴端卿的团队正在进行一个新挑战，用从尿液中获取的多能干细胞，用从尿液中获取的多能干细胞，在人体外制造肝脏组织。在
11、人体外制造肝脏组织。虽然头发已经花白了一半，虽然头发已经花白了一半，吴甘沙只有吴甘沙只有42岁。岁。他曾是英特尔中国研究院的院长，他曾是英特尔中国研究院的院长，这位在英特尔工作了这位在英特尔工作了16年的科技精英，年的科技精英，因为因为“无人驾驶无人驾驶”这个完全陌生的领域，这个完全陌生的领域，他变得野心勃勃，决定作出改变！他变得野心勃勃，决定作出改变！吴甘沙的想法十分疯狂，吴甘沙的想法十分疯狂，他要彻底颠覆人们对他要彻底颠覆人们对“无人驾驶无人驾驶”的概念的概念，他和他的团队正在全心投入他和他的团队正在全心投入制造一辆真正的无人驾驶汽车。制造一辆真正的无人驾驶汽车。35岁的魏思已经是科大讯飞
12、研究院副院长，岁的魏思已经是科大讯飞研究院副院长，他领导着一个被称为他领导着一个被称为“超脑小组超脑小组”的团队，的团队，将人工智能中的语音智能，做成了将人工智能中的语音智能，做成了“全球无敌全球无敌”！现在，科大讯飞的翻译机已经强大到逆天，现在，科大讯飞的翻译机已经强大到逆天，它能把东北方言它能把东北方言“干哈呢干哈呢”，河南方言河南方言“咦（读四声），恁弄啥呢咦（读四声），恁弄啥呢”准确地翻译成准确地翻译成“What are you doing”,翻译翻译准确率达到准确率达到90%以上以上。中英、中日、中韩、中德、中法等，甚至连印度中英、中日、中韩、中德、中法等，甚至连印度口音的德语，都能
13、准确无误地翻译出来！口音的德语，都能准确无误地翻译出来！带着这台遥控器大小的翻译机，带着这台遥控器大小的翻译机，哪怕是只会说中国方言的老年人，哪怕是只会说中国方言的老年人，也可以无交流障碍地走遍世界。也可以无交流障碍地走遍世界。但魏思他们依然不够满意，但魏思他们依然不够满意，希望能够制造出可以思考的机器，希望能够制造出可以思考的机器，翻译机能够像人类那样翻译机能够像人类那样“察言观色察言观色”，聪明地说，聪明地说话。话。不久前，美国一家权威杂志不久前，美国一家权威杂志评选出全球评选出全球50大最聪明公司。大最聪明公司。在中国入选的在中国入选的8家公司中，科大讯飞家公司中，科大讯飞名列第一名列第
14、一。他叫张弓，他叫张弓，40来岁，来岁，前美国航空航天局（前美国航空航天局（NASA）大数据科学家，）大数据科学家，张弓团队的年轻科学家，张弓团队的年轻科学家，都是曾在美国航空航天局工作的都是曾在美国航空航天局工作的空间、气象和农业领域的中国人！空间、气象和农业领域的中国人！两年前，这些年轻中国科学家们决定：两年前，这些年轻中国科学家们决定：离开硅谷，回到中国！离开硅谷，回到中国！他们要利用科学技术他们要利用科学技术做一件改变中国的大事：做一件改变中国的大事：用大数据解决中国农业发展的难题！用大数据解决中国农业发展的难题！陕西千阳千亩的苹果花陕西千阳千亩的苹果花只有一周的盛开时间，只有一周的盛
15、开时间，张弓和他的团队正在完成一项看似不可能的张弓和他的团队正在完成一项看似不可能的任务，任务，利用卫星和航拍，利用卫星和航拍，数清每一棵树上苹果花的数量，数清每一棵树上苹果花的数量，而且要精确到而且要精确到每一朵！每一朵！正在让人类颤抖的七位中国年轻人正在让人类颤抖的七位中国年轻人西南交通大学博士生导师，西南交通大学博士生导师，主要从事高温超导磁悬浮应用基础研究。主要从事高温超导磁悬浮应用基础研究。如果听不明白是什么意思，如果听不明白是什么意思，可以先看看他做的一个模型。可以先看看他做的一个模型。这个模型最大的特点就是这个模型最大的特点就是可以实现可以实现360度的自稳定的悬浮度的自稳定的悬
16、浮。整个悬浮不需要通电，整个悬浮不需要通电，只需要注入零下只需要注入零下196摄氏度的液氮，摄氏度的液氮，特殊材料制成的小车，瞬间变成了超导体。特殊材料制成的小车，瞬间变成了超导体。车子一会儿悬浮在轨道的上面，车子一会儿悬浮在轨道的上面，一会儿又悬挂在轨道的下面。一会儿又悬挂在轨道的下面。同级相对的两块磁铁互相排斥，同级相对的两块磁铁互相排斥，磁悬浮列车最基本的原理就这么简单。磁悬浮列车最基本的原理就这么简单。日本正在研究低温超导磁悬浮列车的商业运日本正在研究低温超导磁悬浮列车的商业运行线，行线，而美国正在做超级高铁，而美国正在做超级高铁，速度瞄准时速速度瞄准时速1000公里。公里。但邓自刚相
17、信，更多的技术创新，但邓自刚相信，更多的技术创新，一定可以让中国制造在世界轨道交通的未来一定可以让中国制造在世界轨道交通的未来再次走在前列！再次走在前列！正在让人类颤抖的七位中国年轻人正在让人类颤抖的七位中国年轻人当一个灯泡被点亮，当一个灯泡被点亮，你看到的是一束光，你看到的是一束光，看不到的是万万亿计的光量子！看不到的是万万亿计的光量子！经过经过12年的努力，年的努力，陆朝阳终于控制住了陆朝阳终于控制住了10个光子，个光子，世界上第一台光量子计算机世界上第一台光量子计算机才就此诞生！才就此诞生！量子力学听起来很高深，量子力学听起来很高深，陆朝阳说，如果没有量子力学陆朝阳说，如果没有量子力学今
18、天人类使用的计算机、移动通信、今天人类使用的计算机、移动通信、全球定位系统等都将从我们的生活中消失。全球定位系统等都将从我们的生活中消失。今天的计算机，今天的计算机，随着芯片的集成度不断提高计算速度越来越快，随着芯片的集成度不断提高计算速度越来越快，现在，一个晶体管的尺寸现在，一个晶体管的尺寸竟然比一个流感病毒还要小。竟然比一个流感病毒还要小。CPU已被逼至物理极限，已被逼至物理极限，陆朝阳团队的年轻科学家们就是要利用量子世界陆朝阳团队的年轻科学家们就是要利用量子世界特有的规律不断提升光量子计算机的运算速度。特有的规律不断提升光量子计算机的运算速度。如果成功，如果成功，几十万年的运算时间几十万年的运算时间将缩短为几秒钟将缩短为几秒钟，运算速度将是超级计算机的，运算速度将是超级计算机的百百亿亿倍亿亿倍，他们的努力，必将改变世界！，他们的努力，必将改变世界！谢谢谢谢物理让你物理让你
