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1、单元线索单元线索1.1.物理学物理学领域的重大进展；领域的重大进展；2.2.生物学生物学关于人类生命的起源关于人类生命的起源3.3.三次科技革命三次科技革命的成果及对社会发展的的成果及对社会发展的影响。影响。第四单元第四单元近代以来世界的科学发展历程近代以来世界的科学发展历程【课程标准课程标准】了解经典力学的主要内容，认识其在近代了解经典力学的主要内容，认识其在近代自然科学理论发展中的历史地位。知道相自然科学理论发展中的历史地位。知道相对论、量子论的主要内容，认识其意义。对论、量子论的主要内容，认识其意义。探究：他们分别是什么人？有什么贡献？探究：他们分别是什么人？有什么贡献？第第1111课课
2、 物理学的重大进展物理学的重大进展伽利略伽利略 牛顿牛顿 爱因斯坦爱因斯坦 普朗克普朗克1.1.背景背景 2.2.牛顿的经典力学牛顿的经典力学 经典力学经典力学 量子论的诞生与发展量子论的诞生与发展 相对论的创立相对论的创立物物理理学学的的重重大大进进展展1.1.背景背景 2.2.创立创立 3.3.意义意义1.1.背景背景 2.2.诞生诞生 3.3.发展发展 4.4.意义意义 一经典力学一经典力学1.1.产生背景：产生背景：文艺复兴运动的影响文艺复兴运动的影响伽利略伽利略的贡献及作用的贡献及作用经典力学重要奠基者经典力学重要奠基者2.2.牛顿经典力学牛顿经典力学基础基础:创立创立:意义意义:伽
3、利略伽利略的研究成果的研究成果16871687,自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理物体运动三大定律和万有引力定律物体运动三大定律和万有引力定律对解释和预见物理现象有对解释和预见物理现象有决定意义决定意义伽利略伽利略（1564156416421642），），伟大的意大利物理学家和天伟大的意大利物理学家和天文学家，他开创了以实验事文学家，他开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体实为根据并具有严密逻辑体系和数学表述形式的近代科系和数学表述形式的近代科学，被誉为学，被誉为“近代科学之父近代科学之父”。他第一个把望远镜对准。他第一个把望远镜对准天空进行观测，出版了天空进行观测，出版了星星空使者空使者一
4、书。一书。16321632年，他年，他出版了出版了关于托勒密和哥白关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话尼两大世界体系的对话，把哥白尼的学说推到了最终把哥白尼的学说推到了最终胜利的阶段。胜利的阶段。16101610年，伽利略用望远镜发年，伽利略用望远镜发现有现有4 4颗卫星围绕着木星转。颗卫星围绕着木星转。这一发现震动了整个欧洲和这一发现震动了整个欧洲和全球科学界。全球科学界。伽利略是第一位利用望远镜伽利略是第一位利用望远镜观察天体的人。目前人类发观察天体的人。目前人类发现的现的1616颗木星卫星中，有颗木星卫星中，有颗叫颗叫“伽利略卫星伽利略卫星”。木木星星和和它它的的伽伽利利略略卫卫星星 他
5、又发现太阳上有黑子，月球上有他又发现太阳上有黑子，月球上有山脉，为哥白尼的地球绕着太阳公转的山脉，为哥白尼的地球绕着太阳公转的“日心说日心说”找到了有力证据。宗教法庭找到了有力证据。宗教法庭把他软禁在家，不准外出。年多后，把他软禁在家，不准外出。年多后，伽伽利略临死前仍不屈服，坚定地说：伽伽利略临死前仍不屈服，坚定地说：“地球确实在围着太阳转！地球确实在围着太阳转！”他的努力他的努力没有白费，越来越多的人开始探索星空没有白费，越来越多的人开始探索星空和科学！和科学！科学的真理不应在科学的真理不应在古代圣人的蒙着灰尘古代圣人的蒙着灰尘的书上去找，而应该的书上去找，而应该在实验中和以实验为在实验中
6、和以实验为基础的理论中去找。基础的理论中去找。伽利略伽利略“近代科学之父近代科学之父”伽俐略伽俐略 15901590年，年，伽俐略伽俐略在斜塔在斜塔的顶层做自由落体运动实的顶层做自由落体运动实验，让两个重量相差验，让两个重量相差1010倍倍的铁球，同时从塔顶落下，的铁球，同时从塔顶落下，结果两球同时着地，因而，结果两球同时着地，因而，雄辩地一举推翻了束缚人雄辩地一举推翻了束缚人们近们近20002000年的希腊学者年的希腊学者亚亚里士多德里士多德关于重量不同的关于重量不同的物体，其下落的速度也不物体，其下落的速度也不相同的相同的“物体下落速度与物体下落速度与重量成正比重量成正比”的理论。的理论。
7、伽伽俐略开创了实验物理的新俐略开创了实验物理的新时代，时代，为经典力学的创立为经典力学的创立奠定基础奠定基础。牛顿牛顿出生于英国的林出生于英国的林肯郡，肯郡，16651665年毕业于著年毕业于著名的剑桥大学三一学院，名的剑桥大学三一学院，获得获得学士学士学位。三年后学位。三年后又获得又获得文学文学硕士学位。硕士学位。牛顿曾经长期担任英国牛顿曾经长期担任英国皇家学会会长，他还担皇家学会会长，他还担任过英国议会任过英国议会议员议员，授，授予予爵士爵士称号。称号。17271727年，年，他病逝，被安葬于威斯他病逝，被安葬于威斯敏斯特教堂，这是一种敏斯特教堂，这是一种极高的荣誉。极高的荣誉。牛顿（牛顿
8、（1642164217271727）牛顿有哪些重要贡献？牛顿有哪些重要贡献？其中最重要的是什么？其中最重要的是什么？数学数学：二项式定理，微积分二项式定理，微积分光学光学：发现太阳光的光谱，微粒说发现太阳光的光谱，微粒说天文学天文学：发明反射式望远镜等发明反射式望远镜等力学力学：自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理 物体运动三大定律；万有引力定律物体运动三大定律；万有引力定律 形成经典力学体系形成经典力学体系 第一件，第一件，用牛顿力学算用牛顿力学算出地球的形状象只桔子。出地球的形状象只桔子。古希腊的亚里士多德认为地古希腊的亚里士多德认为地球是个正球体，两千年来人球是个正球体，两千年来人们对此
9、深信不疑。牛顿却根们对此深信不疑。牛顿却根据他的力学，说据他的力学，说地球是个扁地球是个扁球体，象只大桔子球体，象只大桔子。此言一。此言一出，学界哗然。地球那么大，出，学界哗然。地球那么大，牛顿又从不出远门，他凭什牛顿又从不出远门，他凭什么说地球有点扁？可是法国么说地球有点扁？可是法国科学家经过三次实地测量，科学家经过三次实地测量，终于证实了牛顿的看法。终于证实了牛顿的看法。用用力学能算出地球的形状，真力学能算出地球的形状，真是个奇迹。是个奇迹。历史上证实牛顿历史上证实牛顿力学的三件事力学的三件事第二件，第二件，用牛顿力学算出了哈雷彗星回归周期用牛顿力学算出了哈雷彗星回归周期长长期以来到，人们
10、一直认为彗星是神秘的，根本不能用期以来到，人们一直认为彗星是神秘的，根本不能用科学来说明。牛顿说，既然彗星也是天体，就必然遵科学来说明。牛顿说，既然彗星也是天体，就必然遵循力学规律。他的好友哈雷用牛顿力学算出了循力学规律。他的好友哈雷用牛顿力学算出了16821682年年出现的彗星的轨道，指出它的回归周期是出现的彗星的轨道，指出它的回归周期是75757676年，年，由此预言它将在由此预言它将在17581758年再次出现。哈雷年再次出现。哈雷17051705年发表这年发表这个预言，当时他已个预言，当时他已4949岁，却要预言岁，却要预言5353年以后的事，岂年以后的事，岂非耸人听闻？可是非耸人听闻
11、？可是17581758年这颗彗星果然如期出现，并年这颗彗星果然如期出现，并被命名为哈雷彗星。被命名为哈雷彗星。17811781年天王星被年天王星被发现，科学家用牛发现，科学家用牛顿力学计算它的轨顿力学计算它的轨道，可是计算结果道，可是计算结果总是同观测纪录不总是同观测纪录不大相符。经反复核大相符。经反复核算，观测无误。那算，观测无误。那问题是否出现在牛问题是否出现在牛顿力学上面？顿力学上面？科学家大胆猜想计算结果之所以不理想，科学家大胆猜想计算结果之所以不理想，是因为太阳系是因为太阳系中还有一颗未知的行星，我们没有考虑到它对天王星的中还有一颗未知的行星，我们没有考虑到它对天王星的引力作用。他们
12、用牛顿力学算出了这颗未知行星的位置引力作用。他们用牛顿力学算出了这颗未知行星的位置和质量。和质量。18481848年年9 9月月2323日，柏林天文台台长用望远镜对准日，柏林天文台台长用望远镜对准那个位置，一下子就看到了一颗新的行星那个位置，一下子就看到了一颗新的行星海王星海王星。第三件：第三件：用牛顿力学算出了一颗用牛顿力学算出了一颗未知行星的位置未知行星的位置二、相对论的创立二、相对论的创立经典力学无法解释一些新问题经典力学无法解释一些新问题20C20C初，初，爱因斯坦爱因斯坦 狭义相对论，广义相对论狭义相对论，广义相对论1.1.创立背景：创立背景：2.2.创立：创立：3.3.意义：意义：
13、是物理学领域的一次是物理学领域的一次重大革命重大革命否定了否定了经典力学的绝对时空观经典力学的绝对时空观发展了发展了牛顿力学牛顿力学推动推动物理学发展到一个新高度物理学发展到一个新高度 18791879年生于年生于德国德国，是，是举世闻名举世闻名的德裔美国科学家，的德裔美国科学家，现代物理学现代物理学的开创者和奠基人的开创者和奠基人。爱因斯坦。爱因斯坦19001900年毕业于苏黎士工业大学，年毕业于苏黎士工业大学，后在大学任教，后在大学任教，19141914年任皇家物年任皇家物理研究所所长兼柏林大学教授。理研究所所长兼柏林大学教授。19211921年获年获诺贝尔物理学奖诺贝尔物理学奖。1933
14、1933年受希特勒迫害离开德国年受希特勒迫害离开德国移居美国移居美国,爱因斯坦在物理学的爱因斯坦在物理学的许多领域都有贡献，比如建立狭许多领域都有贡献，比如建立狭义相对论并推广为广义相对论、义相对论并推广为广义相对论、提出光的量子概念，并以量子理提出光的量子概念，并以量子理论解释光电效应、辐射过程、固论解释光电效应、辐射过程、固体比热等。体比热等。爱因斯坦爱因斯坦（1879-19551879-1955）狭义相对论发表狭义相对论发表100100周年，周年，也许全世界只有几十个人能完全理解他的真谛，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
15、对论对人类生活的巨大改变，这样的改变还将继续下去。这样的改变还将继续下去。19051905年，年，爱因斯坦爱因斯坦2626岁岁，接连写下，接连写下4 4篇改变整个篇改变整个2020世世纪物理学面貌的论文：纪物理学面貌的论文：1.1.光的量子说（解释光电效应）光的量子说（解释光电效应）2.2.布朗运动（证明分子的存在）布朗运动（证明分子的存在）3.3.狭义相对论狭义相对论（修正了牛顿力学）（修正了牛顿力学）4.4.质能互换律（质能互换律（E=mc2E=mc2）19161916年，年，爱因斯坦发表了广义相对论基础，最具创爱因斯坦发表了广义相对论基础，最具创见也是最伟大的贡献：见也是最伟大的贡献：5
16、.5.广义相对论广义相对论（取代了牛顿的万有引力理论）（取代了牛顿的万有引力理论）19051905 神奇的一年神奇的一年 爱因斯坦爱因斯坦19051905年提出的相对论，后来称作狭义相对年提出的相对论，后来称作狭义相对论，以光速永不改变、相对性原则来推论，得到论，以光速永不改变、相对性原则来推论，得到“时间时间”会因速度快慢而改变会因速度快慢而改变的结论。的结论。相对论的例子：相对论的例子：一卷录音一卷录音带，如果在地面上播放需要一带，如果在地面上播放需要一个小时；在快速飞行的宇宙飞个小时；在快速飞行的宇宙飞船里播放，宇宙飞船里的人测船里播放，宇宙飞船里的人测定也是一个小时。但是由地面定也是一
17、个小时。但是由地面上的人员，来测定在宇宙飞船上的人员，来测定在宇宙飞船中播放的时间呢？根据牛顿的中播放的时间呢？根据牛顿的理论，因为时间是绝对的，所理论，因为时间是绝对的，所以也是一小时；但是爱因斯坦以也是一小时；但是爱因斯坦的理论则认为应该是一个多小的理论则认为应该是一个多小时，因为时间是相对的，在不时，因为时间是相对的，在不同速度下测量时间，长度是不同速度下测量时间，长度是不一样的。一样的。什么是狭义相对论？什么是狭义相对论？什么是广义相对论？什么是广义相对论？广义相对论是新的万有引力概念广义相对论是新的万有引力概念 广义相对论的重要结论是，广义相对论的重要结论是，加速运动与引力加速运动与
18、引力场的运动是等价的场的运动是等价的，要区别是由惯性力或者引，要区别是由惯性力或者引力所产生的运动是不可能的。力所产生的运动是不可能的。对此，爱因斯坦作了一个的比喻。假想有一对此，爱因斯坦作了一个的比喻。假想有一个人乘摩天楼的电梯自由降落，人不会感到自个人乘摩天楼的电梯自由降落，人不会感到自己在下降，因为这时电梯和人都依照重力加速己在下降，因为这时电梯和人都依照重力加速度定律在下降，彷佛在电梯里不存在地球引力。度定律在下降，彷佛在电梯里不存在地球引力。相对论和经典力学有何关系？相对论和经典力学有何关系？1.相对论否定了经典力学的相对论否定了经典力学的绝对时空观绝对时空观；2.相对论相对论发展发
19、展了牛顿力学，牛顿力学是相了牛顿力学，牛顿力学是相对论力学在低速状态下的一个对论力学在低速状态下的一个特例特例；3.牛顿力学是整个力学的牛顿力学是整个力学的基础基础，牛顿所创，牛顿所创造的概念，至今仍指导着人们的物理学思造的概念，至今仍指导着人们的物理学思想。想。由于相对论的观点与人们的日常经验不太一由于相对论的观点与人们的日常经验不太一致，甚至有着尖锐的冲突，相对论从一开始就致，甚至有着尖锐的冲突，相对论从一开始就受到包括一些科学家在内的很多人的反对。受到包括一些科学家在内的很多人的反对。19211921年爱因斯坦获得了诺贝尔奖年爱因斯坦获得了诺贝尔奖，当时不，当时不少德国的诺贝尔奖获得者威
20、胁说，如果给相对少德国的诺贝尔奖获得者威胁说，如果给相对论授奖，他们就要论授奖，他们就要退回已获得的奖章退回已获得的奖章，结果评，结果评选委员会只好让爱因斯坦作为选委员会只好让爱因斯坦作为光电效应理论光电效应理论的建立者得奖，的建立者得奖，相对论始终没有获得诺贝尔奖相对论始终没有获得诺贝尔奖。但相对论在物理学上却非常合但相对论在物理学上却非常合理且为实验所证实。理且为实验所证实。爱因斯坦根据相对论爱因斯坦根据相对论的观点提出的观点提出质能转换理质能转换理论论后，曾致信美国总统后，曾致信美国总统罗斯福，建议美国研制罗斯福，建议美国研制原子弹原子弹，以便在二战中，以便在二战中尽快战胜法西斯国家。尽
21、快战胜法西斯国家。19451945年年8 8月，美国先后月，美国先后在日本的广岛、长畸投在日本的广岛、长畸投下两颗原子弹，加速了下两颗原子弹，加速了日本法西斯的投降，但日本法西斯的投降，但对无辜平民的伤害也同对无辜平民的伤害也同样令全世界震惊。样令全世界震惊。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
22、。的见解及洞察力。19551955年年4 4月月1818日，爱因斯坦因主动脉瘤破裂逝世于普日，爱因斯坦因主动脉瘤破裂逝世于普林斯顿。遵照他的遗嘱，不发讣告，不举行公开葬礼，林斯顿。遵照他的遗嘱，不发讣告，不举行公开葬礼，不建坟墓，不立纪念碑。火化时按照他的书面遗嘱：不建坟墓，不立纪念碑。火化时按照他的书面遗嘱：免除所有花卉布置以及音乐典礼。骨灰撒在永远对人免除所有花卉布置以及音乐典礼。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。保密的地方，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葬遗嘱执行者用歌德悼念席勒的诗结束了那朴素的葬礼：礼：我们全都获益不浅，我
23、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；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。他像行将陨灭的彗星，光华四射，他像行将陨灭的彗星，光华四射，把无限的光芒把无限的光芒 同他的光芒永相连结。同他的光芒永相连结。（1879-1955）19C19C末末-20C-20C初初,人们对物质的认识深入到原子内部人们对物质的认识深入到原子内部微观的微观的粒子运动粒子运动不能用经典力学来解释不能用经典力学来解释爱因斯坦利用量子论成功解释了光电效应爱因斯坦利用量子论成功解释了光电效应丹麦玻尔提出有关原子的量子理论丹麦玻尔提出有关原子的量子理论三、量子论的诞生与
24、发展三、量子论的诞生与发展1.1.背景：背景：2.2.诞生诞生:3.3.发展：发展：4.4.意义：意义：使人类对微观世界的基本认识取得革命性进步使人类对微观世界的基本认识取得革命性进步与相对论一起与相对论一起,构成现代物理学的基础构成现代物理学的基础1900,1900,德国物理学家德国物理学家普朗克普朗克加热到不同温度的物体发出不同颜色的光加热到不同温度的物体发出不同颜色的光 科学家们为了总结热辐射规律，推导出两个公式。科学家们为了总结热辐射规律，推导出两个公式。但这两个公式的计算结果总是与实验结果不相符合。但这两个公式的计算结果总是与实验结果不相符合。19001900年，为了解决热辐射理论上
25、的疑点，德国物理年，为了解决热辐射理论上的疑点，德国物理学家普朗克提出了学家普朗克提出了量子假说量子假说：辐射像物质一样，是由：辐射像物质一样，是由具有能量的基本单位量子来实现的。具有能量的基本单位量子来实现的。普朗克普朗克生于德国基尔。生于德国基尔。18791879年在慕尼黑大学获得年在慕尼黑大学获得博士学位后，先后在慕尼博士学位后，先后在慕尼黑大学和基尔大学任教。黑大学和基尔大学任教。由于量子论创立，普朗克由于量子论创立，普朗克获得获得19181918年诺贝尔物理学年诺贝尔物理学奖奖。普朗克是德国人所具普朗克是德国人所具有的最好品质的范例：诚有的最好品质的范例：诚恳，忠于职守，他的业余恳，
26、忠于职守，他的业余爱好是音乐，在这方面表爱好是音乐，在这方面表现了专业艺术才干；另一现了专业艺术才干；另一项业余爱好是他一直坚持项业余爱好是他一直坚持到晚年的登山运动。到晚年的登山运动。普朗克普朗克（1858185819471947）量子论和相对论是现代物理学的两量子论和相对论是现代物理学的两大支柱，量子论的形成标志着人类对大支柱，量子论的形成标志着人类对于客观规律的认识，开始从于客观规律的认识，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。量子力学和狭义相对论结合形成量子力学和狭义相对论结合形成原原子核物理学子核物理学，指导制造原子弹、氢弹，指导制造原子弹、氢弹和建立核电站。量子力学还
27、为和建立核电站。量子力学还为电子技电子技术、半导体技术、晶体技术和激光技术、半导体技术、晶体技术和激光技术术等奠定了理论基础。等奠定了理论基础。物理学发展的过程物理学发展的过程经典力学奠经典力学奠基者基者（1717世纪初）世纪初）经典力学建经典力学建立者立者（1717世纪晚世纪晚期）期）从经典力学发展到相对论、从经典力学发展到相对论、量子论量子论（1919世纪末世纪末2020世纪初）世纪初）伽利略伽利略（意）（意）牛顿牛顿（英）（英）爱因斯坦（德）爱因斯坦（德）普朗克（德）普朗克（德）2、海王星的发现是根据、海王星的发现是根据A、哥白尼日心说的推算、哥白尼日心说的推算 B、牛顿理论的推测、牛顿
28、理论的推测C、法拉第演说计算、法拉第演说计算 D、爱因斯坦对时间、空间属性的揭示、爱因斯坦对时间、空间属性的揭示1、现代物理学的基础是现代物理学的基础是A、牛顿力学、牛顿力学 B、相对论、相对论 C、量子假说、量子假说 D、量子理论、相对论、量子理论、相对论课堂练习课堂练习 3.牛顿在科学上贡献是多方面的，最重要的是在牛顿在科学上贡献是多方面的，最重要的是在力学方面，下面关于牛顿的表述不正确的是力学方面，下面关于牛顿的表述不正确的是(）A.除了在力学方面的重大贡献外，还是微积分的除了在力学方面的重大贡献外，还是微积分的发明人之一发明人之一 B.著有科学巨著著有科学巨著自然哲学的数学原理自然哲学
29、的数学原理 C.他推测出了海王星和冥王星的存在他推测出了海王星和冥王星的存在 D.他提出了三大定律和万有引力定律他提出了三大定律和万有引力定律C 4、下列表述不正确的是、下列表述不正确的是A、牛顿创立的经典力学是经典物理学的基础、牛顿创立的经典力学是经典物理学的基础B、经典物理学所适用的主要是日常生活中的、经典物理学所适用的主要是日常生活中的物理现象物理现象C、相对论的提出证明经典的物理学是完全错、相对论的提出证明经典的物理学是完全错误的误的D、量子理论使人类对微观世界的基本认识有、量子理论使人类对微观世界的基本认识有了革命性的进步了革命性的进步课堂练习课堂练习 5、经典力学与中世纪的自然观和方法论相比，、经典力学与中世纪的自然观和方法论相比，最显著的特征是最显著的特征是 注重实验注重实验 数学化数学化 体现微观世界体现微观世界 经验法经验法 A.B.C.D.A