探究：他们分别是什么人？有什么贡献？探究：他们分别是什么人？有什么贡献？第第1111课课 物理学的重大进展物理学的重大进展伽利略伽利略 牛顿牛顿 爱因斯坦爱因斯坦 普朗克普朗克探究：他们分别是什么人？有什么贡献？第11课 物理学的重大1 1、产生的背景：、产生的背景：（1 1）文艺复兴运动的影响：）文艺复兴运动的影响： 文艺复兴运动解放了人们的思想，为把自文艺复兴运动解放了人们的思想，为把自然科学从神学中解放出来创造了必要的条件。然科学从神学中解放出来创造了必要的条件。（2 2）资产阶级在经济上和政治上对自然科学）资产阶级在经济上和政治上对自然科学的迫切需要。的迫切需要。（3 3）自然科学自身发展的需要：）自然科学自身发展的需要： 资本主义生产方式的产生和发展，不仅向资本主义生产方式的产生和发展，不仅向自然科学提出大量的研究课题，还提供了丰富自然科学提出大量的研究课题，还提供了丰富的经验材料以及新的科学实验条件。的经验材料以及新的科学实验条件。一、一、近代以来近代以来物理学的第一个重大成果物理学的第一个重大成果经典力学经典力学的建立的建立1、产生的背景：（1）文艺复兴运动的影响： 文艺2 2、经典力学的重要、经典力学的重要奠基者奠基者 意大利意大利 科学家科学家伽利略伽利略伽利略伽利略（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，出版了了星空使者星空使者一书。一书。1632年，年，他出版了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，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。2、经典力学的重要奠基者 意大利 科学家伽利略伽利略（ 1590 1590年，年，伽俐略伽俐略在斜塔在斜塔的顶层做自由落体运动实的顶层做自由落体运动实验，让两个重量相差验，让两个重量相差1010倍倍的铁球，同时从塔顶落下，的铁球，同时从塔顶落下，结果两球同时着地，因而，结果两球同时着地，因而，雄辩地一举推翻了束缚人雄辩地一举推翻了束缚人们近们近20002000年的希腊学者年的希腊学者亚亚里士多德里士多德关于重量不同的关于重量不同的物体，其下落的速度也不物体，其下落的速度也不相同的相同的“物体下落速度与物体下落速度与重量成正比重量成正比”的理论。的理论。伽伽俐略开创了实验物理的新俐略开创了实验物理的新时代，时代，为经典力学的创立为经典力学的创立奠定基础奠定基础。 1590年，伽俐略在斜塔的顶层做自由落体运动实验，让两个3 3、伽利略的贡献、伽利略的贡献对物理学对物理学外力并不是维持运动状态的原因，外力并不是维持运动状态的原因，只是改变运动状态的运动只是改变运动状态的运动发现自由落体定律发现自由落体定律开创了以实验事实为根据并具有开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系的近代科学严密逻辑体系的近代科学对天文学对天文学利用自制望远镜观察天体的第一人利用自制望远镜观察天体的第一人证明了哥白尼的证明了哥白尼的“日心说日心说”3、伽利略的贡献对物理学外力并不是维持运动状态的原因，只是改 1609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 1609年，伽利略创制了天文望远镜。他观16101610年，伽利略用望远镜发现年，伽利略用望远镜发现有有4 4颗卫星围绕着木星转。这颗卫星围绕着木星转。这一发现震动了整个欧洲和全球一发现震动了整个欧洲和全球科学界。科学界。 伽利略是第一位利用望远镜观伽利略是第一位利用望远镜观察天体的人。目前人类发现的察天体的人。目前人类发现的1616颗木星卫星中，有颗叫颗木星卫星中，有颗叫“伽利略卫星伽利略卫星”。 木星和它的伽利略卫星木星和它的伽利略卫星 1610年，伽利略用望远镜发现有4颗卫星围绕着木星转。这一发 他又发现太阳上有黑子，为哥白尼他又发现太阳上有黑子，为哥白尼的地球绕着太阳公转的的地球绕着太阳公转的“日心说日心说”找到找到了有力证据。宗教法庭把他软禁在家，了有力证据。宗教法庭把他软禁在家，不准外出。年多后，伽伽利略临死前不准外出。年多后，伽伽利略临死前仍不屈服，坚定地说：仍不屈服，坚定地说：“地球确实在围地球确实在围着太阳转！着太阳转！”他的努力没有白费，越来他的努力没有白费，越来越多的人开始探索星空和科学！越多的人开始探索星空和科学！ 他又发现太阳上有黑子，为哥白尼的地球绕着太阳公转的“2 2、经典力学的建立者、经典力学的建立者 英国英国 科学家科学家牛顿牛顿 牛顿出生于英国的林肯郡，牛顿出生于英国的林肯郡，1665年毕业于著名的剑桥大年毕业于著名的剑桥大学三一学院，获得学士学位。学三一学院，获得学士学位。三年后又获得文学硕士学位。三年后又获得文学硕士学位。牛顿曾经长期担任英国皇家牛顿曾经长期担任英国皇家学会会长，他还担任过英国学会会长，他还担任过英国议会议员，授予爵士称号。议会议员，授予爵士称号。1727年，他病逝，被安葬于年，他病逝，被安葬于威斯敏斯特教堂，这是一种威斯敏斯特教堂，这是一种极高的荣誉。极高的荣誉。牛顿（牛顿（ 16421727）2、经典力学的建立者 英国 科学家牛顿 牛顿(1)(1)经典力学建立的标志：经典力学建立的标志：(2)(2)经典力学体系的组成部分：经典力学体系的组成部分：(3)(3)经典力学体系的特征：经典力学体系的特征：16871687年年牛顿牛顿发表发表自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理物体运动三大定律、万有引力定律物体运动三大定律、万有引力定律以实验为基础、以数学为表达形式以实验为基础、以数学为表达形式3 3、牛顿的贡献、牛顿的贡献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(1)经典力学建立的标志：1687年牛顿发表自然哲学的这就是牛顿在这就是牛顿在剑桥的苹果树剑桥的苹果树牛顿家里的牛顿家里的苹果树苹果树这就是牛顿在剑桥的苹果树牛顿家里的苹果树 第一件，第一件，用牛顿力学算用牛顿力学算出地球的形状象只桔子。出地球的形状象只桔子。古希腊的亚里士多德认为地球古希腊的亚里士多德认为地球是个正球体，两千年来人们对是个正球体，两千年来人们对此深信不疑。牛顿却根据他的此深信不疑。牛顿却根据他的力学，说力学，说地球是个扁球体，象地球是个扁球体，象只大桔子只大桔子。此言一出，学界哗。此言一出，学界哗然。地球那么大，牛顿又从不然。地球那么大，牛顿又从不出远门，他凭什么说地球有点出远门，他凭什么说地球有点扁？可是法国科学家经过三次扁？可是法国科学家经过三次实地测量，终于证实了牛顿的实地测量，终于证实了牛顿的看法。看法。用力学能算出地球的形用力学能算出地球的形状，真是个奇迹。状，真是个奇迹。历史上证实牛顿历史上证实牛顿力学的三件事力学的三件事 第一件，用牛顿力学算出地球的形状象只桔子。古希腊的亚里士第二件，第二件，用牛顿力学算出了哈雷彗星回归周期用牛顿力学算出了哈雷彗星回归周期长长期以来到，人们一直认为彗星是神秘的，根本不能用期以来到，人们一直认为彗星是神秘的，根本不能用科学来说明。牛顿说，既然彗星也是天体，就必然遵科学来说明。牛顿说，既然彗星也是天体，就必然遵循力学规律。他的好友哈雷用牛顿力学算出了循力学规律。他的好友哈雷用牛顿力学算出了16821682年年出现的彗星的轨道，指出它的回归周期是出现的彗星的轨道，指出它的回归周期是75757676年，年，由此预言它将在由此预言它将在17581758年再次出现。哈雷年再次出现。哈雷17051705年发表这年发表这个预言，当时他已个预言，当时他已4949岁，却要预言岁，却要预言5353年以后的事，岂年以后的事，岂非耸人听闻？可是非耸人听闻？可是17581758年这颗彗星果然如期出现，并年这颗彗星果然如期出现，并被命名为哈雷彗星。被命名为哈雷彗星。第二件，用牛顿力学算出了哈雷彗星回归周期长期以来到，人们一直 1781 1781年天王星被年天王星被发现，科学家用牛发现，科学家用牛顿力学计算它的轨顿力学计算它的轨道，可是计算结果道，可是计算结果总是同观测纪录不总是同观测纪录不大相符。经反复核大相符。经反复核算，观测无误。那算，观测无误。那问题是否出现在牛问题是否出现在牛顿力学上面？顿力学上面？科学家大胆猜想计算结果之所以不理想，科学家大胆猜想计算结果之所以不理想，是因为太阳系是因为太阳系中还有一颗未知的行星，我们没有考虑到它对天王星的中还有一颗未知的行星，我们没有考虑到它对天王星的引力作用。他们用牛顿力学算出了这颗未知行星的位置引力作用。他们用牛顿力学算出了这颗未知行星的位置和质量。和质量。18481848年年9 9月月2323日，柏林天文台台长用望远镜对准日，柏林天文台台长用望远镜对准那个位置，一下子就看到了一颗新的行星那个位置，一下子就看到了一颗新的行星海王星海王星。第三件：第三件： 用牛顿力学算出了一颗用牛顿力学算出了一颗未知行星的位置未知行星的位置 1781年天王星被发现，科学家用牛顿力学计算它的轨道，可 17271727年年3 3月月2020日，日，伟大的牛顿逝世，他伟大的牛顿逝世，他被埋葬在威斯敏斯特被埋葬在威斯敏斯特教堂，在他的墓碑上教堂，在他的墓碑上镌刻着：镌刻着： 让人们欢呼这样让人们欢呼这样一位多么伟大的人类一位多么伟大的人类荣耀曾经在世界上存荣耀曾经在世界上存在！在！ 1727年3月20日，伟大的牛顿逝世，他被埋葬在威斯敏斯牛顿力学是人类对自然规律的第一次理论性概括和总结，牛顿力学是人类对自然规律的第一次理论性概括和总结， 它以实验为基础、以数学为表达形式，它是近代自然科学它以实验为基础、以数学为表达形式，它是近代自然科学 理论体系中最先成熟和完善的核心理论体系。理论体系中最先成熟和完善的核心理论体系。牛顿力学的创立标志着近代科学的形成。牛顿力学的创立标志着近代科学的形成。经典力学体系对解释和预见物理现象，具有决定性意义。经典力学体系对解释和预见物理现象，具有决定性意义。3 3、经典力学建立的影响、经典力学建立的影响(1)(1)意义意义(2)(2)局限性局限性【即：经典力学具有科学性和预见性，【即：经典力学具有科学性和预见性， 为海王星为海王星、冥王星的发现提供了科学依据。】冥王星的发现提供了科学依据。】 （即：经典力学在近代自然科学理论发展中的历史地位）（即：经典力学在近代自然科学理论发展中的历史地位） 牛顿力学是人类对自然规律的第一次理论性概括和总结，3、经典3 3、经典力学建立的影响、经典力学建立的影响(2)(2)局限性局限性牛顿力学以牛顿力学以绝对的时空观绝对的时空观为基础，为基础，只适用于只适用于日常生活中常见日常生活中常见的的宏观物体宏观物体的的低速低速运动，却无法解释微观粒子的高速运动。运动，却无法解释微观粒子的高速运动。3、经典力学建立的影响(2)局限性牛顿力学以绝对的时空观为基二、二、近代以来近代以来物理学的第二个重大成果物理学的第二个重大成果德国物理学家德国物理学家爱因斯坦爱因斯坦创立创立相对论相对论 18791879年生于德国，是举世闻名的德裔美年生于德国，是举世闻名的德裔美国科学家，现代物理学的开创者和奠基人。国科学家，现代物理学的开创者和奠基人。爱因斯坦爱因斯坦19001900年毕业于苏黎士工业大学，年毕业于苏黎士工业大学，后在大学任教，后在大学任教，19141914年任皇家物理研究所年任皇家物理研究所所长兼柏林大学教授。所长兼柏林大学教授。19211921年获诺贝尔物年获诺贝尔物理学奖。理学奖。 19331933年受希特勒迫害离开德国移居美国年受希特勒迫害离开德国移居美国, , 爱因斯坦在物理学的许多领域都有贡献，爱因斯坦在物理学的许多领域都有贡献，比如建立狭义相对论并推广为广义相对论、比如建立狭义相对论并推广为广义相对论、提出光的量子概念，并以量子理论解释光提出光的量子概念，并以量子理论解释光电效应、辐射过程、固体比热等。电效应、辐射过程、固体比热等。爱因斯坦爱因斯坦（1879-19551879-1955）二、近代以来物理学的第二个重大成果德国物理学家爱因斯坦创二、二、近代以来近代以来物理学的第二个重大成果物理学的第二个重大成果德国物理学家德国物理学家爱因斯坦爱因斯坦创立创立相对论相对论1 1、创立背景、创立背景（1 1）在第二次工业革命的推动下，）在第二次工业革命的推动下，1919世纪末世纪末2020世纪初，发现了电子和放射线，使人们对物质世纪初，发现了电子和放射线，使人们对物质的认识深入到原子内部；的认识深入到原子内部；（2 2）过去的物理学以牛顿理论为基础，认为时）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系间和空间是绝对的，两者是没有任何直接联系的。的。二、近代以来物理学的第二个重大成果德国物理学家爱因斯坦创狭义相对论狭义相对论广义相对论广义相对论相对论相对论打破经典力学的绝对时空观打破经典力学的绝对时空观进一步深化对时间空间和引力现进一步深化对时间空间和引力现象的认识象的认识2 2、相对论的内容、相对论的内容物体运动时，质量会随着物体运动速物体运动时，质量会随着物体运动速度增大而增加，空间和时间也会随着度增大而增加，空间和时间也会随着物体运动速度的变化而变化。物体运动速度的变化而变化。空间和时间的性质不仅取决于物质的空间和时间的性质不仅取决于物质的运动状况，也取决于物质本身的分布运动状况，也取决于物质本身的分布状态状态尺缩效应尺缩效应钟慢效应钟慢效应狭义相对论广义相对论相对论打破经典力学的绝对时空观进一步深化相对论相对论是对是对经典力学经典力学绝对时空观绝对时空观的否定与发展的否定与发展， 是对是对经典力学经典力学的的继承与发展继承与发展。爱因斯坦爱因斯坦相对论相对论与牛顿与牛顿经典力学经典力学的关系？的关系？相对论是对经典力学绝对时空观的否定与发展，爱因斯坦相对论与牛它是物理学领域的一次重大革命，它是物理学领域的一次重大革命， 否定了经典力学的否定了经典力学的绝对时空观绝对时空观， 深刻地揭示了时空的本质属性；深刻地揭示了时空的本质属性；相对论发展了牛顿力学，相对论发展了牛顿力学， 将牛顿力学概括在将牛顿力学概括在相对论力学相对论力学之中，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。 四、四、近代以来近代以来物理学的第二个重大成果物理学的第二个重大成果3 3、相对论创立的意义、相对论创立的意义 德国物理学家德国物理学家爱因斯坦爱因斯坦创立创立相对论相对论它是物理学领域的一次重大革命，四、近代以来物理学的第二个重很抱歉推翻了您的理论很抱歉推翻了您的理论 爱因斯坦曾说道：爱因斯坦曾说道：“牛顿牛顿先生，先生，很抱歉推翻了您的理论很抱歉推翻了您的理论，不过您的成就是您那个时代一不过您的成就是您那个时代一个人的智力和创造力所能达到个人的智力和创造力所能达到的巅峰。但是，当我们对宇宙的巅峰。但是，当我们对宇宙万物有了更深入的了解以后，万物有了更深入的了解以后，这些观念将会被一些更抽象的这些观念将会被一些更抽象的新观念所取代。新观念所取代。” 也许将来某一天，会有一也许将来某一天，会有一位少不更事的科学家说道：位少不更事的科学家说道：“爱因斯坦先生，爱因斯坦先生，很抱歉推翻了很抱歉推翻了您的理论您的理论，不过您的成就是您，不过您的成就是您那个时代一个人的智力和创造那个时代一个人的智力和创造力所能达到的巅峰力所能达到的巅峰 ” ”很抱歉推翻了您的理论 爱因斯坦曾说道：“牛顿先生，很 爱因斯坦根据相对论爱因斯坦根据相对论的观点提出的观点提出质能转换理质能转换理论论后，曾致信美国总统后，曾致信美国总统罗斯福，建议美国研制罗斯福，建议美国研制原子弹原子弹，以便在二战中，以便在二战中尽快战胜法西斯国家。尽快战胜法西斯国家。19451945年年8 8月，美国先后月，美国先后在日本的广岛、长畸投在日本的广岛、长畸投下两颗原子弹，加速了下两颗原子弹，加速了日本法西斯的投降，但日本法西斯的投降，但对无辜平民的伤害也同对无辜平民的伤害也同样令全世界震惊。样令全世界震惊。 爱因斯坦根据相对论的观点提出质能转换理论后，曾致信美国总 当原子弹真的从潘多拉魔盒当原子弹真的从潘多拉魔盒里跳出来后，爱因斯坦陷入了里跳出来后，爱因斯坦陷入了巨大的后悔与痛苦之中，自认巨大的后悔与痛苦之中，自认一生最大错误就是建议研制原一生最大错误就是建议研制原子弹。他痛心地说，子弹。他痛心地说，“早知如早知如此，我宁可当个修表匠！此，我宁可当个修表匠！”爱爱因斯坦就核武器问题的懊悔，因斯坦就核武器问题的懊悔，代表了人类良知的高度，是人代表了人类良知的高度，是人类良心发出的最强音。听爱因类良心发出的最强音。听爱因斯坦的自责之声，我们明白人斯坦的自责之声，我们明白人类良知之宝贵类良知之宝贵. . 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 19551955年年4 4月月1818日，爱因斯坦因主动脉瘤破裂逝世于普日，爱因斯坦因主动脉瘤破裂逝世于普林斯顿。遵照他的遗嘱，不发讣告，不举行公开葬礼，林斯顿。遵照他的遗嘱，不发讣告，不举行公开葬礼，不建坟墓，不立纪念碑。火化时按照他的书面遗嘱：不建坟墓，不立纪念碑。火化时按照他的书面遗嘱：免除所有花卉布置以及音乐典礼。骨灰撒在永远对人免除所有花卉布置以及音乐典礼。骨灰撒在永远对人保密的地方，为的是不使任何地方成为圣地。保密的地方，为的是不使任何地方成为圣地。 遗嘱执行者用歌德悼念席勒的诗结束了那朴素的葬遗嘱执行者用歌德悼念席勒的诗结束了那朴素的葬礼：礼： 我们全都获益不浅，我们全都获益不浅， 全世界都感谢他的教诲；全世界都感谢他的教诲； 那专属他个人的东西，那专属他个人的东西， 早已传遍广大人群。早已传遍广大人群。 他像行将陨灭的彗星，光华四射，他像行将陨灭的彗星，光华四射， 把无限的光芒把无限的光芒 同他的光芒永相连结。同他的光芒永相连结。（1879-1955） 1955年4月18日，爱因斯坦因主动脉瘤破裂逝世于普林斯三、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。三、量子论的诞生与发展 1.量子论诞生的历史背景（1） 12.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。（量子力学：研究年代，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。）微观世界粒子运动规律的科学。） 2.量子论的诞生、发展和量子力学（1） 诞生：（2） 发展：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，使人类对微观世界的认识取得重大进步，是是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础，弥补了经典力学在认识宏观世界和微观世界方面的不足。面的不足。（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。 3.量子论的重要影响（1） 使人类对微观世界的认识取得重大进