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1、近代以來科學技術的輝煌近代以來科學技術的輝煌專題七專題七 的的 第一課第一課經典力學經典力學體系的創(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）現代物理現代物理學理論的學理論的發(fā)展發(fā)展本課本課知識結構知識結構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 牛頓對前人科學理論牛頓對前人科學理論的發(fā)展的發(fā)展 1 1、伽利略伽利略對亞里士多德力學觀的否定對亞里士多德力學觀的否定（一）經典力學體系的創(chuàng)立和發(fā)展（一）經典力

2、學體系的創(chuàng)立和發(fā)展2 2、牛頓牛頓對前人科學理論的發(fā)展對前人科學理論的發(fā)展（1 1）經典力學體系的主要內容）經典力學體系的主要內容（2 2）經典力學體系的歷史地位）經典力學體系的歷史地位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物理運動物理運動三大定律三大定律1.萬有引力萬有引力定律定律2.經典力學體系經典力學體系2 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（1 1）經典力學體系的主要內容）經典力學體系的主要內容 牛頓力學體系及數學、牛頓力學體系及數學、天文學方面的研究成果記天文學方面的研究成果記載在他的科學巨著載在他的科學巨著自然自然哲學的數學原理哲學

3、的數學原理中。中。（2 2）經典力學體系的歷史地位）經典力學體系的歷史地位 理論的綜合理論的綜合：牛頓力學體系對自然界的力學現：牛頓力學體系對自然界的力學現象做出了系統(tǒng)、合理的說明，從而完成了人類對自象做出了系統(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。然界認識史上的第一次理論大綜合。 經典力學體系的建立經典力學體系的建立標志著近代科學的形成標志著近代科學的形成。 實踐的驗證實踐的驗證：根據萬有引力定律，人們準確地算：根據萬有引力定律，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出地球的平均密度和扁平率，正確地解釋了潮汐的成因。根據這一定律，人們還發(fā)現了海王星

4、、冥王成因。根據這一定律，人們還發(fā)現了海王星、冥王星。星。（二）量子理論的誕生（二）量子理論的誕生1 1、普朗克提出量子假說。、普朗克提出量子假說。2 2、愛因斯坦提出光的量子理論。、愛因斯坦提出光的量子理論。3 3、量子論的意義、量子論的意義 量子力學標志著人類對客觀規(guī)律的認識，量子力學標志著人類對客觀規(guī)律的認識，開始從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。今天，我們的現代文明，從電腦，電視，今天，我們的現代文明，從電腦，電視，手機到核能，航天，生物技術，幾乎沒有哪個手機到核能，航天，生物技術，幾乎沒有哪個領域不依賴于量子論。領域不依賴于量子論。 （三）相對論的建立（三）相對論

5、的建立 1 1、狹義相對論。、狹義相對論。 19051905年，愛因斯坦發(fā)表了年，愛因斯坦發(fā)表了論動體的電動力論動體的電動力學學，創(chuàng)立了狹義相對論。，創(chuàng)立了狹義相對論。狹義相對論認為：時間和空間都與物質的運動有狹義相對論認為：時間和空間都與物質的運動有關，隨著物質運動速度的變化而變化。關，隨著物質運動速度的變化而變化。狹義相對論的基礎：狹義相對論的基礎：相對性原理相對性原理 光速不變原理光速不變原理2 2、廣義相對論、廣義相對論 19161916年，愛因斯坦又建立了廣義相對論。年，愛因斯坦又建立了廣義相對論。 廣義相對論認為，物質存在的現實空間不是廣義相對論認為，物質存在的現實空間不是平坦的，

6、而是彎曲的，空間的結構取決于物質的平坦的，而是彎曲的，空間的結構取決于物質的質量及其分布情況，質量及其分布情況，空間彎曲空間彎曲的程度體現為引力的程度體現為引力場強度。場強度。 廣義相對論第一次闡述了廣義相對論第一次闡述了四維時空和物質的四維時空和物質的分布相聯系分布相聯系的重要思想。的重要思想。 相對論打破了牛頓以來傳統(tǒng)的絕對時空觀，相對論打破了牛頓以來傳統(tǒng)的絕對時空觀，但并非全盤否定牛頓力學。但并非全盤否定牛頓力學。牛頓力學牛頓力學反映的是反映的是宏宏觀物體低速運動觀物體低速運動的客觀規(guī)律，而的客觀規(guī)律，而狹義相對論狹義相對論反映反映的是的是物體高速運動物體高速運動的客觀規(guī)律，是對牛頓力學

7、的的客觀規(guī)律，是對牛頓力學的繼承和發(fā)展。牛頓力學是相對論的一種特例（物繼承和發(fā)展。牛頓力學是相對論的一種特例（物體低速運動狀態(tài)），包括在相對論體系中。體低速運動狀態(tài)），包括在相對論體系中。3 3、相對論與牛頓力學的關系：、相對論與牛頓力學的關系：4 4、相對論建立的意義、相對論建立的意義 愛因斯坦相對論的建立，是對近代物理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，它不僅揭示了空間、學理論框架的重大突破，它不僅揭示了空間、時間的可變性，時空的變化和時空結構同物時間的可變性，時空的變化和時空結構同物質的運動和狀態(tài)密不可分。質的運動和狀態(tài)密不可分。 這種全新的這種全新的時空觀、運動觀和

8、物質觀時空觀、運動觀和物質觀的的形成，是人類思想發(fā)展史中的一次根本性變形成，是人類思想發(fā)展史中的一次根本性變革，對整個自然科學和哲學都產生了極其深革，對整個自然科學和哲學都產生了極其深遠的影響。遠的影響。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 亞里士多德的力學觀：必須有力作用在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，沒有力的作用，物物體上，物體才能運動，沒有力的作用，物體就會靜止。如：體就會靜止。如：“推箱子推箱子”的例子的例子 伽利略通過觀察、實驗和推理，得出伽利略通過觀察、實驗和推理，得出結論：如果運動物體不受阻礙，它將速度結論：如果運動物體不受阻礙，

9、它將速度保持不變地保持不變地持續(xù)運動持續(xù)運動下去。下去。對地球認識的變化對地球認識的變化海王星和冥王星的發(fā)現海王星和冥王星的發(fā)現哈雷慧星軌道的推算哈雷慧星軌道的推算 長期以來，人們一直認為彗星是神秘的，不吉利的災星，長期以來，人們一直認為彗星是神秘的，不吉利的災星，根本不能用科學來說明。牛頓的好友哈雷用牛頓力學算出了根本不能用科學來說明。牛頓的好友哈雷用牛頓力學算出了16821682年出現的彗星的軌道，指出它的回歸周期是年出現的彗星的軌道，指出它的回歸周期是75757676年，年，由此預言它將在由此預言它將在17581758年再次出現。年再次出現。5353年以后的年以后的17581758年（當

10、時年（當時哈雷已去世），這顆彗星果然如期出現。哈雷慧星的發(fā)現驗哈雷已去世），這顆彗星果然如期出現。哈雷慧星的發(fā)現驗證了萬有引力定律的科學性。證了萬有引力定律的科學性。 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“美麗的美麗的貝殼貝殼”？ “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，而展現在我面前的是完全殼而歡欣鼓舞，而展現在我面前的是完全未探明的真理之海。未探明的真理之海?！?牛頓臨終遺言牛頓臨終遺言 英國著名的哲學家休謨曾說：英國著名的哲學家休謨曾說：“我們被放在這有

11、如我們被放在這有如戲院的世界上，每個事件的起源和緣由卻完全隱瞞不讓戲院的世界上，每個事件的起源和緣由卻完全隱瞞不讓我們知道，我們既沒有足夠的智慧預見未來，也沒有能我們知道，我們既沒有足夠的智慧預見未來，也沒有能力防止那些使我們不斷受傷害的不幸事件發(fā)生。我們被力防止那些使我們不斷受傷害的不幸事件發(fā)生。我們被懸掛在永恒的疑懼之中懸掛在永恒的疑懼之中” ” 大國崛起大國崛起解說詞解說詞 三百年前，人類的思想還充斥著迷信和恐懼，水為三百年前，人類的思想還充斥著迷信和恐懼，水為什么往低處流？太陽為什么升起落下？這些今天看來簡什么往低處流？太陽為什么升起落下？這些今天看來簡單之極的問題，在當時卻是根本無法

12、認識和把握的。直單之極的問題，在當時卻是根本無法認識和把握的。直到牛頓出現，人類才終于結束了這種狀態(tài)。到牛頓出現，人類才終于結束了這種狀態(tài)。 大國崛起大國崛起解說詞解說詞牛頓的成就與前人研究成果的關系牛頓的成就與前人研究成果的關系 “ “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：“如果我比別人看得如果我比別人看得遠些，那是因為我站在巨人們的肩上。遠些，那是因為我站在巨人們的肩上?！?” 近代科學在否定中發(fā)展，在繼承中發(fā)展，在綜合近代科學在否定中發(fā)展，在繼承中發(fā)展，在綜合中發(fā)展中發(fā)展 質疑與思考：經典力學體系是最完美的物理質疑與思考：經典力學體系是最完美的物理學理論嗎？學理

13、論嗎？ 19 19世紀末，面對經典物理學近乎完美世紀末，面對經典物理學近乎完美的發(fā)展，有的物理學家表示：的發(fā)展，有的物理學家表示：“1919世紀已世紀已經將物理大廈全部建成，今后物理學家只經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。是修飾和完美這座大廈?！?高速運動的微觀粒子發(fā)生的現象，高速運動的微觀粒子發(fā)生的現象，是經典力學無法解釋的！是經典力學無法解釋的！ 量子論確實深奧難懂，甚至連量子量子論確實深奧難懂，甚至連量子論奠基人之一的玻爾都說：論奠基人之一的玻爾都說：“如果誰不如果誰不為量子論而感到困惑，那他就是沒有理為量子論而感到困惑，那他就是沒有理解量子論。解量子論?！豹M義相

14、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。 關于相對論，有人說：這個形式簡潔優(yōu)美關于相對論，有人說：這個形式簡潔優(yōu)美的理論蘊藏了太多令人驚訝的內容，的理論蘊藏了太多令人驚訝的內容，100100年年來，人們時時從中悟出宇宙層出不窮的奧來，人們時時從中悟出宇宙層出不窮的奧秘，直到今天，這里還有很多內容沒有被秘，直到今天，這里還有很多內容沒有被我們悟透。我們悟透。這個這個“優(yōu)美的理論優(yōu)美的理論”包含了哪些主要內容呢？包含了哪些主要

15、內容呢？讓我們一起來領略相對論的奧妙。讓我們一起來領略相對論的奧妙。 “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”的星際旅的星際旅行行 乘坐乘坐“光子火箭光子火箭”以光速作星際旅行，以光速作星際旅行，回到地球時，我們會發(fā)現什么變化？回到地球時，我們會發(fā)現什么變化？這個故事形象地說明了時間和空間的相對性。這個故事形象地說明了時間和空間的相對性。 愛因斯坦關于相對論的比喻。愛因斯坦關于相對論的比喻。 為了對這一深奧的理論做通俗的說明，愛因為了對這一深奧的理論做通俗的說明，愛因斯坦曾經風趣地對一名男青年說：斯坦曾經風趣地對一名男青年說：“我打個比方，我打個比方，比如

16、你屁股坐在火爐上烤和坐在公園柳蔭下與女比如你屁股坐在火爐上烤和坐在公園柳蔭下與女士談情說愛，那么，同樣的時間你覺得哪一個更士談情說愛，那么，同樣的時間你覺得哪一個更長？長？”男青年說：男青年說：“當然坐在火爐上烤的時間覺當然坐在火爐上烤的時間覺得長久。得長久。”愛因斯坦說：愛因斯坦說：“這就是我的相對論內這就是我的相對論內容。容?！睈垡蛩固沟膼垡蛩固沟摹皶r空彎曲時空彎曲”概念概念相對論的現實意義舉例相對論的現實意義舉例相對論能修正相對論能修正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的應用也已普及化了，許的應用也已普及化了，許多城市的公共汽車、出租車上都

17、安裝了它。早期的多城市的公共汽車、出租車上都安裝了它。早期的GPSGPS接接收器確定物體位置的誤差是在收器確定物體位置的誤差是在1515米范圍內，這個誤差可米范圍內，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。經典力學經典力學體系的創(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）現代物理現代物理學理論的學理論的發(fā)展發(fā)展本課本課知識結構知識結構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 牛頓對前人科學理論牛頓對前人科學理論的發(fā)展的發(fā)展