25现代科学革命概述

第25课现代科学革命课标要求：1、现代物理学的两大支柱理论——相对论、量子论出现的历史背景；2、相对论的提出、主要内容及意义；3、量子论的提出、主要内容及意义；4、通过对相对论、量子论出现过程的学习，培养敢于怀疑、勇于创新的精神。【知识回顾】牛顿经典物理学有哪些内容?有何意义？地位:（1）实现物理学的第一次飞跃，把天上和地上的运动统一起来，实现了人类对自然界认识的大综合。（2）是经典物理学和天文学的基础，标志着科学时代的开始（3）引发了第一次工业革命，使人类进入蒸汽时代。（4）为启蒙思想和唯物主义哲学奠定了科学基础。内容：力学三定律（惯性定律、加速度的比例定律、作用与反作用定律）和万有引力定律当德国著名的物理学家普朗克年轻时向他的老师求教，是选择音乐还是物理学作为自己终身的职业时，得到的答复是：“物理学基本是一门已经完成了的科学，因此，对于物理学的研究实际上是不会有多大成果的。”当时许多物理学家认为：物理学的大厦已经落成，人类对自然界的认识已经到了尽头。物理学睛空的“两朵乌云”是什么？1.迈克尔逊-莫雷实验（发现光速不随运动参考系而变）与“以太”说破灭。2.黑体辐射实验和理论的不一致。第一朵乌云导致相对论的爆发。第二朵乌云量子物理导致的爆发。一、经典物理学的危机——背景1、辉煌：2、危机：日趋完善和成熟、绝对权威的理论。经典物理学无法解释新问题、新发现。二、爱因斯坦与相对论生平简介爱因斯坦（AlbertEinstein，1879-1955），1879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。爱因斯坦1900年毕业于苏黎士工业大学，1909年开始在大学任教，1914年任威廉皇家物理研究所所长兼柏林大学教授。1933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，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电效应、辐射过程、固体比热等。1921年获诺贝尔物理学奖。2、主要内容：光速不变原理相对性原理1、相对论的提出1905年提出狭义相对论；1916年提出广义相对论。在宇宙中唯一不变的是光在真空中的速度，其它任何事物─长度、质量和经过的时间，都随观察者的参考系（特定观察）而变化。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。狭义相对论主要内容：相对性原理和光速不变原理。广义相对论是爱因斯坦于1915年以几何语言建立而成的引力理论，统合了狭义相对论和牛顿的万有引力定律，将引力改描述成因时空中的物质与能量而弯曲的时空，以取代传统对于引力是一种力的看法。下面的事例可以帮助我们理解相对论：1971年8月的一天，一名前苏联飞行员例行飞行时，无意中“闯入”古埃及，他看到一座座金字塔刚刚奠起塔基……1982年一位北约飞行员在一次飞行训练中，视野里竟然出现了数百只恐龙，飞机竟然来到史前非洲大陆。1970年一架272客机在飞向迈阿密国际机场的旅途中，也无故“失踪”了10分钟，10分钟后，客机又在原来的地方出现。失踪的一刹那，专家们的惟一的解释是时间“静止”不动了1994年初，一架意大利客机在非洲海岸上空飞行。突然，客机从控制室的雷达屏幕上消失了。正当地面上的机场工作人员焦急万分之际，客机又在原来的空域出现，雷达又追踪到了客机的讯号。最后，这架客机安全降落在意大利境内的机场。然而，客机上的机组人员和315名乘客，并不知道他们曾经失踪过。机长巴达里疑惑不解地说：我们的班机由马尼拉起飞后，一直都很平稳，没有任何意外发生，但控制室竟说失去班机的踪影，实在有点不寻常。不过，事实却不容争辨：到达机场时，每个乘客的手表都慢了20分钟。运动的钟比静止的钟走得慢（钟慢效应）爱因斯坦关于相对论的比喻。为了对这一深奥的理论做通俗的说明，爱因斯坦曾经风趣地对一名男青年说：“我打个比方，比如你屁股坐在火炉上烤和坐在公园柳荫下与女士谈情说爱，那么，同样的时间你觉得哪一个更长？”男青年说：“当然坐在火炉上烤的时间觉得长久。”这故事形象说明了时间和空间相对性。2、主要内容：光速不变原理：相对性原理：时间、空间、运动、质量是相对的，可以相互转化1、相对论的提出1905年提出狭义相对论；1916年提出广义相对论。3、意义：（1）物理学——解决了经典物理学的危机（广泛解释不同运动状态的物质），创造了一个全新的物理学世界，扩展了物理学的应用的领域；（2）思维——打破了绝对化的思维模式，辩证看待世界牛顿力学体系与爱因斯坦相对论的关系1、爱因斯坦的相对论否定了牛顿的绝对时空观，揭示了时间、空间的本质属性，提出时间和空间不是绝对不变的，是相对的。2、相对论发展了牛顿力学，牛顿力学只是相对论在低速运动状态下的一个特例。两者之间是继承与发展而不是相互排斥的关系。要敢于怀疑常识，勇于创新、实践出真知(因为即使生活中习以为常、看起来无懈可击的规律都有可能是不科学的)由于相对论的观点与人们的日常经验不太一致，甚至有着尖锐的冲突，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。1921年爱因斯坦获得了诺贝尔奖，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，他们就要退回已获得的奖章，结果评选委员会只好让爱因斯坦作为光电效应理论的建立者得奖，相对论始终没有获得诺贝尔奖。但相对论在物理学上却非常合理且为实验所证实。这可以给我们什么启发?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。1900年，为了解决热辐射理论上的疑点，德国物理学家普朗克提出了量子假说：辐射像物质一样，是由具有能量的基本单位量子来实现的。三、量子理论中的微观世界1、创立：普朗克提出量子假说2、发展爱因斯坦提出光的量子理论玻尔提出原子的量子理论量子力学建立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。量子力学对化学、生物学等科学领域都产生了重大影响，带来许多划时代的技术创新，直接推动了社会生产力的发展，从根本上改变了人类的物质生活。3、意义：四、现代物理学兴起的意义（1）量子理论和相对论一起，共同构成了现代物理学的基础。（2）量子理论和相对论弥补了经典物理学在宏观世界和微观的粒子世界的不足，大大开阔了人们的视野，改变了人们看世界的角度和方式。（3）量子理论和相对论不仅对物理科学本身，对自然科学，而且对整个人类的思维都产生了不可磨灭的影响。相对论和量子力学的出现，是否表示经典力学失去了意义?不是，经典力学有它的适用范围：只适用于低速运动，不适用于高速运动，只适用于宏观世界，不适用于微观世界。1955年4月18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，不建坟墓，不立纪念碑。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。遗嘱执行者用歌德悼念席勒的诗结束了那朴素的葬礼。但谁也不知道，一直是爱因斯坦仰慕者主治医生贺维博士隐瞒了一个惊人秘密：他悄悄地切开爱因斯坦的头皮，将他的大脑完整地取出，浸泡在防腐药水里并带回家隐藏起来！直到尸身第二天被火化时，爱因斯坦的家人还不知道大脑已不翼而飞。他认为如此伟大的大脑，应该进行研究，并最终将其切成240片。然而，这却成为20世纪最传奇的谜团之一，至今也没有结论。爱因斯坦的大脑之谜阅读——宇宙发现巨大“轴线”“相对论”可能遭颠覆据俄罗斯媒体2006年2月3日报道，美国“宇宙微波背景辐射探测器”日前传回的最新数据在世界科学界引起了巨大震动，有可能颠覆现有的部分基础性理论。在测量宇宙中各个不同区域背景辐射温度的过程中，“宇宙微波背景辐射探测器”意外地发现，在辽阔的宇宙空间中居然存在着一条贯穿整个宇宙的奇特“轴线”。目前，科学家们正在着手构建该“轴线”的空间模型。专家们指出，新近发现的这条“轴线”将会动摇当今所有有关宇宙诞生和演化过程的理论，这其中也爱因斯坦的“相对论”。根据爱因斯坦提出的“相对论”，空间和时间的分布在“大爆炸”发生后便一直是非常混乱的，而宇宙本身从总体上看应是非常均匀的并且存在着向各个方向扩展的趋势。但是，美国“宇宙微波背景辐射探测器”传回的最新数据却从根本上否定了这一著名的假设。据专家们介绍，测量结果显示，宇宙背景辐射温度的分布并不是混乱无章的，它们所处的位置都相当确定，或者说是“有计划的”。科学家们宣称，在宇宙中似乎存在着一条巨大的轴线，而整个宇宙都环绕在它的周围。