序言：物理學(xué)與人類文明

1、伽利略伽利略牛頓牛頓導(dǎo)入新課 讓我們一起感受身邊物理的物理知識(shí)。讓我們一起感受身邊物理的物理知識(shí)。 蘋果熟了為什么會(huì)從樹上掉下來？蘋果熟了為什么會(huì)從樹上掉下來？那為那為什么火箭又能將航天員乘坐的神州飛船推上天呢？什么火箭又能將航天員乘坐的神州飛船推上天呢？最后飛船為什么又能平穩(wěn)地在太空遨游呢？這就最后飛船為什么又能平穩(wěn)地在太空遨游呢？這就是物理。還有，大家都喜歡看電視吧，電視中一是物理。還有，大家都喜歡看電視吧，電視中一個(gè)個(gè)精彩的節(jié)目，會(huì)令屏幕前的你流連忘返，開個(gè)個(gè)精彩的節(jié)目，會(huì)令屏幕前的你流連忘返，開懷捧腹。那么，電視臺(tái)的直播間的畫面和音樂是懷捧腹。那么，電視臺(tái)的直播間的畫面和音樂是怎么即時(shí)

2、傳過來的？又是怎樣在電視屏幕上顯示怎么即時(shí)傳過來的？又是怎樣在電視屏幕上顯示出來的呢？這些現(xiàn)象就是物理。出來的呢？這些現(xiàn)象就是物理。緒言緒言 物理學(xué)與人類物理物理學(xué)與人類物理 通過演示與講解，讓學(xué)生對(duì)物理學(xué)有大致通過演示與講解，讓學(xué)生對(duì)物理學(xué)有大致的了解：了解物理學(xué)研究哪些問題；了解物理的了解：了解物理學(xué)研究哪些問題；了解物理學(xué)與其他科學(xué)和技術(shù)的關(guān)系；了解物理學(xué)對(duì)人學(xué)與其他科學(xué)和技術(shù)的關(guān)系；了解物理學(xué)對(duì)人類文明所起的作用。通過讓學(xué)生課后討論、寫類文明所起的作用。通過讓學(xué)生課后討論、寫讀后感的形式，理解為什么要學(xué)習(xí)高中物理以讀后感的形式，理解為什么要學(xué)習(xí)高中物理以及怎樣才能學(xué)好高中物理，為今后深

3、入學(xué)習(xí)作及怎樣才能學(xué)好高中物理，為今后深入學(xué)習(xí)作好思想準(zhǔn)備與方法準(zhǔn)備。好思想準(zhǔn)備與方法準(zhǔn)備。 教學(xué)目標(biāo)一、物理學(xué)一、物理學(xué)二、物理學(xué)與社會(huì)進(jìn)步二、物理學(xué)與社會(huì)進(jìn)步三、物理學(xué)與思維觀念三、物理學(xué)與思維觀念四、物理學(xué)的未來四、物理學(xué)的未來本節(jié)導(dǎo)航一、物理學(xué)一、物理學(xué) 物理學(xué)是一門自然科學(xué)。它起始于伽物理學(xué)是一門自然科學(xué)。它起始于伽利略和牛頓的年代。經(jīng)過三個(gè)多世紀(jì)的發(fā)利略和牛頓的年代。經(jīng)過三個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，它已經(jīng)成為一門有眾多分支的、令人展，它已經(jīng)成為一門有眾多分支的、令人尊敬和熱愛的基礎(chǔ)科學(xué)。尊敬和熱愛的基礎(chǔ)科學(xué)。物理在發(fā)展，社會(huì)在進(jìn)步物理在發(fā)展，社會(huì)在進(jìn)步 在遠(yuǎn)到宇宙深處，近到至咫尺之間，大到在

4、遠(yuǎn)到宇宙深處，近到至咫尺之間，大到廣表蒼穹，小到微觀粒子的浩瀚而又精細(xì)的時(shí)廣表蒼穹，小到微觀粒子的浩瀚而又精細(xì)的時(shí)空中，物理學(xué)研究物質(zhì)存在的基本形式，以及空中，物理學(xué)研究物質(zhì)存在的基本形式，以及它們的性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律。物理學(xué)還研究物質(zhì)的它們的性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律。物理學(xué)還研究物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在不同層次上認(rèn)識(shí)物質(zhì)的各種組成內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在不同層次上認(rèn)識(shí)物質(zhì)的各種組成部分及其相互作用，以及它們運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)化的規(guī)部分及其相互作用，以及它們運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)化的規(guī)律。因此，說物理學(xué)是關(guān)于律。因此，說物理學(xué)是關(guān)于“萬物之理萬物之理”的學(xué)的學(xué)問并不為過。問并不為過。 神七升空神七升空“長(zhǎng)征二號(hào)長(zhǎng)征二號(hào)”F F型火箭載著神舟型火箭載

5、著神舟號(hào)在人航天飛船直入云霄。物理號(hào)在人航天飛船直入云霄。物理學(xué)的理論基礎(chǔ)是空間技術(shù)的基礎(chǔ)。學(xué)的理論基礎(chǔ)是空間技術(shù)的基礎(chǔ)。 （1）在牛頓力學(xué)和萬有引力定律的基礎(chǔ)上發(fā)展起來）在牛頓力學(xué)和萬有引力定律的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的空間物理，能把宇宙飛船送上太空，使人類實(shí)現(xiàn)了飛的空間物理，能把宇宙飛船送上太空，使人類實(shí)現(xiàn)了飛天的夢(mèng)想。也使中國人天的夢(mèng)想。也使中國人“九天攬?jiān)戮盘鞌堅(jiān)隆背蔀榭赡?。成為可能?（2）帶電粒子在電場(chǎng)中的）帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律在科學(xué)技術(shù)的許多領(lǐng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律在科學(xué)技術(shù)的許多領(lǐng)域都有重大意義。電子顯微鏡、域都有重大意義。電子顯微鏡、電子顯像管，磁控管、粒子加電子顯像管，磁控管、粒子加速器等

6、都與它密切相關(guān)。速器等都與它密切相關(guān)。電視機(jī)顯像管的剖面圖電視機(jī)顯像管的剖面圖 （3）原子核物）原子核物理學(xué)的進(jìn)展，是人理學(xué)的進(jìn)展，是人類直接利用射線和類直接利用射線和核能成為現(xiàn)實(shí)。核能成為現(xiàn)實(shí)?；寄[瘤的病人在接受放射治療患腫瘤的病人在接受放射治療 （4） 20世紀(jì)初相對(duì)論和量子力學(xué)的建立，是世紀(jì)初相對(duì)論和量子力學(xué)的建立，是物理學(xué)史上驚天動(dòng)地的革命。由此誕生地近代物物理學(xué)史上驚天動(dòng)地的革命。由此誕生地近代物理學(xué)以雷霆萬物之勢(shì)將世界帶入高科技時(shí)代，組理學(xué)以雷霆萬物之勢(shì)將世界帶入高科技時(shí)代，組成物質(zhì)的微粒服從量子規(guī)律。因此半導(dǎo)體芯片等成物質(zhì)的微粒服從量子規(guī)律。因此半導(dǎo)體芯片等產(chǎn)業(yè)離不開量子力學(xué)的理

7、論支撐?？梢哉f，沒有產(chǎn)業(yè)離不開量子力學(xué)的理論支撐?？梢哉f，沒有力學(xué)就沒有現(xiàn)代技術(shù)，也就沒有現(xiàn)代化的生活。力學(xué)就沒有現(xiàn)代技術(shù)，也就沒有現(xiàn)代化的生活。半導(dǎo)體芯片的照片半導(dǎo)體芯片的照片 （5）20世紀(jì)世紀(jì)60年代初，激光器誕生，激光物年代初，激光器誕生，激光物理的誕生，激光物理的進(jìn)展為激光在制造業(yè)，醫(yī)理的誕生，激光物理的進(jìn)展為激光在制造業(yè)，醫(yī)療技術(shù)和國防工業(yè)中的應(yīng)用打開了大門。療技術(shù)和國防工業(yè)中的應(yīng)用打開了大門。光彩奪目的激光束光彩奪目的激光束 （6）當(dāng)溫度低于超）當(dāng)溫度低于超導(dǎo)轉(zhuǎn)變點(diǎn)時(shí)，超導(dǎo)體具導(dǎo)轉(zhuǎn)變點(diǎn)時(shí)，超導(dǎo)體具有完全抗磁性，下方的有完全抗磁性，下方的超導(dǎo)體如同一塊和上方超導(dǎo)體如同一塊和上方的永

8、磁體同極相對(duì)的磁的永磁體同極相對(duì)的磁鐵一樣，是永碰體片漂鐵一樣，是永碰體片漂浮起來。浮起來。20世紀(jì)世紀(jì)0年代，年代，高溫超導(dǎo)體的研究取得高溫超導(dǎo)體的研究取得重大突破，為超導(dǎo)的實(shí)重大突破，為超導(dǎo)的實(shí)際應(yīng)用開辟了道路。際應(yīng)用開辟了道路。 超導(dǎo)磁懸浮照超導(dǎo)磁懸浮照片，圖中上面是用片，圖中上面是用超強(qiáng)永磁體制成的超強(qiáng)永磁體制成的圖片，下面是燒制圖片，下面是燒制的高溫超的導(dǎo)體。的高溫超的導(dǎo)體。 （7）20 世紀(jì)世紀(jì) 90年年代發(fā)展起來的納米科代發(fā)展起來的納米科技，使人們可以按自技，使人們可以按自己的需要去設(shè)計(jì)并重己的需要去設(shè)計(jì)并重新排列原子或原子團(tuán)，新排列原子或原子團(tuán)，使其具有人們希望的使其具有人們希

9、望的特性。這使人們?cè)诓奶匦?。這使人們?cè)诓牧峡茖W(xué)的研究中邁出料科學(xué)的研究中邁出了及其重要的一步。了及其重要的一步。 量子圍欄，它是量子圍欄，它是用掃描隧道顯微鏡吧用掃描隧道顯微鏡吧48個(gè)個(gè)Fe原子搬到原子搬到Cu表面上構(gòu)成的。表面上構(gòu)成的。DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)的雙螺旋結(jié)構(gòu) （8）生命科學(xué)的巨大進(jìn)）生命科學(xué)的巨大進(jìn)展離不開物理學(xué)的基礎(chǔ)。脫展離不開物理學(xué)的基礎(chǔ)。脫氧核糖核酸（氧核糖核酸（DNA）是存在）是存在于細(xì)胞核中的一種重要物質(zhì)，于細(xì)胞核中的一種重要物質(zhì)，它是儲(chǔ)存和傳遞生命信息的它是儲(chǔ)存和傳遞生命信息的物質(zhì)基礎(chǔ)。物質(zhì)基礎(chǔ)。1953年，生物學(xué)年，生物學(xué)家沃森和物理學(xué)家克里克利家沃森和物理學(xué)家克里克利

10、用用X射線衍射的方法在卡文射線衍射的方法在卡文迪許實(shí)驗(yàn)室成功的測(cè)定了迪許實(shí)驗(yàn)室成功的測(cè)定了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)。雙螺旋結(jié)構(gòu)。第一輛蒸汽機(jī)車第一輛蒸汽機(jī)車（模型）（模型） （1）18世紀(jì)中葉，蒸世紀(jì)中葉，蒸汽機(jī)的改進(jìn)和廣泛應(yīng)用得汽機(jī)的改進(jìn)和廣泛應(yīng)用得益于熱學(xué)的研究，蒸汽機(jī)益于熱學(xué)的研究，蒸汽機(jī)的廣泛使用，促進(jìn)了手工的廣泛使用，促進(jìn)了手工生產(chǎn)向機(jī)械化大生產(chǎn)的轉(zhuǎn)生產(chǎn)向機(jī)械化大生產(chǎn)的轉(zhuǎn)變，并使路上和海上大規(guī)變，并使路上和海上大規(guī)模的長(zhǎng)途運(yùn)輸成為可能，模的長(zhǎng)途運(yùn)輸成為可能，這大大推動(dòng)了社會(huì)發(fā)展。這大大推動(dòng)了社會(huì)發(fā)展。二、物理學(xué)與社會(huì)進(jìn)步二、物理學(xué)與社會(huì)進(jìn)步我們生活在電氣化的時(shí)代我們生活在電氣化的時(shí)代 （2）

11、19世紀(jì)后半葉，在電磁學(xué)研究的基礎(chǔ)世紀(jì)后半葉，在電磁學(xué)研究的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的電力工業(yè)，給生產(chǎn)和生活帶來深上發(fā)展起來的電力工業(yè)，給生產(chǎn)和生活帶來深刻的影響，是人類社會(huì)進(jìn)入了電氣時(shí)代。刻的影響，是人類社會(huì)進(jìn)入了電氣時(shí)代。 （3）20世紀(jì)世紀(jì)70年代，微觀物理方面的重年代，微觀物理方面的重大突破開創(chuàng)了微電子工業(yè)，從而觸發(fā)了第三大突破開創(chuàng)了微電子工業(yè)，從而觸發(fā)了第三次工業(yè)革命。世界開始進(jìn)入以電子計(jì)算機(jī)應(yīng)次工業(yè)革命。世界開始進(jìn)入以電子計(jì)算機(jī)應(yīng)用為特征的信息時(shí)代。用為特征的信息時(shí)代。信息時(shí)代信息時(shí)代古人心中的宇宙古人心中的宇宙三、物理學(xué)與思想觀念三、物理學(xué)與思想觀念 16世紀(jì)，人們世紀(jì)，人們意識(shí)到地球和行

12、星意識(shí)到地球和行星都在繞太陽運(yùn)動(dòng)。都在繞太陽運(yùn)動(dòng)。 現(xiàn)代天文學(xué)家現(xiàn)代天文學(xué)家已經(jīng)觀測(cè)到距我們已經(jīng)觀測(cè)到距我們140億光年的天體。億光年的天體。 （1）在人類文明的初期人們大地是一個(gè)大扁）在人類文明的初期人們大地是一個(gè)大扁盤，物理學(xué)的發(fā)展使人類對(duì)大地乃至宇宙的認(rèn)識(shí)盤，物理學(xué)的發(fā)展使人類對(duì)大地乃至宇宙的認(rèn)識(shí)發(fā)生了翻天腹地的變化。從發(fā)生了翻天腹地的變化。從“天圓地方天圓地方”到到“地地心說心說”到到“日心說日心說”；從太陽系到河外星系；從；從太陽系到河外星系；從靜態(tài)的宇宙道膨脹的宇宙，從靜態(tài)的宇宙道膨脹的宇宙，從“盤古開天地盤古開天地”到到“大爆炸大爆炸”的宇宙演化論的宇宙演化論 哈雷彗星和它的公哈

13、雷彗星和它的公轉(zhuǎn)軌道。公元前轉(zhuǎn)軌道。公元前613年年至公元至公元1910年，中國年，中國有它有它31次回歸的記錄。次回歸的記錄。1705年，英國天文學(xué)年，英國天文學(xué)家哈雷根據(jù)牛頓的萬家哈雷根據(jù)牛頓的萬有引力的定律正確的有引力的定律正確的語言了它的回歸。語言了它的回歸。 單變量數(shù)值仿真。洛倫茲僅僅相差單變量數(shù)值仿真。洛倫茲僅僅相差0.0001的兩個(gè)初始條件輸入一個(gè)數(shù)學(xué)方程，的兩個(gè)初始條件輸入一個(gè)數(shù)學(xué)方程，計(jì)算得出的兩條曲線不久就會(huì)分道揚(yáng)鑣，計(jì)算得出的兩條曲線不久就會(huì)分道揚(yáng)鑣，南轅北轍，真是南轅北轍，真是“差之毫厘，失之千里差之毫厘，失之千里”。哈雷彗星哈雷彗星 在牛頓力學(xué)建立后，人們能精確地預(yù)言

14、在牛頓力學(xué)建立后，人們能精確地預(yù)言哈雷彗星每哈雷彗星每76年回歸地球一次。這意味著，年回歸地球一次。這意味著，已知受力情況和初始條件已知受力情況和初始條件物體的位置和物體的位置和速度，就可以求出以后任何時(shí)刻物體的位置速度，就可以求出以后任何時(shí)刻物體的位置和速度，因此，人們形成了和速度，因此，人們形成了“機(jī)械決定論機(jī)械決定論”的思維方式。很自然的，人們夢(mèng)想對(duì)天氣也的思維方式。很自然的，人們夢(mèng)想對(duì)天氣也能做同樣的預(yù)報(bào)。能做同樣的預(yù)報(bào)。 20世紀(jì)世紀(jì)60年代初，美國氣象學(xué)家洛倫茲研年代初，美國氣象學(xué)家洛倫茲研究了服從三個(gè)含有非線性項(xiàng)方程的氣象末次昂究了服從三個(gè)含有非線性項(xiàng)方程的氣象末次昂系統(tǒng)，揭示了

15、復(fù)雜系統(tǒng)的行為對(duì)微小初值差異系統(tǒng)，揭示了復(fù)雜系統(tǒng)的行為對(duì)微小初值差異的沒感性依賴性，從而斷言藏起天氣預(yù)報(bào)不可的沒感性依賴性，從而斷言藏起天氣預(yù)報(bào)不可能實(shí)現(xiàn)。為此，他提出了能實(shí)現(xiàn)。為此，他提出了“一只蝴蝶在巴西扇一只蝴蝶在巴西扇動(dòng)翅膀，有可能在美國德克薩斯引起一場(chǎng)龍卷動(dòng)翅膀，有可能在美國德克薩斯引起一場(chǎng)龍卷風(fēng)風(fēng)”的說法，被稱為的說法，被稱為“蝴蝶效應(yīng)蝴蝶效應(yīng)”。這就動(dòng)搖。這就動(dòng)搖了長(zhǎng)期在人頭腦中站主導(dǎo)地位的了長(zhǎng)期在人頭腦中站主導(dǎo)地位的“機(jī)械決定論機(jī)械決定論”的思維方式。的思維方式。我國泰山核電站我國泰山核電站 科學(xué)活動(dòng)是人類認(rèn)識(shí)自然的活動(dòng)，現(xiàn)代技術(shù)已科學(xué)活動(dòng)是人類認(rèn)識(shí)自然的活動(dòng)，現(xiàn)代技術(shù)已經(jīng)與科

16、學(xué)技術(shù)密不可分了?？茖W(xué)救贖方面的突破對(duì)經(jīng)與科學(xué)技術(shù)密不可分了。科學(xué)救贖方面的突破對(duì)于社會(huì)發(fā)展會(huì)起到至關(guān)重要的作用，正是科學(xué)成果于社會(huì)發(fā)展會(huì)起到至關(guān)重要的作用，正是科學(xué)成果在技術(shù)上的應(yīng)用，才創(chuàng)造了我們今天的物質(zhì)文明，在技術(shù)上的應(yīng)用，才創(chuàng)造了我們今天的物質(zhì)文明，然而事實(shí)表明，技術(shù)是一把然而事實(shí)表明，技術(shù)是一把“雙刃刀雙刃刀”當(dāng)人類黑爾當(dāng)人類黑爾明智的利用技術(shù)時(shí)，他給人類帶來很多恩惠；但是，明智的利用技術(shù)時(shí)，他給人類帶來很多恩惠；但是，利用不當(dāng)，甚至濫用就會(huì)給人類帶來諸如生態(tài)失衡，利用不當(dāng)，甚至濫用就會(huì)給人類帶來諸如生態(tài)失衡，資源枯竭等問題，人們又責(zé)任避免資源枯竭等問題，人們又責(zé)任避免i技術(shù)的濫用，

17、既技術(shù)的濫用，既要大力發(fā)展和利用技術(shù)，還要細(xì)致的分析技術(shù)帶來要大力發(fā)展和利用技術(shù)，還要細(xì)致的分析技術(shù)帶來的正負(fù)面的效應(yīng)，積極開展技術(shù)評(píng)價(jià)和技術(shù)預(yù)見工的正負(fù)面的效應(yīng)，積極開展技術(shù)評(píng)價(jià)和技術(shù)預(yù)見工作，讓技術(shù)很好的服務(wù)于人類。作，讓技術(shù)很好的服務(wù)于人類。四、物理學(xué)的未來四、物理學(xué)的未來 科幻與科技，是一對(duì)分割不開的科幻與科技，是一對(duì)分割不開的“情情侶侶”，而聯(lián)系它們之間的紐帶，就是人們豐，而聯(lián)系它們之間的紐帶，就是人們豐富的想象和科技人員孜孜不倦的追求精神。富的想象和科技人員孜孜不倦的追求精神。科幻電影中令人眩目的各種高科技產(chǎn)品和場(chǎng)科幻電影中令人眩目的各種高科技產(chǎn)品和場(chǎng)景，與人們的現(xiàn)實(shí)生活距離有多遙

18、遠(yuǎn)？景，與人們的現(xiàn)實(shí)生活距離有多遙遠(yuǎn)？ 物理呼喚年輕的心物理呼喚年輕的心 哥白尼提出日心說時(shí)是哥白尼提出日心說時(shí)是38歲；牛頓和萊歲；牛頓和萊布尼茨發(fā)明微積分時(shí)分別是布尼茨發(fā)明微積分時(shí)分別是22歲和歲和28歲；愛歲；愛迪生發(fā)明留聲機(jī)時(shí)是迪生發(fā)明留聲機(jī)時(shí)是29歲，發(fā)明電燈時(shí)是歲，發(fā)明電燈時(shí)是31歲，貝爾發(fā)明電話時(shí)是歲，貝爾發(fā)明電話時(shí)是29歲；居里夫人發(fā)現(xiàn)歲；居里夫人發(fā)現(xiàn)鐳、釷、釙三種元素的放射性時(shí)是鐳、釷、釙三種元素的放射性時(shí)是31歲；愛歲；愛因斯坦提出狹義相對(duì)論時(shí)是因斯坦提出狹義相對(duì)論時(shí)是26歲，提出廣義歲，提出廣義相對(duì)論時(shí)是相對(duì)論時(shí)是37歲；沃森和克里克提歲；沃森和克里克提DNA雙螺雙螺旋結(jié)構(gòu)時(shí)分別是旋結(jié)構(gòu)時(shí)分別是25歲和歲和37歲歲. 科學(xué)走進(jìn)科學(xué)走進(jìn)21世紀(jì)，仍有許多的難題困擾世紀(jì)，仍有許多的難題困擾著科學(xué)家，期待著人們?nèi)ヌ剿鳎グl(fā)現(xiàn)。著科學(xué)家，期待著人