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1、1专题七专题七 近代以来科学技术的辉煌近代以来科学技术的辉煌导语导语（一）本专题主要涉及的问题（一）本专题主要涉及的问题（二）涉及的主要理论问题（二）涉及的主要理论问题（三）学习思考（三）学习思考为什么为什么15世纪下半叶以后西世纪下半叶以后西方的科学技术取得了辉煌的成就方的科学技术取得了辉煌的成就？2（一）本专题主要涉及的问题（一）本专题主要涉及的问题 近代物理学中牛顿力学体系形成和爱因近代物理学中牛顿力学体系形成和爱因斯坦在理论物理学方面的革命性成就；人类探斯坦在理论物理学方面的革命性成就；人类探索生命起源的历程，重点涉及细胞学说、进化索生命起源的历程，重点涉及细胞学说、进化论和物种起源；
2、蒸汽机应用于生产给人类文明论和物种起源；蒸汽机应用于生产给人类文明发展带来的巨大变化；现代交通通信技术的发发展带来的巨大变化；现代交通通信技术的发展，改变了人类的时空概念，使人类进入电子展，改变了人类的时空概念，使人类进入电子信息时代。信息时代。讲述了人类认识由低级向高级发展的历讲述了人类认识由低级向高级发展的历程，从科学技术层面了解人类社会发展的基本程，从科学技术层面了解人类社会发展的基本特征。特征。3（二）涉及的主要理论问题（二）涉及的主要理论问题科学技术创新与尊重权威的科学技术创新与尊重权威的关系关系;科学与哲学和宗教的关系科学与哲学和宗教的关系;科学技术是生产力以及科学科学技术是生产力
3、以及科学改变人类的命运等。改变人类的命运等。4（三）学习思考（三）学习思考 为什么为什么1515世纪下半叶以后西方的科学技世纪下半叶以后西方的科学技术取得了辉煌的成就？术取得了辉煌的成就？（1 1）文艺复兴、宗教改革等思想）文艺复兴、宗教改革等思想解放运动的影响；解放运动的影响；（2 2）资本主义的发展提供了物质）资本主义的发展提供了物质基础；基础；（3 3）科学家勇于探索的精神。）科学家勇于探索的精神。5一、近代物理学的奠基人和革命者一、近代物理学的奠基人和革命者 课标要求课标要求了解经典力学的主要内容，了解经典力学的主要内容，认识其在近代自然科学理论发认识其在近代自然科学理论发展中的历史地
4、位。知道相对论、展中的历史地位。知道相对论、量子论的主要内容，认识其意量子论的主要内容，认识其意义。义。6（一）巨人肩上的思索（一）巨人肩上的思索（经典力学体系的创立和发展）（经典力学体系的创立和发展）1经典力学的奠基者经典力学的奠基者意大利意大利科学家伽利略科学家伽利略（1）伽利略伽利略对对亚里士多德亚里士多德力学观的否定力学观的否定（2）突出成就）突出成就2牛顿对前人科学理论的发展牛顿对前人科学理论的发展7伽利略伽利略（15641642），伟大的），伟大的意大利物理学家和天文学家意大利物理学家和天文学家，他，他开创了以实验事实为根据并具有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
5、式的严密逻辑体系和数学表述形式的近代科学，被誉为近代科学，被誉为“近代科学之近代科学之父父”。他第一个把望远镜对准天。他第一个把望远镜对准天空进行观测，出版了空进行观测，出版了星空使者星空使者一书。一书。1632年，他出版了年，他出版了关关于托勒密和哥白尼两大世界体系于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话的对话，把哥白尼的学说推到，把哥白尼的学说推到了最终胜利的阶段。了最终胜利的阶段。9对地球认识的变化对地球认识的变化10(1)伽利略伽利略对亚对亚里士多德力学里士多德力学观观的否定的否定 亚里士多德的力学观：必须有亚里士多德的力学观：必须有力作用在物体上，物体才能运动，力作用在物体上，物体才能运动
6、，没有力的作用，物体就会静止。没有力的作用，物体就会静止。伽利略通过观察、实验和推理，伽利略通过观察、实验和推理，得出结论：得出结论：如果运动物体不受阻碍，它将如果运动物体不受阻碍，它将速度保持不变地速度保持不变地持续运动持续运动下去。下去。11（2）突出成就）突出成就创立了自创立了自由落体定由落体定律，从而律，从而推翻了亚推翻了亚里士多德里士多德的学说。的学说。意大利的比萨斜塔意大利的比萨斜塔122。牛顿对前人科学理论的发展。牛顿对前人科学理论的发展（1 1）科学巨著）科学巨著自然自然哲学的数学哲学的数学原理原理总结总结了牛顿力学了牛顿力学体系以及在体系以及在数学、天文数学、天文学方面的研学
7、方面的研究成果。究成果。牛顿（牛顿（16421727）牛顿出生于英国牛顿出生于英国的林肯郡，牛顿的林肯郡，牛顿曾经长期担任英曾经长期担任英国皇家学会会长，国皇家学会会长，授予爵士称号。授予爵士称号。1727年，他病逝，年，他病逝，被安葬于威斯敏被安葬于威斯敏斯特教堂，这是斯特教堂，这是一种极高的荣誉。一种极高的荣誉。1314煮怀表煮怀表牛顿从事科学研究时非常专心，时常忘却生活中的小事。有一次，给牛顿做饭的老太太有事要出去，就把鸡蛋放在桌子上说：“先生！我出去买东西，请您自己煮个鸡蛋吃吧，水已经在烧了！”正在聚精会神地计算的牛顿，头也不抬地“嗯”了一声。老保姆回来以后问牛顿煮了鸡蛋没有，牛顿头也
8、没抬地说：“煮了！”老太太掀开锅盖一看，惊呆了：锅里居然煮了一块怀表，鸡蛋却还在原地放着。原来牛顿忙于计算，胡乱把怀表扔到了锅里。15作为大学教授，牛顿常常忙得不修边幅，往往领带不结，袜带不系好，马裤也不纽扣，就走进了大学餐厅。有一次，他在向一位姑娘求婚时思想又开了小差，他脑海了只剩下了无穷量的二项式定理。他抓住姑娘的手指，错误的把它当成通烟斗的通条，硬往烟斗里塞，痛得姑娘大叫，离他而去。牛顿也因此终生未娶。16惯性定律惯性定律加速度定律加速度定律作用和反作用定律作用和反作用定律万有引力定律万有引力定律牛顿牛顿运动运动三定三定律律（2 2）经典力学体系的主要内容）经典力学体系的主要内容经经典典
9、力力学学体体系系17(3)(3)经典力学体系的历史地经典力学体系的历史地位位 理论的综合理论的综合：牛顿力学体系对自然界的力学现：牛顿力学体系对自然界的力学现象做出了系统、合理的说明，从而完成了人类对自象做出了系统、合理的说明，从而完成了人类对自然界认识史上的第一次理论大综合。然界认识史上的第一次理论大综合。经典力学体系的建立经典力学体系的建立标志着近代科学的形成标志着近代科学的形成。实践的验证实践的验证：根据万有引力定律，人们准确地算：根据万有引力定律，人们准确地算出地球的平均密度和扁平率，正确地解释了潮汐的出地球的平均密度和扁平率，正确地解释了潮汐的成因。根据这一定律，人们还发现了成因。根
10、据这一定律，人们还发现了海王星、冥王海王星、冥王星。星。1817811781年天王星被发现，年天王星被发现，科学家用牛顿力学计算科学家用牛顿力学计算它的轨道，可是计算结它的轨道，可是计算结果总是同观测纪录不大果总是同观测纪录不大相符。经反复核算，观相符。经反复核算，观测无误。法国的勒维列测无误。法国的勒维列和英国的亚当斯坚信牛和英国的亚当斯坚信牛顿力学的正确，大胆猜顿力学的正确，大胆猜想想太阳系中还有一颗未太阳系中还有一颗未知的行星知的行星.他们用牛顿力学算出了这颗未知行星的位置和质量。他们用牛顿力学算出了这颗未知行星的位置和质量。18481848年年9 9月月2323日，柏林天文台台长在收到
11、勒维列来信的当晚，用望远镜对准勒日，柏林天文台台长在收到勒维列来信的当晚，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星维列所指出的位置，一下子就看到了一颗新的行星海王星。勒海王星。勒维列无需观测星空，就在笔尖上发现了新行星。维列无需观测星空，就在笔尖上发现了新行星。海王星和冥王星的发现海王星和冥王星的发现19哈雷慧星轨道的推算哈雷慧星轨道的推算 长期以来，人们一直认为彗星是神秘的，不吉利的灾星，长期以来，人们一直认为彗星是神秘的，不吉利的灾星，根本不能用科学来说明。牛顿的好友哈雷用牛顿力学算出了根本不能用科学来说明。牛顿的好友哈雷用牛顿力学算出了16821682年出现的彗星的轨道
12、，指出它的回归周期是年出现的彗星的轨道，指出它的回归周期是75757676年，由年，由此预言它将在此预言它将在17581758年再次出现。年再次出现。5353年以后的年以后的17581758年（当时哈雷年（当时哈雷已去世），这颗彗星果然如期出现。已去世），这颗彗星果然如期出现。哈雷慧星的发现验证了万哈雷慧星的发现验证了万有引力定律的科学性。有引力定律的科学性。20 牛顿捡到了哪些牛顿捡到了哪些“光滑的石子光滑的石子”和和“美丽的贝壳美丽的贝壳”？“我好像是一个在海边玩耍的孩子，不时我好像是一个在海边玩耍的孩子，不时为拾到比通常更光滑的石子或更美丽的贝为拾到比通常更光滑的石子或更美丽的贝壳而欢欣
13、鼓舞，而展现在我面前的是完全壳而欢欣鼓舞，而展现在我面前的是完全未探明的真理之海。未探明的真理之海。”牛顿临终遗言牛顿临终遗言21牛顿（牛顿（1642-17271642-1727）著作：著作：自然哲学自然哲学的数学原理的数学原理（16871687）他提出了物体机械他提出了物体机械运动的三大定律和运动的三大定律和万有引力定律，创万有引力定律，创建牛顿力学体系。建牛顿力学体系。22牛顿的成就与前人研究成果的关系牛顿的成就与前人研究成果的关系?“巨人肩上的思索巨人肩上的思索”牛顿曾谦逊地说：牛顿曾谦逊地说：“如果我比如果我比别人看得远些，那是因为我站在巨别人看得远些，那是因为我站在巨人们的肩上。人们
14、的肩上。”近代科学在否定中发展，在继承中发展，近代科学在否定中发展，在继承中发展，在综合中发展。在综合中发展。前人基础（伽利略、前人基础（伽利略、笛卡尔、开普勒）；注重实验。笛卡尔、开普勒）；注重实验。牛顿成功的条件：牛顿成功的条件：关系：关系：23 质疑与思考：经典力学体系是最质疑与思考：经典力学体系是最完美的物理学理论吗？完美的物理学理论吗？19 19世纪末，面对经典物理学近乎完世纪末，面对经典物理学近乎完美的发展，有的物理学家表示：美的发展，有的物理学家表示：“1919世世纪已经将物理大厦全部建成，今后物理纪已经将物理大厦全部建成，今后物理学家只是修饰和完美这座大厦。学家只是修饰和完美这
15、座大厦。”高速运动的微观粒子发生的现高速运动的微观粒子发生的现象，是经典力学无法解释的！象，是经典力学无法解释的！24（二）驱走乌云的太阳（二）驱走乌云的太阳（量子理论的诞生）（量子理论的诞生）1量子理论的诞生量子理论的诞生2量子理论的发展量子理论的发展3量子论和量子力学的意义量子论和量子力学的意义251量子理论的诞生量子理论的诞生（1）基础：）基础：（2）诞生：）诞生：奥地利物理学家斯蒂芬对黑体的研奥地利物理学家斯蒂芬对黑体的研究成果。究成果。1900年，德国物理学家普朗克提出了年，德国物理学家普朗克提出了量子概念。并在量子概念。并在关于正常光谱能量分布关于正常光谱能量分布定律的理论定律的理
16、论中，阐述了这一思想中，阐述了这一思想(见见P122），标志着量子理论的诞生。），标志着量子理论的诞生。26 普朗克普朗克，生于基尔。，生于基尔。18791879年年普朗克在慕尼黑大学获得博士学普朗克在慕尼黑大学获得博士学位后，先后在慕尼黑大学和基尔位后，先后在慕尼黑大学和基尔大学任教。大学任教。由于量子论创立，普由于量子论创立，普朗克获得朗克获得19181918年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖。他的父亲是一位杰出的法律教授。他的父亲是一位杰出的法律教授。普朗克是德国人所具有的最好品普朗克是德国人所具有的最好品质的范例：诚恳、忠于职守，他质的范例：诚恳、忠于职守，他的业余爱好是音乐，在这方面表
17、的业余爱好是音乐，在这方面表现了专业艺术才干；另一项业余现了专业艺术才干；另一项业余爱好是他一直坚持到晚年的登山爱好是他一直坚持到晚年的登山运动。运动。272量子理论的发展量子理论的发展（1 1）德国爱因斯坦：）德国爱因斯坦：将量子理论推广将量子理论推广到光学中，成功解释了光电效应，得到光学中，成功解释了光电效应，得出光具有波粒二象性的结论。出光具有波粒二象性的结论。（2 2）法国德布罗意：）法国德布罗意：提出物质波理论。提出物质波理论。（3 3）数年后，）数年后，奥地利、德国奥地利、德国的物理学的物理学家建立了量子力学。家建立了量子力学。283量子论和量子力学的意义量子论和量子力学的意义（1
18、 1）量子力学标志着人类对客观规）量子力学标志着人类对客观规律的认识，开始从律的认识，开始从宏观世界宏观世界深入到深入到微观世界微观世界。（2 2）量子理论让人们从）量子理论让人们从根本上改变根本上改变了近代物理学中的传统观念了近代物理学中的传统观念，使物，使物理学乃至整个自然科学的观念都发理学乃至整个自然科学的观念都发生了生了重大变革重大变革。29（三）爱因斯坦的（三）爱因斯坦的“时空时空”（相对论的建立）（相对论的建立）1狭义相对论狭义相对论2广义相对论广义相对论3相对论建立的意义相对论建立的意义30狭义相对论发表狭义相对论发表107107周年，周年，也许全世界只有几十个人能完全理解他的真
19、谛，也许全世界只有几十个人能完全理解他的真谛，但这并不能掩盖相对论对人类生活的巨大改变。但这并不能掩盖相对论对人类生活的巨大改变。31 关于相对论，有人说：这个形式简洁关于相对论，有人说：这个形式简洁优美的理论蕴藏了太多令人惊讶的内优美的理论蕴藏了太多令人惊讶的内容，容，100100多年来，人们时时从中悟出宇多年来，人们时时从中悟出宇宙层出不穷的奥秘，直到今天，这里宙层出不穷的奥秘，直到今天，这里还有很多内容没有被我们悟透。还有很多内容没有被我们悟透。这个这个“优美的理论优美的理论”包含了哪些主要包含了哪些主要内容呢？让我们一起来领略相对论内容呢？让我们一起来领略相对论的奥妙。的奥妙。321狭
20、义相对论狭义相对论（1）提出：）提出：（2）内容：）内容：（3）认识：）认识：19051905年，爱因斯坦发表年，爱因斯坦发表论动体的电论动体的电动力学动力学，创立狭义相对论。，创立狭义相对论。相对性原理和光速不变原理；时间和相对性原理和光速不变原理；时间和空间都与物质的运动有关，随着物质运动空间都与物质的运动有关，随着物质运动速度的变化而变化。（速度的变化而变化。（E=mc2E=mc2）否认了牛顿力学的绝对时空观点，是否认了牛顿力学的绝对时空观点，是对牛顿力学的对牛顿力学的继承和发展继承和发展。33相对论与牛顿力学的关系怎样？相对论与牛顿力学的关系怎样？相对论相对论打破了打破了牛顿以来传统的
21、牛顿以来传统的绝对绝对时空观时空观，但，但并非全盘否定牛顿力学并非全盘否定牛顿力学。牛牛顿力学顿力学反映的是宏观物体反映的是宏观物体低速运动低速运动的客的客观规律，而观规律，而狭义相对论狭义相对论反映的是物体反映的是物体高高速运动速运动的客观规律，是对牛顿力学的的客观规律，是对牛顿力学的继继承和发展承和发展。牛顿力学牛顿力学是相对论的一种是相对论的一种特特例例（物体低速运动状态），（物体低速运动状态），包括在相对包括在相对论体系中。论体系中。34“天上方一日，人间已一年天上方一日，人间已一年”乘坐乘坐“光子火箭光子火箭”的星际旅行的星际旅行 乘坐乘坐“光子火箭光子火箭”以光速作以光速作星际旅行
22、，回到地球时，我们会星际旅行，回到地球时，我们会发现什么变化？发现什么变化？35 这个故事形象地说明了时间和空间这个故事形象地说明了时间和空间的相对性。的相对性。爱因斯坦关于相对论的比喻。爱因斯坦关于相对论的比喻。为了对这一深奥的理论做通俗的说明，爱为了对这一深奥的理论做通俗的说明，爱因斯坦曾经风趣地对一名男青年说：因斯坦曾经风趣地对一名男青年说：“我打个我打个比方，比如你屁股坐在火炉上烤和坐在公园柳比方，比如你屁股坐在火炉上烤和坐在公园柳荫下与女士谈情说爱，那么，同样的时间你觉荫下与女士谈情说爱，那么，同样的时间你觉得哪一个更长？得哪一个更长？”男青年说：男青年说：“当然坐在火炉当然坐在火炉
23、上烤的时间觉得长久。上烤的时间觉得长久。”爱因斯坦说：爱因斯坦说：“这就这就是我的相对论内容。是我的相对论内容。”362广义相对论广义相对论（1）提出：）提出：（2）内容：）内容：（3）认识：）认识：1916 1916年，年，爱因斯坦把狭义相对论推广到爱因斯坦把狭义相对论推广到加速运动的参考系中，建立了加速运动的参考系中，建立了广义相对论。广义相对论。物质存在的物质存在的现实空间不是平坦的，而是现实空间不是平坦的，而是弯曲的弯曲的；空间弯曲的程度体现为引力场强度；空间弯曲的程度体现为引力场强度；时间、空间不是独立的实在时间、空间不是独立的实在，它们是物质存，它们是物质存在的形式。在的形式。它第
24、一次阐述了四维时空和物质的分布它第一次阐述了四维时空和物质的分布相联系的重要思想。相联系的重要思想。37爱因斯坦的爱因斯坦的“时空弯曲时空弯曲”概念概念383相对论建立的意义相对论建立的意义（1 1）爱因斯坦相对论的建立，是对近代物理学）爱因斯坦相对论的建立，是对近代物理学理论框架的重大突破，它不仅理论框架的重大突破，它不仅揭示了空间、揭示了空间、时间的可变性时间的可变性，时空的变化和时空结构同物时空的变化和时空结构同物质的运动和状态密不可分质的运动和状态密不可分。（2 2）这种全新的时空观、运动观和物质观的形）这种全新的时空观、运动观和物质观的形成，是成，是人类思想发展史中的一次根本性变革人
25、类思想发展史中的一次根本性变革，对整个自然科学和哲学都产生了深远的影响。对整个自然科学和哲学都产生了深远的影响。（3 3）相对论）相对论同量子理论同量子理论一起，构成了一起，构成了现代物理现代物理学的基本理论框架学的基本理论框架。3940相对论的现实意义举例相对论的现实意义举例相对论能相对论能修正修正GPSGPS（全球定位系统）（全球定位系统）全球定位系统全球定位系统GPSGPS的应用也已的应用也已普及化了，许多城市的公共汽车、出租车普及化了，许多城市的公共汽车、出租车上都安装了它。早期的上都安装了它。早期的GPSGPS接收器确定物体接收器确定物体位置的误差是在位置的误差是在1515米范围内，
26、这个误差可米范围内，这个误差可以用爱因斯坦相对论来修正。以用爱因斯坦相对论来修正。41成功的秘诀成功的秘诀一个爱说废话而不爱用功的青年，整天一个爱说废话而不爱用功的青年，整天缠着大科学家爱因斯坦，要他公开成功的缠着大科学家爱因斯坦，要他公开成功的秘诀。爱因斯坦厌烦了，便写了一秘诀。爱因斯坦厌烦了，便写了一个公式个公式给他：给他：Axyz爱因斯坦解释道：爱因斯坦解释道：“A代表成功，代表成功，x代表艰苦的劳动，代表艰苦的劳动，y代表正确代表正确的方法的方法”“z代表代表什么？什么？”青年迫不及青年迫不及待地问。待地问。“代表代表少说废话少说废话。”爱因斯坦说爱因斯坦说42经经典典力力学学体体系系
27、的的创创立和发展立和发展量量子子理理论论的的诞诞生生(从从普朗克到爱因斯坦普朗克到爱因斯坦)相相对对论论的的建建立立（爱因斯坦爱因斯坦）现现代代物物理理学学理理论论的的发展发展小结小结近近代代物物理理学学的的奠奠基基人人和和革革命命者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牛顿对前人科学理论对前人科学理论的发展的发展431创立了自由落体定律，从而推翻了亚里创立了自由落体定律，从而推翻了亚里斯多德的学说的是（斯多德的学说的是（）A、伽利略、伽利略B、牛顿、牛顿C、爱因斯坦、爱因斯坦D、普朗克、普朗克2近代科学进入了全面繁荣的时代，各门近代科学进入了全面繁荣的时代，各门自
28、然科学的理论体系纷纷建立起来是在（自然科学的理论体系纷纷建立起来是在（）A、17世纪世纪B、18世纪世纪C、19世纪世纪D、20世纪世纪AC443实现了自然科学第一次理论性大综合的是（实现了自然科学第一次理论性大综合的是（）A、哈维的血液循环学说、哈维的血液循环学说B、法拉第的电磁感应理论、法拉第的电磁感应理论C、牛顿的经典力学体系、牛顿的经典力学体系D、爱因斯坦的相对论、爱因斯坦的相对论4指出指出“物质间所存在的万有引力，是由于物物质间所存在的万有引力，是由于物质的存在和分布使时间和空间的性质不均匀质的存在和分布使时间和空间的性质不均匀而引起的而引起的”是（是（）A、牛顿力学理论、牛顿力学理
29、论B、万有引力理论、万有引力理论C、广义相对论、广义相对论D、狭义相对论、狭义相对论CC455同相对论理论一起，构成了现代物理学的同相对论理论一起，构成了现代物理学的基本理论框架的是（基本理论框架的是（）A、万有引力定律、万有引力定律B、日心说、日心说C、量子理论、量子理论D、牛顿力学理论、牛顿力学理论6近代自然科学同古代科学相比的主要特征近代自然科学同古代科学相比的主要特征是（是（）实验验证实验验证直观感受直观感受数学表达数学表达哲学哲学思维思维A、B、C、D、CB46719世纪，英国科学家开尔文认世纪，英国科学家开尔文认为物理学晴朗的天空中还留有为物理学晴朗的天空中还留有“两两朵乌云朵乌云”，这里，这里“乌云乌云”是指（是指（）热学的黑体研究热学的黑体研究量子理论研究量子理论研究光学中的光学中的“以太以太”研究研究相对相对论的研究论的研究A、B、C、D、B478使物理学乃至整个自然科学的观念都发生使物理学乃至整个自然科学的观念都发生了重大变革的科学成就是（了重大变革的科学成就是（）A、经典力学、经典力学B、量子理论、量子理论C、狭义相对论、狭义相对论D、广义相对论、广义相对论9解释尺缩效应和钟慢效应的科学理论是（解释尺缩效应和钟慢效应的科学理论是（）A、牛顿的力学体系、牛顿的力学体系B、万有引力定律、万有引力定律C、量子理论、量子理论D、相对论、相对论BD