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1、阅读第四单元导言，回答问题：,1、结合时代背景，分析从16世纪开始近代科学技术迅速发展的思想因素有哪些？除此之外还有哪些原因？,1、文艺复兴后面向现实世界、重视实践的风气 2、地理大发现和宗教改革的促进、资本主义发展的迫切需要,2、近代时期哪些学科领域取得了巨大成就？,数学、物理学、生物学、化学等,3、科学技术的发展是如何推动人类社会的进步的？,人类社会历史上的几次工业革命都足以物理学的重大成果为基础的。 牛顿力学、热学的发展导致了18世纪后期的第一次工业革命，使人类进入蒸汽机时代； 电磁技术的突破性成就迎来了19世纪晚期的第二次工业革命，人类进入了电气时代。 量子理论、相对论使得核物理学取得
2、重大突破，引发了20世纪第三次工业革命，人类进入了信息时代。,第11课 物理学的重大进展,课程标准：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；知道相对论、量子论的主要内容，认识其意义。,自然和自然界的规律，隐藏在黑暗里。 上帝说：“让牛顿去吧！” 于是，一切成为光明。 英国著名诗人亚历山大波普,牛顿安葬之处威斯敏斯特大教堂,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而高兴。而在我面前的真理的海洋，却完全是个谜。,牛顿踩在了哪些巨人的肩膀上？,牛顿名言,1543年哥白尼发表天体运行论，提出太阳中心说，从根本上动摇了宗教神学的理论基础，标志
3、着近代科学革命开始。,古希腊科学家亚里士多德,“落体的速度与重量成正比”,“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。”,“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。”,伽利略（15641642）,1590年，伽利略在比萨斜塔上做了“两个铁球同时落地”的著名实验，从此推翻了亚里士多德“物体落下的速度和重量成比例”的学说，纠正了这个持续了1900年之久的错误结论。,伽利略的学生维维安尼(Vincenzo Viviani，16221703)1654年写的伽利略生平的历史故事(1717年出版),自由落体定律,伽利略用什么办法推翻亚里士多德的错误学说？,观察和实验,科
4、学的真理不应在古代圣人的蒙着灰尘的书上去找，而应该在实验中和以实验为基础的理论中去找。 伽利略,伽利略“近代科学之父”,1609年，伽利略创制了天文望远镜，他是第一位利用望远镜观察天体的人。他观测到月球表面凹凸不平，有高山深谷，绘制了第一幅月面图。,伽利略的折射式望远镜,伽利略的手稿,1610年，伽利略用望远镜发现有4颗卫星围绕着木星转。这一发现震动了整个欧洲和全球科学界。木卫一、二、三、四被命名为“伽利略卫星。,木星和它的伽利略卫星,“哥伦布发现了新大陆，伽利略发现了新宇宙”,借助望远镜，伽利略又发现土星光环、太阳黑子、太阳的自转、金星和水星的盈亏现象、月球的周日和周月天平动以及银河是由无数
5、恒星组成等，这些发现为哥白尼、布鲁诺的观点提供了有力的证据。宗教法庭把他软禁在家，年后伽利略死前仍坚定地说：“地球确实在围着太阳转！”,？,这种科学探究方式对人类产生了什么影响？,改变了人们认识世界的方法，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，为经典力学的创立和发展奠定了基础。,剑桥大学的牛顿苹果树,牛顿的老家、英国林肯郡的沃尔斯索普庄园的苹果树,2012年4月“牛顿苹果树”三根枝条抵宁 安家南大仙林图书馆旁,牛顿的重要贡献：,1、在光学方面：发现了日光是由不同波长的光构成的，奠定光谱分析的基础，制作了牛顿色盘，1704年创立光的“微粒说”。 2、在热学方面：确定了冷却定律,牛顿
6、（ 16421727）,牛顿最重要的贡献是什么？为什么？,3、在数学方面：与莱布尼兹几乎同时创立了微积分学，同时在前人研究基础上建立了二项式定理。 4、在天文学领域：1671年创制了反射望远镜，初步考察了行星的运动规律；还解释了潮汐现象，并预言地球不是正球体。,创立经典力学体系,标志：,1687年出版自然哲学的数学原理，,提出了物体运动三大定律和万有引力定律,以实验为基础，以数学为表达形式,经典力学体系的显著特征是什么？,显著特征：注重实验、数学化、严密逻辑,对现象的一般观察,提出假设,运用逻辑（包括数学）得出推论,通过实验对推论进行检验,对假说进行修正和推广,剑桥大学牛顿数学桥，是牛顿运用数
7、学和力学原理设计建造的，整座桥上没有使用一根钉子,历史上牛顿力学证实的三件事,第一件，用牛顿力学算出地球的形状象只桔子。 古希腊的亚里士多德认为地球是个正球体，两千年来人们对此深信不疑。牛顿却根据他的力学，说地球是个扁球体，象只大桔子。法国科学家经过三次实地测量，证实了牛顿的看法。,经典力学有什么作用？,第二件，用牛顿力学算出了哈雷彗星回归周期 牛顿的好友哈雷1705年用牛顿力学算出了1682年出现的彗星的轨道，指出它的回归周期是7576年，由此预言它将在53年以后的1758年再次出现。1758年这颗彗星果然如期出现，并被命名为哈雷彗星。,1781年天王星被发现，科学家用牛顿力学计算它的轨道，
8、可是计算结果总是同观测纪录不大相符。经反复核算，观测无误。,科学家大胆猜想计算结果之所以不理想，是因为没有考虑到一颗未知的行星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和质量。1848年9月23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海王星。,第三件：用牛顿力学算出了一颗未知行星的位置,具有科学性和预见性，标志着近代科学的形成；,推动了资本主义两次科技革命的出现，促进了资本主义工业文明的发展。,使人类获得了用理性解决问题的自信，促进了启蒙运动的发展和思想解放；,经典力学的诞生的意义,19世纪经典物理学在人们心目中，已经达到近乎完美的巅峰状态。有的物理学
9、家表示：“19世纪已经将物理大厦全部建成，今后物理学家只是修饰和完美这座大厦。”,普朗克：“老师，我准备把我的一生都 献给物理理论学！” 老师：“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，把一生都献给这门学科，太可惜了。”,1878年学生时代的普朗克,经典力学体系是完美的物理学理论吗？经典力学有哪些缺陷？,“物理学危机”,经典力学体系建立在日常生活中的低速运动的物质之上，时间和空间被视为与物质运动无关而独立存在是绝对的，这种绝对的时空观符合人们的日常经验，但在解释不了高速运动的微观的粒子世界各种现象。,阅读课文第二、三两目内容，回答问题。,20世纪初物理学最重大的发展表现在哪
10、些方面？,相对论的提出,量子论的诞生与发展,“作为科学家的爱因斯坦，他是窥见上帝秘密的人；作为思想家的爱因斯坦，他是窥见人间秘密的人。” 杨建邺窥见上帝秘密的人爱因斯坦传,爱因斯坦对20世纪物理学的发展作出了哪些重大贡献？,提出相对论；,利用量子理论成功解释光电效应。,自然和自然界的规律，隐藏在黑暗里。 上帝说：“让牛顿去吧！” 于是，一切成为光明。 英国著名诗人亚历山大波普,但不久， 魔鬼说：“让爱因斯坦去吧！” 于是一切又重新回到黑暗中。,1905年，刚刚博士毕业的爱因斯坦26岁，接连发表4篇改变整个20世纪物理学面貌的论文，其中一篇题为论动体的电动力学的文章，提出了相对论，引发了20世纪
11、物理学的另一场革命。,1905年爱因斯坦是瑞士伯尔专利局一个默默无闻的小职员,相对论的两个基本原理是相对性原理和光速不变原理。 在相对性原理中，爱因斯坦认为时间、运动、质量不是绝对的，而是相对的。较典型的现象是运动的物体长度变短（尺缩效应）、运动的钟比静止的钟走得慢（钟慢效应）、运动的物体重量变大。,狭义相对论,爱因斯坦（1879-1955）,“时间”会因速度快慢而改变。,一卷录音带，如果在地面上播放需要一个小时；在快速飞行的宇宙飞船里播放，宇宙飞船里的人测定也是一个小时。但是由地面上的人员，来测定在宇宙飞船中播放的时间呢？根据牛顿的理论也是一小时，因为时间是绝对的；但是相对论则认为应该是一个
12、多小时，因为时间是相对的，在不同速度下测量时间，长度是不一样的。,钟慢效应,爱因斯坦：“比方这么说你同美女坐在火炉边谈情说爱，一个钟头过去了，你觉得好像只过了5分钟！反过来，你一个人孤孤单单地坐在热气逼人的火炉边，只过了5分钟，但你却像坐了一个小时。唔，这就是相对论！”,形象地说明了时间和空间的相对性。,作为相对论的一个推论，他提出了质能相当性定律：物体的质量(m)与其所含能量(E)之间存在着如下关系：,(c为光速),它解释了一个当时困惑所有物理学家的现象：放射性元素(如镭)不断地释放出大量的能量。,提出: 1915年,广义相对论:,广义相对论认为，空间和时间的性质不仅取决于物质的运动情况，也
13、取决于物质本身的分布状态。,广义相对论第一次阐述了四维时空观。,1921年爱因斯坦获得了诺贝尔奖金，但奖来得十分不易。当时不少德国的诺贝尔奖获得者威胁说，如果给相对论授奖，他们就要退回已获奖章，结果评委会找到了一个办法，让爱因斯坦作为光电效应理论的建立者而得奖，相对论始终没有获得诺贝尔奖。 吴国盛科学的历程,爱因斯坦得诺贝尔奖时的证件照,由于深奥难懂而且有悖于人们的日常生活经验，相对论从一开始就受到包括一些科学家在内的很多人的反对。但相对论在物理学上却非常合理且为实验所证实。,1919年英国天文学家爱丁顿的日全食观测结果证实了爱因斯坦所作的光线经过太阳引力场会弯曲的预言。爱因斯坦由此声名鹊起，
14、相对论成为人们家喻户晓的名词。,1931年1月31日在洛杉矶举行城市之光首映式，卓别林和爱因斯坦都受到了热烈的欢迎，艺术之星大有被科学之星压倒的味道。卓别林对爱因斯坦说：“大家欢迎我是因为他们都能理解我，大家欢迎你是因为他们都不理解你 。”,卓别林和爱因斯坦,“牛顿先生，很抱歉推翻了您的理论，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的颠峰。但是，当我们对宇宙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新观念所取代” 爱因斯坦,有人认为相对论出现后，牛顿在历史上的光辉完全被抹掉了。这种说法对吗？说说理由。,牛顿力学反映的是宏观物体低速运动的客观规律，狭义相对论反映的是物体高速
15、运动的客观规律。,广义相对论是新的万有引力概念,所以牛顿的万有引力理论成了广义相对论中的一个特例。,广义相对论认为物质存在的现实空间不是平坦的，而是弯曲的，空间的结构取决于物质的质量及其分布情况，空间弯曲的程度体现为引力场强度。,相对论和经典力学的关系,1.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，牛顿力学是相对论的一种特例，包括在相对论体系中。 3.牛顿力学是整个力学的基础。,牛顿所创造的概念，至今仍指导着我们的物理学思维，谁企图在真理的认识的领域内要人们认为他是不可动摇的权威，那他就要在上帝的哈哈大笑中垮台。 爱因斯坦,是物理学领域的一次重大革命，推动物理学发展到一个新
16、高度。,是人类思想史上的一次根本性变革（形成全新的时空观、运动观和物质观，对整个自然科学和哲学都产生了深远的影响）,相对论的意义：,由相对论“所带来的物理世界观的革命，在广度和深度上，只有由哥白尼的世界体系的提出所引起的革命可以相比拟”。 普朗克1910年,爱因斯坦根据相对论的质能转换理论，曾致信美国总统罗斯福，建议美国研制原子弹，以便在二战中尽快战胜法西斯国家。1945年8月，美国先后在日本的广岛、长畸投下两颗原子弹，加速了日本法西斯的投降，但对无辜平民的伤害也同样令全世界震惊。,相对论的现实意义:,物体在发射辐射时和吸收辐射时，是以一定的数值的整数倍跳跃式变化的；“量子”是最新小的能量单元
17、。,标志：,1900年关于正常光谱能量分布定律的理论,内容：,量子假说,马克斯普朗克 （ 18581947）,宣告了量子论诞生,量子论是在怎样的背景下诞生的？,19世纪末20世纪初，电子和放射线的发现使人们对物质的认识深入到原子内部，实验表明微观粒子的运动不能用宏观物体的运动规律进行描述。,加热到不同温度的物体发出不同颜色的光,科学家们为了总结热辐射规律，推导出两个公式。但这两个公式的计算结果总是与实验结果不相符合。,简述量子力学建立的过程,1900年，普朗克提出量子假说,爱因斯坦解释光电效应；,20世纪30年代，新的物理学分支量子力学最终建立,玻尔提出有关原子的量子理论；,丹麦物理学家玻尔把
18、量子论用于原子结构的研究，证实原子是由带正电的原子核和带负电的电子组成。电子在不同轨道上围绕着原子核运动，当电子从外层轨道跳到内层轨道时就放出相应波长的电磁波。,在光的照射下，某些物质内部的电子会被光子激发出来而形成电流，即光生电,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对于客观规律的认识，开始从宏观世界深入到微观世界。,意义：,太阳能电池、防盗器及照相机的测光表、核能发电、修正全球定位系统、激光产品如DVD播放机及激光打印机等,现代物理学在人类文明进步中所起的作用,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、氢弹和建立核电站。量子力学还为电子技术、半导体技术
19、和激光技术等奠定了理论基础。,宇宙飞船、电视机显像管、核磁共振、超声波、X光机、放疗、 半导体芯片、电子计算机,他们对近代物理学的发展所作出的最重大贡献分别是什么？,为经典力学奠定基础,形成经典力学体系,提出相对论，发展牛顿力学,提出量子假说、量子论诞生,伽利略 （15641642）,牛顿 （16421727）,普朗克 （18581947）,爱因斯坦 （18791955）,物理学革命,物理学发展的过程,小结,思考总结 物理学的发展给了我们什么样的启示？,敢于质疑， 勇于创新， 实践出真知.,课堂练习：,1、爱因斯坦相对论的提出是物理学领域的一场重大革命，主要是因为 否定了经典力学的绝对时空观
20、揭示了时间、空间并非绝对不变的本质属性 打破了经典力学体系的局限性 使人类对客观世界的认识开始从宏观世界深入到微观世界 A、 B、 C、 D、,2、 现代物理学的基础是 A、牛顿力学 B、相对论 C、量子假说 D、量子理论、相对论,3、海王星的发现是根据 A、哥白尼日心说的推算 B、牛顿理论的推测 C、法拉第演说计算 D、爱因斯坦对时间、空间属性的揭示,4、经典力学与中世纪的自然观和方法论相比，最显著的特征是 注重实验 数学化 体现微观世界 经验法 A. B. C. D. ,A,5.下列物理学成就取得的先后顺序排列正确的是 落体定律 万有引力定律 狭义相对论 量子论 A. B. C. D. ,D,6.牛顿在科学上贡献是多方面的，最重要的是在力学方面，下面关于牛顿的表述不正确的是( ） A.除了在力学方面的重大贡献外，还是微积分的发明人之一 B.著有科学巨著自然哲学的数学原理 C.他推测出了海王星和冥王星的存在 D.他提出了三大定律和万有引力定律,C,