1、专题七 近代以来科学技术的辉煌第一课 近代物理学的奠基人和革命者 （1 1）了解经典力学的主要内容，认识其在近代自然科学）了解经典力学的主要内容，认识其在近代自然科学理论发展中的历史地位。理论发展中的历史地位。（2 2）知道相对论、量子论的主要内容，认识其意义。）知道相对论、量子论的主要内容，认识其意义。下落的苹果下落的苹果升空的升空的“神五神五”生活中的物理现象生活中的物理现象 伽利略（伽利略（1564-16421564-1642），伟大的），伟大的意大意大利利物理学家和天文学家，他开创了以实物理学家和天文学家，他开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系和数验事实为根据并具有严密逻辑体系和数
2、学表述形式的近代科学，被誉为学表述形式的近代科学，被誉为“近代近代科学之父科学之父”。他第一个把。他第一个把望远镜望远镜对准天对准天空进行观测，出版了空进行观测，出版了星际使者星际使者一书。一书。16321632年，他出版了年，他出版了关于托勒密和哥白关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话尼两大世界体系的对话，把哥白尼学，把哥白尼学说推到了最终胜利的阶段。说推到了最终胜利的阶段。一、认识史上的飞跃一、认识史上的飞跃 15901590年，伽利略在比萨斜塔上做了年，伽利略在比萨斜塔上做了“两个铁球同时落两个铁球同时落地地”的著名实验，从此推翻了亚里士多德的著名实验，从此推翻了亚里士多德“物体落地的速
3、物体落地的速度和重量成比例度和重量成比例”的学说，纠正了这个持续了的学说，纠正了这个持续了1 9001 900年之久年之久的错误结论。的错误结论。16091609年，伽利略创制了天文望远镜。他观测到年，伽利略创制了天文望远镜。他观测到月球表面凹凸不平，并绘制了第一幅月面图。月球表面凹凸不平，并绘制了第一幅月面图。伽利略的折射式望远镜伽利略的折射式望远镜伽利略的手稿伽利略的手稿天文学方面：自制望远镜，证明了哥白尼的天文学方面：自制望远镜，证明了哥白尼的“日心说日心说”的正确性。的正确性。哥白尼提出哥白尼提出“太阳中心说太阳中心说”，从根本上动摇了宗教神学的，从根本上动摇了宗教神学的理论基础理论基
4、础 我之所以能比别人我之所以能比别人看得远些，是因为我站看得远些，是因为我站在巨人们的肩上。在巨人们的肩上。牛顿牛顿牛顿力学产生前有哪些学说？牛顿力学产生前有哪些学说？亚里士亚里士多德多德伽利略伽利略力学观：必须有力作用在物体上，物体才能运力学观：必须有力作用在物体上，物体才能运动，没有力的作用，物体就会静止动，没有力的作用，物体就会静止“物体下落的速度和重量成比例物体下落的速度和重量成比例”的学说的学说力学观：如果运动物体不受阻碍，它将速度保力学观：如果运动物体不受阻碍，它将速度保持不变地持续运动下去持不变地持续运动下去自由落体定律自由落体定律 牛顿力学体系牛顿力学体系形成条件形成条件主要内
5、容主要内容形成标志形成标志前人的基础（伽利略、笛卡尔等）前人的基础（伽利略、笛卡尔等）注重试验注重试验牛顿的运动三定律（惯性、加速度、作用牛顿的运动三定律（惯性、加速度、作用力和反作用力定律）、万有引力定律力和反作用力定律）、万有引力定律16871687年年自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理牛顿力学体系建立的意义牛顿力学体系建立的意义 (1)(1)构成了近代力学体系的基础，成为整个近代物理学的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。重要支柱。(2)(2)对自然界的力学现象做出了系统合理的说明，从而对自然界的力学现象做出了系统合理的说明，从而完成了人类对自然界认识史上的第一次理
6、论大综合。完成了人类对自然界认识史上的第一次理论大综合。(3)(3)是近代科学形成的标志，推动了第一次工业革命。是近代科学形成的标志，推动了第一次工业革命。（1 1）牛顿的运动三定律牛顿的运动三定律构成了近代力学体系的基础，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。成为整个近代物理学的重要支柱。（2 2）牛顿力学体系牛顿力学体系对自然界的力学现象做出了系统合对自然界的力学现象做出了系统合理的说明，从而完成了人类对自然界认识史上的第一次理理的说明，从而完成了人类对自然界认识史上的第一次理论大综合。论大综合。标志着经典力学体系的形成，标志着近代科学的标志着经典力学体系的形成，标志着近
7、代科学的形成。形成。分析牛顿力学体系在近代自然科学理论发展中的历史分析牛顿力学体系在近代自然科学理论发展中的历史地位。地位。（3 3）具有惊人的预见性和巨大的理论指导意义。）具有惊人的预见性和巨大的理论指导意义。准确地算出了地球的平均密度和扁平率。准确地算出了地球的平均密度和扁平率。正确地解释了潮汐的成因。正确地解释了潮汐的成因。发现了海王星、冥王星。发现了海王星、冥王星。普朗克，生于基尔，在慕尼黑普朗克，生于基尔，在慕尼黑大学获得博士学位。由于量子论的大学获得博士学位。由于量子论的创立，普朗克获得创立，普朗克获得19181918年诺贝尔物年诺贝尔物理学奖。普朗克是德国人所具有的理学奖。普朗克
8、是德国人所具有的最好品质的范例：诚恳、忠于职守，最好品质的范例：诚恳、忠于职守，他的业余爱好是音乐和登山运动。他的业余爱好是音乐和登山运动。二、驱走乌云的太阳驱走乌云的太阳量子力学的创立者量子力学的创立者1.1.诞生：诞生：19001900年普朗克年普朗克关于正常光谱能量分布定律的理论关于正常光谱能量分布定律的理论 “物体在发射辐射和吸收辐射时，以一定数值的整数倍物体在发射辐射和吸收辐射时，以一定数值的整数倍进行能量交换。正如物质是由一个个原子组成的一样，能量进行能量交换。正如物质是由一个个原子组成的一样，能量也是由一份份也是由一份份能量原子能量原子构成的，这就是构成的，这就是量子量子。”2.
9、2.发展：发展：19051905年，爱因斯坦利用量子理论成功地解释了光电效应，年，爱因斯坦利用量子理论成功地解释了光电效应，指出光具有波粒二象性。指出光具有波粒二象性。19231923年，德布罗意提出了物质波理论，认为微观粒子具年，德布罗意提出了物质波理论，认为微观粒子具有波动性。有波动性。量子论确实深奥难懂，甚至连量子论奠基人之一的玻量子论确实深奥难懂，甚至连量子论奠基人之一的玻尔都说：尔都说：“如果谁不为量子论而感到困惑，那他就是没有如果谁不为量子论而感到困惑，那他就是没有理解量子论。理解量子论。”此情形并未能持久，此情形并未能持久，魔鬼喝道：魔鬼喝道：“嗬！让爱因斯坦问世！嗬！让爱因斯坦
10、问世！”世界又变得难以捉摸。世界又变得难以捉摸。英国现代派诗人英国现代派诗人J.CJ.CSquireSquire三、爱因斯坦的三、爱因斯坦的“时空时空”自然和自然界的规律，隐藏在黑自然和自然界的规律，隐藏在黑暗里。暗里。上帝说：上帝说：“让牛顿去吧！让牛顿去吧！”于是，一切成为光明。于是，一切成为光明。艾伯特艾伯特爱因斯坦（爱因斯坦（1879-19551879-1955），），18791879年诞生在德年诞生在德国乌尔姆的犹太人家中，国乌尔姆的犹太人家中，18941894年举家迁居米兰，年举家迁居米兰，19001900年毕年毕业于瑞士苏黎世工业大学。业于瑞士苏黎世工业大学。爱因斯坦被认为是最富
11、于创造力的科学家，他不但创爱因斯坦被认为是最富于创造力的科学家，他不但创立了相对论，还提出了光量子的概念，得出了光电效应的立了相对论，还提出了光量子的概念，得出了光电效应的基本定律，并揭示了光的波粒二象性本质，为量子力学的基本定律，并揭示了光的波粒二象性本质，为量子力学的建立奠定了基础，为此荣获建立奠定了基础，为此荣获19211921年的诺贝尔物理学奖。同年的诺贝尔物理学奖。同时，他还证明了热的分子运动论，提出了测定分子大小的时，他还证明了热的分子运动论，提出了测定分子大小的新方法。新方法。1.1.狭义相对论狭义相对论（1 1）创立：）创立：19051905年创立年创立（2 2）内容）内容时间
12、和空间都与物质运动有关时间和空间都与物质运动有关时间和空间随着物质运动速度的变化而变化时间和空间随着物质运动速度的变化而变化（3 3）狭义相对）狭义相对 论的影响论的影响修正了牛顿力学的绝对时空观修正了牛顿力学的绝对时空观继承和发展了牛顿力学继承和发展了牛顿力学奠定了利用原子能的理论基础奠定了利用原子能的理论基础20052005世界物理年世界物理年E=mcE=mc2 22.2.广义相对论广义相对论（1 1）提出：）提出：19161916年。年。（2 2）主要观点：）主要观点：物质存在的现实空间是弯曲的，空间的结构取决于物质的物质存在的现实空间是弯曲的，空间的结构取决于物质的质量及其分布情况，空
13、间的弯曲程度体现为引力场强度；质量及其分布情况，空间的弯曲程度体现为引力场强度；空间、时间是物质存在的形式。空间、时间是物质存在的形式。（3 3）意义：）意义：第一次阐述了四维时空和物质的分布相联系的重第一次阐述了四维时空和物质的分布相联系的重要思想。要思想。狭义相对论发表狭义相对论发表100100周年，周年，也许全世界只有几十个人能完全理解它的真谛，也许全世界只有几十个人能完全理解它的真谛，但这并不能掩盖相对论对人类生活的巨大改变的意义。但这并不能掩盖相对论对人类生活的巨大改变的意义。3.3.相对论建立的意义相对论建立的意义 （1 1）是对近代物理学理论框架的重大突破，深刻揭示了）是对近代物
14、理学理论框架的重大突破，深刻揭示了空间和时间的本质属性。空间和时间的本质属性。（2 2）全新的时空观、运动观和物质观的形成，是人）全新的时空观、运动观和物质观的形成，是人类思想发展史中的一次根本性变革。类思想发展史中的一次根本性变革。量子论和相对论是现代物理学的两大支柱，量子论的形成标量子论和相对论是现代物理学的两大支柱，量子论的形成标志着人类开始从宏观世界深入到微观世界。量子力学和狭义志着人类开始从宏观世界深入到微观世界。量子力学和狭义相对论结合形成原子核物理学，指导制造原子弹、氢弹和建相对论结合形成原子核物理学，指导制造原子弹、氢弹和建立核电站。量子力学还为电子技术、半导体技术和激光技术立
15、核电站。量子力学还为电子技术、半导体技术和激光技术等奠定了理论基础。等奠定了理论基础。牛顿力学与爱因斯坦相对论的关系。牛顿力学与爱因斯坦相对论的关系。时空观时空观力学观力学观运动规律运动规律适用范围适用范围牛牛顿顿爱爱因因斯斯坦坦传统传统绝对时空观绝对时空观 认为时空会随物体速度认为时空会随物体速度变化而变化变化而变化 空间结构和性质取决于空间结构和性质取决于物质的质量及其分布情况物质的质量及其分布情况牛顿力学牛顿力学 相对论力学相对论力学（包含牛顿力（包含牛顿力学）学）宏观世界宏观世界低速运动低速运动 微观世界微观世界高速运动高速运动 （1 1）相对论否定了经典力学的绝对时空观。）相对论否定
16、了经典力学的绝对时空观。（2 2）但也发展了牛顿力学，将其概括在相对论力学之中，）但也发展了牛顿力学，将其概括在相对论力学之中，推动物理学发展到一个新的高度。推动物理学发展到一个新的高度。爱因斯坦相对论是对牛顿力学的继承与发展。爱因斯坦相对论是对牛顿力学的继承与发展。经典力学体经典力学体系的创立和系的创立和发展发展量子理论的诞生量子理论的诞生(从普朗克到爱因从普朗克到爱因斯坦斯坦)相对论的建立（爱因斯坦）相对论的建立（爱因斯坦）现代物理学现代物理学理论的发展理论的发展近近代代物物理理学学的的奠奠基基人人和和革革命命者者伽利略对亚里士多德力学观的否定伽利略对亚里士多德力学观的否定 牛顿对前人科学
17、理论的发展牛顿对前人科学理论的发展 1.1.苹果落地启发牛顿发现万有引力定律的故事有很多版苹果落地启发牛顿发现万有引力定律的故事有很多版本，其中关于当时牛顿的年龄就有三种说法，关于牛顿本，其中关于当时牛顿的年龄就有三种说法，关于牛顿是否被苹果砸中也有两个版本。这说明是否被苹果砸中也有两个版本。这说明()()A A牛顿力学启发了法国启蒙思想家牛顿力学启发了法国启蒙思想家B B历史的真相总是被假象所掩盖历史的真相总是被假象所掩盖C C历史的小节可能有假且确难考证历史的小节可能有假且确难考证D D客观历史常常被人们主观臆断客观历史常常被人们主观臆断C CD D2 2世界：一部历史世界：一部历史对一种
18、科学现象这样描述道：对一种科学现象这样描述道：“物物质和能量可以互相转换，双胞胎以不同的速度衰老，平行质和能量可以互相转换，双胞胎以不同的速度衰老，平行线可以交叉线可以交叉直觉的观念荡然无存，就像进入了直觉的观念荡然无存，就像进入了爱丽爱丽斯漫游奇境记斯漫游奇境记中的兔子洞一样。中的兔子洞一样。”其中所说的将人们思其中所说的将人们思想认识带进想认识带进“兔子洞兔子洞”的是的是()()A A经典力学理论经典力学理论 B B进化论进化论 C C量子论量子论 D D相对论相对论 3.3.庄子说：庄子说：“四方上下为宇，古往今来为宙。四方上下为宇，古往今来为宙。”爱因斯爱因斯坦在论文坦在论文论动体的电
19、动力学论动体的电动力学中提出狭义相对论。二中提出狭义相对论。二者者()()A A都运用了相对论原理都运用了相对论原理B B反映出不同时代的不同科学观反映出不同时代的不同科学观C C揭示出人文科学与自然科学的本质区别揭示出人文科学与自然科学的本质区别 D D具有共同的时空观具有共同的时空观 D D4.4.有一次，爱因斯坦与卓别林共同出席一个宴会，他们有一次，爱因斯坦与卓别林共同出席一个宴会，他们都受到了热烈欢迎都受到了热烈欢迎。卓别林对爱因斯坦开玩笑说卓别林对爱因斯坦开玩笑说：“大家大家欢迎我是因为他们都理解我，大家欢迎你是因为他们都欢迎我是因为他们都理解我，大家欢迎你是因为他们都不理解你。不理
20、解你。”卓别林所要表达的是（卓别林所要表达的是（）A A绝大多数人盲目欢迎爱因斯坦绝大多数人盲目欢迎爱因斯坦B B相对论有悖于人们的常理相对论有悖于人们的常理C C经典物理与人们的日常生活很近经典物理与人们的日常生活很近D D科学家与艺术家一样受人尊敬科学家与艺术家一样受人尊敬B B5 5.下列有关近现代物理学的说法正确的有下列有关近现代物理学的说法正确的有()()伽利略发现了万有引力定律伽利略发现了万有引力定律 牛顿建立了经典力学体系牛顿建立了经典力学体系普朗克使人类的认识开始深入到微观世界普朗克使人类的认识开始深入到微观世界 爱因斯坦揭爱因斯坦揭示了时间和空间的本质示了时间和空间的本质A A B BC C D DD D
