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文檔簡介
單元線索——1.物理學領(lǐng)域的重大進展;2.生物學關(guān)于人類生命的起源3.三次科技革命的成果及對社會發(fā)展的影響。第四單元近代以來世界的科學發(fā)展歷程【課程標準】
了解經(jīng)典力學的主要內(nèi)容,認識其在近代自然科學理論發(fā)展中的歷史地位。知道相對論、量子論的主要內(nèi)容,認識其意義。探究:他們分別是什么人?有什么貢獻?第11課物理學的重大進展伽利略牛頓愛因斯坦普朗克1.背景
2.牛頓的經(jīng)典力學—經(jīng)典力學—量子論的誕生與發(fā)展—相對論的創(chuàng)立物理學的重大進展1.背景
2.創(chuàng)立
3.意義1.背景
2.誕生
3.發(fā)展
4.意義
一.經(jīng)典力學1.產(chǎn)生背景:①文藝復興運動的影響②伽利略的貢獻及作用——經(jīng)典力學重要奠基者2.牛頓經(jīng)典力學①基礎(chǔ):②創(chuàng)立:③意義:伽利略的研究成果1687,《自然哲學的數(shù)學原理》物體運動三大定律和萬有引力定律對解釋和預見物理現(xiàn)象有決定意義伽利略(1564—1642),偉大的意大利物理學家和天文學家,他開創(chuàng)了以實驗事實為根據(jù)并具有嚴密邏輯體系和數(shù)學表述形式的近代科學,被譽為“近代科學之父”。他第一個把望遠鏡對準天空進行觀測,出版了《星空使者》一書。1632年,他出版了《關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》,把哥白尼的學說推到了最終勝利的階段。1610年,伽利略用望遠鏡發(fā)現(xiàn)有4顆衛(wèi)星圍繞著木星轉(zhuǎn)。這一發(fā)現(xiàn)震動了整個歐洲和全球科學界。伽利略是第一位利用望遠鏡觀察天體的人。目前人類發(fā)現(xiàn)的16顆木星衛(wèi)星中,有4顆叫“伽利略衛(wèi)星”。
木星和它的伽利略衛(wèi)星
他又發(fā)現(xiàn)太陽上有黑子,月球上有山脈,為哥白尼的地球繞著太陽公轉(zhuǎn)的“日心說”找到了有力證據(jù)。宗教法庭把他軟禁在家,不準外出。8年多后,伽伽利略臨死前仍不屈服,堅定地說:“地球確實在圍著太陽轉(zhuǎn)!”他的努力沒有白費,越來越多的人開始探索星空和科學!
科學的真理不應在古代圣人的蒙著灰塵的書上去找,而應該在實驗中和以實驗為基礎(chǔ)的理論中去找。
——伽利略“近代科學之父”伽俐略1590年,伽俐略在斜塔的頂層做自由落體運動實驗,讓兩個重量相差10倍的鐵球,同時從塔頂落下,結(jié)果兩球同時著地,因而,雄辯地一舉推翻了束縛人們近2000年的希臘學者亞里士多德關(guān)于重量不同的物體,其下落的速度也不相同的“物體下落速度與重量成正比”的理論。伽俐略開創(chuàng)了實驗物理的新時代,為經(jīng)典力學的創(chuàng)立奠定基礎(chǔ)。牛頓出生于英國的林肯郡,1665年畢業(yè)于著名的劍橋大學三一學院,獲得學士學位。三年后又獲得文學碩士學位。牛頓曾經(jīng)長期擔任英國皇家學會會長,他還擔任過英國議會議員,授予爵士稱號。1727年,他病逝,被安葬于威斯敏斯特教堂,這是一種極高的榮譽。牛頓(1642—1727)牛頓有哪些重要貢獻?
其中最重要的是什么?數(shù)學:二項式定理,微積分光學:發(fā)現(xiàn)太陽光的光譜,微粒說天文學:發(fā)明反射式望遠鏡等力學:《自然哲學的數(shù)學原理》
物體運動三大定律;萬有引力定律
——形成經(jīng)典力學體系
第一件,用牛頓力學算出地球的形狀象只桔子。古希臘的亞里士多德認為地球是個正球體,兩千年來人們對此深信不疑。牛頓卻根據(jù)他的力學,說地球是個扁球體,象只大桔子。此言一出,學界嘩然。地球那么大,牛頓又從不出遠門,他憑什么說地球有點扁?可是法國科學家經(jīng)過三次實地測量,終于證實了牛頓的看法。用力學能算出地球的形狀,真是個奇跡。歷史上證實牛頓力學的三件事第二件,用牛頓力學算出了哈雷彗星回歸周期長期以來到,人們一直認為彗星是神秘的,根本不能用科學來說明。牛頓說,既然彗星也是天體,就必然遵循力學規(guī)律。他的好友哈雷用牛頓力學算出了1682年出現(xiàn)的彗星的軌道,指出它的回歸周期是75—76年,由此預言它將在1758年再次出現(xiàn)。哈雷1705年發(fā)表這個預言,當時他已49歲,卻要預言53年以后的事,豈非聳人聽聞?可是1758年這顆彗星果然如期出現(xiàn),并被命名為哈雷彗星。1781年天王星被發(fā)現(xiàn),科學家用牛頓力學計算它的軌道,可是計算結(jié)果總是同觀測紀錄不大相符。經(jīng)反復核算,觀測無誤。那問題是否出現(xiàn)在牛頓力學上面?科學家大膽猜想計算結(jié)果之所以不理想,是因為太陽系中還有一顆未知的行星,我們沒有考慮到它對天王星的引力作用。他們用牛頓力學算出了這顆未知行星的位置和質(zhì)量。1848年9月23日,柏林天文臺臺長用望遠鏡對準那個位置,一下子就看到了一顆新的行星—海王星。第三件:用牛頓力學算出了一顆未知行星的位置二、相對論的創(chuàng)立經(jīng)典力學無法解釋一些新問題20C初,愛因斯坦——狹義相對論,廣義相對論1.創(chuàng)立背景:2.創(chuàng)立:3.意義:①是物理學領(lǐng)域的一次重大革命②否定了經(jīng)典力學的絕對時空觀③發(fā)展了牛頓力學④推動物理學發(fā)展到一個新高度1879年生于德國,是舉世聞名的德裔美國科學家,現(xiàn)代物理學的開創(chuàng)者和奠基人。愛因斯坦1900年畢業(yè)于蘇黎士工業(yè)大學,后在大學任教,1914年任皇家物理研究所所長兼柏林大學教授。1921年獲諾貝爾物理學獎。
1933年受希特勒迫害離開德國移居美國,愛因斯坦在物理學的許多領(lǐng)域都有貢獻,比如建立狹義相對論并推廣為廣義相對論、提出光的量子概念,并以量子理論解釋光電效應、輻射過程、固體比熱等。愛因斯坦(1879-1955)狹義相對論發(fā)表100周年,也許全世界只有幾十個人能完全理解他的真諦,但這并不能掩蓋相對論對人類生活的巨大改變,這樣的改變還將繼續(xù)下去。1905年,愛因斯坦26歲,接連寫下4篇改變整個20世紀物理學面貌的論文:1.光的量子說(解釋光電效應)2.布朗運動(證明分子的存在)3.狹義相對論(修正了牛頓力學)4.質(zhì)能互換律(E=mc2)1916年,愛因斯坦發(fā)表了廣義相對論基礎(chǔ),最具創(chuàng)見也是最偉大的貢獻:5.廣義相對論(取代了牛頓的萬有引力理論)1905
神奇的一年
愛因斯坦1905年提出的相對論,后來稱作狹義相對論,以光速永不改變、相對性原則來推論,得到“時間”會因速度快慢而改變的結(jié)論。
相對論的例子:一卷錄音帶,如果在地面上播放需要一個小時;在快速飛行的宇宙飛船里播放,宇宙飛船里的人測定也是一個小時。但是由地面上的人員,來測定在宇宙飛船中播放的時間呢?根據(jù)牛頓的理論,因為時間是絕對的,所以也是一小時;但是愛因斯坦的理論則認為應該是一個多小時,因為時間是相對的,在不同速度下測量時間,長度是不一樣的。什么是狹義相對論?什么是廣義相對論?廣義相對論是新的萬有引力概念
廣義相對論的重要結(jié)論是,加速運動與引力場的運動是等價的,要區(qū)別是由慣性力或者引力所產(chǎn)生的運動是不可能的。對此,愛因斯坦作了一個的比喻。假想有一個人乘摩天樓的電梯自由降落,人不會感到自己在下降,因為這時電梯和人都依照重力加速度定律在下降,彷佛在電梯里不存在地球引力。
●相對論和經(jīng)典力學有何關(guān)系?1.相對論否定了經(jīng)典力學的絕對時空觀;2.相對論發(fā)展了牛頓力學,牛頓力學是相對論力學在低速狀態(tài)下的一個特例;3.牛頓力學是整個力學的基礎(chǔ),牛頓所創(chuàng)造的概念,至今仍指導著人們的物理學思想。
由于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家在內(nèi)的很多人的反對。
1921年愛因斯坦獲得了諾貝爾獎,當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章,結(jié)果評選委員會只好讓愛因斯坦作為光電效應理論的建立者得獎,相對論始終沒有獲得諾貝爾獎。但相對論在物理學上卻非常合理且為實驗所證實。
愛因斯坦根據(jù)相對論的觀點提出質(zhì)能轉(zhuǎn)換理論后,曾致信美國總統(tǒng)羅斯福,建議美國研制原子彈,以便在二戰(zhàn)中盡快戰(zhàn)勝法西斯國家。1945年8月,美國先后在日本的廣島、長畸投下兩顆原子彈,加速了日本法西斯的投降,但對無辜平民的傷害也同樣令全世界震驚。
當原子彈真的從潘多拉魔盒里跳出來后,愛因斯坦陷入了巨大的后悔與痛苦之中,自認一生最大錯誤就是建議研制原子彈。他痛心地說,“早知如此,我寧可當個修表匠!”愛因斯坦就核武器問題的懊悔,代表了人類良知的高度,是人類良心發(fā)出的最強音。聽愛因斯坦的自責之聲,我們明白人類良知之寶貴.紅色——代表過去
藍色——代表未來
黃綠——表連結(jié)過去到未來2005世界物理年
對物理學家而言,這個標識象征的是光錐;對一般大眾而言常被看成是沙漏,象征著愛因斯坦在時間相對性上淵博的見解及洞察力。
1955年4月18日,愛因斯坦因主動脈瘤破裂逝世于普林斯頓。遵照他的遺囑,不發(fā)訃告,不舉行公開葬禮,不建墳墓,不立紀念碑?;鸹瘯r按照他的書面遺囑:免除所有花卉布置以及音樂典禮。骨灰撒在永遠對人保密的地方,為的是不使任何地方成為圣地。遺囑執(zhí)行者用歌德悼念席勒的詩結(jié)束了那樸素的葬禮:
我們?nèi)极@益不淺,
全世界都感謝他的教誨;
那專屬他個人的東西,
早已傳遍廣大人群。他像行將隕滅的彗星,光華四射,
把無限的光芒同他的光芒永相連結(jié)。(1879-1955)①19C末-20C初,人們對物質(zhì)的認識深入到原子內(nèi)部②微觀的粒子運動不能用經(jīng)典力學來解釋①愛因斯坦利用量子論成功解釋了光電效應②丹麥玻爾提出有關(guān)原子的量子理論三、量子論的誕生與發(fā)展1.背景:2.誕生:3.發(fā)展:4.意義:①使人類對微觀世界的基本認識取得革命性進步②與相對論一起,構(gòu)成現(xiàn)代物理學的基礎(chǔ)1900,德國物理學家普朗克加熱到不同溫度的物體發(fā)出不同顏色的光
科學家們?yōu)榱丝偨Y(jié)熱輻射規(guī)律,推導出兩個公式。但這兩個公式的計算結(jié)果總是與實驗結(jié)果不相符合。
1900年,為了解決熱輻射理論上的疑點,德國物理學家普朗克提出了量子假說:輻射像物質(zhì)一樣,是由具有能量的基本單位量子來實現(xiàn)的。
普朗克生于德國基爾。1879年在慕尼黑大學獲得博士學位后,先后在慕尼黑大學和基爾大學任教。由于量子論創(chuàng)立,普朗克獲得1918年諾貝爾物理學獎。普朗克是德國人所具有的最好品質(zhì)的范例:誠懇,忠于職守,他的業(yè)余愛好是音樂,在這方面表現(xiàn)了專業(yè)藝術(shù)才干;另一項業(yè)余愛好是他一直堅持到晚年的登山運動。
普朗克(1858—1947)
量子論和相對論是現(xiàn)代物理學的兩大支柱,量子論的形成標志著人類對于客觀規(guī)律的認識,開始從宏觀世界深入到微觀世界。量子力學和狹義相對論結(jié)合形成原子核物理學,指導制造原子彈、氫彈和建立核電站。量子力學還為電子技術(shù)、半導體技術(shù)、晶體技術(shù)和激光技術(shù)等奠定了理論基礎(chǔ)。物理學發(fā)展的過程經(jīng)典力學奠基者(17世紀初)經(jīng)典力學建立者(17世紀晚期)從經(jīng)典力學發(fā)展到相對論、量子論(19世紀末~20世紀初)伽利略(意)牛頓
(英)愛因斯坦(德)普朗克(德)2、海王星的發(fā)現(xiàn)是根據(jù)
A、哥白尼日心說的推算
B、牛頓理論的推測
C、法拉第演說計算
D、愛因斯坦對時間、空間屬性的揭示1、現(xiàn)代物理學的基礎(chǔ)是
A、牛頓力學B、相對論
C、量子假說D、量子理論、相對論課堂練習
3.牛頓在科學上貢獻是多方面的,最重要的是在力學方面,下面關(guān)于牛頓的表述不正確的是()
A.除了在力學方面的重大貢獻外,還是微積分的發(fā)明人之一
B.著有科學巨著《自然哲學的數(shù)學原理》C.他推測出了海王星和冥王星的存在
D.他提出了三大定律和萬有引力定律C課堂
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