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1、物理学的过去、现在与将来物理学的过去、现在与将来主讲昭通师专物理系 卢巧 一、物理学的学科特点一、物理学的学科特点:物理学是一门试验科学。它的根基是试验，物理学是一门试验科学。它的根基是试验，一切理论都要以试验作为惟一的检验者。一切理论都要以试验作为惟一的检验者。物理学是一门严密的理论科学，以物理概物理学是一门严密的理论科学，以物理概念为基石，以物理规律为主干，建立了经念为基石，以物理规律为主干，建立了经典物理学与现代物理学及其各分支的严密典物理学与现代物理学及其各分支的严密的逻辑体系。的逻辑体系。物理学是一门定量的精密科学，它与数学物理学是一门定量的精密科学，它与数学亲密结合。亲密结合。物理
2、学是一门基础科学，是其他自然科学和各种工程物理学是一门基础科学，是其他自然科学和各种工程物理学是一门基础科学，是其他自然科学和各种工程物理学是一门基础科学，是其他自然科学和各种工程技术、国民经济、特殊是现代新技术革命的基础。技术、国民经济、特殊是现代新技术革命的基础。技术、国民经济、特殊是现代新技术革命的基础。技术、国民经济、特殊是现代新技术革命的基础。物理学是一门带有方法论性质的科学。物理学是一门带有方法论性质的科学。物理学是一门带有方法论性质的科学。物理学是一门带有方法论性质的科学。物理学同时具备以上五个特点，这正是物理学作为一门物理学同时具备以上五个特点，这正是物理学作为一门物理学同时具
3、备以上五个特点，这正是物理学作为一门物理学同时具备以上五个特点，这正是物理学作为一门成熟的、精确的基础自然科学的标记。成熟的、精确的基础自然科学的标记。成熟的、精确的基础自然科学的标记。成熟的、精确的基础自然科学的标记。换句话说，物理学的学科结构中要有：试验基础、换句话说，物理学的学科结构中要有：试验基础、换句话说，物理学的学科结构中要有：试验基础、换句话说，物理学的学科结构中要有：试验基础、逻辑体系、数学表述、思想方法、应用价值这五种基成逻辑体系、数学表述、思想方法、应用价值这五种基成逻辑体系、数学表述、思想方法、应用价值这五种基成逻辑体系、数学表述、思想方法、应用价值这五种基成分。分。分。
4、分。n n物理学的分支物理学物理学经典物理经典物理现代物理现代物理力学力学热学热学电磁学电磁学光学光学相对论相对论量子论量子论非线性非线性二、物理学的发展历程二、物理学的发展历程时间时间 t t关关键键概概念念的的发发展展力学力学电磁学电磁学热学热学相对论相对论量子论量子论1600 1700 1800 1900n n三、物理学的分野三、物理学的分野(在古代将天上星空区域在古代将天上星空区域与地上的国州相互对应，称作分野。与地上的国州相互对应，称作分野。“分分野野”是指划分的范围或界限）是指划分的范围或界限）n n（1 1）试验）试验n n（2 2）唯象理论）唯象理论n n（3 3）理论构架）理
5、论构架n n（4 4）数学）数学n n 以经典力学的发展为例，理解物理学以经典力学的发展为例，理解物理学的分野。的分野。（三个代表人物：第谷、开普勒、牛顿）（三个代表人物：第谷、开普勒、牛顿）第谷第谷牛顿牛顿开普勒开普勒n n第谷（丹麦科学家）第谷（丹麦科学家）n n 经过经过2020年的天文观测，第谷发年的天文观测，第谷发觉了很多新的天文现象，如黄赤交觉了很多新的天文现象，如黄赤交角的变更、月球运行的二均差，并角的变更、月球运行的二均差，并重新测量了岁差数值（每年重新测量了岁差数值（每年5151）。）。n n 第谷对天文学的贡献是不行磨第谷对天文学的贡献是不行磨灭的，他所做的观测精度之高，是
6、灭的，他所做的观测精度之高，是他同时代的人望尘莫及的。第谷编他同时代的人望尘莫及的。第谷编制的一部恒星表相当精确，至今仍制的一部恒星表相当精确，至今仍旧有运用价值。旧有运用价值。第谷用过的望远镜第谷用过的望远镜第谷在天文台工作第谷在天文台工作n n在第谷的工作基础上，开普勒经过大量的在第谷的工作基础上，开普勒经过大量的计算，编制成鲁道夫星表，表中列出计算，编制成鲁道夫星表，表中列出了了10051005颗恒星的位置。颗恒星的位置。n n 这个星表比其他星表要精确得多，因这个星表比其他星表要精确得多，因此直到十八世纪中叶，鲁道夫星表仍此直到十八世纪中叶，鲁道夫星表仍旧被天文学家和航海家们视为珍宝，
7、它的旧被天文学家和航海家们视为珍宝，它的形式几乎没有变更地保留到今日。形式几乎没有变更地保留到今日。n n开普勒（开普勒（Johannes KeplerJohannes Kepler，n n1571-16301571-1630），德国天文学家。），德国天文学家。n n16001600年，开普勒到布拉格担当年，开普勒到布拉格担当n n第谷的助手。第谷的助手。16011601年第谷去世年第谷去世n n后，他继承了第谷的事业，利后，他继承了第谷的事业，利n n用第谷多年积累的观测资料，用第谷多年积累的观测资料，n n细致分析探讨，发觉了行星沿细致分析探讨，发觉了行星沿n n椭圆轨道运行，并且提出行星
8、椭圆轨道运行，并且提出行星n n运动三定律（即开普勒定律），运动三定律（即开普勒定律），n n为牛顿发觉万有引力定律打下为牛顿发觉万有引力定律打下n n了基础。了基础。开普勒第确定律（椭圆定律）开普勒第确定律（椭圆定律）开普勒其次定律（等面积定律）开普勒其次定律（等面积定律）开普勒第三定律（和谐定律）开普勒第三定律（和谐定律）n n牛顿牛顿n n 在整个科学史上，牛顿被认为是最宏大在整个科学史上，牛顿被认为是最宏大n n的科学家，因为他是一个真正集试验科学的科学家，因为他是一个真正集试验科学n n家、理论科学家和数学家三位一体的人物。家、理论科学家和数学家三位一体的人物。牛顿的理论贡献最辉煌的
9、成就是万有引牛顿的理论贡献最辉煌的成就是万有引n n力定律的发觉。他认为太阳吸引行星，行力定律的发觉。他认为太阳吸引行星，行星星n n吸引行星，以及吸引地面上一切物体的力吸引行星，以及吸引地面上一切物体的力都都n n是具有相同性质的力，还用微积分证明白是具有相同性质的力，还用微积分证明白开开n n普勒定律中太阳对行星的作用力是吸引力。普勒定律中太阳对行星的作用力是吸引力。n n 牛顿还通过了大量试验，证明白任何两n n物体之间都存在着吸引力，总结出了万有引n n力定律。n n 牛顿的理论贡献得益于数学。在同一时n n期哈雷和胡克等科学家都在探究天体运动奥n n秘，其中以胡克较为突出，他早就意识
10、到引n n力的平方反比定律，但他缺乏象牛顿那样的n n数学才能，不能得出定量的表示。n n经典力学经典力学经典力学经典力学n n从第谷起先（主要是观测）从第谷起先（主要是观测）从第谷起先（主要是观测）从第谷起先（主要是观测）试验领域（试验领域（试验领域（试验领域（1 1 1 1）n n开普勒开普勒开普勒开普勒唯象理论（从现象起先）（唯象理论（从现象起先）（唯象理论（从现象起先）（唯象理论（从现象起先）（2 2 2 2）n n牛顿牛顿牛顿牛顿变成了理论构架（与数学有亲密关系）变成了理论构架（与数学有亲密关系）变成了理论构架（与数学有亲密关系）变成了理论构架（与数学有亲密关系）（3 3 3 3）n
11、 n电磁学电磁学电磁学电磁学n n从库仑起先从库仑起先从库仑起先从库仑起先试验领域（试验领域（试验领域（试验领域（1 1 1 1）n n安培、法拉第安培、法拉第安培、法拉第安培、法拉第发展了唯象理论（发展了唯象理论（发展了唯象理论（发展了唯象理论（2 2 2 2）n n麦克斯韦麦克斯韦麦克斯韦麦克斯韦方程式（完全说明白电磁现象）方程式（完全说明白电磁现象）方程式（完全说明白电磁现象）方程式（完全说明白电磁现象）n n赫兹赫兹赫兹赫兹预言了电磁波的存在预言了电磁波的存在预言了电磁波的存在预言了电磁波的存在理论构架（理论构架（理论构架（理论构架（3 3 3 3）n n三、物理学各个时期的特点、代表
12、人物、三、物理学各个时期的特点、代表人物、探讨方法等探讨方法等n n1 1、古代物理学时期（公元前、古代物理学时期（公元前8 8世纪至公元世纪至公元1515世纪世纪 ）n n（1 1）古代物理学的特点）古代物理学的特点n n物理现象虽被发觉和记录下来，但物理现象虽被发觉和记录下来，但未形成系统的理论。未形成系统的理论。n n受神学的支配很强。受神学的支配很强。n n天才的臆测建立在笼统的直觉视察天才的臆测建立在笼统的直觉视察之中。之中。n n在探讨方法上主要是表面的视察、直觉在探讨方法上主要是表面的视察、直觉的揣测和形式逻辑的演绎。的揣测和形式逻辑的演绎。n n在学问水平上基本上是现象的描述、
13、阅在学问水平上基本上是现象的描述、阅历的肤浅的总结和思辨性的揣测。历的肤浅的总结和思辨性的揣测。n n在内容上主要有物质本原的探究、天体在内容上主要有物质本原的探究、天体的运动、静力学和光学等有关学问，其中的运动、静力学和光学等有关学问，其中静力学发展较为完善；在发展速度上比较静力学发展较为完善；在发展速度上比较缓慢，社会功能不明显缓慢，社会功能不明显 。n n（2 2）代表人物）代表人物n n亚里士多德亚里士多德(公元前公元前384-384-公元前公元前322322）:马其顿国王私人医生的儿子，马其顿国王私人医生的儿子，1818岁进入柏岁进入柏拉图学院拉图学院 ，约在公元前，约在公元前342
14、 342 年，他成为亚年，他成为亚力山大大帝的私人老师。一生著作颇丰，力山大大帝的私人老师。一生著作颇丰，在科学领域里起着奠基性的作用。在科学领域里起着奠基性的作用。n nn n主要观点：主要观点：主要观点：主要观点：n n（1 1 1 1）提出物理学名称的第一人，强调科学分类。）提出物理学名称的第一人，强调科学分类。）提出物理学名称的第一人，强调科学分类。）提出物理学名称的第一人，强调科学分类。n n（2 2 2 2）若物体不受力，运动即停止。）若物体不受力，运动即停止。）若物体不受力，运动即停止。）若物体不受力，运动即停止。n n（3 3 3 3）物体越重，下落速度应当越大。）物体越重，下
15、落速度应当越大。）物体越重，下落速度应当越大。）物体越重，下落速度应当越大。n n（4 4 4 4）地球是宇宙的中心，太阳、行星和月亮应当）地球是宇宙的中心，太阳、行星和月亮应当）地球是宇宙的中心，太阳、行星和月亮应当）地球是宇宙的中心，太阳、行星和月亮应当围绕它转。围绕它转。围绕它转。围绕它转。n n亚氏观点从归纳日常生活动身，加上哲学思辩，亚氏观点从归纳日常生活动身，加上哲学思辩，亚氏观点从归纳日常生活动身，加上哲学思辩，亚氏观点从归纳日常生活动身，加上哲学思辩，后来发展为经院哲学，成为自然科学的障碍。后来发展为经院哲学，成为自然科学的障碍。后来发展为经院哲学，成为自然科学的障碍。后来发展
16、为经院哲学，成为自然科学的障碍。n n某些大科学家某些大科学家某些大科学家某些大科学家“比起亚里士多德不过是小学生。比起亚里士多德不过是小学生。比起亚里士多德不过是小学生。比起亚里士多德不过是小学生。”达尔文达尔文达尔文达尔文（3 3）中国古代的物理学）中国古代的物理学力学方面力学方面 我国古代力学学问源远流长，积累丰富。我国古代力学学问源远流长，积累丰富。早在早在20002000多年以前的战国时期，在多年以前的战国时期，在“墨经墨经”中，中，记述了墨子。记述了墨子。(公元前公元前478478前前392)392)等哲学家对力学方面的一等哲学家对力学方面的一些精辟见解，如些精辟见解，如“力，刑之
17、所以奋也。力，刑之所以奋也。”，表，表达达了力是使人和物的了力是使人和物的“奋奋”即由静到动的根本原即由静到动的根本原因。因。还对杠杆进行了探讨，指出还对杠杆进行了探讨，指出:“:“相衡，则相衡，则本本短标长。短标长。”说明白在称量重物时，要想与砝说明白在称量重物时，要想与砝码码平衡，就要调整重臂平衡，就要调整重臂“本本”和力臂和力臂“标标”，这一这一记录比阿基米德早二百多年。我国科学家的记录比阿基米德早二百多年。我国科学家的朴实的宇宙观，例东汉的张衡强调朴实的宇宙观，例东汉的张衡强调:“:“宇之表宇之表无极，宙之端无穷无极，宙之端无穷”。n n电磁学方面电磁学方面n n在静电学方面，在西汉末
18、年，在静电学方面，在西汉末年，(公元前公元前2020年年)就有记载，在磁学方面更有骄人记录就有记载，在磁学方面更有骄人记录:n n1)40001)4000年前，黄帝与蚩尤打仗，但蚩尤作年前，黄帝与蚩尤打仗，但蚩尤作雾，黄帝则运用指南车来辨别方向，使蚩雾，黄帝则运用指南车来辨别方向，使蚩尤大败。尤大败。n n2)2)郦道元在郦道元在“水经注水经注”中，写到秦始皇为中，写到秦始皇为了防避刺客，用磁石建立阿房宫的北阙门，了防避刺客，用磁石建立阿房宫的北阙门，若刺客身怀刀刃将被磁门吸住。若刺客身怀刀刃将被磁门吸住。n n3)3)指南针比法人古约特早几百年。指南针比法人古约特早几百年。n n天文学天文学
19、n n比较突出的是张衡比较突出的是张衡(公元公元7878年年139139年年)，生于河南南阳石桥镇，公元，生于河南南阳石桥镇，公元111111年担当了年担当了东汉主持天象观测、编订历法的太史令，东汉主持天象观测、编订历法的太史令，独创了浑天仪、候风地动仪。国际天文学独创了浑天仪、候风地动仪。国际天文学组织用他的名字命名了一颗小行星和月球组织用他的名字命名了一颗小行星和月球上的一座环行山。上的一座环行山。n n声学n n1979年出土了战国时期制造的曾侯已编钟，说明白古代祖先对音节音律方面的极高造诣，北京天坛的回音壁等，奇妙地应用了声学原理，至今仍令人为之瞩目。n n中国是世界上科学发展最早的国
20、家，这是我们民族的傲慢。（4 4 4 4）古代物理学时期对于西方又可分为两个阶段：）古代物理学时期对于西方又可分为两个阶段：）古代物理学时期对于西方又可分为两个阶段：）古代物理学时期对于西方又可分为两个阶段：n n古希腊古希腊古希腊古希腊-罗马阶段罗马阶段罗马阶段罗马阶段（公元前（公元前（公元前（公元前8 8 8 8世纪至公元世纪至公元世纪至公元世纪至公元5 5 5 5纪）。纪）。纪）。纪）。n n主要有古希腊的原子论、阿基米德主要有古希腊的原子论、阿基米德主要有古希腊的原子论、阿基米德主要有古希腊的原子论、阿基米德ArchimedesArchimedesArchimedesArchimede
21、s，公元前公元前公元前公元前287-287-287-287-公元前公元前公元前公元前212212212212）的力学、托勒密）的力学、托勒密）的力学、托勒密）的力学、托勒密（Claudius Ptolemaeus,Claudius Ptolemaeus,Claudius Ptolemaeus,Claudius Ptolemaeus,约约约约90-16890-16890-16890-168）的天文学等。）的天文学等。）的天文学等。）的天文学等。n n中世纪阶段中世纪阶段中世纪阶段中世纪阶段（公元（公元（公元（公元5 5 5 5世纪至公元世纪至公元世纪至公元世纪至公元15151515世纪）世纪）世
22、纪）世纪）主要有主要有主要有主要有勒勒勒勒 哈增（哈增（哈增（哈增（AL-Hazen,AL-Hazen,AL-Hazen,AL-Hazen,约约约约965-1038965-1038965-1038965-1038）的光学、冲力说）的光学、冲力说）的光学、冲力说）的光学、冲力说等。等。等。等。2、经典物理学时期、经典物理学时期(17世纪初世纪初19世纪末世纪末)这个时期资本主义生产促进了技术与科学这个时期资本主义生产促进了技术与科学的发的发展，形成了比较完整的经典物理学体系。系展，形成了比较完整的经典物理学体系。系统的观统的观察试验和严密的数学推导相结合的方法，被察试验和严密的数学推导相结合的方
23、法，被引进物引进物理学中，导致了理学中，导致了17世纪主要在天文学和力学世纪主要在天文学和力学领域中领域中的的“科学革命科学革命”。牛顿力学体系的建立，标。牛顿力学体系的建立，标记着近代记着近代物理学的诞生。经过物理学的诞生。经过18世纪的准备，物理学世纪的准备，物理学在在19世纪获得了快速和重要的发展。最终在世纪获得了快速和重要的发展。最终在19世世纪末以纪末以经典力学、热力学和统计物理学、经典经典力学、热力学和统计物理学、经典电磁场理论为支柱，使经典物理学的发展达电磁场理论为支柱，使经典物理学的发展达到了到了它的顶峰。它的顶峰。（1 1）代表人物）代表人物伽利略伽利略伽利雷伽利雷(1564
24、(15641642)1642)是意大利文艺复兴后期宏大的天文学家、是意大利文艺复兴后期宏大的天文学家、力学力学家、哲学家、物理学家、数学家。也是近代试家、哲学家、物理学家、数学家。也是近代试验物理验物理学的开拓者，被誉为学的开拓者，被誉为“近代科学之父近代科学之父”。17 17岁岁进入比进入比萨高校攻读医学，后来转攻数学，毕业后任高萨高校攻读医学，后来转攻数学，毕业后任高校教校教授。他是为维护真理而进行不屈不挠的战士。授。他是为维护真理而进行不屈不挠的战士。恩格斯恩格斯称他是称他是“不管有何障碍，都能不顾一切而打破不管有何障碍，都能不顾一切而打破旧说，旧说，创立新说的巨人之一创立新说的巨人之一
25、”。n n伽利略在科学史上的地位伽利略在科学史上的地位n n伽利略的科学发觉，不仅在物伽利略的科学发觉，不仅在物理学史上而且在整个科学史上都占理学史上而且在整个科学史上都占有极其重要的地位。他不仅订正了有极其重要的地位。他不仅订正了统治欧洲近两千年的亚里士多德的统治欧洲近两千年的亚里士多德的错误观点，更创立了探讨自然科学错误观点，更创立了探讨自然科学的新方法。的新方法。n n伽利略在天文学方面的贡献：伽利略在天文学方面的贡献：自制望远镜（自制望远镜（1609年）年）为纪念他首先用望远镜视察星空这为纪念他首先用望远镜视察星空这一壮一壮举，举，2009年为国际天文年。年为国际天文年。发觉木星的发觉
26、木星的4颗卫星颗卫星发觉太阳黑子发觉太阳黑子定出太阳自转周期定出太阳自转周期木星卫星木星卫星 伽利略望远镜伽利略望远镜对科学方法的贡献对科学方法的贡献斜面试验在斜面试验在2002年被评为历史上年被评为历史上“最美最美丽丽”的十大物理试验的十大物理试验之一。从斜面试验看伽利略的探讨方法：之一。从斜面试验看伽利略的探讨方法：对现象的视察对现象的视察提出假设（匀加速运提出假设（匀加速运动假设）动假设）进行数学和逻辑的推理进行数学和逻辑的推理试验验证试验验证s-t2形成理论形成理论开创了科学试验方法，并将试验、视察开创了科学试验方法，并将试验、视察和理论思维相结合。和理论思维相结合。提出了思想试验。提
27、出了思想试验。“伽利略的发觉，以及他所用的科学推理方法，是人类思想史上最宏大的成就之一，而且标记着物理学的真正的开端！”伽利略被后人称为“现代物理之父”伽利略在说明其视察结论伽利略在说明其视察结论伽利略与斜塔伽利略与斜塔晚年伽利略在被软禁期间，直到逝世前，始终未中断过探晚年伽利略在被软禁期间，直到逝世前，始终未中断过探晚年伽利略在被软禁期间，直到逝世前，始终未中断过探晚年伽利略在被软禁期间，直到逝世前，始终未中断过探讨工作。讨工作。讨工作。讨工作。16331633年，年，年，年，6969岁高龄时曾被罗马宗教裁判所判处岁高龄时曾被罗马宗教裁判所判处岁高龄时曾被罗马宗教裁判所判处岁高龄时曾被罗马宗
28、教裁判所判处终身监禁。但他仍致力于科研，于终身监禁。但他仍致力于科研，于终身监禁。但他仍致力于科研，于终身监禁。但他仍致力于科研，于16381638年又写出了关年又写出了关年又写出了关年又写出了关于两门新科学对话一书。直到于两门新科学对话一书。直到于两门新科学对话一书。直到于两门新科学对话一书。直到19791979年，年，年，年，300300多年后，多年后，多年后，多年后，教会才宣布为伽利略平反。教会才宣布为伽利略平反。教会才宣布为伽利略平反。教会才宣布为伽利略平反。罗马教庭对伽利略的审判罗马教庭对伽利略的审判 n n伽利略的预见伽利略的预见n n “一门广博精深的科学已经启一门广博精深的科学
29、已经启蒙，我在这方面的工作只是它的起蒙，我在这方面的工作只是它的起先，那些比我更敏锐的人所用的方先，那些比我更敏锐的人所用的方法和手段将会探究到各个遥远的角法和手段将会探究到各个遥远的角落。落。”n n牛顿，牛顿，(1643(1643年年1 1月月4 4日日-1727-1727年年3 3月月3131日日)n n是英国宏大的数学家、物理学家、天文学是英国宏大的数学家、物理学家、天文学家和自然哲学家。家和自然哲学家。16431643年年1 1月月4 4日生于英格日生于英格兰林肯郡格兰瑟姆旁边的沃尔索普村兰林肯郡格兰瑟姆旁边的沃尔索普村,1727,1727年年3 3月月3131日在伦敦病逝。日在伦敦
30、病逝。n n2727岁，就担当了剑桥的数学教授。岁，就担当了剑桥的数学教授。n n16721672年当选为英国皇家学会会员。年当选为英国皇家学会会员。n n17031703年当选为英国皇家学会会长。年当选为英国皇家学会会长。n n牛顿在科学上最卓越的贡献是：牛顿在科学上最卓越的贡献是：n n微积分和经典力学的创建。微积分和经典力学的创建。英国著名诗人英国著名诗人PopePope写道：写道：Nature and natures law Nature and natures law Lay hid in nightLay hid in nightGod said:Let Newton beGod
31、said:Let Newton beAnd all was lightAnd all was light牛顿名言：牛顿名言：我不知道在别人看来，我是什么样的人；我不知道在别人看来，我是什么样的人；但在我自己看来，我不过就象是一个在海但在我自己看来，我不过就象是一个在海滨玩耍的小孩，为时常发觉比寻常更为光滨玩耍的小孩，为时常发觉比寻常更为光滑的一块卵石或比寻常更为美丽的一片贝滑的一块卵石或比寻常更为美丽的一片贝壳而沾沾自喜，而对于呈现在我面前的浩壳而沾沾自喜，而对于呈现在我面前的浩瀚的真理的海洋，却全然没有发觉。瀚的真理的海洋，却全然没有发觉。-牛顿牛顿牛顿物理学的局限性牛顿物理学的局限性 当物
32、体运动速率很高时（接近光速），当物体运动速率很高时（接近光速），当所描写的体系很小时（微观体系），当所当所描写的体系很小时（微观体系），当所描述的物质系统很大，或引力很强时，牛顿描述的物质系统很大，或引力很强时，牛顿的万有引力、运动定律和牛顿的时空观就不的万有引力、运动定律和牛顿的时空观就不完全正确了，将由新的理论来代替。完全正确了，将由新的理论来代替。麦克斯韦：麦克斯韦：主要从事电磁理论、分子物主要从事电磁理论、分子物理学、统计物理学、光学、力学、理学、统计物理学、光学、力学、弹性理论方面的探讨。尤其是他弹性理论方面的探讨。尤其是他建立的电磁场理论，将电学、磁学、建立的电磁场理论，将电学、磁
33、学、光学统一起来，是光学统一起来，是1919世纪物理学发展的最光世纪物理学发展的最光辉的成辉的成果，是科学史上最宏大的综合之一。他预言果，是科学史上最宏大的综合之一。他预言了电磁了电磁波的存在。这种理论遇见后来得到了充分的波的存在。这种理论遇见后来得到了充分的试验验试验验证。他为物理学树起了一座丰碑。造福于人证。他为物理学树起了一座丰碑。造福于人类的无类的无线电技术，就是以电磁场理论为基础发展起线电技术，就是以电磁场理论为基础发展起来的。来的。（2 2）经典物理的主要探讨方法）经典物理的主要探讨方法 伽利略开创了以视察试验为基础，运用伽利略开创了以视察试验为基础，运用数学工具定量探究的物理学探
34、讨方法。牛顿数学工具定量探究的物理学探讨方法。牛顿不仅仅完成了物理学发展史上的第一次大综不仅仅完成了物理学发展史上的第一次大综合，还实现了试验方法和数学方法、归纳方合，还实现了试验方法和数学方法、归纳方法与演绎方法、分析方法与综合方法的大综法与演绎方法、分析方法与综合方法的大综合，他还时常用志向试验法、假说法等探讨合，他还时常用志向试验法、假说法等探讨方法。方法。（3 3）对社会发展的影响）对社会发展的影响 17 17 17 17世纪：世纪：世纪：世纪：牛顿力学的出现，大大推动了欧洲资本主义社会牛顿力学的出现，大大推动了欧洲资本主义社会牛顿力学的出现，大大推动了欧洲资本主义社会牛顿力学的出现，
35、大大推动了欧洲资本主义社会的工业革命。出现了大工厂、大型机械装备，而大工业的迅的工业革命。出现了大工厂、大型机械装备，而大工业的迅的工业革命。出现了大工厂、大型机械装备，而大工业的迅的工业革命。出现了大工厂、大型机械装备，而大工业的迅猛发展又为资本主义的发展奠定了坚实的基础。猛发展又为资本主义的发展奠定了坚实的基础。猛发展又为资本主义的发展奠定了坚实的基础。猛发展又为资本主义的发展奠定了坚实的基础。18 18 18 18世纪：世纪：世纪：世纪：热力学的发展，促使各种热机不断地被研制，先热力学的发展，促使各种热机不断地被研制，先热力学的发展，促使各种热机不断地被研制，先热力学的发展，促使各种热机
36、不断地被研制，先后出现了火车、轮船、汽车、飞机，使资本主义社会向前大大后出现了火车、轮船、汽车、飞机，使资本主义社会向前大大后出现了火车、轮船、汽车、飞机，使资本主义社会向前大大后出现了火车、轮船、汽车、飞机，使资本主义社会向前大大迈进了一步。迈进了一步。迈进了一步。迈进了一步。19 19 19 19世纪：世纪：世纪：世纪：电磁学理论的完善，使人类社会步入了电气时代。电磁学理论的完善，使人类社会步入了电气时代。电磁学理论的完善，使人类社会步入了电气时代。电磁学理论的完善，使人类社会步入了电气时代。3 3、现代物理学时期、现代物理学时期(从从1919世纪末至今）世纪末至今）这个时期是现代物理学的
37、诞生和取得革这个时期是现代物理学的诞生和取得革命性发命性发展时期。物理学的探讨领域得到巨大的拓展，展时期。物理学的探讨领域得到巨大的拓展，试验试验手段与设备得到前所未有的增加，理论基础手段与设备得到前所未有的增加，理论基础发生了发生了质的飞跃。质的飞跃。（1 1）这个时期物理学的特征：）这个时期物理学的特征：在探讨方法上更加依靠大规模的试验、在探讨方法上更加依靠大规模的试验、高度抽高度抽象的理性思维和国际化的合作与沟通；在相象的理性思维和国际化的合作与沟通；在相识领域识领域上拓展到微观（上拓展到微观（10-1310-13）与宇观（）与宇观（200200亿光年）亿光年）和接和接近光速的高速运动新
38、领域，变革了人类对物近光速的高速运动新领域，变革了人类对物质、运质、运动、时空、因果律的相识；在发展速度上特动、时空、因果律的相识；在发展速度上特别迅别迅猛，社会功能特别显著，推动了社会的飞速猛，社会功能特别显著，推动了社会的飞速发展。发展。（2 2）这个时期的物理学又可大致地分为）这个时期的物理学又可大致地分为两个阶段两个阶段1 1革命与奠基阶段革命与奠基阶段（18951895年至年至19271927年）。年）。建立了相对论和量子力学，奠定了现代物理建立了相对论和量子力学，奠定了现代物理学的基础。学的基础。2 2飞速发展阶段飞速发展阶段（19271927年至今）年至今）产生了产生了量子场论、
39、原子核物理学、粒子物理学、半量子场论、原子核物理学、粒子物理学、半导体支学科。导体支学科。1 1、代表人物、代表人物（1 1）爱因斯坦）爱因斯坦阿尔伯特阿尔伯特爱因斯坦爱因斯坦 （Albert Albert EinsteinEinstein，18791879年年3 3月月1414日日-19551955年年4 4月月1818日），著名遐迩德裔美国科日），著名遐迩德裔美国科学家，为犹太人，学家，为犹太人，现代物理学的开创者和奠基人，相对论、现代物理学的开创者和奠基人，相对论、质能关系质能关系的提出的提出者，者，“确定论量子力学诠释确定论量子力学诠释”的捍卫者的捍卫者（振动的粒子）（振动的粒子）不掷
40、骰子的上帝不掷骰子的上帝 1999 1999年年1212月月2626日，日，爱因斯坦被美国爱因斯坦被美国时代周刊评比为时代周刊评比为“世纪伟人世纪伟人”n n（2 2）普朗克）普朗克n n德国物理学家，量子物理学的开创者和奠德国物理学家，量子物理学的开创者和奠基人，基人，19181918年诺贝尔物理学奖的获得者。年诺贝尔物理学奖的获得者。n n普朗克的宏大成就，就是创立了量子理论，普朗克的宏大成就，就是创立了量子理论，这是物理学史上的一次巨大变革。从今结这是物理学史上的一次巨大变革。从今结束了经典物理学一统天下的局面。束了经典物理学一统天下的局面。n nn n 1900年，普朗克抛弃了能量是连
41、续的传n n统经典物理观念，导出了与试验完全符合的 n n黑体辐射阅历公式。（解决了经典物理中“紫n n外灾难”。）n n 普朗克的假设解决了黑体辐射的理论困n n难。普朗克还进一步提出了能量子与频率成n n正比的观点，并引入了普朗克常数h。量子理n n论现已成为现代理论和试验的不行缺少的基n n本理论。普朗克由于创立了量子理论而获得n n了诺贝尔物理学奖。n n（3 3）狄拉克）狄拉克n n对物理学的主要贡献是对物理学的主要贡献是n n发展了量子力学，发展了量子力学，n n提出了著名的狄拉克方程，提出了著名的狄拉克方程，n n并且从理论上预言了正电并且从理论上预言了正电n n子的存在。子的存
42、在。（4 4 4 4）居里夫人）居里夫人）居里夫人）居里夫人 是历史上第一个获得两项诺贝尔奖是历史上第一个获得两项诺贝尔奖是历史上第一个获得两项诺贝尔奖是历史上第一个获得两项诺贝尔奖的人，而且是仅有的两个在不同的领域的人，而且是仅有的两个在不同的领域的人，而且是仅有的两个在不同的领域的人，而且是仅有的两个在不同的领域获得诺贝尔奖的人之一。在第一次世界获得诺贝尔奖的人之一。在第一次世界获得诺贝尔奖的人之一。在第一次世界获得诺贝尔奖的人之一。在第一次世界大战时期，居里夫人提倡用放射学救援大战时期，居里夫人提倡用放射学救援大战时期，居里夫人提倡用放射学救援大战时期，居里夫人提倡用放射学救援伤员，推动
43、了放射学在医学领域里的运伤员，推动了放射学在医学领域里的运伤员，推动了放射学在医学领域里的运伤员，推动了放射学在医学领域里的运用。之后，她曾在用。之后，她曾在用。之后，她曾在用。之后，她曾在1921192119211921年赴美国旅游并年赴美国旅游并年赴美国旅游并年赴美国旅游并为放射学的探讨筹款。居里夫人由于过为放射学的探讨筹款。居里夫人由于过为放射学的探讨筹款。居里夫人由于过为放射学的探讨筹款。居里夫人由于过度接触放射性物质于度接触放射性物质于度接触放射性物质于度接触放射性物质于1934193419341934年年年年7 7 7 7月月月月4 4 4 4日在法日在法日在法日在法国上萨瓦省逝世
44、。在此之后，她的大女国上萨瓦省逝世。在此之后，她的大女国上萨瓦省逝世。在此之后，她的大女国上萨瓦省逝世。在此之后，她的大女儿伊伦儿伊伦儿伊伦儿伊伦若里奥若里奥若里奥若里奥-居里（居里（居里（居里（IrneJoliot-IrneJoliot-IrneJoliot-IrneJoliot-CurieCurieCurieCurie）获）获）获）获1935193519351935年诺贝尔化学奖。她的年诺贝尔化学奖。她的年诺贝尔化学奖。她的年诺贝尔化学奖。她的小女儿艾芙小女儿艾芙小女儿艾芙小女儿艾芙居里（居里（居里（居里（Eve CurieEve CurieEve CurieEve Curie）在她）在她
45、）在她）在她母亲去世之后写了居里夫人传。母亲去世之后写了居里夫人传。母亲去世之后写了居里夫人传。母亲去世之后写了居里夫人传。（5）霍金：）霍金：一个巨大的科学磁场一个巨大的科学磁场没有比这更孱没有比这更孱弱的躯体弱的躯体然而，就是这孱弱的躯然而，就是这孱弱的躯体，诞生了宏大的思想；他无法用健体，诞生了宏大的思想；他无法用健全人的步履行走，但他乘坐时间机器，全人的步履行走，但他乘坐时间机器，一次又一次越过了想象的边界；他无一次又一次越过了想象的边界；他无法用正常的声音表达，但他灵魂的声法用正常的声音表达，但他灵魂的声音是宇宙中最奇妙的天籁。音是宇宙中最奇妙的天籁。n n物理学的大发觉，在历史上有
46、三次。物理学的大发觉，在历史上有三次。n n（1）牛顿力学奠定的是机械工程等方面的）牛顿力学奠定的是机械工程等方面的基础。基础。n n（2）麦克斯韦方程，狭义相对论是我们现）麦克斯韦方程，狭义相对论是我们现代电气化的支撑。代电气化的支撑。n n（3）至于第三次大突破的量子力学的出现，）至于第三次大突破的量子力学的出现，就涉及化学运动的规律，半导体的规律，就涉及化学运动的规律，半导体的规律，原子核运动的规律等。我们现在面临的原原子核运动的规律等。我们现在面临的原子能时代，电脑时代的技术，都是量子力子能时代，电脑时代的技术，都是量子力学的贡献。物理学每一次划时代的发觉都学的贡献。物理学每一次划时代
47、的发觉都带来了划时代技术的进展。带来了划时代技术的进展。n n2020世纪物理学的成就世纪物理学的成就n n 原子物理、量子力学、相对论、半导体学的原子物理、量子力学、相对论、半导体学的原子物理、量子力学、相对论、半导体学的原子物理、量子力学、相对论、半导体学的相继问世，又使人类社会迈入了原子时代和信息时相继问世，又使人类社会迈入了原子时代和信息时相继问世，又使人类社会迈入了原子时代和信息时相继问世，又使人类社会迈入了原子时代和信息时代。代。代。代。n n物理学发展的总趋向：物理学发展的总趋向：物理学发展的总趋向：物理学发展的总趋向：（1 1 1 1）学科之间的大综合）学科之间的大综合）学科之
48、间的大综合）学科之间的大综合（2 2 2 2）相互渗透结合成边缘学科（）相互渗透结合成边缘学科（）相互渗透结合成边缘学科（）相互渗透结合成边缘学科（生物物理、生物化生物物理、生物化生物物理、生物化生物物理、生物化学、物理化学、量子化学、量子电子学、量子统学、物理化学、量子化学、量子电子学、量子统学、物理化学、量子化学、量子电子学、量子统学、物理化学、量子化学、量子电子学、量子统计力学、固体量子论。）计力学、固体量子论。）计力学、固体量子论。）计力学、固体量子论。）n n二十世纪物理学中两个重要的概念：二十世纪物理学中两个重要的概念：二十世纪物理学中两个重要的概念：二十世纪物理学中两个重要的概念
49、：场和对称性场和对称性场和对称性场和对称性n n物理学近年来的发展物理学近年来的发展n n（1）粒子物理）粒子物理高能加速器产生新粒子，高能加速器产生新粒子，已发觉已发觉300种。种。n n（2）麦克斯韦理论、狄拉克量子电动力学、）麦克斯韦理论、狄拉克量子电动力学、重整化方法。重整化方法。n n（3）天体物理）天体物理运用物理学试验方法和理论运用物理学试验方法和理论对宇宙各种星球进行观测和探讨，从而得对宇宙各种星球进行观测和探讨，从而得出相应的天文规律的学科。出相应的天文规律的学科。n n（4）应用经典、量子、广义相对论、等离）应用经典、量子、广义相对论、等离子子n n体物理和粒子物理。体物理
50、和粒子物理。物理学探讨的前沿领域物理学探讨的前沿领域太阳中微子短缺问题太阳中微子短缺问题引力波存在的问题引力波存在的问题物体的速度能否超过光速的问题物体的速度能否超过光速的问题生物物理有机体遗传程序的探讨生物物理有机体遗传程序的探讨有机体遗传程序的探讨（须运用量子力学有机体遗传程序的探讨（须运用量子力学、统计物理、统计物理、X射线、电子能谱射线、电子能谱和核磁共振和核磁共振技术。）技术。）非平衡热力学及统计物理非平衡热力学及统计物理2 2 2 2、物理学与新技术、物理学与新技术、物理学与新技术、物理学与新技术(1)(1)(1)(1)从从从从“质能公式的提出质能公式的提出质能公式的提出质能公式的