第11课 物理学的 重大进展科学勃兴科学勃兴 进展辉煌进展辉煌转化生产转化生产 科技革命科技革命文艺复兴文艺复兴 思想解放思想解放经典力学、相对论和经典力学、相对论和 量子论、进化论量子论、进化论三次科学技术革命三次科学技术革命科技历程科技历程一、牛顿力学体系；一、牛顿力学体系；（第一框）（第一框）二、量子论；二、量子论；（第二框）（第二框）三、相对论；三、相对论；（第三框）（第三框）本课结构本课结构 ：一、认识史上的飞跃一、认识史上的飞跃经典力学经典力学1 1、亚里士多德、亚里士多德2 2、伽利略、伽利略3 3、牛顿、牛顿力学观：力学观：必须有力必须有力 作用在物体上，物体才作用在物体上，物体才 能运动；没有力的作用能运动；没有力的作用 ，物体就会静止。，物体就会静止。亚里士多德亚里士多德“ “物体下落的速度和物体下落的速度和 重量成比例重量成比例” ”的学说。的学说。亚里士多德的学说长期亚里士多德的学说长期 被教会奉为教条被教会奉为教条伽利略伽利略力学观：力学观：如果运动物体如果运动物体 不受阻碍，它将速度保持不受阻碍，它将速度保持 不变地持续运动下去。不变地持续运动下去。自由落体定律：自由落体定律： 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“两个铁球同两个铁球同 时落地时落地”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“物物 体落地下的速度和重量成比例体落地下的速度和重量成比例”的学说，纠正了这的学说，纠正了这 个持续了个持续了19001900年之久的错误结论。年之久的错误结论。推翻了亚里士多德的学说推翻了亚里士多德的学说16091609年，伽利略创制了天文望远镜。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 他观测到月球表面凹凸不平，并绘制了第一 幅月面图。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证明了哥白尼的证明了哥白尼的“ “日心说日心说” ”的正确性。的正确性。地心说地心说中世纪时，基督教会宣扬的宇宙观是宇宙是一个封闭的中世纪时，基督教会宣扬的宇宙观是宇宙是一个封闭的大盒子或大帐篷，天是盒（篷）盖，地是盒（篷）底，圣大盒子或大帐篷，天是盒（篷）盖，地是盒（篷）底，圣 地耶路撒冷居盒（篷）底的中央，日月星辰悬挂在盖上，地耶路撒冷居盒（篷）底的中央，日月星辰悬挂在盖上， 此即所谓的此即所谓的“宇宙帐篷说宇宙帐篷说”。后来，亚里士多德和托勒密所提出的希腊宇宙体系逐渐 后来，亚里士多德和托勒密所提出的希腊宇宙体系逐渐 深入人心，托马斯深入人心，托马斯阿奎那将亚里士多德理论融入基督教阿奎那将亚里士多德理论融入基督教 神学之后，地心理论即获得了正统地位。地球居宇宙中心神学之后，地心理论即获得了正统地位。地球居宇宙中心 的思想被赋予了宗教意义，人类及其居住的地球被置于上的思想被赋予了宗教意义，人类及其居住的地球被置于上 帝的怀抱之中，沐浴着上帝的光辉，并被圣恩所笼罩。上帝的怀抱之中，沐浴着上帝的光辉，并被圣恩所笼罩。上 帝位处宇宙的最外层，推动着宇宙的运行，注视着人类的帝位处宇宙的最外层，推动着宇宙的运行，注视着人类的 一举一动。一举一动。哥白尼提出太阳中心说从根本上动摇了宗教 哥白尼提出太阳中心说从根本上动摇了宗教 神学的理论基础神学的理论基础 牛顿出生于英国的林肯郡，1665年毕业于著名的剑桥大学 三一学院，获得学士学位。三 年后又获得文学硕士学位。牛 顿曾经长期担任英国皇家学会 会长，他还担任过英国议会议 员，授予爵士称号。1727年， 他病逝，被安葬于威斯敏斯特 教堂，这是一种极高的荣誉。牛顿的运动三定律牛顿的运动三定律：惯性定律、加速度定律、惯性定律、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。 万有引力定律万有引力定律。 它构成了近代力学体系它构成了近代力学体系 的基础，成为整个近代物理学的的基础，成为整个近代物理学的 重要支柱。重要支柱。 牛顿牛顿 的力的力 学体学体 系系（ 经典经典 力学力学 体系体系 ）标志：标志：16871687年年自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理牛顿能创立经典力学体 的条件有哪些？（请结合 书本第120页的内容）前人的基础，注重实验经典力学显著的特征经典力学显著的特征：以实验为基础，：以实验为基础， 以数学为表达形式。以数学为表达形式。 难点突破难点突破：经典力学在近代自然科学理论经典力学在近代自然科学理论 发展中的历史地位及其影响。发展中的历史地位及其影响。 牛顿力学体系牛顿力学体系对自然界的力学现象做了系对自然界的力学现象做了系 统合理的说明，从而完成了统合理的说明，从而完成了人类对自然界认人类对自然界认 识史上的第一次理论大综合识史上的第一次理论大综合。 伽利略的发现伽利略的发现标志着物理学的真正开端，标志着物理学的真正开端， 为经典力学的建立奠定了基础为经典力学的建立奠定了基础。 三百年前，人类的思想还充斥着迷信和恐惧，水 三百年前，人类的思想还充斥着迷信和恐惧，水 为什么往低处流？太阳为什么升起落下？这些今天看为什么往低处流？太阳为什么升起落下？这些今天看 来简单之极的问题，在当时却是根本无法认识和把握来简单之极的问题，在当时却是根本无法认识和把握 的。直到牛顿出现，人类才终于结束了这种状态。的。直到牛顿出现，人类才终于结束了这种状态。 大国崛起大国崛起解说词解说词难点突破难点突破：经典力学在近代自然科学理论经典力学在近代自然科学理论 发展中的历史地位及其影响。发展中的历史地位及其影响。 （1 1）经典力学具有）经典力学具有惊人的预见性惊人的预见性和巨大的理和巨大的理 论指导意义。论指导意义。 A A、准确算出了、准确算出了地球的平均密度和扁平率地球的平均密度和扁平率 B B、正确地解释了、正确地解释了潮汐的成因潮汐的成因 C C、发现了、发现了海王星、冥王星海王星、冥王星（2 2）经典力学促进了）经典力学促进了两次科技革命两次科技革命的出现。的出现。 （3 3）经典力学打击了神学，促进了人们）经典力学打击了神学，促进了人们思想思想 解放解放。 （4 4）经典力学为量子论和相对论奠定了理论）经典力学为量子论和相对论奠定了理论 基础，标志着基础，标志着近代科学的形成近代科学的形成。海王星和冥王星的发现英国著名诗人亚历山大英国著名诗人亚历山大 波普曾写过一首赞美波普曾写过一首赞美 牛顿的诗：牛顿的诗：自然和自然界的规律，隐藏在黑暗里。自然和自然界的规律，隐藏在黑暗里。 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 。 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17271727年，牛顿去世。英国以隆重的年，牛顿去世。英国以隆重的 国葬仪式将他安葬在威斯敏斯特大教堂国葬仪式将他安葬在威斯敏斯特大教堂 ，这里一向是王公贵族的墓地，牛顿成，这里一向是王公贵族的墓地，牛顿成 为第一个安息在此的科学家。出殡的那为第一个安息在此的科学家。出殡的那 天，成千上万的普通市民涌向街头为他天，成千上万的普通市民涌向街头为他 送行；抬棺椁的，是两位公爵、三位伯送行；抬棺椁的，是两位公爵、三位伯 爵和一位大法官；在教堂合唱的哀歌中爵和一位大法官；在教堂合唱的哀歌中 ，王公贵族、政府大臣和文人学士们一，王公贵族、政府大臣和文人学士们一 起向这位科学巨人告别。起向这位科学巨人告别。目睹了牛顿葬礼的法国思想家伏尔 目睹了牛顿葬礼的法国思想家伏尔 泰为之深深感动，他感慨道：泰为之深深感动，他感慨道：“ “走进威走进威 斯敏斯特教堂，人们所瞻仰的不是君王斯敏斯特教堂，人们所瞻仰的不是君王 们的陵寝，而是国家为感谢那些为国增们的陵寝，而是国家为感谢那些为国增 光的最伟大人物建立的纪念碑。这便是光的最伟大人物建立的纪念碑。这便是 英国人民对于才能的尊敬。英国人民对于才能的尊敬。” ”整个社会整个社会 在向一个科学家表达着由衷的敬意，这在向一个科学家表达着由衷的敬意，这 是一个国家对于科学家的态度，也是一是一个国家对于科学家的态度，也是一 个国家对于科学的态度。个国家对于科学的态度。总结认识：总结认识：1 1）经典力学的重要奠基者）经典力学的重要奠基者伽利略；伽利略；2 2）经典力学的建立）经典力学的建立牛顿；牛顿； 1919世纪经典物理学达到巅峰状态，在人世纪经典物理学达到巅峰状态，在人 们心目中，经典物理学已经达到近乎完美的们心目中，经典物理学已经达到近乎完美的 程度。这时，年轻的德国人普朗克和他的老程度。这时，年轻的德国人普朗克和他的老 师发生了一段对话：师发生了一段对话：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，把一生成了的学科，不会再有多大的发展，把一生 都献给这门学科，太可惜了。都献给这门学科，太可惜了。”物理学真的已经完成了吗？物理学真的已经完成了吗？二、驱走乌云的太阳二、驱走乌云的太阳量子论量子论19 19世纪末，物理学界的重大研究世纪末，物理学界的重大研究 课题是课题是黑体辐射黑体辐射问题。问题。高速运动的微观粒子发生的现象，高速运动的微观粒子发生的现象， 是经典力学无法解释的！是经典力学无法解释的！ 微观世界微观世界量子论确实深奥难懂，甚至连量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：子论奠基人之一的玻尔都说：“ “如果谁不为量子论而感到困惑，如果谁不为量子论而感到困惑， 那他就是没有理解量子论。那他就是没有理解量子论。”二、驱走乌云的太阳二、驱走乌云的太阳量子论量子论（1 1）量子力学成为反映自然界基本规律的理）量子力学成为反映自然界基本规律的理 论体系论体系 指导着人们向物质运动的各个层面进指导着人们向物质运动的各个层面进 行深入探讨。行深入探讨。（2 2）量子理论让人们从根本上改变了近代物）量子理论让人们从根本上改变了近代物 理学中的传统观念理学中的传统观念 使物理学乃至整个自然科学的观念都发使物理学乃至整个自然科学的观念都发 生了重大变革。生了重大变革。它标志着人类对客观规它标志着人类对客观规 律的认识，开始律的认识，开始从宏观世从宏观世 界深入到微观世界。界深入到微观世界。四岁多还不 四岁多还不 会说话，家里人会说话，家里人 担心他是个低能担心他是个低能 儿。儿。行为迟钝， 行为迟钝， 他他说话说话所用的所用的时时 间间比起比起别别的孩子的孩子 要要多多得多得多。中小学时代常常被 中小学时代常常被 斥为斥为“生性孤僻、智力生性孤僻、智力 迟钝迟钝”，“不守纪律、不守纪律、 心不在焉、想入非非心不在焉、想入非非” 。中学毕业前夕，校方。中学毕业前夕，校方 甚至断言他未来将甚至断言他未来将“一一 事无成事无成”，勒令他退了，勒令他退了 学。学。1616岁那年，他以同岁那年，他以同 等学历报考大学，尽管等学历报考大学，尽管 物理、数学成绩很好，物理、数学成绩很好， 但由于需要死记硬背的但由于需要死记硬背的 科目考砸了锅，只得名科目考砸了锅，只得名 落孙山。落孙山。大学里老师都不 大学里老师都不 大看得起他，不愿意大看得起他，不愿意 把他留下来做助教；把他留下来做助教； 他几次去请求，人家他几次去请求，人家 也不要他；甚至于有也不要他；甚至于有 几次他几乎要失业了几