物理學(xué)的重大發(fā)展

1、 物理學(xué)物理學(xué) 的重大進(jìn)展的重大進(jìn)展經(jīng)典力學(xué)經(jīng)典力學(xué) 奠基者奠基者經(jīng)典力學(xué)經(jīng)典力學(xué) 建立者建立者 從經(jīng)典力學(xué)發(fā)展從經(jīng)典力學(xué)發(fā)展到相對論、量子論到相對論、量子論伽利略（意）伽利略（意）牛頓（英）牛頓（英）愛因斯坦（德）愛因斯坦（德）普朗克（德）普朗克（德）一、一、經(jīng)典力學(xué)經(jīng)典力學(xué): :1.1.奠基者奠基者伽利略伽利略 把實驗方法提把實驗方法提高到真正科學(xué)的水高到真正科學(xué)的水平，將平，將實驗方法和實驗方法和數(shù)學(xué)方法結(jié)合數(shù)學(xué)方法結(jié)合，創(chuàng)，創(chuàng)立了近代科學(xué)方法立了近代科學(xué)方法 (1)(1)物理學(xué)上物理學(xué)上: : 自由落體定律自由落體定律 (2) (2) 天文學(xué)上天文學(xué)上: :天文望遠(yuǎn)鏡天文望遠(yuǎn)鏡 尊稱為

2、尊稱為現(xiàn)代科學(xué)之父現(xiàn)代科學(xué)之父，其工作標(biāo)志著自然科學(xué)其工作標(biāo)志著自然科學(xué)成為獨立的科學(xué)成為獨立的科學(xué) 1609年，伽利略創(chuàng)制了天文望遠(yuǎn)鏡。他觀測到月年，伽利略創(chuàng)制了天文望遠(yuǎn)鏡。他觀測到月球表面凹凸不平，并繪制了第一幅月面圖。球表面凹凸不平，并繪制了第一幅月面圖。伽利略的折射式望遠(yuǎn)鏡伽利略的折射式望遠(yuǎn)鏡 伽利略出生于比薩一個伽利略出生于比薩一個沒落貴族家庭。他做了大量的沒落貴族家庭。他做了大量的實驗和研究工作，首次用自制實驗和研究工作，首次用自制的天文望遠(yuǎn)鏡細(xì)心地觀察了天的天文望遠(yuǎn)鏡細(xì)心地觀察了天體，宣告了和哥白尼學(xué)說完全體，宣告了和哥白尼學(xué)說完全相符的結(jié)論。伽利略把他在望相符的結(jié)論。伽利略把他

3、在望遠(yuǎn)鏡中所觀察到的壯麗景象，遠(yuǎn)鏡中所觀察到的壯麗景象，到處宣傳，并用觀察到的事實到處宣傳，并用觀察到的事實和力學(xué)原理作了嚴(yán)密的論證，和力學(xué)原理作了嚴(yán)密的論證，進(jìn)一步維護(hù)和發(fā)展了哥白尼的進(jìn)一步維護(hù)和發(fā)展了哥白尼的體系。教會向伽利略發(fā)出多次警告，但是他無視這一警告，體系。教會向伽利略發(fā)出多次警告，但是他無視這一警告，發(fā)表了發(fā)表了關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話的巨的巨著，從實踐和理論的高度批駁了地球中心說。伽利略的著，從實踐和理論的高度批駁了地球中心說。伽利略的“異端異端”活動引起了教會的恐慌，羅馬教皇向宗教裁判所活動引起了教會的恐慌，羅馬教皇向宗教裁判所

4、帶頭提出控訴，于是這位體弱抱病的科學(xué)家被送進(jìn)了監(jiān)牢，帶頭提出控訴，于是這位體弱抱病的科學(xué)家被送進(jìn)了監(jiān)牢，遭到審訊，以至被終身軟禁遭到審訊，以至被終身軟禁。(1)(1)、標(biāo)志：、標(biāo)志：自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理(2)(2)、主要內(nèi)容、主要內(nèi)容 : :萬有引力定律和運動三定律萬有引力定律和運動三定律(3)(3)、顯著特征、顯著特征: :注重注重實驗實驗, ,數(shù)學(xué)化數(shù)學(xué)化 (4)(4)、影響、影響: :標(biāo)志著標(biāo)志著近代科學(xué)的形成近代科學(xué)的形成. .推動了物理學(xué)的發(fā)展推動了物理學(xué)的發(fā)展一、一、經(jīng)典力學(xué)經(jīng)典力學(xué): :2 2、創(chuàng)立者、創(chuàng)立者牛頓牛頓 牛頓牛頓是世界上影響最大的科學(xué)是世界上影響最大

5、的科學(xué)家之一。少年時代即表現(xiàn)出手工制家之一。少年時代即表現(xiàn)出手工制作精巧的才能。雖然他聰明伶俐，作精巧的才能。雖然他聰明伶俐，但并未引起老師們的注意。他在學(xué)但并未引起老師們的注意。他在學(xué)校的成績不好，體弱多病，性格靦校的成績不好，體弱多病，性格靦腆。成年時，母親令其退學(xué)，因為腆。成年時，母親令其退學(xué)，因為希望兒子成為一名出色的農(nóng)夫。十希望兒子成為一名出色的農(nóng)夫。十分幸運的是他被證明不是一個好農(nóng)分幸運的是他被證明不是一個好農(nóng)夫，干活漫不經(jīng)心，而且脾氣急躁。夫，干活漫不經(jīng)心，而且脾氣急躁。于是他又被送回學(xué)校，于是他又被送回學(xué)校，1818歲那年他歲那年他進(jìn)入了劍橋大學(xué)，極快地通曉了當(dāng)進(jìn)入了劍橋大學(xué)，

6、極快地通曉了當(dāng)時已知的自然與數(shù)學(xué)知識，之后轉(zhuǎn)時已知的自然與數(shù)學(xué)知識，之后轉(zhuǎn)入個人的專門研究。入個人的專門研究。運動三定律運動三定律:第一定律：慣性第一定律：慣性 一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止。直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止。第二定律：質(zhì)量第二定律：質(zhì)量 物體的加速度跟物體所受的外力的合力成正比，物體的加速度跟物體所受的外力的合力成正比，跟物體的質(zhì)量成反比，加速度的方向與合外力的方向相同。跟物體的質(zhì)量成反比，加速度的方向與合外力的方向相同。第三定律：作用力與反作用力定律第三定律：作用力與反作用力定律 兩個物

7、體之間的作用力和反作用力總是大兩個物體之間的作用力和反作用力總是大小相小相等，方向相反，作用在同一條直線上。等，方向相反，作用在同一條直線上。萬有引力定律萬有引力定律： 自然界中一切具有質(zhì)量的物體之間都存在著相互吸引的作用自然界中一切具有質(zhì)量的物體之間都存在著相互吸引的作用力，這一引力的大小與兩物體質(zhì)量的乘積成正比，與它們之間的力，這一引力的大小與兩物體質(zhì)量的乘積成正比，與它們之間的距離平方成反比。距離平方成反比。3 3、經(jīng)典力學(xué)中應(yīng)注意的地方、經(jīng)典力學(xué)中應(yīng)注意的地方 （1）顯著特征）顯著特征 1）注重實驗）注重實驗 2）數(shù)學(xué)化）數(shù)學(xué)化 （2）適用范圍）適用范圍 只適用于宏觀物體（宏觀世界）的

8、運動只適用于宏觀物體（宏觀世界）的運動; 只適用于物體運動的低速狀態(tài)，是只適用于物體運動的低速狀態(tài)，是絕對絕對的時空論的時空論一、一、經(jīng)典力學(xué)經(jīng)典力學(xué): : 19世紀(jì)末世紀(jì)末，物理學(xué)界連續(xù)發(fā)生了三個重大事，物理學(xué)界連續(xù)發(fā)生了三個重大事件，這就是件，這就是X射線、放射性和電子的發(fā)現(xiàn)射線、放射性和電子的發(fā)現(xiàn)。這三大。這三大發(fā)現(xiàn)以實驗事實使得原子不可分、不變化的傳統(tǒng)發(fā)現(xiàn)以實驗事實使得原子不可分、不變化的傳統(tǒng)觀念發(fā)生了動搖。物理學(xué)家們曾認(rèn)為的似乎已經(jīng)觀念發(fā)生了動搖。物理學(xué)家們曾認(rèn)為的似乎已經(jīng)基本上完成了的經(jīng)典物理學(xué)體系，從根本上出現(xiàn)基本上完成了的經(jīng)典物理學(xué)體系，從根本上出現(xiàn)了動搖，這就是所謂的了動搖，

9、這就是所謂的“物理學(xué)危機(jī)物理學(xué)危機(jī)”。 過去的物理學(xué)都以牛頓的理論為基礎(chǔ)，認(rèn)為時過去的物理學(xué)都以牛頓的理論為基礎(chǔ)，認(rèn)為時間和空間是絕對的，兩者是沒有任何直接聯(lián)系的。間和空間是絕對的，兩者是沒有任何直接聯(lián)系的。似乎宇宙間存在著一個永遠(yuǎn)走動著的大鐘，在任似乎宇宙間存在著一個永遠(yuǎn)走動著的大鐘，在任何情況下，它的速率永遠(yuǎn)都是相同的，世界上的何情況下，它的速率永遠(yuǎn)都是相同的，世界上的一切運動在時間上都以它為度量標(biāo)準(zhǔn)。一切運動在時間上都以它為度量標(biāo)準(zhǔn)。二、相對論的創(chuàng)立二、相對論的創(chuàng)立: :愛因斯坦愛因斯坦1919世紀(jì)科學(xué)得到了飛速發(fā)展世紀(jì)科學(xué)得到了飛速發(fā)展經(jīng)典力學(xué)無法解釋高速運動微觀粒子發(fā)生的現(xiàn)象經(jīng)典力學(xué)

10、無法解釋高速運動微觀粒子發(fā)生的現(xiàn)象19051905年狹義相對論和光速不變原理年狹義相對論和光速不變原理19161916年廣義相對論年廣義相對論物理學(xué)思想的一次重大革命物理學(xué)思想的一次重大革命推動物理學(xué)發(fā)展到一個新的高度推動物理學(xué)發(fā)展到一個新的高度3、意義：、意義：2、內(nèi)容、內(nèi)容:1、背景、背景: 艾伯特艾伯特愛因斯坦愛因斯坦（1879187919551955），），18791879年年3 3月月1414日誕生日誕生在德國烏爾姆的一個猶太人在德國烏爾姆的一個猶太人家中。家中。18941894年舉家遷居意大年舉家遷居意大利米蘭。利米蘭。19001900年畢業(yè)于瑞士年畢業(yè)于瑞士蘇黎世工業(yè)大學(xué)。蘇黎世

11、工業(yè)大學(xué)。 愛因斯坦被認(rèn)為是愛因斯坦被認(rèn)為是最富于創(chuàng)造力的科學(xué)家最富于創(chuàng)造力的科學(xué)家，他不但創(chuàng)立了相對論，還提出了光量子的概念，他不但創(chuàng)立了相對論，還提出了光量子的概念，得出了光電效應(yīng)的基本定律，并揭示了光的波粒得出了光電效應(yīng)的基本定律，并揭示了光的波粒二重性本質(zhì)，為量子力學(xué)的建立奠定了基礎(chǔ)。為二重性本質(zhì)，為量子力學(xué)的建立奠定了基礎(chǔ)。為此榮獲此榮獲19211921年度的諾貝爾物理學(xué)獎。同時，他還年度的諾貝爾物理學(xué)獎。同時，他還證明了熱的分子運動論，提出了測定分子大小的證明了熱的分子運動論，提出了測定分子大小的新方法新方法。 經(jīng)典物理學(xué)經(jīng)典物理學(xué)是以日常生活中常見的低速運動是以日常生活中常見的低

12、速運動的物質(zhì)為研究對象的，在這里，時間和空間被認(rèn)的物質(zhì)為研究對象的，在這里，時間和空間被認(rèn)為是絕對的，是與物質(zhì)運動無關(guān)的因素。因此，為是絕對的，是與物質(zhì)運動無關(guān)的因素。因此，一旦物理學(xué)研究的這種基礎(chǔ)發(fā)生變化，如所研究一旦物理學(xué)研究的這種基礎(chǔ)發(fā)生變化，如所研究的物質(zhì)是以光速或接近光速運動時，經(jīng)典物理學(xué)的物質(zhì)是以光速或接近光速運動時，經(jīng)典物理學(xué)的某些結(jié)論就變得不準(zhǔn)確。的某些結(jié)論就變得不準(zhǔn)確。 相對論相對論的兩個基本原理是相對性原理和光速的兩個基本原理是相對性原理和光速不變原理。在相對性原理中，愛因斯坦認(rèn)為時間、不變原理。在相對性原理中，愛因斯坦認(rèn)為時間、運動、質(zhì)量不是絕對的，而是相對的。較典型的運

13、動、質(zhì)量不是絕對的，而是相對的。較典型的現(xiàn)象是運動的物體長度變短（尺縮效應(yīng)）、運動現(xiàn)象是運動的物體長度變短（尺縮效應(yīng)）、運動的鐘比靜止的鐘走得慢（鐘慢效應(yīng)）、運動的物的鐘比靜止的鐘走得慢（鐘慢效應(yīng)）、運動的物體重量變大。體重量變大。 相對論的提出可以廣泛地解釋不同運動的物質(zhì)，創(chuàng)相對論的提出可以廣泛地解釋不同運動的物質(zhì)，創(chuàng)立了一個全新的物理世界，極大地擴(kuò)展了物理學(xué)應(yīng)用的領(lǐng)立了一個全新的物理世界，極大地擴(kuò)展了物理學(xué)應(yīng)用的領(lǐng)域，也使人們對自然規(guī)律的探索從普通世界深入到廣闊的域，也使人們對自然規(guī)律的探索從普通世界深入到廣闊的宏觀宇宙空間。宏觀宇宙空間。 由于相對論的觀點與人們的日常經(jīng)驗不太一致，甚由于

14、相對論的觀點與人們的日常經(jīng)驗不太一致，甚至有著尖銳的沖突，相對論從一開始就受到包括一些科學(xué)至有著尖銳的沖突，相對論從一開始就受到包括一些科學(xué)家在內(nèi)的很多人的反對。家在內(nèi)的很多人的反對。19211921年愛因斯坦獲得了諾貝爾獎，年愛因斯坦獲得了諾貝爾獎，當(dāng)時不少德國的諾貝爾獎獲得者威脅說，如果給相對論授當(dāng)時不少德國的諾貝爾獎獲得者威脅說，如果給相對論授獎，他們就要退回已獲得的獎?wù)?，結(jié)果評選委員會只好讓獎，他們就要退回已獲得的獎?wù)?，結(jié)果評選委員會只好讓愛因斯坦作為光電效應(yīng)理論的建立者得獎，愛因斯坦作為光電效應(yīng)理論的建立者得獎，相對論始終沒相對論始終沒有獲得諾貝爾獎有獲得諾貝爾獎。但相對論在物理學(xué)上

15、卻非常合理且為實。但相對論在物理學(xué)上卻非常合理且為實驗所證實。驗所證實。 請記住愛因斯坦的話吧：請記住愛因斯坦的話吧：“沒有能獨立思考和獨立判斷沒有能獨立思考和獨立判斷的有創(chuàng)造性的個人，社會的向的有創(chuàng)造性的個人，社會的向上發(fā)展是不可想象的。上發(fā)展是不可想象的。”三、量子論的誕生與發(fā)展三、量子論的誕生與發(fā)展19世紀(jì)末世紀(jì)末20世紀(jì)初電子和放射性的發(fā)現(xiàn)世紀(jì)初電子和放射性的發(fā)現(xiàn)實驗證明微觀粒子的運動不能用宏觀物體的運實驗證明微觀粒子的運動不能用宏觀物體的運 動規(guī)律來進(jìn)行描述動規(guī)律來進(jìn)行描述1900年普朗克提出量子假說年普朗克提出量子假說愛因斯坦進(jìn)一步推動了量子論的發(fā)展愛因斯坦進(jìn)一步推動了量子論的發(fā)展

16、玻爾提出原子的量子論玻爾提出原子的量子論20世紀(jì)世紀(jì)30年代量子力學(xué)建立起來年代量子力學(xué)建立起來1、背景、背景:2. 過程：過程：3、意義：、意義：P57 量子論量子論和和相對論相對論是現(xiàn)代物理學(xué)是現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱，量子論的形成標(biāo)志著的兩大支柱，量子論的形成標(biāo)志著人類對于客觀規(guī)律的認(rèn)識，開始從人類對于客觀規(guī)律的認(rèn)識，開始從宏觀世界深入到微觀世界。宏觀世界深入到微觀世界。 量子力學(xué)和狹義相對論結(jié)合形量子力學(xué)和狹義相對論結(jié)合形成原子核物理學(xué)，指導(dǎo)制造原子彈、成原子核物理學(xué)，指導(dǎo)制造原子彈、氫彈和建立核電站。量子力學(xué)還為氫彈和建立核電站。量子力學(xué)還為電子技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和激光技術(shù)電子技術(shù)、半導(dǎo)體

17、技術(shù)和激光技術(shù)等奠定了理論基礎(chǔ)。等奠定了理論基礎(chǔ)?？茖W(xué)家科學(xué)家主要成就主要成就意義意義伽利略伽利略落體定律落體定律為經(jīng)典力學(xué)奠定基礎(chǔ)為經(jīng)典力學(xué)奠定基礎(chǔ)望遠(yuǎn)鏡、望遠(yuǎn)鏡、關(guān)于托勒密關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體系和哥白尼兩大世界體系的對話的對話（天文方面）（天文方面）證明哥白尼的證明哥白尼的“日心說日心說”的正確性的正確性注重科學(xué)研究方法注重科學(xué)研究方法標(biāo)志著物理學(xué)的真正開端標(biāo)志著物理學(xué)的真正開端牛頓牛頓自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理（物體運動三大定律和（物體運動三大定律和萬有引力定律）萬有引力定律）標(biāo)志著牛頓力學(xué)體系的形標(biāo)志著牛頓力學(xué)體系的形成成標(biāo)志著近代標(biāo)志著近代科學(xué)的形成科學(xué)的形成愛因斯

18、愛因斯坦坦相對論相對論（狹義、廣義）、（狹義、廣義）、光速不變原理光速不變原理P108頁。（否定了頁。（否定了修修正了正了揭示了揭示了發(fā)展了發(fā)展了推動推動）為現(xiàn)代自然為現(xiàn)代自然科學(xué)和現(xiàn)代科學(xué)和現(xiàn)代技術(shù)革命提技術(shù)革命提供了重要的供了重要的理論基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)解釋光電效應(yīng)出現(xiàn)的現(xiàn)解釋光電效應(yīng)出現(xiàn)的現(xiàn)象和光的本質(zhì)象和光的本質(zhì)進(jìn)一步推動了理子論的發(fā)進(jìn)一步推動了理子論的發(fā)展展普朗克普朗克量子論量子論P109頁。（揭示了頁。（揭示了沖沖擊了擊了指出了指出了 ） 經(jīng)典力學(xué)發(fā)展過程中的主要成就及意義經(jīng)典力學(xué)發(fā)展過程中的主要成就及意義物理學(xué)發(fā)展的原因物理學(xué)發(fā)展的原因個人努力：艱苦的腦力勞動和科學(xué)實驗個人努力：艱苦的

19、腦力勞動和科學(xué)實驗 資本主義經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需要科學(xué)知識，又為資本主義經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需要科學(xué)知識，又為其奠定物質(zhì)基礎(chǔ)其奠定物質(zhì)基礎(chǔ)資產(chǎn)階級力量的壯大和統(tǒng)治的確立資產(chǎn)階級力量的壯大和統(tǒng)治的確立人文主義和理性主義的興起奠定思想基礎(chǔ)人文主義和理性主義的興起奠定思想基礎(chǔ)政府對科技的重視政府對科技的重視方法總結(jié)方法總結(jié)A A、政治因素：政治制度、國家政策、政局等、政治因素：政治制度、國家政策、政局等B B、經(jīng)濟(jì)因素：經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，物質(zhì)基礎(chǔ)、經(jīng)濟(jì)因素：經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，物質(zhì)基礎(chǔ)C C、思想文化因素：民主和開放、文化傳承、教育等、思想文化因素：民主和開放、文化傳承、教育等D D、國際因素：國際環(huán)境、國際交流等、國際因素：國際環(huán)境、國際交流等1、愛因斯坦相對論的提出是物理學(xué)領(lǐng)域的一場重大、愛因斯坦相對論的提出是物理學(xué)領(lǐng)域的一場重大革命，主要是因為革命，主要是因為 否定了經(jīng)典力學(xué)的絕對時空觀否定了經(jīng)典力學(xué)的絕對時空觀 揭示了時間、空間并非絕對不變的本質(zhì)屬性揭示了時間、空間并非絕對不變的本質(zhì)屬性 打破了經(jīng)典力學(xué)體系的局限性打破了經(jīng)典力學(xué)體系的局限性 使人類對客觀世使人類對客觀世界