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第 四 單 元,第11課 物理學的重大進展,第11課 物理學的重大進展,第 四 單 元,第11課 物理學的重大進展,一、經(jīng)典力學,（一）經(jīng)典力學的重要奠基者 ──伽利略,1. 簡介伽利略,伽利略（1564—1642），偉大的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“近代科學之父”。他第一個把望遠鏡對準天空進行觀測，出版了《星空使者》一書。1632年，他出版了《關于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》，把哥白尼的學說推到了最終勝利的階段。,2.伽利略進行科學研究的背景：,（1）社會前提：文藝復興運動對科學 研究產(chǎn)生了重要影響,（2）物質(zhì)條件：資本主義發(fā)展為其提供 了物質(zhì)基礎,（3）科學家勇于探索的精神,3.主要成就：,(1)物理學—— 通過實驗證實了外力并不是 維持運動狀態(tài)的原因，只是 改變運動狀態(tài)的原因。 發(fā)現(xiàn)了自由落體定律、勻速 運動、勻加速運動。 發(fā)現(xiàn)科學研究方法。,亞里士多德（約前384——前322）是古希臘著名的哲學家、科學家和教育家。他首次將哲學和其它學科區(qū)分開來，開創(chuàng)了邏輯學、倫理學、政治學和生物學等學科的獨立研究。亞里士多德認為，外力是維持運動狀態(tài)的原因。,1604年伽利略經(jīng)實驗明確表明：外力并不是維持運動狀態(tài)的原因，只是改變運動狀態(tài)的原因。并且在實驗中他發(fā)現(xiàn)：物體下落時的距離與所用時間的平方成正比，而物體下落的速度與物體的質(zhì)量無關，這就是著名的落體定律?！獮榻?jīng)典力學的建立奠定了基礎。,3.主要成就：,(1)物理學—— 通過實驗證實了外力并不是 維持運動狀態(tài)的原因，只是 改變運動狀態(tài)的原因。 發(fā)現(xiàn)了自由落體定律、勻速 運動、勻加速運動。 發(fā)現(xiàn)科學研究方法。 (2)天文學——用自制望遠鏡觀測天體，并證 明哥白尼“日心說”的正確。,地心說 中世紀時，基督教會宣揚的宇宙觀是宇宙是一個封閉的大盒子或大帳篷，天是盒（篷）蓋，地是盒（篷）底，圣地耶路撒冷居盒（篷）底的中央，日月星辰懸掛在蓋上，此即所謂的“宇宙帳篷說”。后來，亞里士多德和托勒密所提出的希臘宇宙體系逐漸深入人心，托馬斯·阿奎那將亞里士多德理論融入基督教神學之后，地心理論即獲得了正統(tǒng)地位。地球居宇宙中心的思想被賦予了宗教意義，人類及其居住的地球被置于上帝的懷抱之中，沐浴著上帝的光輝，并被圣恩所籠罩。上帝位處宇宙的最外層，推動著宇宙的運行，注視著人類的一舉一動。,文藝復興時期，波蘭科學家哥白尼提出“太陽中心說”從根本上動搖了宗教神學的理論基礎,1609年，伽利略創(chuàng)制了天文望遠鏡。他觀測到月球表面凹凸不平，并繪制了第一幅月面圖。,伽利略的折射式望遠鏡,伽利略的手稿,1610年伽利略用自制的天文望遠鏡細心地觀察了天體，宣告了和哥白尼學說完全相符的結論。伽利略把他在望遠鏡中所觀察到的壯麗景象，到處宣傳，并用觀察到的事實和力學原理作了嚴密的論證，進一步維護和發(fā)展了哥白尼的體系。教會向伽利略發(fā)出多次警告，但是他無視這一警告，發(fā)表了《關于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》的巨著，從實踐和理論的高度批駁了地球中心說。 伽利略的“異端”活動引起了教會的恐慌，羅馬教皇向宗教裁判所帶頭提出控訴，于是這位體弱抱病的科學家被送進了監(jiān)牢，遭到審訊，以至被終身軟禁。軟禁期間，他繼續(xù)研究物理學，寫出《關于兩門新科學的談話和數(shù)學證明》。,伽利略受審,4.主要意義：,（1）開創(chuàng)了以實驗事實為根據(jù)并具有嚴密邏輯體系的近代科學,（2）為后來經(jīng)典力學的創(chuàng)造和發(fā)展奠定了基礎,（二）經(jīng)典力學的建立 ——牛頓,1.簡介牛頓,牛頓出生于英國的林肯郡，1665年畢業(yè)于著名的劍橋大學三一學院，獲得學士學位。三年后又獲得文學碩士學位。牛頓曾經(jīng)長期擔任英國皇家學會會長，他還擔任過英國議會議員，授予爵士稱號。1727年，他病逝，被安葬于威斯敏斯特教堂，這是一種極高的榮譽。,牛頓（ 1642—1727）,2.主要成就：,,（1）力學方面：1687年，出版了《自然哲學的教學原理》一書，提出物理運動的三大定律和萬有引力定律，而三大定律和萬有引力定律標志著形成了一個以實驗為基礎，以數(shù)學為表達形式的牛頓力學體系，即經(jīng)典力學體系。,經(jīng)典力學的特征：,1.注重實驗 2.數(shù)學化,（2）、在光學方面，牛頓發(fā)現(xiàn)了日光是由不同的顏色即不同波長的光構成的，奠定了光譜分析的基礎，制作了牛頓色盤。他在1704年出版了《光學》一書，創(chuàng)立了光的“微粒說”。 （3）、在數(shù)學方面，他與萊布尼茲幾乎同時創(chuàng)立了微積分學。 （4）、在天文學領域，他在1671年創(chuàng)制了反射望遠鏡。,3.經(jīng)典力學的影響：,（1）這一體系對解釋和預見物理現(xiàn)象，具有決定意義，后來根據(jù)萬有引力定律，人們發(fā)現(xiàn)了海王星、冥王星。它標志著近代科學的形成。 （2）為第一、二次工業(yè)革命的發(fā)明準備了一定理論基礎。,到19世紀末，經(jīng)典力學取得了前所未有的進步和成功。在物理學領域，牛頓的力學體系一度被看做是對科學根本問題的最終解答，以此為基礎，人們統(tǒng)一了聲學、熱學、光學和電磁學，描繪了一幅小到原子、大到宇宙天體的似乎是最終和一勞永逸的世界圖景。 正當此時，物理學界連續(xù)發(fā)生了三個重大事件，這就是X射線、放射性和電子的發(fā)現(xiàn)。這三大發(fā)現(xiàn)以實驗事實使得原子不可分、不變化的傳統(tǒng)觀念發(fā)生了動搖。物理學家們曾認為的似乎已經(jīng)基本上完成了的經(jīng)典物理學體系，從根本上出現(xiàn)了動搖，這就是所謂的“物理學危機”。,經(jīng)典物理學研究的是人們?nèi)粘Ｉ钪幸子诶斫獾暮暧^世界，三大發(fā)現(xiàn)所揭示的卻是人們沒有直接經(jīng)驗的微觀現(xiàn)象，這表明人們對物質(zhì)世界的認識已經(jīng)深入了一個層次。,另外，經(jīng)典物理學是以日常生活中常見的低速運動的物質(zhì)為研究對象的，在這里，時間和空間被認為是絕對的，是與物質(zhì)運動無關的因素。因此，一旦物理學研究的這種基礎發(fā)生變化，如所研究的物質(zhì)是以光速或接近光速運動時，經(jīng)典物理學的某些結論就變得不準確。,經(jīng)典物理學研究的是人們?nèi)粘Ｉ钪幸子诶斫獾暮暧^世界，三大發(fā)現(xiàn)所揭示的卻是人們沒有直接經(jīng)驗的微觀現(xiàn)象，這表明人們對物質(zhì)世界的認識已經(jīng)深入了一個層次。,另外，經(jīng)典物理學是以日常生活中常見的低速運動的物質(zhì)為研究對象的，在這里，時間和空間被認為是絕對的，是與物質(zhì)運動無關的因素。因此，一旦物理學研究的這種基礎發(fā)生變化，如所研究的物質(zhì)是以光速或接近光速運動時，經(jīng)典物理學的某些結論就變得不準確。,經(jīng)典物理學研究的是人們?nèi)粘Ｉ钪幸子诶斫獾暮暧^世界，三大發(fā)現(xiàn)所揭示的卻是人們沒有直接經(jīng)驗的微觀現(xiàn)象，這表明人們對物質(zhì)世界的認識已經(jīng)深入了一個層次。,另外，經(jīng)典物理學是以日常生活中常見的低速運動的物質(zhì)為研究對象的，在這里，時間和空間被認為是絕對的，是與物質(zhì)運動無關的因素。因此，一旦物理學研究的這種基礎發(fā)生變化，如所研究的物質(zhì)是以光速或接近光速運動時，經(jīng)典物理學的某些結論就變得不準確。,經(jīng)典力學的適用范圍,1. 只適用于宏觀物體（宏觀世界）的運動; 2. 只適用于低速運動的物質(zhì)，是絕對的時空論,二 .相對論的創(chuàng)立 ——愛因斯坦,1.簡介愛因斯坦,艾伯特·愛因斯坦（1879—1955），1879年3月14日誕生在德國烏爾姆的一個猶太人家中。1894年舉家遷居意大利米蘭。1900年畢業(yè)于瑞士蘇黎世工業(yè)大學。,愛因斯坦被認為是最富于創(chuàng)造力的科學家，他不但創(chuàng)立了相對論，還提出了光量子的概念，得出了光電效應的基本定律，并揭示了光的波粒二重性本質(zhì)，為量子力學的建立奠定了基礎。為此榮獲1921年度的諾貝爾物理學獎。同時，他還證明了熱的分子運動論，提出了測定分子大小的新方法。,二 .相對論的創(chuàng)立 ——愛因斯坦,1.簡介愛因斯坦,2.相對論提出背景,——19世紀末物理學危機,3.相對論的內(nèi)容：,（1）狹義相對論：物體運動時，質(zhì)量會隨物體運動速度增長而增加，同時，空間和時間也會隨著物體運動速度的變化而變化，即會發(fā)生尺縮效應和鐘慢效應。 （2）廣義相對論：空間和時間的性質(zhì)不僅取決于物質(zhì)的運動情況，也取決于物質(zhì)本身的分布狀態(tài)。,4.相對論的意義：,（1）相對論的提出是物理學領域的一次重大革命。它否定了經(jīng)典力學的絕對空間觀，深刻地揭示了時間和空間的本質(zhì)屬性。 （2）相對論發(fā)展了牛頓力學，將其概括在相對論力學之中，推動物理學發(fā)展到一個新的高度。,由于相對論的觀點與人們的日常經(jīng)驗不太一致，甚至有著尖銳的沖突，相對論從一開始就受到包括一些科學家在內(nèi)的很多人的反對。1921年愛因斯坦獲得了諾貝爾獎，當時不少德國的諾貝爾獎獲得者威脅說，如果給相對論授獎，他們就要退回已獲得的獎章，結果評選委員會只好讓愛因斯坦作為光電效應理論的建立者得獎，相對論始終沒有獲得諾貝爾獎。但相對論在物理學上卻非常合理且為實驗所證實。,三.量子論的誕生與發(fā)展,1.量子論誕生的背景： 19世紀末20世紀初，電子和放射線的發(fā)現(xiàn)，打開了原子的大門，人們對物質(zhì)的認識深入到了原子內(nèi)部。大量的實驗表明，微觀的粒子運動不能用經(jīng)典力學的理論來說明。,2.量子論的誕生 ——普朗克,普朗克（1858—1947）生于基爾。1879年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大學任教。由于量子論創(chuàng)立，普朗克獲得1918年諾貝爾物理學獎。他的父親是一位杰出的法律教授。普朗 克家是德國人所具有的最好品質(zhì)的范例：誠懇，忠于職守，他的 業(yè)余愛好是音樂，在這方面表現(xiàn)了專業(yè)藝術才干；另一項業(yè)余愛好是他一直堅持到晚年的登 山運動。,1900年普朗克提出量子假說，他認為，輻射像物質(zhì)一樣，是由具有能量的基本單位量子來實現(xiàn)的。這一假說宣告了量子論的誕生。,3.量子論的發(fā)展：,（1）愛因斯坦首先認識到量子概念，利用原子論成功地解釋了光電效應出現(xiàn)的現(xiàn)象及光的本質(zhì)，進一步推動了量子論的發(fā)展。,（2）丹麥物理學家玻爾在此基礎上提出了有關原子的量子理論。,（3）20世紀30年代量子力學建立起來。,,量子力學和狹義相對論結合形成原子核物理學，指導制造原子彈、氫彈和建立核電站。量子力學還為電子技術、半導體技術和激光技術等奠定了理論基礎。,量子力學和狹義相 對論結合形成原子核物理學，愛因斯坦于20世紀初提出質(zhì)量能量公式E=MC2，為核能的開發(fā)提供了依據(jù)。,量子力學和狹義相 對論結合形成原子核物理學，愛因斯坦于20世紀初提出質(zhì)量能量公式E=MC2，為核能的開發(fā)提供了依據(jù)。,4.量子論和量子力學的影響：,（1）量子論的形成標志著人類對客觀規(guī)律的 認識，開始從宏觀世界深入到微觀世界。 （2）量子論和相對論構成了現(xiàn)代物理學的基 礎。 （3）改變了人們認識世界的角度和方式。,1、愛因斯坦相對論的提出是物理學領域的一場重大革命，主要是因為①否定了經(jīng)典力學的絕對時空觀 ②揭示了時間、空間并非絕對不變的本質(zhì)屬性 ③打破了經(jīng)典力學體系的局限 性 ④使人類對客觀世界的認識開始從宏觀世界深入到微觀世界 A、①②③ B、②③④ C、①③④ D、①②④ 2、 現(xiàn)代自然科學和現(xiàn)代技術革命的基礎是 A、牛頓力學 B、相對論 C、量子假說 D、量子理論、相對論,A,D,3、下列表述不正確的是 A、牛頓創(chuàng)立的經(jīng)典力學是經(jīng)典物理學的基礎 B、經(jīng)典物理學所適用的主要是日常生活中的物理現(xiàn)象 C、相對論的提出證明經(jīng)典的物理學是完全錯誤的 D、量子理論使人類對微觀世界的基本認識有了革命性的進步 4、海王星的發(fā)現(xiàn)是根據(jù) A、哥白尼日心說的推算 B、牛頓理論的推測 C、法拉第演說計算 D、愛因斯坦對時間、空間屬性的揭示,C,B,