追寻大师足迹领略科技魅力.ppt

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1、追寻大师足迹领略科技魅力 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life, there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望追寻大师足迹追寻大师足迹 领略科技魅力领略科技魅力英国诗人波普英国诗人波普赞美牛顿：赞美牛顿：自然和自然界的规律，自然和自然界的规律，隐藏在黑暗里。隐藏在黑暗里。上帝说：上帝说：“让牛顿去吧让牛顿去吧! !”于是，一切成为光明。于是，一切成为光明。 三百年前，人类的思想还充斥着迷信和恐惧，水为三百年前，人类的思想还充斥着迷信和恐惧，水为什么往低处流？太阳为什么升起落下？这些今天看来简什么往低

2、处流？太阳为什么升起落下？这些今天看来简单之极的问题，在当时却是根本无法认识和把握的。直单之极的问题，在当时却是根本无法认识和把握的。直到牛顿出现，人类才终于结束了这种状态。到牛顿出现，人类才终于结束了这种状态。 大国崛起解说词大国崛起解说词巨人肩上的思索巨人肩上的思索 伽利略（伽利略（1564156416421642），伟大的），伟大的意大利意大利物理学家物理学家和天文学家，他开创了以实验事实为根据并具有严密和天文学家，他开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系和数学表述形式的近代科学，被誉为逻辑体系和数学表述形式的近代科学，被誉为“近代近代科学之父科学之父”。他第一个用他第一个用望远镜望远

3、镜进行观测，出版了进行观测，出版了星空使者一书。星空使者一书。比萨斜塔，伽利略在此做过落体实验比萨斜塔，伽利略在此做过落体实验 我之所以能我之所以能比别人看得远些，比别人看得远些，是因为我站在巨是因为我站在巨人们的肩上。人们的肩上。 牛顿牛顿 古代物理学家：古代物理学家：墨子、阿基米德、墨子、阿基米德、亚里士多德亚里士多德 后来作为大学教授，后来作为大学教授，牛顿常常忙得不修边幅牛顿常常忙得不修边幅，往往领，往往领带不结，袜带不系好，马裤也不纽扣，就走进了餐厅。带不结，袜带不系好，马裤也不纽扣，就走进了餐厅。牛顿牛顿终生未娶终生未娶。他马虎拖沓，曾经闹过许多的笑话。一。他马虎拖沓，曾经闹过许多

4、的笑话。一次他边读书边煮鸡蛋，等他揭开锅想吃鸡蛋时，却发现次他边读书边煮鸡蛋，等他揭开锅想吃鸡蛋时，却发现锅里是一只怀表。还有一次，他请朋友吃饭，当饭菜准锅里是一只怀表。还有一次，他请朋友吃饭，当饭菜准备好时，牛顿突然想到一个问题，便独自进了内室，朋备好时，牛顿突然想到一个问题，便独自进了内室，朋友等了他好久就自己动手把那份鸡全吃不告而别了。友等了他好久就自己动手把那份鸡全吃不告而别了。 16431643年伽利略逝世的这一年伽利略逝世的这一天，牛顿出生，天，牛顿出生，只有三磅重，只有三磅重，谁也没有料到这个看起来微谁也没有料到这个看起来微不足道的小东西会成为了一不足道的小东西会成为了一位科学巨

5、人，并且竟活到了位科学巨人，并且竟活到了8585岁。岁。2.2.牛顿力学体系牛顿力学体系（1）产生过程）产生过程牛顿运动三牛顿运动三定律定律惯性定律惯性定律加速度定律加速度定律作用和反作用力定律作用和反作用力定律万有引力定律万有引力定律（2）理论的科学）理论的科学性和预见性性和预见性准确算出了地球的平均密度准确算出了地球的平均密度和扁平率和扁平率正确地解释了潮汐的成因正确地解释了潮汐的成因发现了海王星发现了海王星认识史上的飞跃认识史上的飞跃剑桥大学牛顿桥剑桥大学牛顿桥 无论从科学史还是无论从科学史还是整个人类的文明史来看这整个人类的文明史来看这都是一本划时代的巨著。都是一本划时代的巨著。 -王

6、克迪王克迪1 1、光学，牛顿发现了日光是由不同的颜色即不同、光学，牛顿发现了日光是由不同的颜色即不同波长的光构成的，奠定了波长的光构成的，奠定了光谱分析光谱分析的基础，制作的基础，制作了牛顿色盘。他在了牛顿色盘。他在17041704年出版了光学一书，年出版了光学一书，创立了光的创立了光的“微粒说微粒说”。2 2、热学方面也有研究成果，确定了冷却定律。、热学方面也有研究成果，确定了冷却定律。3 3、数学，他与莱布尼兹几乎同时创立了、数学，他与莱布尼兹几乎同时创立了微积分学微积分学，他还在前人研究基础上，建立了他还在前人研究基础上，建立了二项式定理二项式定理。4 4、天文学，、天文学，167116

7、71年创制了年创制了反射望远镜反射望远镜，初步考察，初步考察了行星的运动规律；他还解释了潮汐现象，并预了行星的运动规律；他还解释了潮汐现象，并预言地球不是正球体，并由此说明了岁差现象。言地球不是正球体，并由此说明了岁差现象。牛顿力学体系建立的意义牛顿力学体系建立的意义 构成了近代力学体系的基础，成为整个近代物构成了近代力学体系的基础，成为整个近代物理学的重要支柱。理学的重要支柱。对自然界的力学现象做了系统合理的说明，从而完成对自然界的力学现象做了系统合理的说明，从而完成了人类对自然界认了人类对自然界认识史上的第一次理识史上的第一次理论大综合。论大综合。近代科学形成的近代科学形成的标志。推动了第

8、一标志。推动了第一次工业革命。次工业革命。 “19“19世纪已经将物理大厦世纪已经将物理大厦全部建成，今后物理学家只全部建成，今后物理学家只是修饰和完美这座大厦。是修饰和完美这座大厦。” “我好像是我好像是一个在海边玩一个在海边玩耍的孩子，不耍的孩子，不时为拾到比通时为拾到比通常更光滑的石常更光滑的石子或更美丽的子或更美丽的贝壳而欢欣鼓贝壳而欢欣鼓舞，而展现在舞，而展现在我面前的是完我面前的是完全未探明的真全未探明的真理之海。理之海。” 牛顿临终牛顿临终遗言遗言此情形并未能持久，此情形并未能持久，魔鬼喝道：魔鬼喝道：“嗬！让爱因斯坦问世！嗬！让爱因斯坦问世！”世界又变得难以捉摸。世界又变得难以

9、捉摸。-英国现代派诗人英国现代派诗人J.CJ.CSquireSquire爱因斯坦的爱因斯坦的“时空时空” 一沙一世界，一花一天堂。一沙一世界，一花一天堂。 无限掌中置，刹那成永恒。无限掌中置，刹那成永恒。 徐志摩徐志摩 译译 艾伯特艾伯特爱因斯坦爱因斯坦（1879187919551955），），18791879年年诞生在德国乌尔姆的诞生在德国乌尔姆的犹太人家犹太人家中。中。18941894年举家迁年举家迁居米兰。居米兰。19001900年毕业于瑞士苏黎世工业大学。年毕业于瑞士苏黎世工业大学。 爱因斯坦被认为是最富于创造力的科学家，爱因斯坦被认为是最富于创造力的科学家，他不但创立了他不但创立了相

10、对论相对论，还提出了光量子的概念，还提出了光量子的概念，得出了得出了光电效应光电效应的基本定律，并揭示了光的波粒的基本定律，并揭示了光的波粒二重性本质，为量子力学的建立奠定了基础。为二重性本质，为量子力学的建立奠定了基础。为此荣获此荣获19211921年度的年度的诺贝尔物理学诺贝尔物理学奖奖。同时，他还证明了热的分子。同时，他还证明了热的分子运动论，提出了测定分子大小的运动论，提出了测定分子大小的新方法。新方法。狭义相对论狭义相对论创立创立19051905年创立年创立内容内容时间和空间都与物质运动有关时间和空间都与物质运动有关时间和空间随着物质运动速度时间和空间随着物质运动速度的变化而变化的变

11、化而变化狭义相对狭义相对论的影响论的影响修正了牛顿力学的绝对时空观修正了牛顿力学的绝对时空观继承和发展了牛顿力学继承和发展了牛顿力学奠定了利用原子能的理论基础奠定了利用原子能的理论基础20052005世界物理年世界物理年(2)广义相对论广义相对论提出提出:1916年年内容内容意义意义第一次阐述了四维时空和物质第一次阐述了四维时空和物质的分布相联系的重要思想的分布相联系的重要思想爱因斯坦关于相对论的比喻。爱因斯坦关于相对论的比喻。为了对这深奥理论做通俗的为了对这深奥理论做通俗的说明，曾风趣地对一名男青年说：我打个比方，比如你屁说明，曾风趣地对一名男青年说：我打个比方，比如你屁股坐在火炉上烤和坐在

12、公园柳荫下与女士谈情说爱，那么，股坐在火炉上烤和坐在公园柳荫下与女士谈情说爱，那么，同样的时间你觉得哪一个更长？同样的时间你觉得哪一个更长？”男青年说：男青年说：“当然坐在当然坐在火炉上烤的时间觉得长久。火炉上烤的时间觉得长久。”形象说明了时空相对性。形象说明了时空相对性。相对论建立的意义相对论建立的意义是对近代物理学理论框架的重大突破，深刻是对近代物理学理论框架的重大突破，深刻揭示了空间和时间的本质属性揭示了空间和时间的本质属性全新的时空观，运动观和物质观的形成，是全新的时空观，运动观和物质观的形成，是人类思想发展史中的一次根本性变革，人类思想发展史中的一次根本性变革， 量子论和相对论是现代

13、物理学的两大支柱，量子论和相对论是现代物理学的两大支柱，量量子论的形成标志着人类开始从宏观世界深入到微观子论的形成标志着人类开始从宏观世界深入到微观世界。量子力学和狭义相对论结合形成原子核物理世界。量子力学和狭义相对论结合形成原子核物理学，指导制造原子弹、氢弹和建立核电站。量子力学，指导制造原子弹、氢弹和建立核电站。量子力学还为电子技术、半导体技术和激光技术等奠定了学还为电子技术、半导体技术和激光技术等奠定了理论基础。理论基础。 19551955年年4 4月月1818日因主动脉瘤破裂逝世于普林斯顿。遵照日因主动脉瘤破裂逝世于普林斯顿。遵照他的遗嘱，不发讣告，不举行公开葬礼，不建坟墓，不立他的遗

14、嘱，不发讣告，不举行公开葬礼，不建坟墓，不立纪念碑。骨灰撒在永远对人保密的地方，为的是不使任何纪念碑。骨灰撒在永远对人保密的地方，为的是不使任何地方成为圣地。地方成为圣地。他的他的主治医生贺维博士认为如此伟大的大脑，应该进行研主治医生贺维博士认为如此伟大的大脑，应该进行研究，所以他便把爱因斯坦的大脑保留了下来，并切成究，所以他便把爱因斯坦的大脑保留了下来，并切成200200片带走。但至今没有结论。片带走。但至今没有结论。 “爱因斯坦的相对论是人类爱因斯坦的相对论是人类思想史上最伟大的成就之一，也思想史上最伟大的成就之一，也许就是最伟大的成就，它不是发许就是最伟大的成就，它不是发现一个孤岛，现一

15、个孤岛，而是发现了新的科而是发现了新的科学思想的新大陆。学思想的新大陆。” （英国）皇家学会会长汤（英国）皇家学会会长汤姆逊姆逊经典力学经典力学体系的创体系的创立和发展立和发展量子理论的诞生量子理论的诞生( (从从普朗克到爱因斯坦普朗克到爱因斯坦) ) 相 对 论 的 建 立相 对 论 的 建 立（爱因斯坦）（爱因斯坦）现代物理现代物理学理论的学理论的发展发展本课知识结构本课知识结构近代物理学的奠基人和革命者近代物理学的奠基人和革命者伽利略对亚里士多德伽利略对亚里士多德力学观的否定力学观的否定 牛顿对前人科学理论牛顿对前人科学理论的发展的发展 普朗克，普朗克，生于基尔，在慕尼生于基尔，在慕尼黑

16、大学获得博士学位。由于量子黑大学获得博士学位。由于量子论创立，普朗克获得论创立，普朗克获得19181918年诺贝年诺贝尔物理学奖。父亲是杰出的法律尔物理学奖。父亲是杰出的法律教授。普朗克是德国人所具有的教授。普朗克是德国人所具有的最好品质的范例：诚恳、忠于职最好品质的范例：诚恳、忠于职守，他的业余爱好是音乐，表现守，他的业余爱好是音乐，表现了专业艺术才干；另一业余爱好了专业艺术才干；另一业余爱好是他一直坚持的登山运动。是他一直坚持的登山运动。 驱走乌云的太阳驱走乌云的太阳 1919世纪末，物理学界连续发生了三个重大事世纪末，物理学界连续发生了三个重大事件，这就是件，这就是X X射线、放射性和电

17、子的发现射线、放射性和电子的发现。这三。这三大发现以实验事实使得原子不可分、不变化的大发现以实验事实使得原子不可分、不变化的传统观念发生了动摇。物理学家们曾认为的似传统观念发生了动摇。物理学家们曾认为的似乎已经基本上完成了的经典物理学体系，从根乎已经基本上完成了的经典物理学体系，从根本上出现了动摇，这就是所谓的本上出现了动摇，这就是所谓的“物理学危物理学危机机”。 过去的物理学都以牛顿的理论为基础，认为时间过去的物理学都以牛顿的理论为基础，认为时间和空间是绝对的，似乎宇宙间存在着一个永远走动着和空间是绝对的，似乎宇宙间存在着一个永远走动着的大钟，在任何情况下，它的速率永远都是相同的，的大钟，在

18、任何情况下，它的速率永远都是相同的，世界上的一切运动在时间上都以它为度量标准。世界上的一切运动在时间上都以它为度量标准。 假如我说我有一些微小的成就的话，没有假如我说我有一些微小的成就的话，没有其他秘诀，唯有勤奋而已。其他秘诀，唯有勤奋而已。 今后的历史学家会把我描述成今后的历史学家会把我描述成“最幸运最幸运”的科学家，因为我以一种前所未有的方法，并的科学家，因为我以一种前所未有的方法，并在一个极为有利的时代，将许多现存的科学进在一个极为有利的时代，将许多现存的科学进展组合在一起。展组合在一起。牛顿牛顿 科学的基本定义科学的基本定义 科学是崇尚真理和真实的人们的，永无科学是崇尚真理和真实的人们

19、的，永无止境地探索、实践，阶段性地趋于逼近真理，止境地探索、实践，阶段性地趋于逼近真理，阶段性地解释和揭示真理的阶段性、发展性、阶段性地解释和揭示真理的阶段性、发展性、历史性、辩证性、普遍性、特殊性、信息性等历史性、辩证性、普遍性、特殊性、信息性等特点，尽可能不包含自相矛盾的知识体系特点，尽可能不包含自相矛盾的知识体系, ,且且是一项永远造福人类社会的高尚事业。是一项永远造福人类社会的高尚事业。 1781 1781年天王星被发现，科学家用牛顿力学计算年天王星被发现，科学家用牛顿力学计算它的轨道，可是计算结果总是同观测纪录不大相符。它的轨道，可是计算结果总是同观测纪录不大相符。经反复核算，观测无

20、误。经反复核算，观测无误。 因为太阳系中还有一颗未知行星，没有考虑到它对因为太阳系中还有一颗未知行星，没有考虑到它对天王星的引力作用。用牛顿力学算出了这颗未知行星的天王星的引力作用。用牛顿力学算出了这颗未知行星的位置和质量。位置和质量。18481848年年9 9月月2323日，柏林天文台台长用望远镜日，柏林天文台台长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对准勒维列所指出的位置，一下子就看到了一颗新的行星星海王星。勒维列无需观测星空，就在笔尖上发现了海王星。勒维列无需观测星空，就在笔尖上发现了新行星。牛顿力学又创造了新的奇迹。新行星。牛顿力学又创造了新的奇迹。 海王星和冥王星的

21、发现海王星和冥王星的发现成功的秘诀成功的秘诀 一个爱说废话而不爱用功一个爱说废话而不爱用功的青年，整天缠着大科学家爱因的青年，整天缠着大科学家爱因斯坦，要他公开成功的秘诀。爱斯坦，要他公开成功的秘诀。爱因斯坦厌烦了，便写了一因斯坦厌烦了，便写了一 个公个公式给他：式给他：A Ax xy yz z 爱因斯爱因斯坦解释道：坦解释道：“A“A代表成功，代表成功，x x代表代表艰苦的劳动，艰苦的劳动，y y代表正确的方代表正确的方法法” “z” “z代表什么？代表什么？”青年迫不及待地问。青年迫不及待地问。“代表少说代表少说废话。废话。”爱因斯坦说。爱因斯坦说。 相对论的现实相对论的现实意义举例意义举

22、例相对相对论能修正论能修正GPSGPS（全球（全球定位系统）定位系统） 全球定位系全球定位系统统GPSGPS的应用的应用也已普及化了，许也已普及化了，许多城市的公共汽车、多城市的公共汽车、出租车上都安装了出租车上都安装了它。早期的它。早期的GPSGPS接收接收器确定物体位置的器确定物体位置的误差是在误差是在1515米范围米范围内，这个误差可以内，这个误差可以用爱因斯坦相对论用爱因斯坦相对论来修正。来修正。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

23、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。本专题总体知识结构本专题总体知识结构 科科学学革革命命技技术术革革命命物理学物理学领域领域生物学生物学领域领域经典力学体系的创立和发展（从伽利略到牛顿）经典力学体系的创立和发展（从伽利略到牛顿）量子理论的诞生（从普朗克到爱量子理论的诞生（从普朗克到爱因斯坦）因斯坦）相对论的建立（爱因斯坦）相对论的建立（爱因斯坦）进化论理论（达尔文与赫胥黎）进化论理论（达尔文与赫胥黎）万能原动机与万能原动机与“蒸汽机时代蒸汽机时代”（瓦特）（瓦特）

24、电力的广泛应用与电力的广泛应用与“电气时代电气时代”（法拉第、西门子等）（法拉第、西门子等）现代信息技术与信息时代现代信息技术与信息时代现 代 物 理现 代 物 理学 理 论 的学 理 论 的发展发展 世界近代科学是从中世纪神学中解放出来从而得到世界近代科学是从中世纪神学中解放出来从而得到发展的。发展的。1717世纪世纪牛顿力学体系牛顿力学体系的建立，将天上和地上的的建立，将天上和地上的物质运动第一次加以理论性的概括和综合，反映了物质运动第一次加以理论性的概括和综合，反映了宏观宏观物体低速运动的客观规律，是近代科学形成的标志物体低速运动的客观规律，是近代科学形成的标志；哈；哈维的血液循环标志现

25、代生物学的建立。维的血液循环标志现代生物学的建立。1919世纪初到世纪初到2020世世纪初纪初, ,科学技术长足发展，细胞学说、生物进化论、相科学技术长足发展，细胞学说、生物进化论、相对论等突出成就；对论等突出成就；第一次工业革命第一次工业革命的开展，人类进入到的开展，人类进入到蒸汽时代。法拉第发现电磁感应，以电的发明为特征的蒸汽时代。法拉第发现电磁感应，以电的发明为特征的第二次工业革命第二次工业革命推进到电气时代。科学发展并和技术相推进到电气时代。科学发展并和技术相结合推动了人类社会的进步。到结合推动了人类社会的进步。到2020世纪世纪4040、5050年代，电年代，电子计算机的应用等使人类进入到子计算机的应用等使人类进入到第三次工业革命（科技第三次工业革命（科技革命）革命）时期。时期。