物理学的重大进展

经典力学建 立者
从经典力学发展到相对论、 量子论
（17世纪初）
（17世纪晚 期）
（19世纪末～20世纪初）
伽利略 （意）
牛顿 （英）
爱因斯坦（德） 普朗克（德）
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思考总结——
物理学的发展给了我们什么样 的启示
▪ 敢于质疑; ▪ 勇于创新， ▪ 实践出真知
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②否定了经典力学的绝对时空观
③发展了牛顿力学
④推动物理学发展到一个新高度
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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， 后在大学任教，1914年任皇家 物理研究所所长兼柏林大学教授。 1921年获诺贝尔物理学奖。
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。
量子论和相对论是现代物理学的 两大支柱;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;
量子力学和狭义相对论结合形成原 子核物理学，指导制造原子弹 氢弹和 建立核电站。量子力学还为电子技术、 半导体技术、晶体技术和激光技术等 奠定了理论基础。
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物理学发展的过程
经典力学奠 基者
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2005世界物理年
红色——代表过去 蓝色——代表未来 黄绿——表连结过
去到未来
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;
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三 量子论的诞生与发展
1.背景：
①19C末20C初,人们对物质的认识深入到原子内部 ②微观的粒子运动不能用经典力学来解释
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牛顿 1642—1727
牛顿出生于英国的林
肯郡;1665年毕业于著名 的剑桥大学三一学院， 获得学士学位; 三年后又 获得文学硕士学位。牛 顿曾经长期担任英国皇 家学会会长，他还担任 过英国议会议员，授予 爵士称号。1727年，他 病逝，被安葬于威斯敏 斯特教堂，这是一种极 高的荣誉。
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这就是牛顿在 剑桥的苹果树
时；在快速飞行的宇宙飞船里
播放，宇宙飞船里的人测定也
是一个小时; 但是由地面上的
人员，来测定在宇宙飞船中播
放的时间呢 根据牛顿的理论，
因为时间是绝对的，所以也是
一小时；但是爱因斯坦的理论
则认为应该是一个多小时，因
为时间是相对的，在不同速度
下测量时间，长度是不一样的。
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什么是广义相对论
广义相对论是新的万有引力概念
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物 — 经典力学 理 1 背景 2.牛顿的经典力学 学 的 — 相对论的创立 重 1 背景 2.创立 3.意义 大 进 — 量子论的诞生与发展 展 1 背景 2.诞生 3.发展 4.意义
3
一．经典力学
1 产生背景：
1 文艺复兴运动的影响 2、资本主义发展提供物质基础 3、伽利略的贡献及作用 ——经典力学重要奠基者
广义相对论的重要结论是;加速运动与引力场 的运动是等价的，要区别是由惯性力或者引力 所产生的运动是不可能的;
对此，爱因斯坦作了一个的比喻。假想有一 个人乘摩天楼的电梯自由降落，人不会感到自 己在下降，因为这时电梯和人都依照重力加速 度定律在下降，彷佛在电梯里不存在地球引力。
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●相对论和经典力学有何关系
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。
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爱因斯坦根据相对论 的观点提出质能转换理 论后;曾致信美国总统8月，美国先后 在日本的广岛 长畸投 下两颗原子弹，加速了 日本法西斯的投降，但 对无辜平民的伤害也同 样令全世界震惊。
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木
1610年;伽利略用望远镜发现
星 和 它 的 伽 利
有4颗卫星围绕着木星转; 这 一发现震动了整个欧洲和全 球科学界。 伽利略是第一位利用望远镜 观察天体的人。目前人类发
略
现的16颗木星卫星中，有４
卫
颗叫伽利略卫星。
星
6
他又发现太阳上有黑子;月球上有山 脉，为哥白尼的地球绕着太阳公转的日 心说找到了有力证据; 宗教法庭把他软 禁在家，不准外出。８年多后，伽伽利 略临死前仍不屈服，坚定地说：“地球 确实在围着太阳转 ”他的努力没有白 费，越来越多的人开始探索星空和科学！
1 相对论否定了经典力学的绝对时空观； 2.相对论发展了牛顿力学;牛顿力学是相对 论力学在低速状态下的一个特例； 3.牛顿力学是整个力学的基础，牛顿所创 造的概念，至今仍指导着人们的物理学思 想;
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很抱歉推翻了您的理论
爱因斯坦曾说道：牛顿先生;
很抱歉推翻了您的理论，不过
您的成就是您那个时代一个人
2.诞生: 1900,德国物理学家普朗克 3.发展：
①爱因斯坦利用量子论成功解释了光电效应 ②丹麦玻尔提出有关原子的量子理论
4.意义：
①使人类对微观世界的基本认识取得革命性进步 ②与相对论一起,构成现代物理学的基础
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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。
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普朗克 1858—1947
普朗克生于德国基尔;
1879年在慕尼黑大学获 得博士学位后;先后在慕尼 黑大学和基尔大学任教。 由于量子论创立，普朗克 获得1918年诺贝尔物理 学奖。普朗克是德国人所 具有的最好品质的范例： 诚恳，忠于职守，他的业 余爱好是音乐，在这方面 表现了专业艺术才干；另 一项业余爱好是他一直坚 持到晚年的登山运动。 34
爱因斯坦 18791955
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狭义相对论发表100周年; 也许全世界只有几十个人能完全理解他的真谛， 但这并不能掩盖相对论对人类生活的巨大改变， 这样的改变还将继续下去;
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1905 神奇的一年
1905年;爱因斯坦26岁，接连写下4篇改变整个20世 纪物理学面貌的论文： 1 光的量子说解释光电效应 2.布朗运动（证明分子的存在） 3.狭义相对论（修正了牛顿力学） 4.质能互换律（E=mc2）
希腊的亚里士多德认为地球
是个正球体，两千年来人们
对此深信不疑。牛顿却根据
他的力学，说地球是个扁球
体，象只大桔子。此言一出，
学界哗然。地球那么大，牛
顿又从不出远门，他凭什么
说地球有点扁 可是法国科学
家经过三次实地测量，终于
证实了牛顿的看法。用力学
能算出地球的形状，真是个
奇迹。
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第二件;用牛顿力学算出了哈雷彗星回归周期长
第四单元 近代以来世界的科学发展历程
单元线索——
1 物理学领域的重大进展；
2.生物学关于人类生命的起源
3.三次科技革命的成果及对社会发展的
影响;
20192-26
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探究第：他11们课分别物是什理么学人的有重什大么进贡展献？
伽利略 牛顿 爱因斯坦 普朗克
课程标准 了解经典力学的主要内容;认识其在近 代自然科学理论发展中的历史地位;
7
科学的真理不应在 古代圣人的蒙着灰尘 的书上去找;而应该在 实验中和以实验为基 础的理论中去找;
——伽利略
近代科学之父伽俐略 8
1590年;伽俐略在斜塔的 顶层做自由落体运动实验， 让两个重量相差10倍的铁 球，同时从塔顶落下，结 果两球同时着地，因而， 雄辩地一举推翻了束缚人 们近2000年的希腊学者亚 里士多德关于重量不同的 物体，其下落的速度也不 相同的物体下落速度与重 量成正比的理论; 伽俐略 开创了实验物理的新时代， 为经典力学的创立奠定基 础。
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信不信由你：爱因斯坦小故事
关于爱因斯坦的小故事多得不胜枚 举;无论是真是假，人们对一位伟大 物理学家的崇拜是不会改变的; ●他穿的袜子左右脚常不同颜色；
●用手推车推孩子散步;竟会由于 专心思考问题，而一不小心把孩子推到水沟里；
●陪太太看电影时，却在电影院里用手电筒看书；
● 1952年，以色列共和国请爱因斯坦去担任总统，因 为爱因斯坦是犹太人心目中的精神领袖，然而他没有 接受，觉得自己的个性并不适合处理行政;
的智力和创造力所能达到的颠
峰; 但是，当我们对宇宙万物
有了更深入的了解以后，这些
观念将会被一些更抽象的新观
念所取代。
也许将来某一天，会有一位
少不更事的科学家说道：“爱
因斯坦先生，很抱歉推翻了您
的理论，不过您的成就是您那
个时代一个人的智力和创造力
所能达到的颠峰…… ”
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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;
命名为哈雷彗星。
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第三件：
用牛顿力学算出了一颗 未知行星的位置
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
科学家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，柏林天文台台长用望远镜对准那 个位置，一下子就看到了一颗新的行星—海王星。 15
牛顿家里的 苹果树
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牛顿有哪些重要贡献 其中最重要的是什么？
▪ 数学：二项式定理;微积分
▪ 光学：发现太阳光的光谱，微粒说
▪ 天文学：发明反射式望远镜等
▪ 力学： 自然哲学的数学原理 物体运动三大定律；万有引力定律 ——形成经典力学体系
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历史上证实牛顿 力学的三件事
第一件;用牛顿力学算出
地球的形状象只桔子; 古
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寻找本世纪爱因斯坦;再创科学奇迹
为纪念爱因斯坦对物理学的贡献;联合国教科文组
织特选定相对论发表100周年暨爱因斯坦逝世50周年
的05年为世界物理年，许多国家更将2005年定为爱
因斯坦年; 并透过展示物理在经济技术文化等方面的
重要作用，争取公众对物理学的理解与支持，期使物
理学能在21世纪得到全新的发展。
1727年3月20日; 伟大的牛顿逝世，他 被埋葬在威斯敏斯特 教堂，在他的墓碑上 镌刻着：
让人们欢呼这样 一位多么伟大的人类 荣耀曾经在世界上存 在
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二 相对论的创立
1.创立背景：
经典力学无法解释一些新问题
2.创立：20C初;爱因斯坦
——狭义相对论;广义相对论
3.意义：
①是物理学领域的一次重大革命
1916年，爱因斯坦发表了广义相对论基础，最具创 见也是最伟大的贡献： 5.广义相对论（取代了牛顿的万有引力理论）
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爱因斯坦1905年提出的相对论;后来称作狭义相对
论，以光速永不改变 相对性原则来推论，得到时间会
因速度快慢而改变的结论;
什么是狭义相对论
相对论的例子：一卷录音带;
如果在地面上播放需要一个小
2 牛顿经典力学
①基础: 伽利略的研究成果
②创立: 1687, 自然哲学的数学原理 物体运动三大定律和万有引力定律
③意义: 对解释和预见物理现象有决定意义 4
伽利略1564—1642;伟大的
意大利物理学家和天文学家， 他开创了以实验事实为根据 并具有严密逻辑体系和数学 表述形式的近代科学，被誉 为近代科学之父; 他第一个 把望远镜对准天空进行观测， 出版了 星空使者一书。 1632年，他出版了《关于托 勒密和哥白尼两大世界体系 的对话》，把哥白尼的学说 推到了最终胜利的阶段。
期以来到，人们一直认为彗星是神秘的，根本不能用
科学来说明; 牛顿说，既然彗星也是天体，就必然遵循
力学规律。他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。哈雷1705年发表这
个预言，当时他已49岁，却要预言53年以后的事，岂
非耸人听闻 可是1758年这颗彗星果然如期出现，并被