第11課物理學(xué)的重大進(jìn)展

1、第第1111課課 物理學(xué)的重大進(jìn)展物理學(xué)的重大進(jìn)展一一. . 經(jīng)典力學(xué)經(jīng)典力學(xué)1.1.經(jīng)典力學(xué)的奠基者經(jīng)典力學(xué)的奠基者-(1)(1)近代科學(xué)產(chǎn)生的背景：近代科學(xué)產(chǎn)生的背景：伽利略伽利略A.A.（社會前提：）文藝復(fù)興運(yùn)動的影響（社會前提：）文藝復(fù)興運(yùn)動的影響B(tài).B.（物質(zhì)條件：）資本主義的發(fā)展為其（物質(zhì)條件：）資本主義的發(fā)展為其提供了物質(zhì)基礎(chǔ)提供了物質(zhì)基礎(chǔ) C.C.科學(xué)家勇于探索的精神科學(xué)家勇于探索的精神(2)(2)成就：成就：物理學(xué)物理學(xué)證實(shí)：外力證實(shí)：外力不是維持不是維持運(yùn)動狀態(tài)的運(yùn)動狀態(tài)的原因，只是原因，只是改變改變運(yùn)動狀態(tài)的原因運(yùn)動狀態(tài)的原因 亞里士多德（約前亞里士多德（約前384384

2、前前322322）是古希臘著名的哲）是古希臘著名的哲學(xué)家、科學(xué)家和教育家，成為學(xué)家、科學(xué)家和教育家，成為古希古希 臘最博學(xué)的人臘最博學(xué)的人。亞里士。亞里士多德的多德的力學(xué)觀力學(xué)觀：他認(rèn)為地球上：他認(rèn)為地球上的物體運(yùn)動有的物體運(yùn)動有天然運(yùn)動天然運(yùn)動和和受迫受迫運(yùn)動運(yùn)動，物體的受迫運(yùn)動是推動，物體的受迫運(yùn)動是推動者加于被推動者的，推動者一者加于被推動者的，推動者一旦停止推動，運(yùn)動就會停止。旦停止推動，運(yùn)動就會停止。如：如：“推箱子推箱子”的例子。（即，的例子。（即，外力是維持運(yùn)動狀態(tài)的原因外力是維持運(yùn)動狀態(tài)的原因）亞里士多德認(rèn)為：亞里士多德認(rèn)為：物體物體“落體的速度落體的速度與與重量重量成正比成正

3、比”伽利略通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：伽利略通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：物體下落時物體下落時的的距離距離與與所用時間的平方所用時間的平方成正比，成正比，而物體下落的速度與而物體下落的速度與物體的質(zhì)量物體的質(zhì)量無無關(guān)，這就是著名的關(guān)，這就是著名的自由落體定律自由落體定律。 據(jù)說伽利略據(jù)說伽利略曾在意大利曾在意大利比薩比薩斜塔斜塔上作過自由上作過自由落體的實(shí)驗(yàn)。結(jié)落體的實(shí)驗(yàn)。結(jié)果兩個重量相差果兩個重量相差1010倍的球同時落倍的球同時落地，從而證明了地，從而證明了亞里士多德的觀亞里士多德的觀點(diǎn)是錯誤的。點(diǎn)是錯誤的。(1)(1)背景：背景：一一. . 經(jīng)典力學(xué)經(jīng)典力學(xué)1.1.經(jīng)典力學(xué)的奠基者經(jīng)典力學(xué)的奠基者- - 伽利略伽利略

4、(2)(2)成就：成就：發(fā)現(xiàn)了自由落體定律發(fā)現(xiàn)了自由落體定律物理學(xué)物理學(xué)證實(shí)：外力證實(shí)：外力不是維持不是維持運(yùn)動狀態(tài)的運(yùn)動狀態(tài)的原因，只是原因，只是改變改變運(yùn)動狀態(tài)的原因運(yùn)動狀態(tài)的原因天文學(xué)天文學(xué)：用自制的望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了許多肉用自制的望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了許多肉眼看不見的星體，證明了哥白眼看不見的星體，證明了哥白尼提出的尼提出的“日心說日心說”的正確性。的正確性。地心說地心說 中世紀(jì)時，基督教會宣揚(yáng)的宇宙觀是宇中世紀(jì)時，基督教會宣揚(yáng)的宇宙觀是宇宙是一個封閉的大盒子或大帳篷，天是盒（篷）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）蓋，地是盒（篷）底，圣地耶路撒冷居盒（

5、篷）底的中央，日月星辰懸掛在蓋上，此即所謂的底的中央，日月星辰懸掛在蓋上，此即所謂的“宇宙帳篷說宇宙帳篷說”。后來，亞里士多德和托勒密所。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，教會將這一提出的希臘宇宙體系逐漸深入人心，教會將這一理論融入基督教神學(xué)之后，地心理論即獲得了正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，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

6、，推動著宇宙的運(yùn)行，注視著人類宇宙的最外層，推動著宇宙的運(yùn)行，注視著人類的一舉一動。的一舉一動。 文藝復(fù)興時期波蘭科學(xué)家哥白文藝復(fù)興時期波蘭科學(xué)家哥白尼提出尼提出“日心說日心說”，并寫成，并寫成天體天體運(yùn)行論運(yùn)行論，否定亞里士多德的地心，否定亞里士多德的地心說，掀起天文學(xué)的革命，從根本上說，掀起天文學(xué)的革命，從根本上動搖了宗教神學(xué)的理論基礎(chǔ)動搖了宗教神學(xué)的理論基礎(chǔ)。布魯諾布魯諾極力宣揚(yáng)極力宣揚(yáng)“日心說日心說”，受到教會的迫害，受到教會的迫害，1 1年月日，宗教裁判所判處布魯諾火刑，年月日，宗教裁判所判處布魯諾火刑，布魯諾以輕蔑的態(tài)度聽完判決書后，正義凜然地布魯諾以輕蔑的態(tài)度聽完判決書后，正義凜

7、然地說：說：“你們對我宣讀判詞，比我聽判詞還要感到你們對我宣讀判詞，比我聽判詞還要感到恐懼恐懼”。行刑前，劊子手舉著火把問布魯諾。行刑前，劊子手舉著火把問布魯諾：“你的末日已經(jīng)來臨，還有什么要說的嗎？你的末日已經(jīng)來臨，還有什么要說的嗎？”布魯諾滿懷信心莊嚴(yán)地宣布：布魯諾滿懷信心莊嚴(yán)地宣布：“黑暗即黑暗即將過去，黎明即將來臨，真理終將戰(zhàn)勝將過去，黎明即將來臨，真理終將戰(zhàn)勝邪惡邪惡！”他最后高呼：他最后高呼：“火，不能征服火，不能征服我，未來的世界會了解我，會知道我的我，未來的世界會了解我，會知道我的價值價值。”歲的布魯諾在熊熊烈火中歲的布魯諾在熊熊烈火中英勇就義。他死后，教會甚至害怕人們英勇就義

8、。他死后，教會甚至害怕人們搶走這位偉大思想家的骨灰來紀(jì)念他，搶走這位偉大思想家的骨灰來紀(jì)念他，匆匆忙忙把他的骨灰連同泥土一起拋撒匆匆忙忙把他的骨灰連同泥土一起拋撒在臺伯河中。在臺伯河中。 16091609年，伽利略創(chuàng)制了天文望遠(yuǎn)鏡（后被稱為伽利略望遠(yuǎn)年，伽利略創(chuàng)制了天文望遠(yuǎn)鏡（后被稱為伽利略望遠(yuǎn)鏡），并用來觀測天體，他發(fā)現(xiàn)了月球表面的凹凸不平，鏡），并用來觀測天體，他發(fā)現(xiàn)了月球表面的凹凸不平，并親手繪制了第一幅月面圖。并親手繪制了第一幅月面圖。16101610年，伽利略發(fā)現(xiàn)了木星年，伽利略發(fā)現(xiàn)了木星的四顆衛(wèi)星，為哥白尼學(xué)說找到了確鑿的證據(jù)，標(biāo)志著哥的四顆衛(wèi)星，為哥白尼學(xué)說找到了確鑿的證據(jù)，標(biāo)志

9、著哥白尼學(xué)說開始走向勝利。借助于望遠(yuǎn)鏡，伽利略還先后發(fā)白尼學(xué)說開始走向勝利。借助于望遠(yuǎn)鏡，伽利略還先后發(fā)現(xiàn)了土星光環(huán)、太陽黑子、太陽的自轉(zhuǎn)、金星和水星的盈現(xiàn)了土星光環(huán)、太陽黑子、太陽的自轉(zhuǎn)、金星和水星的盈虧現(xiàn)象、月球的周日和周月天平動，以及銀河是由無數(shù)恒虧現(xiàn)象、月球的周日和周月天平動，以及銀河是由無數(shù)恒星組成等等。這些發(fā)現(xiàn)開辟了天文學(xué)的新時代。星組成等等。這些發(fā)現(xiàn)開辟了天文學(xué)的新時代。 為了紀(jì)念伽利略的功績，人們把木衛(wèi)一、木衛(wèi)二、木為了紀(jì)念伽利略的功績，人們把木衛(wèi)一、木衛(wèi)二、木衛(wèi)三和木衛(wèi)四命名為伽利略衛(wèi)星。衛(wèi)三和木衛(wèi)四命名為伽利略衛(wèi)星。 人們爭相傳頌：人們爭相傳頌：“哥倫布哥倫布發(fā)現(xiàn)了新大陸，

10、伽利略發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)了新大陸，伽利略發(fā)現(xiàn)了新宇宙了新宇宙”。 伽利略為伽利略為牛頓牛頓的牛頓運(yùn)動定律第一、第二定律提供了的牛頓運(yùn)動定律第一、第二定律提供了啟示啟示 (1)(1)背景：背景：一一. . 經(jīng)典力學(xué)經(jīng)典力學(xué)1.1.經(jīng)典力學(xué)的奠基者經(jīng)典力學(xué)的奠基者-伽利略伽利略(2)(2)成就：成就：(3)(3)評價：評價：力學(xué)的一系列發(fā)現(xiàn)為經(jīng)典力學(xué)體系的建立力學(xué)的一系列發(fā)現(xiàn)為經(jīng)典力學(xué)體系的建立奠定了基礎(chǔ)；奠定了基礎(chǔ)；注重觀察和實(shí)驗(yàn)，是實(shí)驗(yàn)科學(xué)的創(chuàng)始人；注重觀察和實(shí)驗(yàn)，是實(shí)驗(yàn)科學(xué)的創(chuàng)始人；天文學(xué)方面的成就為近代自然科學(xué)的建立，天文學(xué)方面的成就為近代自然科學(xué)的建立，特別是物理學(xué)的發(fā)展，做出了巨大貢獻(xiàn)。特別是物

11、理學(xué)的發(fā)展，做出了巨大貢獻(xiàn)。被譽(yù)為被譽(yù)為“現(xiàn)代科學(xué)之父現(xiàn)代科學(xué)之父”一一. . 經(jīng)典力學(xué)經(jīng)典力學(xué)1.1.經(jīng)典力學(xué)的奠基者經(jīng)典力學(xué)的奠基者- - 伽利略伽利略2.2.經(jīng)典力學(xué)的建立者經(jīng)典力學(xué)的建立者-(1)(1)標(biāo)志：標(biāo)志：16871687年出版年出版自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理原理一書，提出了物體一書，提出了物體運(yùn)動三運(yùn)動三大定律和萬有引力定律大定律和萬有引力定律等等(2)(2)特點(diǎn)特點(diǎn)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，以數(shù)學(xué)為表達(dá)形式以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，以數(shù)學(xué)為表達(dá)形式適用于適用于宏觀低速宏觀低速運(yùn)動物體運(yùn)動物體牛頓牛頓(3) (3) 意義意義: : 實(shí)現(xiàn)了自然科學(xué)的第一次理論性大綜合；實(shí)現(xiàn)了自然科學(xué)的第一次理論

12、性大綜合；牛頓力學(xué)是整個物理學(xué)和天文學(xué)的基礎(chǔ)，牛頓力學(xué)是整個物理學(xué)和天文學(xué)的基礎(chǔ)，也是其它學(xué)科的理論基礎(chǔ)；也是其它學(xué)科的理論基礎(chǔ)；絕對時絕對時空論空論 質(zhì)疑與思考：經(jīng)典力學(xué)體系是最完美質(zhì)疑與思考：經(jīng)典力學(xué)體系是最完美的物理學(xué)理論嗎？的物理學(xué)理論嗎？ 1919世紀(jì)末，面對經(jīng)典物理學(xué)近乎完美世紀(jì)末，面對經(jīng)典物理學(xué)近乎完美的發(fā)展，有的物理學(xué)家表示：的發(fā)展，有的物理學(xué)家表示：“1919世紀(jì)已世紀(jì)已經(jīng)將物理大廈全部建成，今后物理學(xué)家只經(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。是修飾和完美這座大廈?！?高速運(yùn)動的微觀粒子發(fā)生的現(xiàn)象，是經(jīng)高速運(yùn)動的微觀粒子發(fā)生的現(xiàn)象，是經(jīng)典力學(xué)無法解釋的！典

13、力學(xué)無法解釋的！ 牛頓力學(xué)使人類獲得了用理性解決所有問題的牛頓力學(xué)使人類獲得了用理性解決所有問題的自信，在這個意義上說它開創(chuàng)了理性時代。自信，在這個意義上說它開創(chuàng)了理性時代。標(biāo)志著標(biāo)志著近代科學(xué)的形成近代科學(xué)的形成。1 1、背景：、背景：1919世紀(jì)，隨著物理學(xué)研究的進(jìn)展，世紀(jì)，隨著物理學(xué)研究的進(jìn)展，經(jīng)典力學(xué)無法解釋研究中遇到的一些新問題，經(jīng)典力學(xué)無法解釋研究中遇到的一些新問題，面臨著挑戰(zhàn)。面臨著挑戰(zhàn)。二、相對論的創(chuàng)立二、相對論的創(chuàng)立 1919世紀(jì)末，物理學(xué)界連續(xù)發(fā)生了世紀(jì)末，物理學(xué)界連續(xù)發(fā)生了 三個重大事件，即三個重大事件，即X X射線、放射性射線、放射性和和電子電子的發(fā)現(xiàn)。這三大發(fā)現(xiàn)使得原

14、子不的發(fā)現(xiàn)。這三大發(fā)現(xiàn)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(xué)家們曾可分、不變化的傳統(tǒng)觀念發(fā)生了動搖。物理學(xué)家們曾認(rèn)為的似乎已經(jīng)基本上完成了的經(jīng)典物理學(xué)體系，從認(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)了動搖，這就是所謂的根本上出現(xiàn)了動搖，這就是所謂的“物理學(xué)危機(jī)物理學(xué)危機(jī)”。物理學(xué)的物理學(xué)的“危機(jī)危機(jī)”沒有嚇倒大多數(shù)物理學(xué)家，他們繼沒有嚇倒大多數(shù)物理學(xué)家，他們繼續(xù)向前探索，于是產(chǎn)生了以續(xù)向前探索，于是產(chǎn)生了以量子論量子論和和相對論相對論的建立為的建立為標(biāo)志的物理學(xué)革命，物理學(xué)從此開辟了新的天地。標(biāo)志的物理學(xué)革命，物理學(xué)從此開辟了新的天地。1 1、背景：、背景：二、相對

15、論的創(chuàng)立二、相對論的創(chuàng)立2 2、提出：、提出：2020世紀(jì)初，德國物理學(xué)家世紀(jì)初，德國物理學(xué)家愛因斯坦愛因斯坦提出提出相對論相對論，包括狹義相對論和廣義相對論，包括狹義相對論和廣義相對論3 3、內(nèi)容：、內(nèi)容：（1 1）狹義相對論：）狹義相對論：物體運(yùn)動時，質(zhì)量會物體運(yùn)動時，質(zhì)量會隨物體運(yùn)動速度增大而增加，同時，空間隨物體運(yùn)動速度增大而增加，同時，空間和時間也會隨著物體運(yùn)動速度的變化而變和時間也會隨著物體運(yùn)動速度的變化而變化，即會發(fā)生化，即會發(fā)生尺縮效應(yīng)尺縮效應(yīng)和和鐘慢效應(yīng)鐘慢效應(yīng)。（2 2）廣義相對論：）廣義相對論：空間和時間的性質(zhì)不空間和時間的性質(zhì)不僅取決于物質(zhì)的運(yùn)動情況，也取決于物質(zhì)僅取決

16、于物質(zhì)的運(yùn)動情況，也取決于物質(zhì)本身的分布狀態(tài)。本身的分布狀態(tài)。4 4、意義：、意義：相對論的提出是物理學(xué)領(lǐng)域相對論的提出是物理學(xué)領(lǐng)域的一次重大革命。它的一次重大革命。它否定了經(jīng)典力學(xué)的絕否定了經(jīng)典力學(xué)的絕對時空觀對時空觀，深刻地揭示了時間和空間的本，深刻地揭示了時間和空間的本質(zhì)屬性。它也質(zhì)屬性。它也發(fā)展了牛頓力學(xué)發(fā)展了牛頓力學(xué)，將其概括，將其概括在相對論力學(xué)之中，推動物理學(xué)發(fā)展到一在相對論力學(xué)之中，推動物理學(xué)發(fā)展到一個新的高度。個新的高度。二、相對論的創(chuàng)立二、相對論的創(chuàng)立三三. .量子論的誕生與發(fā)展量子論的誕生與發(fā)展 1919世紀(jì)末世紀(jì)末2020世紀(jì)初，電子和放射線的發(fā)現(xiàn)，世紀(jì)初，電子和放射線

17、的發(fā)現(xiàn)，打開了原子的大門，人們對物質(zhì)的認(rèn)識深入到打開了原子的大門，人們對物質(zhì)的認(rèn)識深入到了原子內(nèi)部。大量的實(shí)驗(yàn)表明，微觀的粒子運(yùn)了原子內(nèi)部。大量的實(shí)驗(yàn)表明，微觀的粒子運(yùn)動不能用經(jīng)典力學(xué)的理論來說明。動不能用經(jīng)典力學(xué)的理論來說明。1.1.量子論誕生的背景：量子論誕生的背景：2 2、過程、過程（1 1）誕生：）誕生：19001900年，德國物理學(xué)家年，德國物理學(xué)家普朗克普朗克提提出量子假說。認(rèn)為輻射像物質(zhì)一樣，是由具有出量子假說。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。這一假說宣告能量的基本單位量子來實(shí)現(xiàn)的。這一假說宣告了了量子論量子論的誕生。的誕生。三三. .量子論的誕生與發(fā)展量

18、子論的誕生與發(fā)展1.1.量子論誕生的背景：量子論誕生的背景：2 2、過程、過程（2 2）發(fā)）發(fā)展：愛因斯坦利用量子理論成展：愛因斯坦利用量子理論成功地解釋了功地解釋了光電效應(yīng)光電效應(yīng)，丹麥物理學(xué)家，丹麥物理學(xué)家玻玻爾爾提出提出有關(guān)原子的量子理論有關(guān)原子的量子理論。2020世紀(jì)世紀(jì)3030年代，年代，量子力學(xué)量子力學(xué)建立起來。建立起來。三三. .量子論的誕生與發(fā)展量子論的誕生與發(fā)展1.1.量子論誕生的背景：量子論誕生的背景：2 2、過程、過程 量子論使人類對微觀世界的基本認(rèn)識取得革量子論使人類對微觀世界的基本認(rèn)識取得革命性的進(jìn)步。命性的進(jìn)步。它與相對論一起，構(gòu)成了現(xiàn)代它與相對論一起，構(gòu)成了現(xiàn)代物

19、理學(xué)的基礎(chǔ)。物理學(xué)的基礎(chǔ)。推動了物理學(xué)自身的進(jìn)步，推動了物理學(xué)自身的進(jìn)步，開闊了人們的視野，改變了人們認(rèn)識世界的角開闊了人們的視野，改變了人們認(rèn)識世界的角度和方式。度和方式。小結(jié)：物理學(xué)發(fā)展的過程小結(jié)：物理學(xué)發(fā)展的過程經(jīng)典力學(xué)奠經(jīng)典力學(xué)奠基者基者（1717世紀(jì)初）世紀(jì)初）經(jīng)典力學(xué)經(jīng)典力學(xué)建立者建立者（1717世紀(jì)世紀(jì)晚期）晚期）從經(jīng)典力學(xué)發(fā)展到相對從經(jīng)典力學(xué)發(fā)展到相對論、量子論論、量子論（1919世紀(jì)末世紀(jì)末2020世紀(jì)初）世紀(jì)初）伽利略（意）伽利略（意）牛頓（英）牛頓（英）愛因斯坦（德）愛因斯坦（德）普朗克（德）普朗克（德）課堂練習(xí)：課堂練習(xí)：1 1、愛因斯坦相對論的提出是物理學(xué)領(lǐng)域的一場、愛因斯坦相對論的提出是物理學(xué)領(lǐng)域的一場重大革命，主要是因?yàn)橹卮蟾锩?，主要是因?yàn)榉穸私?jīng)典力學(xué)的否定了經(jīng)典力學(xué)的絕對時空觀絕對時空觀 揭示了時間、空間并非絕對揭示了時間、空間并非絕對不變的本質(zhì)屬性不變的本質(zhì)屬性 打破了經(jīng)典力學(xué)體系的打破了經(jīng)典力學(xué)體系的局限性局限性 使人類對客觀世界的認(rèn)識開始從宏使人類對客觀世界的認(rèn)識開始從宏觀世界深入到微觀世界觀世界深入到微觀世界A A、 B B、 C C、 D D、 2 2、 現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)是現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)是A A、牛頓