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1、1專題七專題七 近代以來科學技術(shù)的輝煌近代以來科學技術(shù)的輝煌導語導語（一）本專題主要涉及的問題（一）本專題主要涉及的問題（二）涉及的主要理論問題（二）涉及的主要理論問題（三）學習思考（三）學習思考 為什么為什么15世紀下半葉以后西世紀下半葉以后西方的科學技術(shù)取得了輝煌的成就？方的科學技術(shù)取得了輝煌的成就？2一、近代物理學的奠基人和革命者一、近代物理學的奠基人和革命者 課標要求課標要求 了解經(jīng)典力學的主要內(nèi)容，了解經(jīng)典力學的主要內(nèi)容，認識其在近代自然科學理論發(fā)認識其在近代自然科學理論發(fā)展中的歷史地位。知道相對論、展中的歷史地位。知道相對論、量子論的主要內(nèi)容，認識其意量子論的主要內(nèi)容，認識其意義。

2、義。3伽利略伽利略（15641642），偉大的），偉大的意大利物理學家和天文學家，他意大利物理學家和天文學家，他開創(chuàng)了以實驗事實為根據(jù)并具有開創(chuàng)了以實驗事實為根據(jù)并具有嚴密邏輯體系和數(shù)學表述形式的嚴密邏輯體系和數(shù)學表述形式的近代科學，被譽為近代科學，被譽為“近代科學之近代科學之父父”。他第一個把望遠鏡對準天。他第一個把望遠鏡對準天空進行觀測，出版了空進行觀測，出版了星空使者星空使者一書。一書。1632年，他出版了年，他出版了關(guān)于關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體系的托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話對話，把哥白尼的學說推到了，把哥白尼的學說推到了最終勝利的階段。最終勝利的階段。4(1)伽利略對亞里士多

3、德力學觀的否定伽利略對亞里士多德力學觀的否定 亞里士多德的力學觀：必須有亞里士多德的力學觀：必須有力作用在物體上，物體才能運動，力作用在物體上，物體才能運動，沒有力的作用，物體就會靜止。沒有力的作用，物體就會靜止。 伽利略通過觀察、實驗和推理，伽利略通過觀察、實驗和推理，得出結(jié)論：得出結(jié)論： 如果運動物體不受阻礙，它將如果運動物體不受阻礙，它將速度保持不變地速度保持不變地持續(xù)運動持續(xù)運動下去。下去。5（2）開創(chuàng)科學的研究方法：）開創(chuàng)科學的研究方法：伽利略的折射式望遠鏡伽利略的折射式望遠鏡伽利略的手稿伽利略的手稿 1609年，伽利略創(chuàng)制了天文望遠鏡。他觀年，伽利略創(chuàng)制了天文望遠鏡。他觀測到月球表

4、面凹凸不平，并繪制了第一幅月測到月球表面凹凸不平，并繪制了第一幅月面圖。面圖。觀察、實驗觀察、實驗和推理。和推理。6（3）突出成就）突出成就 創(chuàng)立了創(chuàng)立了自由落體自由落體定律，從定律，從而推翻了而推翻了亞里士多亞里士多德的學說。德的學說。意大利的比薩斜塔意大利的比薩斜塔72。牛頓對前人科學理論的發(fā)展。牛頓對前人科學理論的發(fā)展（1 1）科學巨著）科學巨著 自然自然哲學的數(shù)學哲學的數(shù)學原理原理總結(jié)總結(jié)了牛頓力學了牛頓力學體系以及在體系以及在數(shù)學、天文數(shù)學、天文學方面的研學方面的研究成果。究成果。牛頓（牛頓（ 16421727）牛頓出生于英國牛頓出生于英國的林肯郡，牛頓的林肯郡，牛頓曾經(jīng)長期擔任英曾

5、經(jīng)長期擔任英國皇家學會會長，國皇家學會會長，授予爵士稱號。授予爵士稱號。1727年，他病逝，年，他病逝，被安葬于威斯敏被安葬于威斯敏斯特教堂，這是斯特教堂，這是一種極高的榮譽。一種極高的榮譽。89慣性定律慣性定律加速度定律加速度定律作用和反作用定律作用和反作用定律萬有引力定律萬有引力定律牛頓牛頓運動運動三定三定律律經(jīng)典力學體系經(jīng)典力學體系 （2 2）經(jīng)典力學體系的主要內(nèi)容）經(jīng)典力學體系的主要內(nèi)容10（3）經(jīng)典力學體系的歷史地位）經(jīng)典力學體系的歷史地位理論：理論：牛頓力學體系正確地反映了宏觀物體低速運動的客觀規(guī)牛頓力學體系正確地反映了宏觀物體低速運動的客觀規(guī)律，對自然界的力學現(xiàn)象做出了系統(tǒng)、合理

6、的說明，從而完成律，對自然界的力學現(xiàn)象做出了系統(tǒng)、合理的說明，從而完成了人類對自然界認識史上的第一次理論大綜合。了人類對自然界認識史上的第一次理論大綜合。影響：影響：經(jīng)典力學體系的建立標志著近代科學的形成；從此科學經(jīng)典力學體系的建立標志著近代科學的形成；從此科學擺脫了神學的束縛向前發(fā)展。擺脫了神學的束縛向前發(fā)展。實踐：實踐：根據(jù)萬有引力定律，人們準確地算出地球的平均密度和根據(jù)萬有引力定律，人們準確地算出地球的平均密度和扁平率；正確地解釋了潮汐的成因；還發(fā)現(xiàn)了海王星。扁平率；正確地解釋了潮汐的成因；還發(fā)現(xiàn)了海王星。11海王星和冥海王星和冥王王星的發(fā)現(xiàn)星的發(fā)現(xiàn)12牛頓（牛頓（1642-172716

7、42-1727）著作：著作：自然哲學自然哲學的數(shù)學原理的數(shù)學原理（16871687）他提出了物體機械他提出了物體機械運動的三大定律和運動的三大定律和萬有引力定律，創(chuàng)萬有引力定律，創(chuàng)建牛頓力學體系。建牛頓力學體系。13 質(zhì)疑與思考：經(jīng)典力學體系是最質(zhì)疑與思考：經(jīng)典力學體系是最完美的物理學理論嗎？完美的物理學理論嗎？ 19 19世紀末，面對經(jīng)典物理學近乎完世紀末，面對經(jīng)典物理學近乎完美的發(fā)展，有的物理學家表示：美的發(fā)展，有的物理學家表示：“1919世世紀已經(jīng)將物理大廈全部建成，今后物理紀已經(jīng)將物理大廈全部建成，今后物理學家只是修飾和完美這座大廈。學家只是修飾和完美這座大廈?！?高速運動的微觀粒子發(fā)

8、生的現(xiàn)高速運動的微觀粒子發(fā)生的現(xiàn)象，是經(jīng)典力學無法解釋的！象，是經(jīng)典力學無法解釋的！ 14（二）驅(qū)走烏云的太陽（二）驅(qū)走烏云的太陽（量子理論的誕生）（量子理論的誕生）1量子理論的誕生量子理論的誕生2量子理論的發(fā)展量子理論的發(fā)展3量子論和量子力學的意義量子論和量子力學的意義151量子理論的誕生量子理論的誕生（1）基礎(chǔ)：）基礎(chǔ)：（2）誕生：）誕生： 奧地利物理學家斯蒂芬對黑體的研奧地利物理學家斯蒂芬對黑體的研究成果。究成果。 1900年，德國物理學家普朗克提出了年，德國物理學家普朗克提出了量子概念。并在量子概念。并在關(guān)于正常光譜能量分布關(guān)于正常光譜能量分布定律的理論定律的理論中，闡述了這一思想，中

9、，闡述了這一思想，標志標志著量子理論的誕生。著量子理論的誕生。16 普朗克普朗克，生于基爾。，生于基爾。18791879年年普朗克在慕尼黑大學獲得博士學普朗克在慕尼黑大學獲得博士學位后，先后在慕尼黑大學和基爾位后，先后在慕尼黑大學和基爾大學任教。由于量子論創(chuàng)立，普大學任教。由于量子論創(chuàng)立，普朗克獲得朗克獲得19181918年諾貝爾物理學獎。年諾貝爾物理學獎。他的父親是一位杰出的法律教授。他的父親是一位杰出的法律教授。普朗克是德國人所具有的最好品普朗克是德國人所具有的最好品質(zhì)的范例：誠懇、忠于職守，他質(zhì)的范例：誠懇、忠于職守，他的業(yè)余愛好是音樂，在這方面表的業(yè)余愛好是音樂，在這方面表現(xiàn)了專業(yè)藝術(shù)

10、才干；另一項業(yè)余現(xiàn)了專業(yè)藝術(shù)才干；另一項業(yè)余愛好是他一直堅持到晚年的登山愛好是他一直堅持到晚年的登山運動。運動。 172量子理論的發(fā)展量子理論的發(fā)展（1 1）德國愛因斯坦：）德國愛因斯坦：將量子理論推將量子理論推廣到光學中，成功解釋了光電效應(yīng)，廣到光學中，成功解釋了光電效應(yīng)，得出光具有波粒二象性的結(jié)論。得出光具有波粒二象性的結(jié)論。（2 2）法國德布羅意：）法國德布羅意：提出物質(zhì)波理提出物質(zhì)波理論。論。（3 3）數(shù)年后，）數(shù)年后，奧地利、德國奧地利、德國的物理的物理學家建立了量子力學。學家建立了量子力學。183量子論和量子力學的意義量子論和量子力學的意義（1 1）量子力學標志著人類對客觀規(guī)）量子

11、力學標志著人類對客觀規(guī)律的認識，開始從律的認識，開始從宏觀世界宏觀世界深入到深入到微觀世界微觀世界。（2 2）量子理論讓人們從）量子理論讓人們從根本上根本上改變改變了近代物理學中的傳統(tǒng)觀念，使物了近代物理學中的傳統(tǒng)觀念，使物理學乃至整個自然科學的觀念都發(fā)理學乃至整個自然科學的觀念都發(fā)生了生了重大變革重大變革。19（三）愛因斯坦的（三）愛因斯坦的“時空時空”（相對論的建立）（相對論的建立）1狹義相對論狹義相對論2廣義相對論廣義相對論3相對論建立的意義相對論建立的意義20狹義相對論發(fā)表狹義相對論發(fā)表100100周年，周年，也許全世界只有幾十個人能完全理解他的真諦，也許全世界只有幾十個人能完全理解他

12、的真諦，但這并不能掩蓋相對論對人類生活的巨大改變。但這并不能掩蓋相對論對人類生活的巨大改變。 211狹義相對論狹義相對論（1）提出：）提出：（2）內(nèi)容：）內(nèi)容：（3）認識：）認識： 19051905年，愛因斯坦發(fā)表年，愛因斯坦發(fā)表論動體的電論動體的電動力學動力學，創(chuàng)立狹義相對論。，創(chuàng)立狹義相對論。 相對性原理和光速不變原理；時間和相對性原理和光速不變原理；時間和空間都與物質(zhì)的運動有關(guān)，隨著物質(zhì)運動空間都與物質(zhì)的運動有關(guān)，隨著物質(zhì)運動速度的變化而變化。（速度的變化而變化。（E=mc2E=mc2） 否認了牛頓力學的絕對時空觀點，是否認了牛頓力學的絕對時空觀點，是對牛頓力學的繼承和發(fā)展。對牛頓力學的

13、繼承和發(fā)展。22“天上方一日，人間已一年天上方一日，人間已一年” 乘坐乘坐“光子火箭光子火箭”的星際旅行的星際旅行 乘坐乘坐“光子火箭光子火箭”以光速作以光速作星際旅行，回到地球時，我們會星際旅行，回到地球時，我們會發(fā)現(xiàn)什么變化？發(fā)現(xiàn)什么變化？23 這個故事形象地說明了時間和空間這個故事形象地說明了時間和空間的相對性。的相對性。 愛因斯坦關(guān)于相對論的比喻。愛因斯坦關(guān)于相對論的比喻。 為了對這一深奧的理論做通俗的說明，愛為了對這一深奧的理論做通俗的說明，愛因斯坦曾經(jīng)風趣地對一名男青年說：因斯坦曾經(jīng)風趣地對一名男青年說：“我打個我打個比方，比如你屁股坐在火爐上烤和坐在公園柳比方，比如你屁股坐在火爐

14、上烤和坐在公園柳蔭下與女士談情說愛，那么，同樣的時間你覺蔭下與女士談情說愛，那么，同樣的時間你覺得哪一個更長？得哪一個更長？”男青年說：男青年說：“當然坐在火爐當然坐在火爐上烤的時間覺得長久。上烤的時間覺得長久?！睈垡蛩固拐f：愛因斯坦說：“這就這就是我的相對論內(nèi)容。是我的相對論內(nèi)容。”242廣義相對論廣義相對論（1）提出：）提出：（2）內(nèi)容：）內(nèi)容：（3）認識：）認識： 1916 1916年，愛因斯坦把狹義相對論推廣到年，愛因斯坦把狹義相對論推廣到加速運動的參考系中，建立了廣義相對論。加速運動的參考系中，建立了廣義相對論。 物質(zhì)存在的現(xiàn)實空間不是平坦的，而是物質(zhì)存在的現(xiàn)實空間不是平坦的，而是彎

15、曲的；彎曲的；空間彎曲的程度體現(xiàn)為引力場強度；空間彎曲的程度體現(xiàn)為引力場強度；時間、空間不是獨立的實在，它們是物質(zhì)存時間、空間不是獨立的實在，它們是物質(zhì)存在的形式。在的形式。 它第一次闡述了四維時空和物質(zhì)的分布它第一次闡述了四維時空和物質(zhì)的分布相聯(lián)系的重要思想。相聯(lián)系的重要思想。25愛因斯坦的愛因斯坦的“時空彎曲時空彎曲”概念概念263相對論建立的意義相對論建立的意義（1 1）愛因斯坦相對論的建立，是對近代物理學理論框架的重）愛因斯坦相對論的建立，是對近代物理學理論框架的重大突破，它不僅大突破，它不僅揭示了空間、時間的可變性揭示了空間、時間的可變性，時空的變化和時空的變化和時空結(jié)構(gòu)同物質(zhì)的運動

16、和狀態(tài)密不可分時空結(jié)構(gòu)同物質(zhì)的運動和狀態(tài)密不可分。（2 2）這種全新的時空觀、運動觀和物質(zhì)觀的形成，是）這種全新的時空觀、運動觀和物質(zhì)觀的形成，是人類思人類思想發(fā)展史中的一次根本性變革想發(fā)展史中的一次根本性變革，對整個自然科學和哲學都產(chǎn)，對整個自然科學和哲學都產(chǎn)生了深遠的影響。生了深遠的影響。（3 3）相對論）相對論同量子理論同量子理論一起，構(gòu)成了一起，構(gòu)成了現(xiàn)代物理學的基本理論現(xiàn)代物理學的基本理論框架框架。2728相對論的現(xiàn)實意義舉例相對論的現(xiàn)實意義舉例相對論能相對論能修正修正GPSGPS（全球定位系統(tǒng)）（全球定位系統(tǒng)） 全球定位系統(tǒng)全球定位系統(tǒng)GPSGPS的應(yīng)用也已的應(yīng)用也已普及化了，許多

17、城市的公共汽車、出租車普及化了，許多城市的公共汽車、出租車上都安裝了它。早期的上都安裝了它。早期的GPSGPS接收器確定物體接收器確定物體位置的誤差是在位置的誤差是在1515米范圍內(nèi)，這個誤差可米范圍內(nèi)，這個誤差可以用愛因斯坦相對論來修正。以用愛因斯坦相對論來修正。29成功的秘訣成功的秘訣 一個愛說廢話而不愛用功的青年，整天一個愛說廢話而不愛用功的青年，整天纏著大科學家愛因斯坦，要他公開成功的纏著大科學家愛因斯坦，要他公開成功的秘訣。愛因斯坦厭煩了，便寫了一秘訣。愛因斯坦厭煩了，便寫了一 個公式個公式給他：給他：Axyz 愛因斯坦解釋道：愛因斯坦解釋道：“A代表成功，代表成功，x代表艱苦的勞動

18、，代表艱苦的勞動，y代表代表正確的方法正確的方法” “z代表什么？代表什么？”青年迫青年迫不及待地問。不及待地問?！按砩僬f廢話。代表少說廢話?！睈垡蛩箰垡蛩固拐f坦說30相對論與牛頓力學的關(guān)系怎樣？相對論與牛頓力學的關(guān)系怎樣？ 相對論相對論打破打破了牛頓以來傳統(tǒng)的了牛頓以來傳統(tǒng)的絕對絕對時空觀時空觀，但，但并非全盤否定并非全盤否定牛頓力學。牛牛頓力學。牛頓力學反映的是頓力學反映的是宏觀物體低速運動的客宏觀物體低速運動的客觀規(guī)律觀規(guī)律，而狹義相對論反映的是，而狹義相對論反映的是物體高物體高速運動的客觀規(guī)律速運動的客觀規(guī)律，是對牛頓力學的，是對牛頓力學的繼繼承和發(fā)展承和發(fā)展。牛頓力學是相對論的一種

19、。牛頓力學是相對論的一種特特例例（物體低速運動狀態(tài)），包括在相對（物體低速運動狀態(tài)），包括在相對論體系中。論體系中。31經(jīng)典力學經(jīng)典力學體系的創(chuàng)體系的創(chuàng)立和發(fā)展立和發(fā)展量子理論的誕生量子理論的誕生(從從普朗克到愛因斯坦普朗克到愛因斯坦) 相 對 論 的 建 立相 對 論 的 建 立（愛因斯坦愛因斯坦）現(xiàn)代物理現(xiàn)代物理學理論的學理論的發(fā)展發(fā)展小結(jié)小結(jié)近代物理學的奠基人和革命者近代物理學的奠基人和革命者伽利略對亞里士多德伽利略對亞里士多德力學觀的否定力學觀的否定 牛頓牛頓對前人科學理論對前人科學理論的發(fā)展的發(fā)展 32（一）巨人肩上的思索（一）巨人肩上的思索（經(jīng)典力學體系的創(chuàng)立和發(fā)展）（經(jīng)典力學體系

20、的創(chuàng)立和發(fā)展）1經(jīng)典力學的奠基者經(jīng)典力學的奠基者意大利意大利科學家伽利略科學家伽利略（1）伽利略對亞里士多德力學觀的否定）伽利略對亞里士多德力學觀的否定（2）開創(chuàng)科學的研究方法）開創(chuàng)科學的研究方法（3）突出成就）突出成就2牛頓對前人科學理論的發(fā)展牛頓對前人科學理論的發(fā)展33 牛頓撿到了哪些牛頓撿到了哪些“光滑的石子光滑的石子”和和“美麗的貝殼美麗的貝殼”？ “我好像是一個在海邊玩耍的孩子，不時我好像是一個在海邊玩耍的孩子，不時為拾到比通常更光滑的石子或更美麗的貝為拾到比通常更光滑的石子或更美麗的貝殼而歡欣鼓舞，而展現(xiàn)在我面前的是完全殼而歡欣鼓舞，而展現(xiàn)在我面前的是完全未探明的真理之海。未探明的

21、真理之海?！?牛頓臨終遺言牛頓臨終遺言34牛頓的成就與前人研究成果的關(guān)系牛頓的成就與前人研究成果的關(guān)系 “巨人肩上的思索巨人肩上的思索” 牛頓曾謙遜地說：牛頓曾謙遜地說：“如果我比別如果我比別人看得遠些，那是因為我站在巨人們?nèi)丝吹眠h些，那是因為我站在巨人們的肩上。的肩上?！?近代科學在否定中發(fā)展，在繼承中近代科學在否定中發(fā)展，在繼承中發(fā)展，在綜合中發(fā)展發(fā)展，在綜合中發(fā)展351創(chuàng)立了自由落體定律，從而推翻了亞里創(chuàng)立了自由落體定律，從而推翻了亞里斯多德的學說的是（斯多德的學說的是（ ） A、伽利略、伽利略 B、牛頓、牛頓 C、愛因斯坦、愛因斯坦 D、普朗克、普朗克2近代科學進入了全面繁榮的時代，各

22、門近代科學進入了全面繁榮的時代，各門自然科學的理論體系紛紛建立起來是在（自然科學的理論體系紛紛建立起來是在（ ） A 、17世紀世紀 B 、18世紀世紀 C 、19世紀世紀 D 、20世紀世紀A C 363實現(xiàn)了自然科學第一次理論性大綜合的是（實現(xiàn)了自然科學第一次理論性大綜合的是（ ） A、哈維的血液循環(huán)學說、哈維的血液循環(huán)學說 B、法拉第的電磁感應(yīng)理論、法拉第的電磁感應(yīng)理論 C、牛頓的經(jīng)典力學體系、牛頓的經(jīng)典力學體系 D、愛因斯坦的相對論、愛因斯坦的相對論4指出指出“物質(zhì)間所存在的萬有引力，是由于物質(zhì)的存在和分物質(zhì)間所存在的萬有引力，是由于物質(zhì)的存在和分布使時間和空間的性質(zhì)不均勻而引起的布使

23、時間和空間的性質(zhì)不均勻而引起的”是（是（ ）A、牛頓力學理論、牛頓力學理論 B、萬有引力理論、萬有引力理論 C、廣義相對論、廣義相對論 D、狹義相對論、狹義相對論C C 375同相對論理論一起，構(gòu)成了現(xiàn)代物理學的基本理論框架同相對論理論一起，構(gòu)成了現(xiàn)代物理學的基本理論框架的是（的是（ ） A、萬有引力定律、萬有引力定律 B、日心說、日心說 C、量子理論、量子理論 D、牛頓力學理論、牛頓力學理論6近代自然科學同古代科學相比的主要特征是（近代自然科學同古代科學相比的主要特征是（ ）實驗驗證實驗驗證 直觀感受直觀感受 數(shù)學表達數(shù)學表達 哲學思維哲學思維 A、 B、 C、 D、C B 387 19世紀

24、，英國科學家開爾文認世紀，英國科學家開爾文認為物理學晴朗的天空中還留有為物理學晴朗的天空中還留有“兩兩朵烏云朵烏云”，這里，這里“烏云烏云”是指是指（ ）熱學的黑體研究熱學的黑體研究 量子理論研量子理論研究究 光學中的光學中的“以太以太”研究研究 相對論的研究相對論的研究A、 B、 C、 D、B 398使物理學乃至整個自然科學的觀念都發(fā)生了重大變革的使物理學乃至整個自然科學的觀念都發(fā)生了重大變革的科學成就是（科學成就是（ ）A、經(jīng)典力學、經(jīng)典力學 B、量子理論、量子理論 C、狹義相對論、狹義相對論 D、廣義相對論、廣義相對論9解釋尺縮效應(yīng)和鐘慢效應(yīng)的科學理論是（解釋尺縮效應(yīng)和鐘慢效應(yīng)的科學理論是（ ）A、牛頓的力學體系、牛頓的力學體系 B、萬有引力定律、萬有引力定律 C、量子理論、量子理論 D、相對論、相對論 B D