1、 第第1111课课 物理学的重大进展物理学的重大进展 第四单元第四单元 近代以来世界科学技术的历史足迹近代以来世界科学技术的历史足迹 （1 1）了解经典力学的主要内容，认识其）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在近代自然科学理论发展中的历史地位; ; （4 4）知道相对论、量子论的主要内容，）知道相对论、量子论的主要内容， 认识其意义认识其意义. . 课程标准内容课程标准内容 一、经典力学一、经典力学 17世纪物理学成就 二、相对论的创立 三、量子论的诞生和发展 现代物理学的基础 第第11课课 物理学的重大进展物理学的重大进展 一、经典力学一、经典力学 1. 伽
2、利略开创实验科学-奠定基础 2. 牛顿创立经典物理学-体系形成 二、相对论的创立二、相对论的创立 1.1.创立创立背景背景 2.2.主要内容主要内容 3.3.历史地位历史地位 三、量子论的诞生和发展三、量子论的诞生和发展 1. 提出量子假说量子假说 2. 2. 量子论的发展量子论的发展 判天地之美，析万物之理。判天地之美，析万物之理。 庄子庄子 自自 由由 落落 体体 运运 动动 的的 实实 验验 爱因斯坦讲爱因斯坦讲: :伽利略的发现以及他伽利略的发现以及他 所应用的科学推理方法，是人类思所应用的科学推理方法，是人类思 想史上最伟大的成就之一，标志着想史上最伟大的成就之一，标志着 物理学的真
3、正开端。物理学的真正开端。 实验科学为经典力学创立奠定基础 大国崛起大国崛起解说词解说词:三百年前，三百年前， 人类的思想还充斥着迷信和恐惧，人类的思想还充斥着迷信和恐惧， 今天看来简单之极的问题，在当今天看来简单之极的问题，在当 时却是根本无法认识和把握的。时却是根本无法认识和把握的。 直到直到牛顿牛顿出现，人类才终于结束出现，人类才终于结束 了这种状态。了这种状态。 自然哲学自然哲学 的数学原理的数学原理 2 万有引力定律万有引力定律; ;物体机械运动三大定律：物体机械运动三大定律： 惯性定律惯性定律; ;加速度定律加速度定律; ;作用与反作用定律作用与反作用定律 把简单的事情考虑得复杂，
4、可以发现把简单的事情考虑得复杂，可以发现新新 领域领域；把复杂的现象看得很简单，可以；把复杂的现象看得很简单，可以 发现发现新定律。新定律。 牛顿牛顿 他把地球上的物体的运动和天体运动概括到同一他把地球上的物体的运动和天体运动概括到同一 个个理论理论中形成了一个以中形成了一个以实验实验为基础、以为基础、以数学数学为表达为表达 形式的形式的牛顿力学体系，即经典力学体系。牛顿力学体系，即经典力学体系。 注重实验、数学化注重实验、数学化 适用于宏观物体（宏观世界）运适用于宏观物体（宏观世界）运 动的低速状态，是绝对的时空论动的低速状态，是绝对的时空论 哥白尼提出了一个正确的太阳系结构假说；哥白尼提出
5、了一个正确的太阳系结构假说； 伽利略发现了地上物体运动的一些基本规律，以伽利略发现了地上物体运动的一些基本规律，以 观察事实支持了哥白尼；观察事实支持了哥白尼；牛顿牛顿则把他们的所有伟则把他们的所有伟 大成就统一起来，他大成就统一起来，他不仅回答了物体如何运动的不仅回答了物体如何运动的 问题，而且回答了物体按什么规律运动的问题。问题，而且回答了物体按什么规律运动的问题。 王鸿生王鸿生 世界科学技术史世界科学技术史 牛顿实际上可以说是启蒙运动之父。牛顿实际上可以说是启蒙运动之父。 独立宣言及其所宣告的“人人生而平等”的独立宣言及其所宣告的“人人生而平等”的 政治主张，其实就是牛顿体系的政治翻版：
6、在政治主张，其实就是牛顿体系的政治翻版：在 一种政治万有引力和一种民主冲量的作用下，一种政治万有引力和一种民主冲量的作用下， 散乱的一个个政治平等的民众原则讲按照定律散乱的一个个政治平等的民众原则讲按照定律 一样的模式运动，最终趋于民众。一样的模式运动，最终趋于民众。 -世界史上的科学技术世界史上的科学技术 历史地位历史地位 (思考思考:自然科学角度自然科学角度; ;生产力和社会发展角生产力和社会发展角 度度; ;思想角度思想角度) ) 惯性定律惯性定律 加速度的比例定律加速度的比例定律 作用和反作用定律作用和反作用定律 物理运动物理运动 三大定律三大定律 万有引万有引 力定律力定律 1. 标
7、志近代科学的形成标志近代科学的形成 经 典 力 学 体 系 经 典 力 学 体 系 2. 引发第一次技术革命引发第一次技术革命 3. 3. 为法国启蒙思想奠定科学基础为法国启蒙思想奠定科学基础 历史地位历史地位 牛顿创立经典力学 经典物理学的危机经典物理学的危机: :1919世纪末三大发现：世纪末三大发现：x x射射 线、放射性和电子。经典力学无法解释研究线、放射性和电子。经典力学无法解释研究 中的新问题，如：黑体辐射、光电效应等等中的新问题，如：黑体辐射、光电效应等等. . 20世纪最后一期世纪最后一期时代时代 周刊评选出“世纪人物”，周刊评选出“世纪人物”， 这样称一位伟人：天才，这样称一
8、位伟人：天才， 政治难民，人道主义者，政治难民，人道主义者， 原子和宇宙谜原子和宇宙谜的开启者，的开启者， 以其最伟大的思想和无以其最伟大的思想和无 与伦比的形象独占鳌头与伦比的形象独占鳌头。 爱因斯坦（爱因斯坦（1879-1955） 狭义相对论：狭义相对论： 时间、空间和物体的质量不是绝不变的，而是随着物时间、空间和物体的质量不是绝不变的，而是随着物 体的运动的速度而发生变化；体的运动的速度而发生变化； 广义相对论；广义相对论； 空间和时间不可空间和时间不可 能离开物质而存在。能离开物质而存在。 否定经典力学的绝对时空观否定经典力学的绝对时空观，揭示了时间、空间并非，揭示了时间、空间并非 绝
9、对不变的本质属性，绝对不变的本质属性，打破了绝对化的思维模式，扩展打破了绝对化的思维模式，扩展 了物理学应用的领域了物理学应用的领域, ,是物理学思想的一次重大革命是物理学思想的一次重大革命. . 。 爱因斯坦关于相对论的比爱因斯坦关于相对论的比 喻。曾风趣地对一名男青喻。曾风趣地对一名男青 年说：年说：“我打个比方，比我打个比方，比 如你屁股坐在火炉上烤和如你屁股坐在火炉上烤和 坐在公园柳荫下与女士谈坐在公园柳荫下与女士谈 情说爱，那么，同样的时情说爱，那么，同样的时 间你觉得哪一个更长？间你觉得哪一个更长？” 男青年说：男青年说：“当然坐在火当然坐在火 炉上烤的时间觉得长久。炉上烤的时间觉
10、得长久。” 爱因斯坦说：爱因斯坦说：“这就是我这就是我 的相对论内容。的相对论内容。” 相对论打破了牛顿以来传统的绝对时空观，相对论打破了牛顿以来传统的绝对时空观， 但并非全盘否定牛顿力学。但并非全盘否定牛顿力学。牛顿力学牛顿力学反映的是反映的是 宏观物体低速运动宏观物体低速运动的客观规律，而的客观规律，而狭义相对论狭义相对论 反映的是物体高速运动反映的是物体高速运动的客观规律，是对牛顿的客观规律，是对牛顿 力学的继承和发展。牛顿力学是相对论的一种力学的继承和发展。牛顿力学是相对论的一种 特例（物体低速运动状态），包括在相对论体特例（物体低速运动状态），包括在相对论体 系中。系中。 相对论和经
11、典力学的关系相对论和经典力学的关系? ? 有高度社会责任感的人。有高度社会责任感的人。 19391939年年8 8月月2 2日，爱因斯坦出于对日，爱因斯坦出于对 人类命运的极大关注，写信给罗人类命运的极大关注，写信给罗 斯福总统建议美国务必抢在法西斯福总统建议美国务必抢在法西 斯德国之前制造出原子弹；后来，斯德国之前制造出原子弹；后来， 当原子弹真的从潘多拉魔盒里跳当原子弹真的从潘多拉魔盒里跳 出来后，爱因斯坦陷入了巨大的出来后，爱因斯坦陷入了巨大的 后悔与痛苦之中，自认一生最大后悔与痛苦之中，自认一生最大 错误就是建议研制原子弹。他痛错误就是建议研制原子弹。他痛 心地说，心地说，“早知如此，
12、我宁可当早知如此，我宁可当 个修表匠！个修表匠！”爱因斯坦就核武器爱因斯坦就核武器 问题的懊悔，代表了人类良知的问题的懊悔，代表了人类良知的 高度，是人类良心发出的最强音。高度，是人类良心发出的最强音。 热爱和平的人热爱和平的人 全球定位系统全球定位系统GPSGPS 的应用也已普及化了，城的应用也已普及化了，城 市的公共汽车、出租车上市的公共汽车、出租车上 都安装了它。早期的都安装了它。早期的GPSGPS 接收器确定物体位置的误接收器确定物体位置的误 差是在差是在1515米范围内，这个米范围内，这个 误差可以用爱因斯坦相对误差可以用爱因斯坦相对 论来修正。论来修正。 1919世纪经典物理学达到
13、巅峰状态，世纪经典物理学达到巅峰状态， 经典物理学已达到近乎完美的程度。经典物理学已达到近乎完美的程度。 这时，普朗克和他的老师有一段对话：这时，普朗克和他的老师有一段对话： 普朗克：普朗克：“老师，我准备把我的一生都老师，我准备把我的一生都 献给物理理论学！献给物理理论学！” 老师：老师：“年轻人，物理学是一门已经完年轻人，物理学是一门已经完 成了的学科，不会再有多大的发展，把一成了的学科，不会再有多大的发展，把一 生都献给这门学科，太可惜了。生都献给这门学科，太可惜了。” 1900年， 德国普朗克普朗克提出量子假说量子假说 爱因斯坦爱因斯坦提出光的量子理论光的量子理论 解释光电效应出现的现
14、象和光的本质 意义意义 （1 1）与与相对论共同了构成现代物理学的基础现代物理学的基础; ; （2）标志着人类对客观规律的认识，从宏标志着人类对客观规律的认识，从宏 观世界深入到了微观世界观世界深入到了微观世界; （ （3) 对科学产生重大对科学产生重大 影响，带来技术创新，影响，带来技术创新， 直接推动生产力的发直接推动生产力的发 展，改变展，改变 了人类的了人类的 物质生活物质生活 . 牛顿牛顿 从物理学发展的历程中从物理学发展的历程中, , 你有何想法？你有何想法？ 普朗克普朗克 爱因斯坦爱因斯坦 经典经典 力学力学 量子论量子论 (从普朗克到爱因斯坦从普朗克到爱因斯坦) 相对论相对论 （爱因斯坦爱因斯坦） 现代物理现代物理 学的基础学的基础 近 现 代 物 理 学 近 现 代 物 理 学 经典力学奠基经典力学奠基 ( (自由落体定律）自由落体定律） 经典力学建立经典力学建立 （运动三定律和运动三定律和 万有引力定律）万有引力定律） 第第11 11课课 物理学的重大进展物理学的重大进展
