人教版高中历史选修4优质课件1：第5课 20世纪的科学伟人爱因斯坦

罗盘针的故事
“书读得太多，而脑筋用得太少的人，都会落入懒得思考
的习惯。”
——爱因斯坦
“不是我聪明，只是我和问题周旋得比较久。” ——爱因斯坦
2、中学时代的爱因斯坦
爱因斯坦在10岁时，进入了慕尼黑的路提波德中学。他喜 欢上了数学，并开始自学高等数学。没过多久，数学老师 已经不是他的对手了，常常被小爱问得张口结舌。有一次， 数学老师公开对他说：“如果班上没有你这个学生，我会 非常愉快。”小爱困惑地说：“我并没有做对不起老师的 事呀！”“但是，你提的问题经常使我心神不定。”
全球定位系统 万一彩票中了大奖，得意忘形的你不幸成为寻人启事中 主角，那也没有关系，你身上携带的GPS（全球定位系 统）能帮助你与搜索人员取得联系。100年前爱因斯坦发 现，如果想把发生在不同地点的多个事件联系在一起考 虑，那么传统的时间概念就不够充分。 虽然全球定位系统卫星上安装了精确的原子钟，但是， 如果没有地面原子钟对卫星原子钟的时间调整，定位系 统每天发给地面的信号就会出现1.6千米的偏差。
假如没有爱因斯坦……
第六单元 杰出的科学家
第5课 20世纪的科学伟人爱因斯坦
要求掌握: 了解爱因斯坦的成长历程及主要科学成就，认识他们在社 会发展中的作用。 感受爱因斯坦脚踏实地地进行科学研究和勇于科学创新的 精神 。
一、科学伟人的成长历程 1、少年时代的爱因斯坦：很少讲话，善于思考。 在某次吃晚饭的时候，爱因斯坦打破了沉默，他说“这汤 太烫了。”这下他的父母才放心，然后问他为什么之前不 说话。爱因斯坦答道：“因为到现在为止一切都很正常。”
有高度社会责任感的爱因斯坦：
1939年8月2日，爱因斯坦出于对人类命运的极大关注，写信 给罗斯福总统，建议美国务必抢在法西斯德国之前制造出原子 弹；后来，当原子弹真的从潘多拉魔盒里跳出来后，爱因斯坦 陷入了巨大的后悔与痛苦之中，自认一生最大错误就是建议研 制原子弹。他痛心地说，“早知如此，我宁可当个修表匠！” 爱因斯坦针对核武器问题的懊悔，代表了人类良知的高度，是 人类良心发出的最强音。听爱因斯坦的自责之声，我们明白了 人类良知之宝贵！ 害 对 观 爱
爱因斯坦的四篇论文：
（1）他挑出分量最轻的一篇，内容是通过中性物质的稀溶 液的扩散和内摩擦来测定原子的大小，寄给了他的母校苏 黎士联邦工业学院，毫不费力地取得了博士学位。
（2）另一篇是关于研究悬浮微粒的布朗运动的，也开辟了 一个新方向。
（3）第三篇是著名的光电效应，历史上第一次提出光量子 的理论，在发展与相对论并称二十世纪物理学两大基石的 量子力学中意义重大，几年后单凭此而不是相对论就获得 诺贝尔物理奖。
光速不变原理：
光速都不受相对性的影响，永远为30万公里每秒。（光相 对于以速度v运动着的惯性观察者的传播速度是c-v（当c和v 同向时）或c+v（当c和v反向时））。这就是光速不变原理。 所谓光速不变是指光在传播时其运动速度不适用于任何参 照系。
事实比这个例子更复杂，仅供理解。
科学趣闻：
相对论诞生后，曾经有一个令人极感兴趣的疑难问 题---双生子佯谬。一对双生子A和B，A在地球上， B乘火箭去做星际旅行，经过漫长岁月返回地球。 爱因斯坦由相对论断言，二人经历的时间不同，重 逢时B将比A年轻 。
法国协和式飞机上的钟就比地球上的钟慢。
3、广义相对论
广义相对论
爱因斯坦指出物体使周围空 间、时间弯曲，在物体具有 很大的相对质量（例如一颗 恒星）时，这种弯曲可使从 它旁边经过的任何其它事物， 即使是光线，改变路径。
地球周围引力场和时空结构拖曳扭 曲时的情景。科学家通过分析两枚绕 地球轨道的人造卫星11年的运行轨迹， 发现由于地球旋转所造成的特异的空 间结构，使这些卫星大概每年出现大 约2米的轨道偏离的现象。
爱因斯坦广义相对论的创立改变了人们对宇宙的认识,在广 义相对论的指引下,天体和宇宙的观测研究及理论探讨前所 未有地蓬勃开展起来。
三、为人类和平进步而斗争
阅读教材，说说爱因斯坦为人类和平而斗争做过哪些事 情？ 一战时:发起成立反战团体“新祖国同盟” 二战时:建议罗斯福抢在纳粹之前研制原子弹
痛心原子弹爆炸引起的大量平民伤害 冷战时:发表了反核战的《罗素-爱因斯坦宣言》
3、大学的爱因斯坦：
在这里，爱因斯坦的自由散漫发挥到极致。他可以 穿着拖鞋进出教室，可以蓬头垢面地整天窝在实验室， 可以和同学们在一起自由讨论，可以不去上自己不喜欢 的课。……在他当时看来，物理世界是简单而优美的。
二、爱因斯坦的科学贡献 1、狭义相对论的提出
爱因斯坦的头脑里塞满了以太，量子，时间，空间 这些东西，以至于给他的孩子小汉斯拿着奶瓶喂奶时也 时常走神。而逻辑上的混乱让爱因斯坦更是无所适从。 他疲倦地从办公室回到家里，头脑里天旋地转，然而凭 直觉爱因斯坦逐步认定有种极平常的经验在作祟，究竟 是什么呢？他越想越困，眼睛慢慢快要阖上了，这时， 厨房里传来妻子米列娃的呼唤， “阿尔伯特，吃饭的时间到了，还不快收拾桌子？”
很快，即使离屋子五十米以外的地方都可以听到一声毫 无风度的嚎叫：“我的上帝，难道那个叫爱因斯坦的德国人 到底说中了？！“
在两张重叠的底片上可以清晰地看到一条笔直的星光在 穿过阴影中的太阳时，竟然发生了偏转，偏转角是1.7秒。
英国皇家学会的大厅里，坐满了英伦三岛的科学精英。他 们有的可能意识到这会是个不平凡的日子，特地换上节日 才穿的西装。 …… 但是当著名的天文学家爱丁顿勋爵，这次天文测量的总领 队出席在会场时，下面顿时静了下来。他满脸风尘，声音 低哑而且发言简短，但纵使会场离他最远的人也听清了这 样几句，“……铁一般的事实……光线弯曲了……与爱因 斯坦博士的计算结果完全一致……”
无论是赞成派还是反对派，都清楚这的确是重要的一天， 不仅二十世纪物理学的一代巨人就此崛起，而且是他，爱 因斯坦，亲手抡起大槌，将牛顿苦心创建，业已竣工百年 的经典物理学的大厦砸开第一道裂纹。 牛顿也错了？物理学就此混乱？末日就此到来？呵，依撒 克•牛顿，我们心中的神祗，我们都是你忠实的追随者，你 会怎样指示我们呢？人们纷纷把目光投向大厅正中牛顿的 巨幅画像上。 牛顿不说话，他只是高深莫测地笑着。
很快数据得到了处理，而且底片也冲出来了。 领队的教授是一个标准的英格兰绅士，虽然绅士们最推崇 沉着冷静的作风，但是教授的目光明显流露出期待和不安。当 他将湿漉漉的底片放在灯下时，很快教授先生的手连同大胡子
一个真实的故事:
都激动地抖了起来，宇宙有界还是无界，我们所属的空间平 直还是弯曲，牛顿思想胜利还是被颠覆，都取决这几张小小 的底片了。他深吸一口气，睁大了眼睛。
收入：2000万美元 职业：科学家 去世时间：1955年4月18日 终年：76岁 死因：自然死亡 爱因斯坦的天才头脑至今仍影响着各行各业，而市场玩 家们光是为他的形象每年就肯签无数张大数目支票。近来要 求购买爱因斯坦肖像权的客户数量超过其他任何名人。爱因 斯坦的姓名使用权则归耶路撒冷的希伯来大学所有，该大学 近来从迪士尼旗下一条以“爱因斯坦宝宝”为名的益智玩具 和录像产品线得到的收益也数额可观。
“爱因斯坦”无处不在
毫不夸张地说，根据爱因斯坦创立的科学理论而衍生 出的发明创造，几乎涵盖了现代文明的每一个角落。 电脑游戏、公共汽车、数码照相机……我们衣食住行 的每个细节都闪现着爱因斯坦的影子。
烟雾探测器 这里用一个假设的“你”做比喻。早晨当你从下榻的宾馆 起来，走出房间准备晨练时，请注意你头上的烟雾探测器。 它利用放射性物质镅-241释放出能量，产生一小束带电粒 子。一旦发生意外，从火焰里冒出来的烟雾与粒子束发生 反应，触动警报器自动拉响。 由于镅的原子核不稳定，一旦裂开，质量似乎就消失了一 些，因为碎片的质量比原来的原子核小。其实，镅原子的 质量根本没有消失。这是爱因斯坦告诉我们的。
中学老师给爱因斯坦的评语：“不守纪律、心不在焉、想入 非非”
学校也断言：爱因斯坦将“一事无成”并将他赶出学校。
其中历史不合格
ห้องสมุดไป่ตู้
爱因斯坦没 有通过大学 的入学考试
“幸福的人对现状太满足了，所以不大会去想到未来。另 一方面，青年人则爱致力于构想一些大胆的计划。我若有幸 考取，我就会到苏黎世联邦工业大学去读书了。我会在那里 呆上4年，学习数学和物理。我想象自己成了自然科学中这些 部门的教师，我选择了自然科学的理论部分。人们总是喜欢 做自己有能力去做的事情。何况科学职业还有某种独立性， 那正是我极喜爱的。”
但他们还是一大早就被人吵醒了，门口来了一队行装古怪 的外国人。有的操着蹩足的葡萄牙语向他们问好，有的打着 手势借水喝，更多人在忙着架设天文望远镜和照相机。
一个真实的故事: 中午时分，灿烂的阳光慢慢开始变暗，本世纪一次著名
的日全食发生了。围观的人群骚动了起来，纷纷在胸口画着十 字，有人急忙去找牧师，而那些外国人则胸有成竹地开始进行 观测。 他们是一支天文观测队，来自遥远的英国，此行的目 的是验证一个德国人的奇怪理论。
太阳能电池 假如你想用太阳能光电池为自己的居室提供能量。这些 光电池能够把太阳能转成电能，爱因斯坦在90年前发表 的一篇论文里就首次正确地分析过这一转换原理。 他发现光子具有能量。某些光子携带的能量足以克服将 电子集中于某种金属的“粘性”，这就是著名的光电效 应。
数码相机 星期天，你会和家人轻松郊游。当你打开数码相机， 准备摄下家人温馨的笑容时，要先感谢爱因斯坦。 从镜头飞进来的光子会把半导体里的电子挤走，这 同样利用了宝贵的光电效应。
（4）第四篇的论文名字很朴素，叫《论运动物体的电动力 学》。然而稍通物理学史的人都知道这是一篇惊世骇俗的 文章，它宣布了狭义相对论的诞生。
2、狭义相对论的内容
相对性原理和光速不变原理（必修3）
相对性原理： m' 光速不变原理：
m 1 v 2
c
举个例子吧，一束光向你而去,如果你乘一辆每秒20万公里 的火车去追它，按照常理可知光速每秒30万减掉你的20万， 那么你在火车测到的光速应该是10万公里每秒，顺理成章。 但是，那是错的,实际情况是，无论你选取的是什么参照系，
爱因斯坦相对论的创立是不是意味着牛顿力学的消亡？
牛顿力学研究的是宏观下物体低速运动的状态； 爱因斯坦相对论研究的是微观世界下物体高速运动的状态。 所以相对论对经典力学是修正和互补。
爱因斯坦相对论的的提出又有怎样的意义呢?
爱因斯坦的狭义相对论的创立,改变了牛顿力学的时空观 念,揭露了物质和能量的相对性,为原子能的利用奠定了理 论基础,是近代物理学的一次伟大革命。
控制X射线的能量 你长了一个肿瘤，幸亏是良性的，但因长在胸腺上，手术 后需要放射治疗。医生在为你实施放射治疗前，需要估计 X射线可能对你细胞造成的伤害，根据就是爱因斯坦的 E=mc2。 这同样是100年前爱因斯坦的重大发现：任何质量都可以 被看作是被压缩的能量。要想知道某一质量能够产生多少 能量，可以把消失的质量乘以光速的平方——那绝对是一 个天文数字！据此理论造出原子弹、氢弹的同时，也治好 了你的胸腺瘤。
宇宙中黑洞旋转引起的时空 扭曲效应，以及黑洞物质猛 烈喷发的情景。
一个真实的故事 1916年，爱因斯坦完成了长篇论文《广义相对论的基础》
爱因斯坦预言，遥远的星光如果掠过太阳表面将会发生 一点七秒的偏转。
一个真实的故事:
1919年5月29日清晨，巴西南部一个叫做索不拉尔的偏僻村庄 里。太阳刚刚升起。上帝赐予了当地人永久的宁静，在他们 眼中，世界不过是蓝天，麦田，草原，绵羊，仅此而已。甚 至刚结束的硝烟弥漫的第一次世界大战仿佛也是天边的传说。
“时间！？”宛如流星划过脑际，爱因斯坦几乎从椅 子上跳将下来。他匆匆翻开牛顿的《自然科学的哲学原 理》。在上面牛顿以确凿的口气写道： “绝对空间就其本性来说与外界任何事物毫无关系，它永 远是同一的，不动的。” “绝对的，真实的数学时间本身按其本性来说是均匀流逝 的，与外界的任何事物无关。” “在运动系和静止系坐标变换时，显然，时间是不变的。” 在一个月内，名不见经传的爱因斯坦向德国最有声望的 杂志《物理学年鉴》 发表了三篇论文。
药物 倘若你身体有点小毛病，需要药物调理。许多药物制造得 益于爱因斯坦那篇有关布朗运动的论文。 英国植物学家罗伯特·布朗最先观察到，悬浮的液体中的 微粒永远不停地做无规则运动。爱因斯坦则利用布朗运动 创立了将微观数量和宏观数量联系在一起的统计法。 直到今天，这些统计法仍是全世界药剂师必须遵循的配比 法则。