第第11课课 物理学的重大进展物理学的重大进展学习目标：学习目标：1.1.简述简述经典力学经典力学的的主要内容，认识它主要内容，认识它的历史地位。的历史地位。2.2.知道知道相对论、量相对论、量子论子论的主要内容，的主要内容，叙述它的意义。叙述它的意义。探究：探究：他们分别是什么人？有什么贡献？他们分别是什么人？有什么贡献？ 一、经典力学一、经典力学1.产生背景：产生背景：（1 1）社会前提：文）社会前提：文艺复兴运动对科学艺复兴运动对科学 研究产生了重要影响研究产生了重要影响（2 2）物质条件：资本主义发展为其提供）物质条件：资本主义发展为其提供 了物质基础了物质基础 （3 3）科学家勇于探索的精神）科学家勇于探索的精神伽利略伽利略 主要贡献：证明日心说的正确性主要贡献：证明日心说的正确性 开创重事实、重逻辑的近代科学开创重事实、重逻辑的近代科学 “近代科学之父近代科学之父”伽利略（伽利略（15641642），伟大），伟大的意大利物理学家和天文学家，的意大利物理学家和天文学家，他开创了以实验事实为根据并他开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系和数学表述具有严密逻辑体系和数学表述形式的近代科学，被誉为形式的近代科学，被誉为“近近代科学之父代科学之父”。他第一个把望。他第一个把望远镜对准天空进行观测，出版远镜对准天空进行观测，出版了星空使者一书。了星空使者一书。1632年，年，他出版了关于托勒密和哥白他出版了关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话，把尼两大世界体系的对话，把哥白尼的学说推到了最终胜利哥白尼的学说推到了最终胜利的阶段。的阶段。 15901590年，伽利略年，伽利略在比萨斜塔上做了在比萨斜塔上做了“两个铁球同时落地两个铁球同时落地”的著名实验，从此推的著名实验，从此推翻了亚里士多德翻了亚里士多德“物物体落地下的速度和重体落地下的速度和重量成比例量成比例”的学说，的学说，纠正了这个持续了纠正了这个持续了19001900年之久的错误结年之久的错误结论。论。伽利略所做的两个铁球同时落地实验伽利略所做的两个铁球同时落地实验伽利略的手稿伽利略的手稿伽利略的折射式望远镜伽利略的折射式望远镜 1609年，伽利略创制了天文望远镜。他观测到月球表年，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。发现了多种天文现面凹凸不平，并绘制了第一幅月面图。发现了多种天文现象。象。其其他他成成就就（1） 创立科学的研究方法：实验和观察。创立科学的研究方法：实验和观察。（2） 物理学：实验证明力与运动状态的关物理学：实验证明力与运动状态的关系，发现自由落体定律等。系，发现自由落体定律等。（3） 天文学：自制望远镜观察天体并取得天文学：自制望远镜观察天体并取得大量成果的第一人，证明了哥白尼大量成果的第一人，证明了哥白尼“日心说日心说”的正确性。的正确性。 （1）开创开创了以实验事实为根据并具了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系的有严密逻辑体系的近代科学近代科学（2）为后来）为后来经典力学的创造和发经典力学的创造和发展奠定了基础展奠定了基础牛顿（牛顿（ 16421727），英），英国物理学家、天文学家和国物理学家、天文学家和数学家，出生于英国的林数学家，出生于英国的林肯郡，肯郡，1661年进入剑桥大年进入剑桥大学学习，学学习，1665年发现了二年发现了二项式定理。牛顿的三大发项式定理。牛顿的三大发现，即光的光谱分解，万现，即光的光谱分解，万有引力定律和微积学，奠有引力定律和微积学，奠定了经典物理学及某些学定了经典物理学及某些学科的理论基础，导致了世科的理论基础，导致了世界史上的一次科学革命。界史上的一次科学革命。牛顿还在代数和数论、计牛顿还在代数和数论、计算方法、概率论等方面有算方法、概率论等方面有创造性的成就和贡献。创造性的成就和贡献。（1）力学方面：）力学方面：1687年，出版了自然哲年，出版了自然哲学的教学原理一书，学的教学原理一书，提出物理运动的三提出物理运动的三大定律和万有引力定律大定律和万有引力定律，而三大定律和万，而三大定律和万有引力定律标志着形成了一个有引力定律标志着形成了一个以实验为基以实验为基础，以数学为表达形式的牛顿力学体系，础，以数学为表达形式的牛顿力学体系，即经典力学体系。即经典力学体系。（2 2）在光学方面，牛顿）在光学方面，牛顿发现发现了日光了日光是由不同的颜色即不同波长的光构成是由不同的颜色即不同波长的光构成的，奠定了的，奠定了光谱光谱分析的基础，制作了分析的基础，制作了牛顿色盘。他在牛顿色盘。他在17041704年出版了光学年出版了光学一书，创立了光的一书，创立了光的“微粒说微粒说”。（3 3）在数学方面，他与莱布尼兹几）在数学方面，他与莱布尼兹几乎同时创立了乎同时创立了微积分学微积分学。（4 4）在天文学领域，他在）在天文学领域，他在16711671年创年创制了制了反射望远镜反射望远镜。1.1.注重实验注重实验2.2.数学化数学化（a a）这一体系对）这一体系对解释和预见物理现象，具有决定解释和预见物理现象，具有决定意义意义，后来根据万有引力定律，人们发现了，后来根据万有引力定律，人们发现了海王海王星星、冥王星。、冥王星。标志人类科学时代的开始。（标志人类科学时代的开始。（自然科自然科学角度学角度） (b) 引发了第一次工业革命，使人类进入蒸汽时引发了第一次工业革命，使人类进入蒸汽时代。（代。（生产力和社会发展角度生产力和社会发展角度）（C）为启蒙思想和唯物主义哲学奠定科学基础。）为启蒙思想和唯物主义哲学奠定科学基础。（哲学角度哲学角度）海王星王和冥星的发现海王星王和冥星的发现哈雷慧星轨道的推算哈雷慧星轨道的推算 长期以来，人们一直认为彗星是神秘的，不吉利的灾星，长期以来，人们一直认为彗星是神秘的，不吉利的灾星，根本不能用科学来说明。牛顿的好友哈雷用牛顿力学算出了根本不能用科学来说明。牛顿的好友哈雷用牛顿力学算出了16821682年出现的彗星的轨道，指出它的回归周期是年出现的彗星的轨道，指出它的回归周期是75767576年，由年，由此预言它将在此预言它将在17581758年再次出现。年再次出现。5353年以后的年以后的17581758年（当时哈雷年（当时哈雷已去世），这颗彗星果然如期出现。哈雷慧星的发现验证了万已去世），这颗彗星果然如期出现。哈雷慧星的发现验证了万有引力定律的科学性。有引力定律的科学性。牛顿名言牛顿名言 我之所以能比别人看得远些，是因为我站我之所以能比别人看得远些，是因为我站在巨人们的肩上。在巨人们的肩上。 我只不过是一个在海滨玩耍的小孩，不时我只不过是一个在海滨玩耍的小孩，不时地为比别人找到更光滑、更美丽的卵石和贝壳地为比别人找到更光滑、更美丽的卵石和贝壳而高兴。而在我面前的真理的海洋，却完全是而高兴。而在我面前的真理的海洋，却完全是个迷。个迷。 牛顿临终遗言牛顿临终遗言你觉得牛顿是个怎样的人？你觉得牛顿是个怎样的人？他的这些品质跟他的突出他的这些品质跟他的突出成就有关系吗？成就有关系吗？三：相对论的建立爱因斯坦阅读课文思考下列问题：相对论的历史背景相对论的历史背景？相对论是主要研究相对论是主要研究什么问题的？什么问题的？相对论分为哪两部相对论分为哪两部分？分？二、相对论的创立二、相对论的创立 1.相对论提出的历史背景相对论提出的历史背景（1 1）过去的物理学以牛顿理论为基础，认为）过去的物理学以牛顿理论为基础，认为时间和空间是绝对的，两者是没有任何直接联时间和空间是绝对的，两者是没有任何直接联系的。系的。（2 2）1919世纪随着科学的飞速发展，科学家发世纪随着科学的飞速发展，科学家发现高速运动的微观粒子发生的现象，经典力学现高速运动的微观粒子发生的现象，经典力学无法解释。无法解释。（1 1）狭义狭义相对论：物体运动时，相对论：物体运动时，质量会随物质量会随物体运动速度增长而增加体运动速度增长而增加，同时，空间和时间，同时，空间和时间也会随着物体运动速度的变化而变化，即会也会随着物体运动速度的变化而变化，即会发生发生尺缩效应和钟慢效应尺缩效应和钟慢效应。（2 2）广义广义相对论：空间和时间的性质不仅取相对论：空间和时间的性质不仅取决于物质的运动情况，也决于物质的运动情况，也取决于物质本身的取决于物质本身的分布状态分布状态。3.相对论提出的历史意义相对论提出的历史意义（1）相对论的提出是物理学领域的一）相对论的提出是物理学领域的一次重大革命。次重大革命。（2）否定了经典力学绝对时空观，发）否定了经典力学绝对时空观，发展了牛顿力学。展了牛顿力学。（3）推动物理学发展到了新的高度。）推动物理学发展到了新的高度。 相对论和经典力学有何关系？相对论和经典力学有何关系？1.相对论否定了经典力学的绝对时空观；相对论否定了经典力学的绝对时空观；2.相对论发展了牛顿力学，牛顿力学是相对相对论发展了牛顿力学，牛顿力学是相对论力学在低速状态下的一个特例；论力学在低速状态下的一个特例；3.牛顿力学是整个力学的基础，牛顿所创造牛顿力学是整个力学的基础，牛顿所创造的概念，至今仍指导着人们的物理学思想。的概念，至今仍指导着人们的物理学思想。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他的真谛，也许全世界只有几十个人能完全理解他的真谛，但这并不能掩盖相对论对人类生活的巨大改变。但这并不能掩盖相对论对人类生活的巨大改变。 “天上方一日，人间已一年天上方一日，人间已一年” 乘坐乘坐“光子火箭光子火箭”的星际旅行的星际旅行 乘坐乘坐“光子火箭光子火箭”以光速作星际旅行，以光速作星际旅行，回到地球时，我们会发现什么变化？回到地球时，我们会发现什么变化？这个故事形象地说明了时间和空间的相对性。这个故事形象地说明了时间和空间的相对性。 爱因斯坦关于相对论的比喻。爱因斯坦关于相对论的比喻。 为了对这一深奥的理论做通俗的说明，爱因为了对这一深奥的理论做通俗的说明，爱因斯坦曾经风趣地对一名男青年说：斯坦曾经风趣地对一名男青年说：“我打个比方，我打个比方，比如你屁股坐在火炉上烤和坐在公园柳荫下与女比如你屁股坐在火炉上烤和坐在公园柳荫下与女士谈情说爱，那么，同样的时间你觉得哪一个更士谈情说爱，那么，同样的时间你觉得哪一个更长？长？”男青年说：男青年说：“当然坐在火炉上烤的时间觉当然坐在火炉上烤的时间觉得长久。得长久。”爱因斯坦说：爱因斯坦说：“这就是我的相对论内这就是我的相对论内容。容。”三、量子论的诞生与发展三、量子论的诞生与发展 1.量子论诞生的历史背景量子论诞生的历史背景（1） 19c末末20c初，电子和放射性的发现使人们对初，电子和放射性的发现使人们对物质的认识深入到原子内部。物质的认识深入到原子内部。（2） 实验表明，微观粒子的运动不能用通常的宏实验表明，微观粒子的运动不能用通常的宏观物体的运动规律进行描述。观物体的运动规律进行描述。 普朗克普朗克，生于基尔。，生于基尔。18791879年年普朗克在慕尼黑大学获得博士学普朗克在慕尼黑大学获得博士学位后，先后在慕尼黑大学和基尔位后，先后在慕尼黑大学和基尔大学任教。由于量子论创立，普大学任教。由于量子论创立，普朗克获得朗克获得19181918年诺贝尔物理学奖。年诺贝尔物理学奖。他的父亲是一位杰出的法律教授。他的父亲是一位杰出的法律教授。普朗克是德国人所具有的最好品普朗克是德国人所具有的最好品质的范例：诚恳、忠于职守，他质的范例：诚恳、忠于职守，他的业余爱好是音乐，在这方面表的业余爱好是音乐，在这方面表现了专业艺术才干；另一项业余现了专业艺术才干；另一项业余爱好是他一直坚持到晚年的登山爱好是他一直坚持到晚年的登山运动。运动。 2.量子论的诞生、发展和量子力学量子论的诞生、发展和量子力学（1） 诞生：诞生： 19001900年，德国物理学家普朗克提出量子假说，年，德国物理学家普朗克提出量子假说，宣告量子论诞生。宣告量子论诞生。 （2） 发展：发展：爱因斯坦利用量子理论成功解释了光电效应；爱因斯坦利用量子理论成功解释了光电效应；玻尔提出了有关原子的量子理论；玻尔提出了有关原子的量子理论；2020世纪世纪3030年代，量子力学建立。年代，量子力学建立。（量子力学：研究微观世界粒子运动规律的科学。）（量子力学：研究微观世界粒子运动规律的科学。） 3.量子论的重要影响量子论的重要影响（1 1）使人类对微观世界的认识取得重大进步，是）使人类对微观世界的认识取得重大进步，是2020世纪最深刻、最有成就的科学理论之一。世纪最深刻、最有成就的科学理论之一。（2 2）量子论与相对论共同构成现代物理学的基础，）量子论与相对论共同构成现代物理学的基础，弥补了经典力学在认识宏观世界和微观世界方面的弥补了经典力学在认识宏观世界和微观世界方面的不足。不足。（3 3）改变了人们认识世界的角度和方式。）改变了人们认识世界的角度和方式。