追尋大師足跡領(lǐng)略科技魅力2.ppt

中學(xué)物理與STS教育：陳報(bào)南,一 近代物理學(xué)的奠基人和革命者,專題七 近代以來(lái)科學(xué)技術(shù)的輝煌,追尋大師足跡 領(lǐng)略科技魅力,講授者：呂準(zhǔn)能,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(yáng)為什么升起落下？這些今天看來(lái)簡(jiǎn)單之極的問(wèn)題，在當(dāng)時(shí)卻是根本無(wú)法認(rèn)識(shí)和把握的。直到牛頓出現(xiàn)，人類才終于結(jié)束了這種狀態(tài)。 大國(guó)崛起解說(shuō)詞,巨人肩上的思索,伽利略（15641642），偉大的意大利物理學(xué)家和天文學(xué)家，他開(kāi)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)用望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行觀測(cè)，出版了星空使者一書(shū)。,比薩斜塔，伽利略在此做過(guò)落體實(shí)驗(yàn),我之所以能比別人看得遠(yuǎn)些，是因?yàn)槲艺驹诰奕藗兊募缟稀?牛頓,古代物理學(xué)家： 墨子、阿基米德、 亞里士多德,后來(lái)作為大學(xué)教授，牛頓常常忙得不修邊幅，往往領(lǐng)帶不結(jié)，襪帶不系好，馬褲也不紐扣，就走進(jìn)了餐廳。牛頓終生未娶。他馬虎拖沓，曾經(jīng)鬧過(guò)許多的笑話。一次他邊讀書(shū)邊煮雞蛋，等他揭開(kāi)鍋想吃雞蛋時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)鍋里是一只懷表。還有一次，他請(qǐng)朋友吃飯，當(dāng)飯菜準(zhǔn)備好時(shí)，牛頓突然想到一個(gè)問(wèn)題，便獨(dú)自進(jìn)了內(nèi)室，朋友等了他好久就自己動(dòng)手把那份雞全吃不告而別了。,1643年伽利略逝世的這一天，牛頓出生，只有三磅重，誰(shuí)也沒(méi)有料到這個(gè)看起來(lái)微不足道的小東西會(huì)成為了一位科學(xué)巨人，并且竟活到了85歲。,2.牛頓力學(xué)體系,（1）產(chǎn)生過(guò)程,牛頓運(yùn)動(dòng)三定律,慣性定律,加速度定律,作用和反作用力定律,萬(wàn)有引力定律,（2）理論的科學(xué)性和預(yù)見(jiàn)性,準(zhǔn)確算出了地球的平均密度和扁平率,正確地解釋了潮汐的成因,發(fā)現(xiàn)了海王星,認(rèn)識(shí)史上的飛躍,劍橋大學(xué)牛頓橋,無(wú)論從科學(xué)史還是整個(gè)人類的文明史來(lái)看這都是一本劃時(shí)代的巨著。 -王克迪,1、光學(xué)，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(shū)，創(chuàng)立了光的“微粒說(shuō)”。 2、熱學(xué)方面也有研究成果，確定了冷卻定律。 3、數(shù)學(xué)，他與萊布尼茲幾乎同時(shí)創(chuàng)立了微積分學(xué)，他還在前人研究基礎(chǔ)上，建立了二項(xiàng)式定理。 4、天文學(xué)，1671年創(chuàng)制了反射望遠(yuǎn)鏡，初步考察了行星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；他還解釋了潮汐現(xiàn)象，并預(yù)言地球不是正球體，并由此說(shuō)明了歲差現(xiàn)象。,牛頓之“牛”,牛頓力學(xué)體系建立的意義,構(gòu)成了近代力學(xué)體系的基礎(chǔ)，成為整個(gè)近代物理學(xué)的重要支柱。,對(duì)自然界的力學(xué)現(xiàn)象做了系統(tǒng)合理的說(shuō)明，從而完成了人類對(duì)自然界認(rèn) 識(shí)史上的第一次理 論大綜合。,近代科學(xué)形成的標(biāo)志。推動(dòng)了第一次工業(yè)革命。,“19世紀(jì)已經(jīng)將物理大廈全部建成，今后物理學(xué)家只是修飾和完美這座大廈。”,“我好像是一個(gè)在海邊玩耍的孩子，不時(shí)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)在我面前的是完全未探明的真理之海。” 牛頓臨終遺言,此情形并未能持久， 魔鬼喝道： “嗬！讓愛(ài)因斯坦問(wèn)世！” 世界又變得難以捉摸。 -英國(guó)現(xiàn)代派詩(shī)人J.CSquire,愛(ài)因斯坦的“時(shí)空” ,一沙一世界，一花一天堂。 無(wú)限掌中置，剎那成永恒。 徐志摩 譯,艾伯特愛(ài)因斯坦（18791955），1879年誕生在德國(guó)烏爾姆的猶太人家中。1894年舉家遷居米蘭。1900年畢業(yè)于瑞士蘇黎世工業(yè)大學(xué)。 愛(ài)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。,狹義相對(duì)論,創(chuàng)立,1905年創(chuàng)立,內(nèi)容,時(shí)間和空間都與物質(zhì)運(yùn)動(dòng)有關(guān),時(shí)間和空間隨著物質(zhì)運(yùn)動(dòng)速度 的變化而變化,狹義相對(duì)論的影響,修正了牛頓力學(xué)的絕對(duì)時(shí)空觀,繼承和發(fā)展了牛頓力學(xué),奠定了利用原子能的理論基礎(chǔ),2005世界物理年,(2)廣義相對(duì)論,提出:1916年,內(nèi)容,意義,第一次闡述了四維時(shí)空和物質(zhì)的分布相聯(lián)系的重要思想,愛(ài)因斯坦關(guān)于相對(duì)論的比喻。為了對(duì)這深?yuàn)W理論做通俗的說(shuō)明，曾風(fēng)趣地對(duì)一名男青年說(shuō)：我打個(gè)比方，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(shuō)愛(ài)，那么，同樣的時(shí)間你覺(jué)得哪一個(gè)更長(zhǎng)？”男青年說(shuō)：“當(dāng)然坐在火爐上烤的時(shí)間覺(jué)得長(zhǎng)久?！毙蜗笳f(shuō)明了時(shí)空相對(duì)性。,相對(duì)論建立的意義,是對(duì)近代物理學(xué)理論框架的重大突破，深刻揭示了空間和時(shí)間的本質(zhì)屬性,全新的時(shí)空觀，運(yùn)動(dòng)觀和物質(zhì)觀的形成，是人類思想發(fā)展史中的一次根本性變革，,量子論和相對(duì)論是現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱，量子論的形成標(biāo)志著人類開(kāi)始從宏觀世界深入到微觀世界。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)。,1955年4月18日因主動(dòng)脈瘤破裂逝世于普林斯頓。遵照他的遺囑，不發(fā)訃告，不舉行公開(kāi)葬禮，不建墳?zāi)?，不立紀(jì)念碑。骨灰撒在永遠(yuǎn)對(duì)人保密的地方，為的是不使任何地方成為圣地。 他的主治醫(yī)生賀維博士認(rèn)為如此偉大的大腦，應(yīng)該進(jìn)行研究，所以他便把愛(ài)因斯坦的大腦保留了下來(lái)，并切成200片帶走。但至今沒(méi)有結(jié)論。,“愛(ài)因斯坦的相對(duì)論是人類思想史上最偉大的成就之一，也許就是最偉大的成就，它不是發(fā)現(xiàn)一個(gè)孤島，而是發(fā)現(xiàn)了新的科學(xué)思想的新大陸?！?（英國(guó)）皇家學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)湯姆遜,經(jīng)典力學(xué)體系的創(chuàng)立和發(fā)展,量子理論的誕生(從普朗克到愛(ài)因斯坦),相對(duì)論的建立（愛(ài)因斯坦）,現(xiàn)代物理學(xué)理論的發(fā)展,本課知識(shí)結(jié)構(gòu),近代物理學(xué)的奠基人和革命者,伽利略對(duì)亞里士多德力學(xué)觀的否定,牛頓對(duì)前人科學(xué)理論的發(fā)展,課外討論：我們應(yīng)如何優(yōu)化教育來(lái)培養(yǎng)科學(xué)精神？,普朗克，生于基爾，在慕尼黑大學(xué)獲得博士學(xué)位。由于量子論創(chuàng)立，普朗克獲得1918年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。父親是杰出的法律教授。普朗克是德國(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(ài)好是音樂(lè)，表現(xiàn)了專業(yè)藝術(shù)才干；另一業(yè)余愛(ài)好是他一直堅(jiān)持的登山運(yùn)動(dòng)。,量子力學(xué)的創(chuàng)立者,驅(qū)走烏云的太陽(yáng),19世紀(jì)末，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)”。 過(guò)去的物理學(xué)都以牛頓的理論為基礎(chǔ)，認(rèn)為時(shí)間和空間是絕對(duì)的，似乎宇宙間存在著一個(gè)永遠(yuǎn)走動(dòng)著的大鐘，在任何情況下，它的速率永遠(yuǎn)都是相同的，世界上的一切運(yùn)動(dòng)在時(shí)間上都以它為度量標(biāo)準(zhǔn)。,假如我說(shuō)我有一些微小的成就的話，沒(méi)有其他秘訣，唯有勤奮而已。 今后的歷史學(xué)家會(huì)把我描述成“最幸運(yùn)”的科學(xué)家，因?yàn)槲乙砸环N前所未有的方法，并在一個(gè)極為有利的時(shí)代，將許多現(xiàn)存的科學(xué)進(jìn)展組合在一起。牛頓,科學(xué)的基本定義 科學(xué)是崇尚真理和真實(shí)的人們的，永無(wú)止境地探索、實(shí)踐，階段性地趨于逼近真理，階段性地解釋和揭示真理的階段性、發(fā)展性、歷史性、辯證性、普遍性、特殊性、信息性等特點(diǎn)，盡可能不包含自相矛盾的知識(shí)體系,且是一項(xiàng)永遠(yuǎn)造福人類社會(huì)的高尚事業(yè)。,1781年天王星被發(fā)現(xiàn)，科學(xué)家用牛頓力學(xué)計(jì)算它的軌道，可是計(jì)算結(jié)果總是同觀測(cè)紀(jì)錄不大相符。經(jīng)反復(fù)核算，觀測(cè)無(wú)誤。,因?yàn)樘?yáng)系中還有一顆未知行星，沒(méi)有考慮到它對(duì)天王星的引力作用。用牛頓力學(xué)算出了這顆未知行星的位置和質(zhì)量。1848年9月23日，柏林天文臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)用望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)勒維列所指出的位置，一下子就看到了一顆新的行星海王星。勒維列無(wú)需觀測(cè)星空，就在筆尖上發(fā)現(xiàn)了新行星。牛頓力學(xué)又創(chuàng)造了新的奇跡。,海王星和冥王星的發(fā)現(xiàn),成功的秘訣 一個(gè)愛(ài)說(shuō)廢話而不愛(ài)用功的青年，整天纏著大科學(xué)家愛(ài)因斯坦，要他公開(kāi)成功的秘訣。愛(ài)因斯坦厭煩了，便寫(xiě)了一 個(gè)公式給他：Axyz 愛(ài)因斯坦解釋道：“A代表成功，x代表艱苦的勞動(dòng)，y代表正確的方法” “z代表什么？”青年迫不及待地問(wèn)?！按砩僬f(shuō)廢話?！睈?ài)因斯坦說(shuō)。,相對(duì)論的現(xiàn)實(shí)意義舉例相對(duì)論能修正GPS（全球定位系統(tǒng)） 全球定位系統(tǒng)GPS的應(yīng)用也已普及化了，許多城市的公共汽車、出租車上都安裝了它。早期的GPS接收器確定物體位置的誤差是在15米范圍內(nèi)，這個(gè)誤差可以用愛(ài)因斯坦相對(duì)論來(lái)修正。,紅色代表過(guò)去 藍(lán)色代表未來(lái) 黃綠表連結(jié)過(guò) 去到未來(lái),2005世界物理年,對(duì)物理學(xué)家而言，這個(gè)標(biāo)識(shí)象征的是光錐；對(duì)一般大眾而言常被看成是沙漏，象征著愛(ài)因斯坦在時(shí)間相對(duì)性上淵博的見(jiàn)解及洞察力。,本專題總體知識(shí)結(jié)構(gòu),科學(xué) 革命,技術(shù) 革命,物理學(xué) 領(lǐng)域,生物學(xué) 領(lǐng)域,經(jīng)典力學(xué)體系的創(chuàng)立和發(fā)展（從伽利略到牛頓）,量子理論的誕生（從普朗克到愛(ài)因斯坦）,相對(duì)論的建立（愛(ài)因斯坦）,進(jìn)化論理論（達(dá)爾文與赫胥黎）,萬(wàn)能原動(dòng)機(jī)與“蒸汽機(jī)時(shí)代”（瓦特）,電力的廣泛應(yīng)用與“電氣時(shí)代”（法拉第、西門子等）,現(xiàn)代信息技術(shù)與信息時(shí)代,現(xiàn)代物理學(xué)理論的發(fā)展,世界近代科學(xué)是從中世紀(jì)神學(xué)中解放出來(lái)從而得到發(fā)展的。17世紀(jì)牛頓力學(xué)體系的建立，將天上和地上的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)第一次加以理論性的概括和綜合，反映了宏觀物體低速運(yùn)動(dòng)的客觀規(guī)