历史必修三课件：第11课物理学的重大进展.ppt

第一个第一个““苹果苹果”” ————诱惑了夏娃，使人类有了智慧之源诱惑了夏娃，使人类有了智慧之源第二个第二个““苹果苹果”” ————砸醒了牛顿，使人类有了近代科学砸醒了牛顿，使人类有了近代科学第三个第三个““苹果苹果”” ———— 成就了乔布斯，使人类有了精彩生活成就了乔布斯，使人类有了精彩生活““三个苹果三个苹果””改变了世界改变了世界 ————物理学的重大进展物理学的重大进展课标要求：课标要求： 了解经典力学的主要内容，认识其在近代自然科学理了解经典力学的主要内容，认识其在近代自然科学理论发展中的历史地位论发展中的历史地位 知道相对论、量子论的主要内容，认识其意义知道相对论、量子论的主要内容，认识其意义当当 邂逅科学邂逅科学一一: : : :经典力学经典力学1.1.1.1.伽利略：伽利略：近代物理学之父近代物理学之父(1)16(1)16(1)16(1)16世纪后物理学发展的原因：世纪后物理学发展的原因： 1 1、文艺复兴、宗教改革不仅解放思想，也对科学研、文艺复兴、宗教改革不仅解放思想，也对科学研、文艺复兴、宗教改革不仅解放思想，也对科学研、文艺复兴、宗教改革不仅解放思想，也对科学研究产生影响。

究产生影响究产生影响究产生影响2 2、、、、资本主义的发展提供了物质基础资本主义的发展提供了物质基础3 3、科学家勇于探索的精神科学家勇于探索的精神科学家勇于探索的精神科学家勇于探索的精神 ““凡是运动的物体，一定有推动凡是运动的物体，一定有推动者在推着它运动若你看到一个东西者在推着它运动若你看到一个东西在移动，你就会寻找一个推动它的东在移动，你就会寻找一个推动它的东西当没什么东西推它时，它就会停西当没什么东西推它时，它就会停止移动，是一个推着一个，不能无限止移动，是一个推着一个，不能无限制地追溯上去，制地追溯上去，““必然存在必然存在第一推动第一推动者者”” ;““落体的速度与重量成正比落体的速度与重量成正比””思考：亚里士多德关于运动的观点是建立在什么基础上？思考：亚里士多德关于运动的观点是建立在什么基础上？直觉和观察直觉和观察15901590年，伽利略做比萨斜塔实验年，伽利略做比萨斜塔实验思考：伽利略关于运动的观点是建立在什么基础上？思考：伽利略关于运动的观点是建立在什么基础上？实验和观察实验和观察 阿波罗阿波罗1515号的宇航员大卫号的宇航员大卫··斯科特斯科特19711971年年8 8月月2 2日在无日在无空气月球表面上使用一把锤子和一根羽毛重复了这个试验，空气月球表面上使用一把锤子和一根羽毛重复了这个试验，证明且让地球上的电视观众亲眼看到了两个物体同时掉落证明且让地球上的电视观众亲眼看到了两个物体同时掉落在月球表面上。

在月球表面上 一一: : : :经典力学经典力学1.1.1.1.伽利略：近代物理学之父伽利略：近代物理学之父 伽利略通过观察、实验：伽利略通过观察、实验：发现了发现了自由落自由落体定律；体定律；证实证实物体的下落速度与物体质量物体的下落速度与物体质量无关，如果运动物体不受阻碍，它将速度无关，如果运动物体不受阻碍，它将速度保持不变地保持不变地持续运动持续运动下去木木星星和和它它的的伽伽利利略略卫卫星星 16101610年，伽利略用望远年，伽利略用望远镜发现有镜发现有4 4颗卫星围绕着木颗卫星围绕着木星转这一发现震动了整个星转这一发现震动了整个欧洲和全球科学界欧洲和全球科学界 伽利略是第一位利用望伽利略是第一位利用望远镜观察天体的人目前人远镜观察天体的人目前人类发现的类发现的1616颗木星卫星中，颗木星卫星中，有４颗叫有４颗叫““伽利略卫星伽利略卫星””  16091609年，伽利略创制了天文望远镜他年，伽利略创制了天文望远镜他观测到月球表面凹凸不平，并绘制了第一幅观测到月球表面凹凸不平，并绘制了第一幅月面图。

月面图伽伽利利略略的的折折射射式式望望远远镜镜伽伽利利略略的的手手稿稿①①物理学：发现自由落体定律，物理学：发现自由落体定律，外力只是改变运动状态的原因外力只是改变运动状态的原因②②天文学：利用望远镜观察天体天文学：利用望远镜观察天体并取得大量成果第一人，证明并取得大量成果第一人，证明了哥白尼了哥白尼“日心说日心说”的正确性的正确性(1)伽利略的成就伽利略的成就(2)意义意义: 开创了以实验科学为根据并具有严密逻辑体开创了以实验科学为根据并具有严密逻辑体系的近代科学系的近代科学,为经典力学的创立奠定基础为经典力学的创立奠定基础伽利略因支持哥白尼的日心说而接受教廷审讯伽利略因支持哥白尼的日心说而接受教廷审讯 16331633年，罗马召令伽利略到罗马受审伽利略受审近年，罗马召令伽利略到罗马受审伽利略受审近300300年后，年后，即即19281928年，罗马教皇才在公开集会上承认对伽利略的审判是错误年，罗马教皇才在公开集会上承认对伽利略的审判是错误的的  牛顿说：牛顿说：““我所以有这样的成就，是因为我我所以有这样的成就，是因为我站在站在巨人们巨人们的肩膀上的缘故。

的肩膀上的缘故2.牛顿及其创立的经典力学体系牛顿及其创立的经典力学体系(1)牛顿的成就牛顿的成就 代表作：代表作：《《自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理》》 物体运动三大定律；万有引力定律；物体运动三大定律；万有引力定律； ①①①①牛顿第一定律（惯性定律）：每个物体继续保持牛顿第一定律（惯性定律）：每个物体继续保持其静止或沿一直线作等速运动状态，除非有力加其静止或沿一直线作等速运动状态，除非有力加于其上迫使它改变这种状态于其上迫使它改变这种状态②②②②牛顿第二定律（加速度定律）：运动的改变和所牛顿第二定律（加速度定律）：运动的改变和所加的动力成正比，并且发生在所加力的那个直线加的动力成正比，并且发生在所加力的那个直线方向上方向上③③③③牛顿第三定律（作用与反作用定律）：每一个作牛顿第三定律（作用与反作用定律）：每一个作用总有一个相等的反作用和它相对抗用总有一个相等的反作用和它相对抗④④④④万有引力定律：任何物体都有吸引力，两个物体万有引力定律：任何物体都有吸引力，两个物体之间吸引力的大小，与它们的质量的乘积成正比，之间吸引力的大小，与它们的质量的乘积成正比，而与它们中心之间的距离的平方成反比，并作用而与它们中心之间的距离的平方成反比，并作用于两个物体的连线方向上于两个物体的连线方向上2.牛顿及其创立的经典力学体系牛顿及其创立的经典力学体系(1)牛顿的成就牛顿的成就用牛顿力学算出了哈雷彗星的回归周期用牛顿力学算出了哈雷彗星的回归周期。

长期以来到，人们一直认为长期以来到，人们一直认为彗星是神秘的，不吉利的灾星，根本不能用科学来说明牛顿说，既彗星是神秘的，不吉利的灾星，根本不能用科学来说明牛顿说，既然彗星也是天体，就必然遵循力学规律他的好友哈雷用牛顿力学算然彗星也是天体，就必然遵循力学规律他的好友哈雷用牛顿力学算出了出了16821682年出现的彗星的轨道，指出它的回归周期是年出现的彗星的轨道，指出它的回归周期是7575—7676年，由此年，由此预言它将在预言它将在17581758年再次出现哈雷年再次出现哈雷17051705年发表这个预言，当时他已年发表这个预言，当时他已4949岁，却要预言岁，却要预言5353年以后的事，岂非耸人听闻？可是年以后的事，岂非耸人听闻？可是17581758年这颗彗星果年这颗彗星果然如期出现，并被命名为哈雷彗星牛顿力学剥掉了彗星的神秘外衣，然如期出现，并被命名为哈雷彗星牛顿力学剥掉了彗星的神秘外衣，对它的运行作出了科学预见，这是一个奇迹对它的运行作出了科学预见，这是一个奇迹 用牛顿力学算出了一用牛顿力学算出了一颗未知行星的位置颗未知行星的位置17811781年天王星被发现，科学家年天王星被发现，科学家用牛顿力学计算它的轨道，用牛顿力学计算它的轨道，可是计算结果总是同观测可是计算结果总是同观测纪录不大相符。

经反复核纪录不大相符经反复核算，观测无误那问题是算，观测无误那问题是否出现在牛顿力学上面？否出现在牛顿力学上面？法国的勒维列和英国的亚法国的勒维列和英国的亚当斯坚信牛顿力学的正确，当斯坚信牛顿力学的正确，大胆猜想计算结果之所以大胆猜想计算结果之所以不理想，不理想，是因为太阳系中还有一颗未知的行星，我们没有考虑到它对天王星的引力作是因为太阳系中还有一颗未知的行星，我们没有考虑到它对天王星的引力作用他们用牛顿力学算出了这颗未知行星的位置和质量他们用牛顿力学算出了这颗未知行星的位置和质量18481848年年9 9月月2323日，柏林天文台台长在收到勒维列来信的当晚，用望远镜对准勒日，柏林天文台台长在收到勒维列来信的当晚，用望远镜对准勒维列所指出的位置，一下子就看到了一颗新的行星维列所指出的位置，一下子就看到了一颗新的行星—海王星牛顿力学又创海王星牛顿力学又创造了新的奇迹造了新的奇迹 有了牛顿力学，秀才不出门，能知地球事，能知天上事牛顿力学创造有了牛顿力学，秀才不出门，能知地球事，能知天上事牛顿力学创造的一次又一次奇迹，使科学享有崇高的威望的一次又一次奇迹，使科学享有崇高的威望①①①①把地球上物体的运动和天体的运动概括到同一个理论中，把地球上物体的运动和天体的运动概括到同一个理论中，形成以实验为基础、以数学为表达形式的牛顿力学体系，形成以实验为基础、以数学为表达形式的牛顿力学体系，即经典力学体系。

即经典力学体系②②②②海王星的发现证明了牛顿理论的预见性、科学性③③标志着近代科学的形成，推动了物理学的发展2)意义意义: 然而，科学总是向然而，科学总是向前发展的前发展的2020世纪初，世纪初，在牛顿经典物理学达到在牛顿经典物理学达到顶峰，形成一种权威的顶峰，形成一种权威的时候，科学上一系列无时候，科学上一系列无法解释的现象越来越需法解释的现象越来越需要科学本身的发展来解要科学本身的发展来解决 牛顿力学认为存在绝对静止和绝对时间牛顿力学认为存在绝对静止和绝对时间，但到，但到19191919世纪，无法解释研究中遇到的一些新问题世纪，无法解释研究中遇到的一些新问题二、相对论的创立二、相对论的创立1.背景：经典物理学的危机背景：经典物理学的危机2 2、过程、过程（（1 1））19051905年提出狭义相对论；年提出狭义相对论；（（2 2））19161916年，完成广义相对论的最终形式年，完成广义相对论的最终形式 （（1 1）物理学领域的一次重大革命）物理学领域的一次重大革命( (否定了经典力学的绝否定了经典力学的绝对时空观，揭示时间和空间的本质属性对时空观，揭示时间和空间的本质属性) )；；（（2 2）发展了牛顿力学，将其概括在相对论力学之中，推）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。

动物理学发展到一个新的高度3 3、意义、意义很抱歉推翻了您的理论很抱歉推翻了您的理论 爱因斯坦曾说道：爱因斯坦曾说道：“牛顿先生，牛顿先生，很抱歉推翻了您的理论，不过您的很抱歉推翻了您的理论，不过您的成就是您那个时代一个人的智力和成就是您那个时代一个人的智力和创造力所能达到的颠峰，您所创造创造力所能达到的颠峰，您所创造的许多观念直到今日都仍在引导我的许多观念直到今日都仍在引导我们的物理思维虽然我们知道，当们的物理思维虽然我们知道，当我们对宇宙万物有了更深入的了解我们对宇宙万物有了更深入的了解以后，这些观念将会被一些更抽象以后，这些观念将会被一些更抽象的新观念所取代的新观念所取代 也许将来某一天，会有一位少也许将来某一天，会有一位少不更事的科学家说道：不更事的科学家说道：“爱因斯坦爱因斯坦先生，很抱歉推翻了您的理论，不先生，很抱歉推翻了您的理论，不过您的成就是您那个时代一个人的过您的成就是您那个时代一个人的智力和创造力所能达到的颠峰智力和创造力所能达到的颠峰…… ” 爱因斯坦爱因斯坦19051905年提出的相对论，后来称作狭义相对年提出的相对论，后来称作狭义相对论，以光速永不改变、相对性原则来推论，得到论，以光速永不改变、相对性原则来推论，得到“时间时间”会因速度快慢而改变会因速度快慢而改变的结论。

的结论 相对论的例子：相对论的例子：把两个完把两个完全一样的钟，分别放在地球的全一样的钟，分别放在地球的北极和赤道上，由于地球自转北极和赤道上，由于地球自转的缘故，赤道上的钟会比北极的缘故，赤道上的钟会比北极的钟走得慢一些他的计算表的钟走得慢一些他的计算表明：当速度增大时，时间将会明：当速度增大时，时间将会慢些；当速度达到光速时，时慢些；当速度达到光速时，时间也就停止了间也就停止了什么是狭义相对论？什么是狭义相对论？狭义相对论狭义相对论发表发表100100周年，周年，也许全世界只有几十个人能完全理解他的真谛，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但这并不能掩盖相对论对人类生活的巨大改变 什么是广义相对论？什么是广义相对论？广义相对论是新的万有引力概念广义相对论是新的万有引力概念 广义相对论的重要结论是，广义相对论的重要结论是，加速运动与引力加速运动与引力场的运动是等价的场的运动是等价的，要区别是由惯性力或者引，要区别是由惯性力或者引力所产生的运动是不可能的力所产生的运动是不可能的 对此，爱因斯坦作了一个的比喻。

假想有一对此，爱因斯坦作了一个的比喻假想有一个人乘摩天楼的电梯自由降落，人不会感到自个人乘摩天楼的电梯自由降落，人不会感到自己在下降，因为这时电梯和人都依照重力加速己在下降，因为这时电梯和人都依照重力加速度定律在下降，彷佛在电梯里不存在地球引力度定律在下降，彷佛在电梯里不存在地球引力 红色红色——代表过去代表过去蓝色蓝色——代表未来代表未来黄绿黄绿——表连结过　表连结过　　　　　　　 去到未来去到未来20052005世界物理年世界物理年　　　　对物理学家而言，这个标对物理学家而言，这个标识象征的是光锥；对一般大众识象征的是光锥；对一般大众而言常被看成是沙漏，象征着而言常被看成是沙漏，象征着爱因斯坦在时间相对性上渊博爱因斯坦在时间相对性上渊博的见解及洞察力的见解及洞察力1 1、背景、背景 19世纪末世纪末20世纪初，世纪初，微观粒子的运动不能用经典力微观粒子的运动不能用经典力学的原理说明学的原理说明2 2、诞生、诞生19001900年，普朗克年，普朗克提出量子假说，宣告量子论诞生提出量子假说，宣告量子论诞生(1)(1)爱因斯坦爱因斯坦成功解释光电效应；成功解释光电效应；(2)(2)玻尔玻尔提出有关原子的量子理论；提出有关原子的量子理论；(3)(3)2020世纪世纪3030年代，年代，量子力学建立。

量子力学建立三、量子论的诞生与发展三、量子论的诞生与发展3 3、发展、发展1858-1947（1）量子论是人类对微观世界的基本认识取得革命性的进步,与相对论一起,构成了现代物理学的基础2）相对论和量子论发现人们日常经验之外的宏观世界和微观世界的物质运动规律，不仅推动了物理学的进步，还大大开阔了人们视野，改变了人们认识世界的角度和方式 4、意义：、意义：物理学发展的过程物理学发展的过程经典力学奠经典力学奠基者基者（（1717世纪初）世纪初）经典力学经典力学建立者建立者（（1717世纪世纪晚期）晚期）从经典力学发展到相对从经典力学发展到相对论、量子论论、量子论（（1919世纪末～世纪末～2020世纪初）世纪初）伽利略（意）伽利略（意）牛顿（英）牛顿（英）爱因斯坦（德）爱因斯坦（德）普朗克（德）普朗克（德）科学科学家家主要成就主要成就意义意义伽利伽利略略落体定律落体定律为经典力学的创立和发展奠定基础为经典力学的创立和发展奠定基础望远镜（天文方面）望远镜（天文方面）证明哥白尼的证明哥白尼的“日心说日心说”的正确性的正确性注重科学研究方法注重科学研究方法标志着物理学的真正开端标志着物理学的真正开端牛顿牛顿《《自然哲学的数学原自然哲学的数学原理理》》（物体运动三大（物体运动三大定律和万有引力定律）定律和万有引力定律）标志着牛顿力学体系的形成标志着牛顿力学体系的形成(即经典力学体系的形成即经典力学体系的形成)标志着近标志着近代科学的代科学的形成形成爱因爱因斯坦斯坦相对论（狭义、广义）、相对论（狭义、广义）、（否定了经典力学绝对时空（否定了经典力学绝对时空观，揭示了时间和空间本质，观，揭示了时间和空间本质，发展了牛顿力学，推动物理发展了牛顿力学，推动物理学的新高度学的新高度））现代现代物理物理学学的基础的基础普朗普朗克克量子论量子论57页（弥补了页（弥补了••••••推动了推动了••••••开阔了开阔了••••••改变了改变了•••••• ））物理学发展过程中的主要成就及意义物理学发展过程中的主要成就及意义经经典典力力学学伽利略奠基伽利略奠基牛顿创立牛顿创立标志：标志：特点：特点： 以以 为基础为基础, 以以 为表达为表达形式形式贡献贡献物理学：物理学： 发现发现 定律定律天文学：天文学：证明证明 的的正确正确影响影响开创了重开创了重 和重和重 的近的近代科学代科学为为 的创立奠定了基的创立奠定了基础础影响：影响： 对解释和预见物理现象具有对解释和预见物理现象具有 意义意义相相对对论论创立：创立：20世纪初世纪初, 创立创立, 包括包括 相对论和相对论和 相对论相对论意义意义否定了经典力学的否定了经典力学的 时空观时空观, 揭示了时空的揭示了时空的 性性内涵：内涵：时空会随物体时空会随物体 的变化而变化的变化而变化, 出现出现 效应效应量量子子论论1900年年 提出量子假说提出量子假说发展发展爱因斯坦提出爱因斯坦提出 的量子理论的量子理论 玻尔提出玻尔提出 的量子理论的量子理论诞生：诞生：影响：影响：＝＝现代物理学基础现代物理学基础△△本课知识网络本课知识网络自由落体自由落体日心说日心说实验实验逻辑逻辑经典力学经典力学1687年年, 牛顿发表牛顿发表 《《 》》自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理实验实验数学数学决定性决定性爱因斯坦爱因斯坦狭义狭义广义广义运动速度运动速度尺缩钟慢尺缩钟慢是物理学领域的一次是物理学领域的一次重大革命重大革命绝对绝对相对相对光光原子原子 力学建立，对世力学建立，对世界的认识开始由界的认识开始由 世界深入到世界深入到 世世界界量子量子宏观宏观微观微观——改变认识改变认识 和和角度角度方式方式普朗克普朗克＋＋相对论相对论量子论量子论中国古代科技特点与西方近代科技比较中国古代科技特点与西方近代科技比较中国古代科技中国古代科技西方近代科技西方近代科技重经验：重经验： 是对生产经是对生产经验的总结和对自然现验的总结和对自然现象的直接描述，缺乏象的直接描述，缺乏理论探索。

理论探索 (属应用科属应用科学学) )重实验：重实验：注重观察和实注重观察和实验与严密逻辑体系相结合验与严密逻辑体系相结合 (属理论科学属理论科学) )技术化倾向严重，技术化倾向严重，封封闭性强重理论、重分析重理论、重分析( (从理从理论高度概括分析论高度概括分析) )、形成、形成近代科学研究方法近代科学研究方法重实用，重实用，服务于农业生服务于农业生产和统治需要产和统治需要服务于工业生产和经济的服务于工业生产和经济的发展及时训练 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　①①否定了经典力学的绝对时空观 　②②揭示了时间、空间并非绝对不变的本质属性 　③③打破了经典力学体系的局限性 ④④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　A、①②③①②③ B、②③④②③④ C、①③④①③④ D、①②④①②④3、海王星的发现是根据、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2、、 现代物理学的基础是现代物理学的基础是　　A、牛顿力学、牛顿力学 　　 B、相对论、相对论 　　C、量子假说、量子假说 　　D、量子理论、相对论、量子理论、相对论 4、下列表述不正确的是　A、牛顿创立的经典力学是经典物理学的基础　B、经典物理学所适用的主要是日常生活中的物理现象　C、相对论的提出证明经典的物理学是完全错误的　D、量子理论使人类对微观世界的基本认识有了革命性的进步 5、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. ①②④A 6.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 7.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C。