近代物理学的奠基人和革命者(优选)

面繁荣时期，各门自然科学的理
论体系纷纷建立。
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2、表现
（1）万有引力定律适用于一切天体运动和宇宙中的 所有物体。 （2）根据万有引力定律，人们准确地算出了地球的 平均密度和扁平度，正确地解释了潮汐的成因。还 在理论上首先预测了海王星的存在。
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对地球认识的变化 17
海王星和冥王星的发现
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哈雷慧星轨道的推算
现代物理 学理论的 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）
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
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近代物理学的奠基人和革命者
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■认识史上的飞跃■
1、经典力学体系创立的背景
2、诞生
（1）奥地利斯蒂芬：1879年发现黑体辐射的总能量 与其温度之间的定量关系；
（2）德国普朗克：1900年在《关于正常光谱能量分
布定律的理论》中提出量子概念。标志着量子理论
的诞生。
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黑体辐射
任何物体都具有不断辐射、吸收、 发射电磁波的本领。辐射出去的电 磁波在各个波段是不同的，也就是 具有一定的谱分布。这种谱分布与 物体本身的特性及其温度有关，因 而被称之为热辐射。为了研究，物 理学家们定义了一种理想物体—— 黑体(black body)，以此作为热辐 射研究的标准物体。
在中世纪的欧洲，亚里士多德的学说长 期被教会奉为教条。近代科学诞生后，亚 里士多德的力学不断受到质疑。
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2、伽利略的贡献
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》，把哥白尼学说推 到最终胜利的阶段。
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理性的眼光大量世界。”
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1、在光学方面，牛顿发现了日光是由 不同的颜色即不同波长的光构成的，奠 定了光谱分析的基础，制作了牛顿色盘。 他在1704年出版了《光学》一书，创 立了光的“微粒说”。 2、在热学方面也有研究成果，确定了 冷却定律。 3、在数学方面，他与莱布尼兹几乎同 时创立了微积分学，同时，他还在前人 研究基础上，建立了二项式定理。 4、在天文学领域，1671年创制了反射 望远镜，初步考察了行星的运动规律； 他还解释了潮汐现象，并预言地球不是 正球体，并由此说明了岁差现象。
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。”
这个故事形象地说明了时间和空间的相对性
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爱因斯坦的“时空弯曲”概念
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的
奠
基
量子理论的诞生
人
(从普朗克到爱因斯坦)
和 革 命 者
现代物理 学理论的 发展
相对论的建立
（爱因斯坦）
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打破绝对时间和绝对空 间，但不是对牛顿力学 的全盘否定，而是继承 和发展
2、广义相对论
1916年
（1）物质存在的现实空间是 弯曲的 （2）空间结构取决于物质的 质量和分布情况 （3）空间弯曲的程度体现为 引力场强度
第一次阐述了思维时空和 物质的分布相联系的重要 思想
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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
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量子论确实 深奥难懂，甚至 连量子论奠基人 之一的玻尔都说： “如果谁不为量 子论而感到困惑， 那他就是没有理 解量子论。”
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1999年12月，在
20世纪最后一期的
《时代》周刊中，评
出了一位“世纪人
物”。该刊称赞他为
“天才、政治难民、
人道主义者、原子弹
和宇宙迷的开启者”，
“以其伟大的思想和
——牛顿
英国著名诗人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。
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■认识史上的飞跃■
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……”
经典物理学是以日常生活中常见的低速运 动的物体为研究对象的，一旦进入光速运动时， 经典物理学的某些结论就变得不准确。
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19世纪末，物理学界连续发生了三个重大事件，这 就是X射线、放射性和电子的发现。这三大发现以实验 事实使得原子不可分、不变化的传统观念发生了动摇。 物理学家们曾认为的似乎已经基本上完成了的经典物 理学体系，从根本上出现了动摇，这就是所谓的“物 理学危机”。
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1、重大意义
（1）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。
（2）使力学和天文学在理论上 达到相当完备的程度，并且在科 学实验中得到广泛的应用和验证， 成为近代科学形成的标志。
（3）从此，科学摆脱了神学的
束缚向前发展，19世纪进入全
——牛顿临终遗言
你知道牛顿捡到了哪些“光滑的卵 石”和“美丽的贝壳”？
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3、牛顿的贡献
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1666年秋天的一个傍晚，牛顿坐在
花园的苹果树下，正在考虑一个运动的 问题。忽然一只熟透的苹果掉了下来， 正好落在牛顿的前面。这只苹果引起了 牛顿的注意。他想，苹果为什么不向天 上飞，也不向前后左右落，而偏偏垂直 地落到地面上呢？肯定是地球在吸引它。 既然地球能吸引离地面这么高的苹果树 上的苹果，那它也肯定在吸引着月亮。 经过研究、演算和论证，牛顿发现了万 有引力定律。 ——引自《科学简史》
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（1）匀速运动、匀加速运动 （2）自由落体定律
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。
（3）用自己制造的望远镜证明了哥白尼的“日
心说”
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“我好像是一个在海边玩耍 的孩子，为不时发现比通常 更光滑的卵石或更美丽的贝 壳而欢欣鼓舞，面对展现在 我面前的浩瀚的真理的海洋， 却全然没有发现。”
近代以来科学技术的辉煌
科学——指运用范畴、定理、定律等 思维形式反映现实世界各种现象的本 质和规律的知识体系。
技术——泛指根据生产实践经验和自 然科学原理而发展成的各种工艺操作 方法与技能。
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本 专 题科 总学 体革 知命 识 结技 构术
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）
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位于英国伦敦威斯敏斯特教 堂的艾撒克·牛顿勋爵墓地
“走进威斯敏斯特教堂，人们所瞻仰的不是
君王们的陵寝，而是国家为感谢那些为国增光
的最伟大人物建立的纪念碑。这便是英国人民
对于才能的尊敬。”
－－伏尔泰20
■驱走乌云的太阳■
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。”
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（1）牛顿的运动三大定律
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）牛顿的万有引力定律
（3）科学巨著《自然哲学的数学原理》总结了 他的力学体系及数学、天文学方面的研究成果。
惯性定律
经 典 力
牛顿的运动 三大定律
加速度定律
学
作用力和反作用力定律
体
系 万有引力定律 10
我之所以 能比别人看得远 些，是因为我站在 巨人们的肩上。
——《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 12
“牛顿的发现，给人类带来从未有过的
自信。曾经匍匐在上帝脚下的人类，
终于大胆地抬起头来，开始用自己的
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。
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2005世界物理年
红色——代表过去 蓝色——代表未来 黄绿——代表连结过
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
过去的物理学都以牛顿的理论为基础，认为时间 和空间是绝对的，两者是没有任何直接联系的。似乎 宇宙间存在着一个永远走动着的大钟，在任何情况下， 它的速率永远都是相同的，世界上的一切运动在时间 上都以它为度量标准。
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1、背景
（1）19世纪的物理学领域，以牛顿力学为基础，形 成了完整的理论体系；
（2）19世纪末，物理学界的重大研究课题士黑体辐 射，量子理论就是在此过程中发现的。
所谓黑体是指入射的电磁波全部 被吸收，既没有反射，也没有透射 ( 当然黑体仍然要向外辐射)。
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普朗克，生于基尔。 1879年普朗克在慕尼黑大学 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。
3、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，对整个自然 科学和哲学都产生了极其深远的影响。
量子论和相对论是现代物理学的两大支柱
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爱因斯坦与奥本海默（美国
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原子弹之父）
的见解及洞察力。
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近代物理学的发展过程
经典力学奠基者 经典力学建立者 从经典力学发展到 量子论、相对论
（17世纪初） （17世纪晚期） （19世纪末～20世纪初）
伽利略（意）
牛顿（英）
普朗克（德） 爱因斯坦（德）
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伽利略对亚里士多德
近 代 物 理 学
经典力学 体系的创 立和发展
力学观的否定
牛顿对前人科学理论 的发展
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。
无与伦比的形象独占
鳌头”。
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■爱因斯坦的“时空” ■
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。
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创立 内容
意义
1、狭义相对论
1905年《论动体的电 动力学》
（1）时间和空间都与物 质运动有关； （2）时间和空间随着物 质运动的速度的变化而 变化
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3、发展
（1）德国爱因斯坦：1905年解释光电效应，得出了 光具有波粒二象性的结论；
（2）法国德布罗意：1923年提出物质波理论； （3）奥、德物理学家：建立量子力学。
4、意义
（1）量子力学成为反映自然界基本规律的理论体系， 指导人们向无知运动的各个层面进行深入探讨；
（2）理论从根本上改变了近代物理学中的传统观念， 使物理学乃至整个自然科学的观念都发生重大变革。