第1课近代物理学的奠基人和革命者

本专题总体知识结构科学革命技术革命物理学领域生物学领域经典力学体系的创立和发展（从伽利略到牛顿）量子理论的诞生（从普朗克到爱因斯坦）相对论的建立（爱因斯坦）进化论理论（达尔文与赫胥黎）万能原动机与“蒸汽机时代”（瓦特）电力的广泛应用与“电气时代”（法拉第、西门子等）现代信息技术与信息时代现代物理学理论的发展第1课近代物理学的奠基人和革命者经典力学体系的创立和发展量子理论的诞生(从普朗克到爱因斯坦)相对论的建立（爱因斯坦）现代物理学理论的发展本课知识结构近代物理学的奠基人和革命者伽利略对亚里士多德力学观的否定牛顿对前人科学理论的发展1.经典力学的重要奠基者──伽利略2.经典力学的建立──牛顿力学体系①自由落体定律;②用自制的望远镜证明了哥白尼的“日心说”一、经典力学体系的创立和发展（从伽利略到牛顿）(1)产生过程牛顿运动三定律惯性定律加速度定律作用力和反作用力定律万有引力定律(2)理论的科学性和预见性①准确算出了地球的平均密度和扁平率②正确地解释了潮汐的成因③发现了海王星思考牛顿力学体系建立的意义是什么？①牛顿的运动三定律构成了近代力学体系的基础，成为整个近代物理学的重要支柱。②牛顿力学体系对自然界的力学现象做了系统合理的说明，从而完成了人类对自然界认识史上的第一次理论大综合。③成为近代科学形成的标志。1781年天王星被发现，科学家用牛顿力学计算它的轨道，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。那问题是否出现在牛顿力学上面？法国的勒维列和英国的亚当斯坚信牛顿力学的正确，大胆猜想计算结果之所以不理想，是因为太阳系中还有一颗未知的行星，我们没有考虑到它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，柏林天文台台长在收到勒维列来信的当晚，用望远镜对准勒维列所指出的位置，一下子就看到了一颗新的行星—海王星。勒维列无需观测星空，就在笔尖上发现了新行星。牛顿力学又创造了新的奇迹。海王星和冥王星的发现哈雷慧星轨道的推算长期以来，人们一直认为彗星是神秘的，不吉利的灾星，根本不能用科学来说明。牛顿的好友哈雷用牛顿力学算出了1682年出现的彗星的轨道，指出它的回归周期是75—76年，由此预言它将在1758年再次出现。53年以后的1758年（当时哈雷已去世），这颗彗星果然如期出现。哈雷慧星的发现验证了万有引力定律的科学性。你知道牛顿捡到了哪些“光滑的石子”和“美丽的贝壳”？“我好像是一个在海边玩耍的孩子，不时为拾到比通常更光滑的石子或更美丽的贝壳而欢欣鼓舞，而展现在我面前的是完全未探明的真理之海。”——牛顿临终遗言1590年，伽利略在比萨斜塔上做了“自由落体”的著名实验，从此推翻了亚里士多德“物体落地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。后来，作为大学教授，牛顿常常忙得不修边幅，往往领带不结，袜带不系好，马裤也不纽扣，就走进了大学餐厅。有一次，他在向一位姑娘求婚时思想又开了小差，他脑海了只剩下了无穷量的二项式定理。他抓住姑娘的手指，错误的把它当成通烟斗的通条，硬往烟斗里塞，痛得姑娘大叫，离他而去。牛顿也因此终生未娶。他马虎拖沓，曾经闹过许多的笑话。一次，他边读书，边煮鸡蛋，等他揭开锅想吃鸡蛋时，却发现锅里是一只怀表。还有一次，他请朋友吃饭，当饭菜准备好时，牛顿突然想到一个问题，便独自进了内室，朋友等了他好久还是不见他出来，于是朋友就自己动手把那份鸡全吃了，鸡骨头留在盘子，不告而别了。等牛顿想起，出来后，发现了盘子里的骨头，以为自己已经吃过了，便转身又进了内室，继续研究他的问题。1643年1月4日，伽利略逝世的这一天，牛顿出生，只有三磅重，谁也没有料到这个看起来微不足道的小东西会成为了一位科学巨人，并且竟活到了85岁。原希望他成为一个农民，但牛顿本人却无意于此。每次，母亲叫他同佣人一道上市场，熟悉做交易的生意经时，他便恳求佣人一个人上街，自己则躲在树丛后看书。牛顿的好学精神感动了舅父，于是舅父劝服了母亲让牛顿复学。英国著名诗人亚历山大·波普曾写过一首赞美牛顿的诗：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。我之所以能比别人看得远些，是因为我站在巨人们的肩上。——牛顿英国著名的哲学家休谟曾说：“我们被放在这有如戏院的世界上，每个事件的起源和缘由却完全隐瞒不让我们知道，我们既没有足够的智慧预见未来，也没有能力防止那些使我们不断受伤害的不幸事件发生。我们被悬挂在永恒的疑惧之中……”——《大国崛起》解说词三百年前，人类的思想还充斥着迷信和恐惧，水为什么往低处流？太阳为什么升起落下？这些今天看来简单之极的问题，在当时却是根本无法认识和把握的。直到牛顿出现，人类才终于结束了这种状态。——《大国崛起》解说词■认识史上的飞跃■二、现代物理学理论的发展1.量子理论的诞生(1900年普朗克提出)2.相对论的建立质疑与思考：经典力学体系是最完美的物理学理论吗？19世纪末，面对经典物理学近乎完美的发展，有的物理学家表示：“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。”高速运动的微观粒子发生的现象，是经典力学无法解释的！⑴狭义相对论①创立:1905年爱因斯坦创立了狭义相对论②内容：时间和空间都与物质运动有关时间和空间随着物质运动速度的变化而变化③狭义相对论的影响否认了牛顿力学的绝对时空观继承和发展了牛顿力学奠定了利用原子能的理论基础(2)广义相对论①提出:1916年②内容③意义第一次阐述了四维时空和物质的分布相联系的重要思想⑶相对论建立的意义①相对论的建立是对近代物理学理论框架的重大突破，深刻揭示了空间和时间的本质属性。②这种全新的时空观，运动观和物质观的形成，是人类思想发展史中的一次根本性变革。这个故事形象地说明了时间和空间的相对性。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。”爱因斯坦说：“这就是我的相对论内容。”1955年4月18日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。火化时按照他的书面遗嘱：免除所有花卉布置以及所有音乐典礼。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：我们全都获益不浅，全世界都感谢他的教诲；那专属他个人的东西，早已传遍广大人群。他像行将陨灭的彗星，光华四射，把无限的光芒同他的光芒永相连结。他的主治医生贺维博士认为如此伟大的大脑，应该进行研究，所以他便把爱因斯坦的大脑保留了下来，并切成200片带走。但至今没有结论。红色——代表过去蓝色——代表未来黄绿——表连结过去到未来2005世界物理年对物理学家而言，这个标识象征的是光锥；对一般大众而言常被看成是沙漏，象征着爱因斯坦在时间相对性上渊博的见解及洞察力。成功的秘诀一个爱说废话而不爱用功的青年，整天缠着大科学家爱因斯坦，要他公开成功的秘诀。爱因斯坦厌烦了，便写了一个公式给他：A＝x＋y＋z爱因斯坦解释道：“A代表成功，x代表艰苦的劳动，y代表正确的方法……”“z代表什么？”青年迫不及待地问。“代表少说废话。”爱因斯坦说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①否定了经典力学的绝对时空观②揭示了时间、空间并非绝对不变的本质属性③打破了经典力学体系的局限性④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.①②③B.②③④C.①③④D.①②④2.现代自然科学和现代技术革命的基础是A.牛顿力学B.相对论C.量子假说D.量子理论、相对论AD3.下列表述不正确的是A.牛顿创立的经典力学是经典物理学的基础B.经典物理学所适用的主要是日常生活中的物理现象C.相对论的提出证明经典的物理学是完全错误的D.量子理论使人类对微观世界的基本认识有了革命性的进步4.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CB