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1、第第11课课 物理学的物理学的重大进展重大进展科学勃兴科学勃兴 进展辉煌进展辉煌转化生产转化生产 科技革命科技革命文艺复兴文艺复兴 思想解放思想解放经典力学、相对论和经典力学、相对论和量子论、进化论量子论、进化论三次科学技术革命三次科学技术革命科科技技历历程程一、牛顿力学体系；一、牛顿力学体系；（第一框）（第一框）二、量子论；二、量子论；（第二框）（第二框）三、相对论；三、相对论；（第三框）（第三框）本课结构：本课结构：一、认识史上的飞跃一、认识史上的飞跃经典力学经典力学1、亚里士多德、亚里士多德2、伽利略、伽利略3、牛顿、牛顿 力学观：力学观：必须有力必须有力作用在物体上，物体才作用在物体上
2、，物体才能运动；没有力的作用，能运动；没有力的作用，物体就会静止。物体就会静止。亚里士多德亚里士多德“物体下落的速度和物体下落的速度和重量成比例重量成比例”的学说。的学说。伽利略伽利略力学观：力学观：如果运动物体如果运动物体不受阻碍，它将速度保持不受阻碍，它将速度保持不变地持续运动下去。不变地持续运动下去。自由落体定律：自由落体定律：15901590年，伽利略在比萨斜塔上做了年，伽利略在比萨斜塔上做了“两个铁球同两个铁球同时落地时落地”的著名实验，从此推翻了亚里士多德的著名实验，从此推翻了亚里士多德“物物体落地下的速度和重量成比例体落地下的速度和重量成比例”的学说，纠正了这的学说，纠正了这个持
3、续了个持续了19001900年之久的错误结论。年之久的错误结论。1609年，伽利略创制了天文望远镜。年，伽利略创制了天文望远镜。他观测到月球表面凹凸不平，并绘制了第一他观测到月球表面凹凸不平，并绘制了第一幅月面图。幅月面图。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证明了哥白尼的证明了哥白尼的“日心说日心说”的正确性。的正确性。哥白尼提出太阳中心说从根本上动摇了宗教哥白尼提出太阳中心说从根本上动摇了宗教神学的理论基础神学的理论基础 牛顿出生于英国的林肯郡，牛顿出生于英国的林肯郡，16651665年毕业于著名的剑桥大学年毕业于著名的剑桥大学三一学院，获得学士学位。三三一学院
4、，获得学士学位。三年后又获得文学硕士学位。牛年后又获得文学硕士学位。牛顿曾经长期担任英国皇家学会顿曾经长期担任英国皇家学会会长，他还担任过英国议会议会长，他还担任过英国议会议员，授予爵士称号。员，授予爵士称号。17271727年，年，他病逝，被安葬于威斯敏斯特他病逝，被安葬于威斯敏斯特教堂，这是一种极高的荣誉。教堂，这是一种极高的荣誉。牛顿的运动三定律牛顿的运动三定律：惯性定律、加速度定律、惯性定律、加速度定律、作用力和反作用力定律。作用力和反作用力定律。万有引力定律万有引力定律。它构成了近代力学体系它构成了近代力学体系的基础，成为整个近代物理学的的基础，成为整个近代物理学的重要支柱。重要支柱
5、。牛顿牛顿的力的力学体学体系系（经（经典力典力学体学体系）系）牛顿能创立经典力学体牛顿能创立经典力学体的条件有哪些？（的条件有哪些？（请结合请结合书本第书本第120120页的内容页的内容）前人的基础，注重实验前人的基础，注重实验 经典力学显著的特征经典力学显著的特征：以实验为基础，：以实验为基础，以数学为表达形式。以数学为表达形式。难点突破难点突破：经典力学在近代自然科学理论经典力学在近代自然科学理论发展中的历史地位及其影响。发展中的历史地位及其影响。牛顿力学体系牛顿力学体系对自然界的力学现象做了系对自然界的力学现象做了系统合理的说明，从而完成了统合理的说明，从而完成了人类对自然界认人类对自然
6、界认识史上的第一次理论大综合识史上的第一次理论大综合。伽利略的发现伽利略的发现标志着物理学的真正开端，标志着物理学的真正开端，为经典力学的建立奠定了基础为经典力学的建立奠定了基础。三百年前，人类的思想还充斥着迷信和恐惧，水三百年前，人类的思想还充斥着迷信和恐惧，水三百年前，人类的思想还充斥着迷信和恐惧，水三百年前，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？这些今天看为什么往低处流？太阳为什么升起落下？这些今天看为什么往低处流？太阳为什么升起落下？这些今天看为什么往低处流？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来简单之极的问题，在当
7、时却是根本无法认识和把握来简单之极的问题，在当时却是根本无法认识和把握来简单之极的问题，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。的。直到牛顿出现，人类才终于结束了这种状态。的。直到牛顿出现，人类才终于结束了这种状态。的。直到牛顿出现，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大国崛起解说词大国崛起解说词难点突破难点突破：经典力学在近代自然科学理论经典力学在近代自然科学理论发展中的历史地位及其影响。发展中的历史地位及其影响。（1）经典力学具有）经典力学具有惊人的预见性惊人的预见性和巨大的理和巨大的理论指导意义。论指导意义。A A A A、准确算出了、准
8、确算出了、准确算出了、准确算出了地球的平均密度和扁平率地球的平均密度和扁平率地球的平均密度和扁平率地球的平均密度和扁平率B B B B、正确地解释了、正确地解释了、正确地解释了、正确地解释了潮汐的成因潮汐的成因潮汐的成因潮汐的成因C C C C、发现了、发现了、发现了、发现了海王星、冥王星海王星、冥王星海王星、冥王星海王星、冥王星（2）经典力学促进了）经典力学促进了两次科技革命两次科技革命的出现。的出现。（3）经典力学打击了神学，促进了人们）经典力学打击了神学，促进了人们思想思想解放解放。（4）经典力学为量子论和相对论奠定了理论）经典力学为量子论和相对论奠定了理论基础，标志着基础，标志着近代科
9、学的形成近代科学的形成。海王星和冥王星的发现海王星和冥王星的发现英国著名诗人亚历山大英国著名诗人亚历山大波普曾写过一首赞波普曾写过一首赞美牛顿的诗：美牛顿的诗：自然和自然界的规律，隐藏在黑暗里。自然和自然界的规律，隐藏在黑暗里。上帝说：上帝说：“让牛顿去吧让牛顿去吧!”于是，一切成为光于是，一切成为光明。明。我之所以我之所以能比别人看得远能比别人看得远些，是因为我站在些，是因为我站在巨人们的肩上。巨人们的肩上。牛顿牛顿1727172717271727年，牛顿去世。英国以隆重的年，牛顿去世。英国以隆重的年，牛顿去世。英国以隆重的年，牛顿去世。英国以隆重的国葬仪式将他安葬在威斯敏斯特大教堂，国葬仪
10、式将他安葬在威斯敏斯特大教堂，国葬仪式将他安葬在威斯敏斯特大教堂，国葬仪式将他安葬在威斯敏斯特大教堂，这里一向是王公贵族的墓地，牛顿成为这里一向是王公贵族的墓地，牛顿成为这里一向是王公贵族的墓地，牛顿成为这里一向是王公贵族的墓地，牛顿成为第一个安息在此的科学家。出殡的那天，第一个安息在此的科学家。出殡的那天，第一个安息在此的科学家。出殡的那天，第一个安息在此的科学家。出殡的那天，成千上万的普通市民涌向街头为他送行；成千上万的普通市民涌向街头为他送行；成千上万的普通市民涌向街头为他送行；成千上万的普通市民涌向街头为他送行；抬棺椁的，是两位公爵、三位伯爵和一抬棺椁的，是两位公爵、三位伯爵和一抬棺椁
11、的，是两位公爵、三位伯爵和一抬棺椁的，是两位公爵、三位伯爵和一位大法官；在教堂合唱的哀歌中，王公位大法官；在教堂合唱的哀歌中，王公位大法官；在教堂合唱的哀歌中，王公位大法官；在教堂合唱的哀歌中，王公贵族、政府大臣和文人学士们一起向这贵族、政府大臣和文人学士们一起向这贵族、政府大臣和文人学士们一起向这贵族、政府大臣和文人学士们一起向这位科学巨人告别。位科学巨人告别。位科学巨人告别。位科学巨人告别。目睹了牛顿葬礼的法国思想家伏尔目睹了牛顿葬礼的法国思想家伏尔目睹了牛顿葬礼的法国思想家伏尔目睹了牛顿葬礼的法国思想家伏尔泰为之深深感动，他感慨道：泰为之深深感动，他感慨道：泰为之深深感动，他感慨道：泰为
12、之深深感动，他感慨道：“走进威走进威走进威走进威斯敏斯特教堂，人们所瞻仰的不是君王斯敏斯特教堂，人们所瞻仰的不是君王斯敏斯特教堂，人们所瞻仰的不是君王斯敏斯特教堂，人们所瞻仰的不是君王们的陵寝，而是国家为感谢那些为国增们的陵寝，而是国家为感谢那些为国增们的陵寝，而是国家为感谢那些为国增们的陵寝，而是国家为感谢那些为国增光的最伟大人物建立的纪念碑。这便是光的最伟大人物建立的纪念碑。这便是光的最伟大人物建立的纪念碑。这便是光的最伟大人物建立的纪念碑。这便是英国人民对于才能的尊敬。英国人民对于才能的尊敬。英国人民对于才能的尊敬。英国人民对于才能的尊敬。”整个社会整个社会整个社会整个社会在向一个科学家
13、表达着由衷的敬意，这在向一个科学家表达着由衷的敬意，这在向一个科学家表达着由衷的敬意，这在向一个科学家表达着由衷的敬意，这是一个国家对于科学家的态度，也是一是一个国家对于科学家的态度，也是一是一个国家对于科学家的态度，也是一是一个国家对于科学家的态度，也是一个国家对于科学的态度。个国家对于科学的态度。个国家对于科学的态度。个国家对于科学的态度。总结认识：总结认识：1）经典力学的重要奠基者）经典力学的重要奠基者伽利略；伽利略；2）经典力学的建立）经典力学的建立 牛顿；牛顿；1919世纪经典物理学达到巅峰状态，在人世纪经典物理学达到巅峰状态，在人们心目中，经典物理学已经达到近乎完美的们心目中，经典
14、物理学已经达到近乎完美的程度。这时，年轻的德国人普朗克和他的老程度。这时，年轻的德国人普朗克和他的老师发生了一段对话：师发生了一段对话：普朗克：普朗克：“老师，我准备把我的一生都老师，我准备把我的一生都献给物理理论学！献给物理理论学！”老师：老师：“年轻人，物理学是一门已经完年轻人，物理学是一门已经完成了的学科，不会再有多大的发展，把一生成了的学科，不会再有多大的发展，把一生都献给这门学科，太可惜了。都献给这门学科，太可惜了。”物理学真的已经完成了吗？物理学真的已经完成了吗？二、驱走乌云的太阳二、驱走乌云的太阳量子论量子论 19世纪末，物理学界的重大研究世纪末，物理学界的重大研究课题是课题是黑
15、体辐射黑体辐射问题。问题。高速运动的微观粒子发生的现象，高速运动的微观粒子发生的现象，是经典力学无法解释的！是经典力学无法解释的！微观世界微观世界 量子论确实深奥难懂，甚至连量量子论确实深奥难懂，甚至连量子论奠基人之一的玻尔都说：子论奠基人之一的玻尔都说：“如果谁不为量子论而感到困惑，如果谁不为量子论而感到困惑，那他就是没有理解量子论。那他就是没有理解量子论。”二、驱走乌云的太阳二、驱走乌云的太阳量子论量子论（1）量子力学成为反映自然界基本规律的理）量子力学成为反映自然界基本规律的理论体系论体系 指导着人们向物质运动的各个层面进指导着人们向物质运动的各个层面进行深入探讨。行深入探讨。（2）量子
16、理论让人们从根本上改变了近代物）量子理论让人们从根本上改变了近代物理学中的传统观念理学中的传统观念 使物理学乃至整个自然科学的观念都发使物理学乃至整个自然科学的观念都发生了重大变革。生了重大变革。四岁多还不四岁多还不会说话，家里人会说话，家里人担心他是个低能担心他是个低能儿。儿。行为迟钝，行为迟钝，他说话所用的时他说话所用的时间比起别的孩子间比起别的孩子要多得多。要多得多。中小学时代常常被中小学时代常常被中小学时代常常被中小学时代常常被斥为斥为斥为斥为“生性孤僻、智力生性孤僻、智力生性孤僻、智力生性孤僻、智力迟钝迟钝迟钝迟钝”，“不守纪律、不守纪律、不守纪律、不守纪律、心不在焉、想入非非心不在
17、焉、想入非非心不在焉、想入非非心不在焉、想入非非”。中学毕业前夕，校方甚中学毕业前夕，校方甚中学毕业前夕，校方甚中学毕业前夕，校方甚至断言他未来将至断言他未来将至断言他未来将至断言他未来将“一事一事一事一事无成无成无成无成”，勒令他退了学。，勒令他退了学。，勒令他退了学。，勒令他退了学。16161616岁那年，他以同等学岁那年，他以同等学岁那年，他以同等学岁那年，他以同等学历报考大学，尽管物理、历报考大学，尽管物理、历报考大学，尽管物理、历报考大学，尽管物理、数学成绩很好，但由于数学成绩很好，但由于数学成绩很好，但由于数学成绩很好，但由于需要死记硬背的科目考需要死记硬背的科目考需要死记硬背的科
18、目考需要死记硬背的科目考砸了锅，只得名落孙山。砸了锅，只得名落孙山。砸了锅，只得名落孙山。砸了锅，只得名落孙山。大学里老师都不大学里老师都不大学里老师都不大学里老师都不大看得起他，不愿意大看得起他，不愿意大看得起他，不愿意大看得起他，不愿意把他留下来做助教；把他留下来做助教；把他留下来做助教；把他留下来做助教；他几次去请求，人家他几次去请求，人家他几次去请求，人家他几次去请求，人家也不要他；甚至于有也不要他；甚至于有也不要他；甚至于有也不要他；甚至于有几次他几乎要失业了。几次他几乎要失业了。几次他几乎要失业了。几次他几乎要失业了。几次在中学里面求职，几次在中学里面求职，几次在中学里面求职，几次
19、在中学里面求职，最后在专利局里面找最后在专利局里面找最后在专利局里面找最后在专利局里面找到一个职位。他每个到一个职位。他每个到一个职位。他每个到一个职位。他每个星期要在专利局工作星期要在专利局工作星期要在专利局工作星期要在专利局工作大概大概大概大概40404040多个小时。多个小时。多个小时。多个小时。2020世纪的科学伟人爱因斯坦世纪的科学伟人爱因斯坦有一次，爱因斯坦与著名演员卓别林一起出有一次，爱因斯坦与著名演员卓别林一起出席一个宴会，他们都受到了热烈的欢迎。卓别席一个宴会，他们都受到了热烈的欢迎。卓别林对爱因斯坦开玩笑说：林对爱因斯坦开玩笑说：“大家欢迎我是因为大家欢迎我是因为他们都能理
20、解我，大家欢迎你是因为他们都不他们都能理解我，大家欢迎你是因为他们都不理解你。理解你。”名称名称名称名称时间时间时间时间内容内容内容内容狭义狭义相对论相对论1905190519051905年论动年论动年论动年论动体的电动力学体的电动力学体的电动力学体的电动力学反映的是物体高速运动的客反映的是物体高速运动的客反映的是物体高速运动的客反映的是物体高速运动的客观规律。观规律。观规律。观规律。认为，认为，认为，认为，“时间和空间都与时间和空间都与时间和空间都与时间和空间都与物质的运动有关，随着物质运物质的运动有关，随着物质运物质的运动有关，随着物质运物质的运动有关，随着物质运动速度的变化而变化。动速度
21、的变化而变化。动速度的变化而变化。动速度的变化而变化。”广义广义相对论相对论1916191619161916年年年年第一次阐述了四维时空和物第一次阐述了四维时空和物第一次阐述了四维时空和物第一次阐述了四维时空和物质的分布相联系的思想。质的分布相联系的思想。质的分布相联系的思想。质的分布相联系的思想。认为，认为，认为，认为，“物质存在的现实物质存在的现实物质存在的现实物质存在的现实空间不是平坦的，而是弯曲的，空间不是平坦的，而是弯曲的，空间不是平坦的，而是弯曲的，空间不是平坦的，而是弯曲的，空间的结构取决于物质的质量空间的结构取决于物质的质量空间的结构取决于物质的质量空间的结构取决于物质的质量及
22、其分布情况，空间弯曲的程及其分布情况，空间弯曲的程及其分布情况，空间弯曲的程及其分布情况，空间弯曲的程度体现为引力场强度。空间、度体现为引力场强度。空间、度体现为引力场强度。空间、度体现为引力场强度。空间、时间不是独立的实在，它们是时间不是独立的实在，它们是时间不是独立的实在，它们是时间不是独立的实在，它们是物质存在的形式。物质存在的形式。物质存在的形式。物质存在的形式。”。1939193919391939年年年年8 8 8 8月月月月2 2 2 2日，爱因斯日，爱因斯日，爱因斯日，爱因斯坦出于对人类命运的极大关坦出于对人类命运的极大关坦出于对人类命运的极大关坦出于对人类命运的极大关注，写信给
23、罗斯福总统，建注，写信给罗斯福总统，建注，写信给罗斯福总统，建注，写信给罗斯福总统，建议美国务必抢在法西斯德国议美国务必抢在法西斯德国议美国务必抢在法西斯德国议美国务必抢在法西斯德国之前制造出原子弹。之前制造出原子弹。之前制造出原子弹。之前制造出原子弹。1945194519451945年年年年8 8 8 8月，美国先后在月，美国先后在月，美国先后在月，美国先后在日本的广岛、长崎投下两颗日本的广岛、长崎投下两颗日本的广岛、长崎投下两颗日本的广岛、长崎投下两颗原子弹，加速了日本法西斯原子弹，加速了日本法西斯原子弹，加速了日本法西斯原子弹，加速了日本法西斯的投降，但对无辜平民的伤的投降，但对无辜平民
24、的伤的投降，但对无辜平民的伤的投降，但对无辜平民的伤害也同样令全世界震惊。爱害也同样令全世界震惊。爱害也同样令全世界震惊。爱害也同样令全世界震惊。爱因斯坦陷入了巨大的后悔与因斯坦陷入了巨大的后悔与因斯坦陷入了巨大的后悔与因斯坦陷入了巨大的后悔与痛苦之中，自认一生最大错痛苦之中，自认一生最大错痛苦之中，自认一生最大错痛苦之中，自认一生最大错误就是建议研制原子弹。误就是建议研制原子弹。误就是建议研制原子弹。误就是建议研制原子弹。他痛心地说：他痛心地说：他痛心地说：他痛心地说：“早知如此，早知如此，早知如此，早知如此，我宁可当个修表匠！我宁可当个修表匠！我宁可当个修表匠！我宁可当个修表匠！”我不知道
25、第三次世界我不知道第三次世界大战用什么武器，但是大战用什么武器，但是第四次世界大战人们将第四次世界大战人们将只会用木棒和石头打仗只会用木棒和石头打仗了。了。爱因斯坦爱因斯坦1955195519551955年年年年4 4 4 4月月月月18181818日，爱因斯坦因主动脉瘤破裂逝世日，爱因斯坦因主动脉瘤破裂逝世日，爱因斯坦因主动脉瘤破裂逝世日，爱因斯坦因主动脉瘤破裂逝世于普林斯顿。遵照他的遗嘱，于普林斯顿。遵照他的遗嘱，于普林斯顿。遵照他的遗嘱，于普林斯顿。遵照他的遗嘱，不发讣告，不举行公开不发讣告，不举行公开不发讣告，不举行公开不发讣告，不举行公开葬礼，不建坟墓，不立纪念碑。葬礼，不建坟墓，不
26、立纪念碑。葬礼，不建坟墓，不立纪念碑。葬礼，不建坟墓，不立纪念碑。火化时按照他的书面火化时按照他的书面火化时按照他的书面火化时按照他的书面遗嘱：遗嘱：遗嘱：遗嘱：免除所有花卉布置以及所有音乐典礼。骨灰撒免除所有花卉布置以及所有音乐典礼。骨灰撒免除所有花卉布置以及所有音乐典礼。骨灰撒免除所有花卉布置以及所有音乐典礼。骨灰撒在永远对人保密的地方在永远对人保密的地方在永远对人保密的地方在永远对人保密的地方，为的是不使任何地方成为圣，为的是不使任何地方成为圣，为的是不使任何地方成为圣，为的是不使任何地方成为圣地。遗嘱执行者用歌德悼念席勒的诗结束了那朴素的地。遗嘱执行者用歌德悼念席勒的诗结束了那朴素的地
27、。遗嘱执行者用歌德悼念席勒的诗结束了那朴素的地。遗嘱执行者用歌德悼念席勒的诗结束了那朴素的葬礼：葬礼：葬礼：葬礼：我们全都获益不浅，我们全都获益不浅，我们全都获益不浅，我们全都获益不浅，全世界都感谢他的教诲；全世界都感谢他的教诲；全世界都感谢他的教诲；全世界都感谢他的教诲；那专属他个人的东西，那专属他个人的东西，那专属他个人的东西，那专属他个人的东西，早已传遍广大人群。早已传遍广大人群。早已传遍广大人群。早已传遍广大人群。他像行将陨灭的彗星，他像行将陨灭的彗星，他像行将陨灭的彗星，他像行将陨灭的彗星，光华四射，光华四射，光华四射，光华四射，把无限的光芒同他的光芒永相连结。把无限的光芒同他的光芒
28、永相连结。把无限的光芒同他的光芒永相连结。把无限的光芒同他的光芒永相连结。三、爱因斯坦的三、爱因斯坦的“时空时空”相对相对论论（1）相对论的建立是对近代物理学理论框架的重）相对论的建立是对近代物理学理论框架的重大突破大突破深刻揭示了空间和时间的本质属性深刻揭示了空间和时间的本质属性（2 2）相对论是人类思想发展史中的一次根本性变）相对论是人类思想发展史中的一次根本性变革革对整个自然科学和哲学都产生了极其深远的对整个自然科学和哲学都产生了极其深远的影响。影响。相对论与量子理论共同构成了现代物理相对论与量子理论共同构成了现代物理学的基本理论框架。学的基本理论框架。难点突破：难点突破：牛顿力学与爱因
29、斯坦相对论的关系？牛顿力学与爱因斯坦相对论的关系？时空观时空观力学观力学观运动规律运动规律 适用范围适用范围牛顿牛顿牛顿力学牛顿力学牛顿力学牛顿力学 爱因爱因斯坦斯坦 认为时空会随物体认为时空会随物体认为时空会随物体认为时空会随物体速度变化而变化；速度变化而变化；速度变化而变化；速度变化而变化；空间结构和性质取空间结构和性质取空间结构和性质取空间结构和性质取决于物质的分布。决于物质的分布。决于物质的分布。决于物质的分布。相对论力学相对论力学相对论力学相对论力学（包含牛（包含牛（包含牛（包含牛顿力学）顿力学）顿力学）顿力学）绝对时空观绝对时空观绝对时空观绝对时空观宏观世界宏观世界宏观世界宏观世界低速运动低速运动低速运动低速运动 微观世界微观世界微观世界微观世界高速运动高速运动高速运动高速运动 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一一.经典力学的奠基经典力学的奠基伽利略的贡献伽利略的贡献二二.经典力学的建立经典力学的建立牛顿的贡献牛顿的贡献三三.物理学革命物理学革命普朗克和爱因斯坦的贡献普朗克和爱因斯坦的贡献爱因斯坦说：爱因斯坦说：“全民族创全民族创造性思维的自由发挥将决定着造性思维的自由发挥将决定着国家未来的繁荣昌盛。国家未来的繁荣昌盛。”相信相信大家能做一个大家能做一个2121世纪富有批判世纪富有批判性思维、创造性思维的人。性思维、创造性思维的人。寄语：寄语：