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第 四 單 元,第11課 物理學(xué)的重大進(jìn)展,第11課 物理學(xué)的重大進(jìn)展,第 四 單 元,第11課 物理學(xué)的重大進(jìn)展,一、經(jīng)典力學(xué),（一）經(jīng)典力學(xué)的重要奠基者 ──伽利略,1. 簡(jiǎn)介伽利略,伽利略（1564—1642），偉大的意大利物理學(xué)家和天文學(xué)家，他開創(chuàng)了以實(shí)驗(yàn)事實(shí)為根據(jù)并具有嚴(yán)密邏輯體系和數(shù)學(xué)表述形式的近代科學(xué)，被譽(yù)為“近代科學(xué)之父”。他第一個(gè)把望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)天空進(jìn)行觀測(cè)，出版了《星空使者》一書。1632年，他出版了《關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對(duì)話》，把哥白尼的學(xué)說推到了最終勝利的階段。,2.伽利略進(jìn)行科學(xué)研究的背景：,（1）社會(huì)前提：文藝復(fù)興運(yùn)動(dòng)對(duì)科學(xué) 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(chǔ),（3）科學(xué)家勇于探索的精神,3.主要成就：,(1)物理學(xué)—— 通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了外力并不是 維持運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，只是 改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因。 發(fā)現(xiàn)了自由落體定律、勻速 運(yùn)動(dòng)、勻加速運(yùn)動(dòng)。 發(fā)現(xiàn)科學(xué)研究方法。,亞里士多德（約前384——前322）是古希臘著名的哲學(xué)家、科學(xué)家和教育家。他首次將哲學(xué)和其它學(xué)科區(qū)分開來，開創(chuàng)了邏輯學(xué)、倫理學(xué)、政治學(xué)和生物學(xué)等學(xué)科的獨(dú)立研究。亞里士多德認(rèn)為，外力是維持運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因。,1604年伽利略經(jīng)實(shí)驗(yàn)明確表明：外力并不是維持運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，只是改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因。并且在實(shí)驗(yàn)中他發(fā)現(xiàn)：物體下落時(shí)的距離與所用時(shí)間的平方成正比，而物體下落的速度與物體的質(zhì)量無關(guān)，這就是著名的落體定律?！獮榻?jīng)典力學(xué)的建立奠定了基礎(chǔ)。,3.主要成就：,(1)物理學(xué)—— 通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了外力并不是 維持運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，只是 改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因。 發(fā)現(xiàn)了自由落體定律、勻速 運(yùn)動(dòng)、勻加速運(yùn)動(dòng)。 發(fā)現(xiàn)科學(xué)研究方法。 (2)天文學(xué)——用自制望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)天體，并證 明哥白尼“日心說”的正確。,地心說 中世紀(jì)時(shí)，基督教會(huì)宣揚(yáng)的宇宙觀是宇宙是一個(gè)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(xué)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(dòng)著宇宙的運(yùn)行，注視著人類的一舉一動(dòng)。,文藝復(fù)興時(shí)期，波蘭科學(xué)家哥白尼提出“太陽中心說”從根本上動(dòng)搖了宗教神學(xué)的理論基礎(chǔ),1609年，伽利略創(chuàng)制了天文望遠(yuǎn)鏡。他觀測(cè)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(yuǎn)鏡,伽利略的手稿,1610年伽利略用自制的天文望遠(yuǎn)鏡細(xì)心地觀察了天體，宣告了和哥白尼學(xué)說完全相符的結(jié)論。伽利略把他在望遠(yuǎn)鏡中所觀察到的壯麗景象，到處宣傳，并用觀察到的事實(shí)和力學(xué)原理作了嚴(yán)密的論證，進(jìn)一步維護(hù)和發(fā)展了哥白尼的體系。教會(huì)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(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對(duì)話》的巨著，從實(shí)踐和理論的高度批駁了地球中心說。 伽利略的“異端”活動(dòng)引起了教會(huì)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(xué)家被送進(jìn)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(xué)，寫出《關(guān)于兩門新科學(xué)的談話和數(shù)學(xué)證明》。,伽利略受審,4.主要意義：,（1）開創(chuàng)了以實(shí)驗(yàn)事實(shí)為根據(jù)并具有嚴(yán)密邏輯體系的近代科學(xué),（2）為后來經(jīng)典力學(xué)的創(chuàng)造和發(fā)展奠定了基礎(chǔ),（二）經(jīng)典力學(xué)的建立 ——牛頓,1.簡(jiǎn)介牛頓,牛頓出生于英國(guó)的林肯郡，1665年畢業(yè)于著名的劍橋大學(xué)三一學(xué)院，獲得學(xué)士學(xué)位。三年后又獲得文學(xué)碩士學(xué)位。牛頓曾經(jīng)長(zhǎng)期擔(dān)任英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)，他還擔(dān)任過英國(guó)議會(huì)議員，授予爵士稱號(hào)。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(yù)。,牛頓（ 1642—1727）,2.主要成就：,,（1）力學(xué)方面：1687年，出版了《自然哲學(xué)的教學(xué)原理》一書，提出物理運(yùn)動(dòng)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(biāo)志著形成了一個(gè)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，以數(shù)學(xué)為表達(dá)形式的牛頓力學(xué)體系，即經(jīng)典力學(xué)體系。,經(jīng)典力學(xué)的特征：,1.注重實(shí)驗(yàn) 2.數(shù)學(xué)化,（2）、在光學(xué)方面，牛頓發(fā)現(xiàn)了日光是由不同的顏色即不同波長(zhǎng)的光構(gòu)成的，奠定了光譜分析的基礎(chǔ)，制作了牛頓色盤。他在1704年出版了《光學(xué)》一書，創(chuàng)立了光的“微粒說”。 （3）、在數(shù)學(xué)方面，他與萊布尼茲幾乎同時(shí)創(chuàng)立了微積分學(xué)。 （4）、在天文學(xué)領(lǐng)域，他在1671年創(chuàng)制了反射望遠(yuǎn)鏡。,3.經(jīng)典力學(xué)的影響：,（1）這一體系對(duì)解釋和預(yù)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(biāo)志著近代科學(xué)的形成。 （2）為第一、二次工業(yè)革命的發(fā)明準(zhǔn)備了一定理論基礎(chǔ)。,到19世紀(jì)末，經(jīng)典力學(xué)取得了前所未有的進(jìn)步和成功。在物理學(xué)領(lǐng)域，牛頓的力學(xué)體系一度被看做是對(duì)科學(xué)根本問題的最終解答，以此為基礎(chǔ)，人們統(tǒng)一了聲學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)和電磁學(xué)，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(dāng)此時(shí)，物理學(xué)界連續(xù)發(fā)生了三個(gè)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(shí)驗(yàn)事實(shí)使得原子不可分、不變化的傳統(tǒng)觀念發(fā)生了動(dòng)搖。物理學(xué)家們?cè)J(rèn)為的似乎已經(jīng)基本上完成了的經(jīng)典物理學(xué)體系，從根本上出現(xiàn)了動(dòng)搖，這就是所謂的“物理學(xué)危機(jī)”。,經(jīng)典物理學(xué)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(yàn)的微觀現(xiàn)象，這表明人們對(duì)物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)已經(jīng)深入了一個(gè)層次。,另外，經(jīng)典物理學(xué)是以日常生活中常見的低速運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)為研究對(duì)象的，在這里，時(shí)間和空間被認(rèn)為是絕對(duì)的，是與物質(zhì)運(yùn)動(dòng)無關(guān)的因素。因此，一旦物理學(xué)研究的這種基礎(chǔ)發(fā)生變化，如所研究的物質(zhì)是以光速或接近光速運(yùn)動(dòng)時(shí)，經(jīng)典物理學(xué)的某些結(jié)論就變得不準(zhǔn)確。,經(jīng)典物理學(xué)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(yàn)的微觀現(xiàn)象，這表明人們對(duì)物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)已經(jīng)深入了一個(gè)層次。,另外，經(jīng)典物理學(xué)是以日常生活中常見的低速運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)為研究對(duì)象的，在這里，時(shí)間和空間被認(rèn)為是絕對(duì)的，是與物質(zhì)運(yùn)動(dòng)無關(guān)的因素。因此，一旦物理學(xué)研究的這種基礎(chǔ)發(fā)生變化，如所研究的物質(zhì)是以光速或接近光速運(yùn)動(dòng)時(shí)，經(jīng)典物理學(xué)的某些結(jié)論就變得不準(zhǔn)確。,經(jīng)典物理學(xué)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(yàn)的微觀現(xiàn)象，這表明人們對(duì)物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)已經(jīng)深入了一個(gè)層次。,另外，經(jīng)典物理學(xué)是以日常生活中常見的低速運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)為研究對(duì)象的，在這里，時(shí)間和空間被認(rèn)為是絕對(duì)的，是與物質(zhì)運(yùn)動(dòng)無關(guān)的因素。因此，一旦物理學(xué)研究的這種基礎(chǔ)發(fā)生變化，如所研究的物質(zhì)是以光速或接近光速運(yùn)動(dòng)時(shí)，經(jīng)典物理學(xué)的某些結(jié)論就變得不準(zhǔn)確。,經(jīng)典力學(xué)的適用范圍,1. 只適用于宏觀物體（宏觀世界）的運(yùn)動(dòng); 2. 只適用于低速運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)，是絕對(duì)的時(shí)空論,二 .相對(duì)論的創(chuàng)立 ——愛因斯坦,1.簡(jiǎn)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(guó)烏爾姆的一個(gè)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(xué)。,愛因斯坦被認(rèn)為是最富于創(chuàng)造力的科學(xué)家，他不但創(chuàng)立了相對(duì)論，還提出了光量子的概念，得出了光電效應(yīng)的基本定律，并揭示了光的波粒二重性本質(zhì)，為量子力學(xué)的建立奠定了基礎(chǔ)。為此榮獲1921年度的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。同時(shí)，他還證明了熱的分子運(yùn)動(dòng)論，提出了測(cè)定分子大小的新方法。,二 .相對(duì)論的創(chuàng)立 ——愛因斯坦,1.簡(jiǎn)介愛因斯坦,2.相對(duì)論提出背景,——19世紀(jì)末物理學(xué)危機(jī),3.相對(duì)論的內(nèi)容：,（1）狹義相對(duì)論：物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，質(zhì)量會(huì)隨物體運(yùn)動(dòng)速度增長(zhǎng)而增加，同時(shí)，空間和時(shí)間也會(huì)隨著物體運(yùn)動(dòng)速度的變化而變化，即會(huì)發(fā)生尺縮效應(yīng)和鐘慢效應(yīng)。 （2）廣義相對(duì)論：空間和時(shí)間的性質(zhì)不僅取決于物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)情況，也取決于物質(zhì)本身的分布狀態(tài)。,4.相對(duì)論的意義：,（1）相對(duì)論的提出是物理學(xué)領(lǐng)域的一次重大革命。它否定了經(jīng)典力學(xué)的絕對(duì)空間觀，深刻地揭示了時(shí)間和空間的本質(zhì)屬性。 （2）相對(duì)論發(fā)展了牛頓力學(xué)，將其概括在相對(duì)論力學(xué)之中，推動(dòng)物理學(xué)發(fā)展到一個(gè)新的高度。,由于相對(duì)論的觀點(diǎn)與人們的日常經(jīng)驗(yàn)不太一致，甚至有著尖銳的沖突，相對(duì)論從一開始就受到包括一些科學(xué)家在內(nèi)的很多人的反對(duì)。1921年愛因斯坦獲得了諾貝爾獎(jiǎng)，當(dāng)時(shí)不少德國(guó)的諾貝爾獎(jiǎng)獲得者威脅說，如果給相對(duì)論授獎(jiǎng)，他們就要退回已獲得的獎(jiǎng)?wù)?，結(jié)果評(píng)選委員會(huì)只好讓愛因斯坦作為光電效應(yīng)理論的建立者得獎(jiǎng)，相對(duì)論始終沒有獲得諾貝爾獎(jiǎng)。但相對(duì)論在物理學(xué)上卻非常合理且為實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。,三.量子論的誕生與發(fā)展,1.量子論誕生的背景： 19世紀(jì)末20世紀(jì)初，電子和放射線的發(fā)現(xiàn)，打開了原子的大門，人們對(duì)物質(zhì)的認(rèn)識(shí)深入到了原子內(nèi)部。大量的實(shí)驗(yàn)表明，微觀的粒子運(yùn)動(dòng)不能用經(jīng)典力學(xué)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(xué)獲得博士學(xué)位后，先后在慕尼黑大學(xué)和基爾大學(xué)任教。由于量子論創(chuàng)立，普朗克獲得1918年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。他的父親是一位杰出的法律教授。普朗 克家是德國(guó)人所具有的最好品質(zhì)的范例：誠(chéng)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(shù)才干；另一項(xiàng)業(yè)余愛好是他一直堅(jiān)持到晚年的登 山運(yùn)動(dòng)。,1900年普朗克提出量子假說，他認(rèn)為，輻射像物質(zhì)一樣，是由具有能量的基本單位量子來實(shí)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(rèn)識(shí)到量子概念，利用原子論成功地解釋了光電效應(yīng)出現(xiàn)的現(xiàn)象及光的本質(zhì)，進(jìn)一步推動(dòng)了量子論的發(fā)展。,（2）丹麥物理學(xué)家玻爾在此基礎(chǔ)上提出了有關(guān)原子的量子理論。,（3）20世紀(jì)30年代量子力學(xué)建立起來。,,量子力學(xué)和狹義相對(duì)論結(jié)合形成原子核物理學(xué)，指導(dǎo)制造原子彈、氫彈和建立核電站。量子力學(xué)還為電子技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和激光技術(shù)等奠定了理論基礎(chǔ)。,量子力學(xué)和狹義相 對(duì)論結(jié)合形成原子核物理學(xué)，愛因斯坦于20世紀(jì)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(xué)和狹義相 對(duì)論結(jié)合形成原子核物理學(xué)，愛因斯坦于20世紀(jì)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(xué)的影響：,（1）量子論的形成標(biāo)志著人類對(duì)客觀規(guī)律的 認(rèn)識(shí)，開始從宏觀世界深入到微觀世界。 （2）量子論和相對(duì)論構(gòu)成了現(xiàn)代物理學(xué)的基 礎(chǔ)。 （3）改變了人們認(rèn)識(shí)世界的角度和方式。,1、愛因斯坦相對(duì)論的提出是物理學(xué)領(lǐng)域的一場(chǎng)重大革命，主要是因?yàn)棰俜穸私?jīng)典力學(xué)的絕對(duì)時(shí)空觀 ②揭示了時(shí)間、空間并非絕對(duì)不變的本質(zhì)屬性 ③打破了經(jīng)典力學(xué)體系的局限 性 ④使人類對(duì)客觀世界的認(rèn)識(shí)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(xué)和現(xiàn)代技術(shù)革命的基礎(chǔ)是 A、牛頓力學(xué) B、相對(duì)論 C、量子假說 D、量子理論、相對(duì)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(xué)是經(jīng)典物理學(xué)的基礎(chǔ) B、經(jīng)典物理學(xué)所適用的主要是日常生活中的物理現(xiàn)象 C、相對(duì)論的提出證明經(jīng)典的物理學(xué)是完全錯(cuò)誤的 D、量子理論使人類對(duì)微觀世界的基本認(rèn)識(shí)有了革命性的進(jìn)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(cè) C、法拉第演說計(jì)算 D、愛因斯坦對(duì)時(shí)間、空間屬性的揭示,C,B,