第25课 现代科学革命 岳麓

此，我宁可当个修表匠！”
大亚湾核电站
“要使科学造福人类， 广岛核爆 而不成为祸害” 太阳能薄膜电池 —爱因斯坦
嫦娥二号
小结：物理学发展的过程
经典力学奠 经典力学建立 从经典力学发展到相对 基者 者 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）
19世纪“物理学危机”
迈克尔逊-莫雷实验 ：光速在不同 惯性系和不同方向上都是相同的， 由此确定了光速不变原理 紫外灾难”黑体辐射实验和理论 的不一致
经典力学的适用范围
1. 只适用于宏观物体（macroworld宏观世界） 的运动; 2. 只适用于低速运动的物质，是绝对的时空论。
一、爱因斯坦与相对论
牛顿的光辉不可抹杀
爱因斯坦说，在牛顿时代，牛顿的道 爱因斯坦的相对论是对牛顿力学的 路是一位具有最高思维能力和创造力 概括而不是否定，只否定了牛顿的绝 的人所能发现的唯一道路；牛顿所创 对时空观。牛顿力学是相对论力学在 造的概念，至今仍然指导着我们的物 低速状态下的一个特例，相对论发展 理学思想。 了牛顿力学。 谁企图在真理的认识的领域内要人们 认为他是不可动摇的权威，那他就要 在上帝的哈哈大笑中垮台。
4.量子论和相对论出现的意义：
（1）量子论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，成为20世纪最深 刻、最有成就的科学理论之一。
（2）量子论和相对论构成了现代物理学的基 础，弥补了经典力学的不足。
（3）量子论和相对论的提出，不仅推动了物 理学的进步，而且开阔了人们的视野，改变 了人们认识世界的角度和方式。
牛顿力学体系是人类认识史上对自然规律的 第一次理论概括和综合，把神从无生命领域驱 逐出去，使科学摆脱神学的束缚，引起人类认 识史上的飞跃。
• 1900年著名物理学家开尔文说:“19世纪已经 将物理大厦全部建成，今后物理学家只是 修饰和完美这所大厦。”
19世纪“物理学危机”
19世纪末三大物理学实验的发现：X射线的发现， 放射性的发现，电子的发现。经典力学无法解 释研究中遇到的一些新问题，面临着挑战。
“没有能独立思考和独立判断的有 创造性的个人，社会的向上发展是不可 想象的。” ——爱因斯坦
课堂练习：
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
相对论的创立
——爱因斯坦
艾伯特· 爱因斯坦（ 1879—1955），1879 年3月14日诞生在德国 乌尔姆的一个犹太人 家中。1894年举家迁 居意大利米兰。1900 年毕业于瑞士苏黎世 工业大学。
爱因斯坦被认为是最富于创造力的 科学家，他不但创立了相对论，还提 出了光量子的概念，得出了光电效应 的基本定律，并揭示了光的波粒二重 性本质，为量子力学的建立奠定了基 础。为此荣获1921年度的诺贝尔物理 学奖。同时，他还证明了热的分子运 动论，提出了测定分子大小的新方法。
A
5.下列物理学成就取得的先后顺序排列正确的是 ①落体定律 ②万有引力定律 ③狭义相对论 ④量子论 A. ①②③④ B. ①③②④ C. ②①④③ D. ①②④③
D
6.牛顿在科学上贡献是多方面的，最重要的是 在力学方面，下面关于牛顿的表述不正确的是 ( ） A.除了在力学方面的重大贡献外，还是微积 分的发明人之一 B.著有科学巨著《自然哲学的数学原理》 C.他推测出了海王星和冥王星的存在 D.他提出了三大定律和万有引力定律
相对论的内容
狭义相对论
打破经典力学的绝对时空观
相 对 论
广义相对论
进一步深化对时间空间和 引力现象的认识
相对论颠覆了人类 对宇宙和自然的 “常识性”观念， 提出了“时间和空 间的相对性”、 “四维时空”、 “弯曲空间”等全 新的概念。
相对论创立的意义
（1）相对论的提出是物理学领域的一次重大 革命。它否定了经典力学的绝对空间观，深 刻地揭示了时间和空间的本质属性。
量子论的诞生
1900年普朗克提出量子假说， 他认为，辐射像物质一样，是由具 有能量的基本单位量子来实现的。 这一假说宣告了量子论的诞生。
量子论的诞生与发展
1.量子论诞生的背景 2.量子论的诞生——普朗克 3.量子论的发展
（1）爱因斯坦利用量子理论成功地解释了光电效 应，进一步推动了量子论的发展。 （2）丹麦物理学家玻尔在此基础上提出了有关原 子的量子理论。 （3）20世纪30年代量子力学建立起来。
16-19世纪 近代物理学 对中世纪世 界观的怀疑 经典力学体系
自然科学 思想认识
怀疑
（背景）
19-20世纪初 现代物理学
对经典力学 体系的怀疑
探索
（成就）
相对论和量子论
自然科学
进步
（影响）
思想认识
社会发展
经济发展
敢于质疑，勇于创新，实践出真知
超光速中微子“现身” 爱因斯坦错 了？
• 欧洲核子研究中心2011年9月23日宣布，他 们发现一些粒子可能以快于光速的速度飞 行，一旦这一发现被验证为真，将颠覆支 撑现代物理学的爱因斯坦相对论。
（2）相对论发展了牛顿力学，将其概括在相 对论力学之中，推动物理学发展到一个新的 高度。
有一次卓别林和爱因斯坦共同出席一次宴 会都受到了热闹欢迎，卓别林说：大家欢 迎我是因为他们都能理解我，大家欢迎你 是因为他们都不理解你。
说明了相对论深奥难懂，而且有悖于 人们的日常生活。
狭义相对论发表100多年了，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。
二、量子理论中的微观世界
二、量子论的诞生与发展
1.量子论诞生的背景：
（1）19世纪末20世纪初，电子和放射线 的发现，打开了原子的大门，人们对物质 的认识深入到了原子内部。
（2）大量的实验表明，微观的粒子运动不 能用经典力学的理论来说明。
量子论的诞生与发展
1.量子论诞生的背景： 2.量子论的诞生 ——普朗克
19世纪“物理学危机”
第一朵乌云：“以太”说的破灭
水波的传播要有水做媒介，声波的传播要有空气做媒介，它 们离开了介质都不能传播。太阳光穿过真空传到地球上，几十 亿光年以外的星系发出的光，也穿过宇宙空间传到地球上。光 波为什么能在真空中传播？它的传播介质是什么？物理学家给 光找了个传播介质—“以太”（Ether）。 他们假定整个宇宙空间都充满了“以太”，“以太”是一种 由非常小的弹性球组成的稀薄的、感觉不到的媒介。“以太” 是光、电、磁的共同载体的概念为人们所普遍接受，形成了一 门“以太学”。
M是光源，A与B是反射镜， 让光线在MA，MB方向往返运动。
迈克尔逊—莫雷实验
地球以每秒30公里的速度 绕太阳运动，就必须会遇到 每秒30公里的“以太风”迎 面吹来，同时，它也必须对 光的传播产生影响。这个问 题的产生，引起人们去探讨 “以太风”存在与否。 1887年，实验结果证明， 不论地球运动的方向同光的 射向一致或相反，测出的光 速都相同，在地球同设想的 “以太”之间没有相对运动。 因而，根本找不到“以太” 或“绝对静止的空间”。
C
第25课 现代科学革命 芝诺悖论
芝诺悖论
阿基里斯（《荷马史诗》中的善跑英雄）永远也无 法超过在他前面慢慢爬行的乌龟。因为他必须首先到 达乌龟的出发点，而当他到达那一点时，乌龟已向前 爬到了一个新位置；当他到达乌龟的新位置时，乌龟 又向前爬了„„这样，乌龟必定总是跑在前头，阿基 里斯只能离乌龟越来越近,却永远追不上乌龟。
量子力学和狭义相 对论结合形成原子 核物理学，爱因斯 坦于20世纪初提出 质量能量公式 E=MC2。解释了核 能威力数学工具。
有高度社会责任感的人
• 1939年8月2日，爱因斯坦写信给罗斯 福总统，建议美国务必抢在德国之前制造 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
对话
19世纪经典物理学达到巅峰状态，在人们 心目中，经典物理学已经达到近乎完美的 程度。这时，年轻的普朗克和他的老师发 生了一段对话： 普朗克：“老师，我准备把我的一生都献 给物理理论学！” 老师：“年轻人，物理学是一门已经完成 了的学科，不会再有多大的发展，把一生 都献给这门学科，太可惜了。”
19世纪“物理学危机”
开尔文在1900年的演讲中说道： “动力学理论断言，热和光都 是运动的方式。但现在这一理 论的优美性和明晰性却被两朵 乌云遮蔽，显得黯然失色 了 ……(The beauty and clearness of the dynamical theory, which asserts heat and light to be modes of motion, is at present obscured by two clouds)”
A、①②③ B、②③④ C、①③④ D、①②④
2、 现代物理学的基础是 A、牛顿力学 B、相对论 C、量子假说 D、量子论、相对论
3、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
4、经典力学与中世纪的自然观和方法论相比， 最显著的特征是 ①注重实验 ②数学化 ③体现微观世界 ④经验法 A. ①② B. ①③ C. ②③ D. ①②④
第六单元 现代世界的科技与文化
文艺复兴 思想解放
----经典力学、相对 论和量子论、进化论 ----三次科技革命
科 技 历 程
科学勃兴 转化生产
进展辉煌 科技革命
第25课 现代科学革命
《自然哲学的数学原 理》三大定律和万有 引力定律标志着形成 了一经典力学体系。
牛顿（ 1643—1727）
“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，开始用自己理性的眼光打 量世界。” ——《大国崛起》
百度文库
19世纪“物理学危机”
第二朵乌云：紫外灾难 19世纪末关于黑体辐射研究中所遇到的严重困难。 为了解释黑体辐射实验的结果，物理学家瑞利和金斯 认为能量是一种连续变化的物理量，建立起在波长比 较长、温度比较高的时候和实验事实比较符合的黑体 辐射公式。但是，这个公式推出，在短波区（紫外光 区）随着波长的变短，辐射强度可以无止境地增加， 这和实验数据相差十万八千里，是根本不可能的。
普朗克（1858—1947）生于德 国基尔。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。他的 父亲是一位杰出的法律教授。 普朗克家是德国人所具有的最 好品质的范例：诚恳，忠于职 守。
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。
1905神奇的一年
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） 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）