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1、物理学物理学 （经典力学、相对论、量子论）（经典力学、相对论、量子论）生物学生物学 （进化论）（进化论）三次科技革命三次科技革命 （蒸汽机、电力、计算机）（蒸汽机、电力、计算机）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第第1111课课 物理学的重大发展物理学的重大发展第第1212课课 破解生命起源之迷破解生命起源之迷第第1313课课 从蒸汽机到互联网从蒸汽机到互联网伽利略伽利略牛顿牛顿爱因斯坦爱因斯坦普朗克普朗克第第11课课 物理学的重大进展物理学的重大进展 海佩蒂亚海佩蒂亚，希腊化时代的著名占星家、数学，希腊化时代的著名占星家、数学家、物理学家，发明了家、物理学
2、家，发明了天体观测仪以及比重天体观测仪以及比重仪仪。因其是异教徒，公元。因其是异教徒，公元415415年被狂热的年被狂热的基督基督教徒教徒用用贝壳挖肉杀死贝壳挖肉杀死。阿斯科里阿斯科里，意大利科学家，因其，意大利科学家，因其认为认为大地是球形大地是球形的，并提出了的，并提出了“地球地球”的概念，的概念，13271327年被年被宗教裁宗教裁判所处以火刑。判所处以火刑。布鲁诺布鲁诺，意大利科学家，因其宣扬哥白尼的，意大利科学家，因其宣扬哥白尼的日心说和宇宙无限日心说和宇宙无限，16001600年被年被宗教裁判所判宗教裁判所判为为“异端异端”烧死烧死在罗马鲜花广场。在罗马鲜花广场。中世纪教会阻碍了科
3、学的发展，任何质疑中世纪教会阻碍了科学的发展，任何质疑中世纪教会阻碍了科学的发展，任何质疑中世纪教会阻碍了科学的发展，任何质疑宗教权威宗教权威宗教权威宗教权威的科学家都要付出生命的的科学家都要付出生命的的科学家都要付出生命的的科学家都要付出生命的代价。代价。代价。代价。中世纪物理学领域的权威是什么？中世纪物理学领域的权威是什么？力是维持物体运动的原因。物体的下落速度与质量有关。亚里士多德亚里士多德托马斯托马斯阿奎阿奎那那人人类类及及其其居居所所地地球球被被置置于于上上帝帝的的怀怀抱抱之之中中，它它沐沐浴浴着着上上帝帝的的光光辉辉，被被圣圣恩恩所所笼笼罩罩。上上帝帝位位处处宇宇宙宙的的最最外外层
4、层，推推动动着着宇宇宙宙的的运运行行。整整个个宇宇宙宙全全都都以以地地球球为为中中心心，朝着人类的地球闪烁星光。朝着人类的地球闪烁星光。物体运动的第一推动者是上帝。物体运动的第一推动者是上帝。权威权威直接经验和直觉直接经验和直觉推测推测封建神学的封闭和封建神学的封闭和束缚，中世纪科学束缚，中世纪科学技术发展缓慢技术发展缓慢亚里士多德的物亚里士多德的物理学观点是物理理学观点是物理学界的权威学界的权威资本主义萌芽资本主义萌芽文艺复兴文艺复兴解放了人们的思想解放了人们的思想打打破破质质疑疑为什么权威被打破？为什么权威被打破？理想斜面实验理想斜面实验力是维持运动状态的原因。力是维持运动状态的原因。物体
5、的下落速度与质量有关。物体的下落速度与质量有关。直接经验和直接经验和直觉推测直觉推测实验实验谁先打破权威？驱散神学迷雾谁先打破权威？驱散神学迷雾力是改变运动状态的原因力是改变运动状态的原因。自由落体定律。自由落体定律。一、近代物理学一、近代物理学：经典力学：经典力学1 1、发展原因：、发展原因：（1 1）经济条件经济条件：资本主义萌芽资本主义萌芽的发展的发展（2 2）思想条件思想条件：文艺复兴文艺复兴解放了思想解放了思想（3 3）主观条件主观条件：科学家的努力科学家的努力2 2、奠基者：、奠基者：16C17C16C17C伽利略伽利略（1 1）成就：发现了）成就：发现了自由落体定律自由落体定律等
6、等（2 2）意义：）意义：开创开创了了近代科学近代科学为为经典力学经典力学的创立和发展奠定基础。的创立和发展奠定基础。（以（以实验实验事实为根据）事实为根据）如果说我比别人看得更远一些，如果说我比别人看得更远一些，那是因为我站在巨人的肩膀上。那是因为我站在巨人的肩膀上。真理是不可战胜的！物体运动三大定律万有引力定律这些定律体现了经典力学这些定律体现了经典力学的哪些特征？的哪些特征？经典力学体系物体运动三大定律：物体运动三大定律：惯性定律，惯性定律，作用力与反作用力定律，作用力与反作用力定律，加速度定律加速度定律注重实验注重实验注重实验注重实验经典力学显著特征一：经典力学显著特征一：数学化数学化
7、数学化数学化经典力学显著特征二：自然哲学的数学原理的发表标志着以实验为基础，以数学为表达形式的牛顿力学体系（经典力学体系）的诞生。我我已已经经把把哲哲学学的的原原理理确确定定下下来来了了，但但这这些些原原理理不是哲学的，而是数学的。不是哲学的，而是数学的。牛顿牛顿 第一个第一个“苹果苹果”诱惑了夏娃，使人类有了智慧之源诱惑了夏娃，使人类有了智慧之源第二个第二个“苹果苹果”砸醒了牛顿，使人类有了近代科学砸醒了牛顿，使人类有了近代科学第三个第三个“苹果苹果”成就了乔布斯，使人类有了精彩生活成就了乔布斯，使人类有了精彩生活“三个苹果三个苹果”改变了世界改变了世界历史上证实牛顿力学的三件事历史上证实牛
8、顿力学的三件事 第一件：第一件：用牛顿力学算出用牛顿力学算出地球的形状象只桔子。地球的形状象只桔子。第二件：用牛顿力学算出第二件：用牛顿力学算出了哈雷彗星回归周期了哈雷彗星回归周期 第三件：用牛顿力学算出第三件：用牛顿力学算出了一颗未知行星的位置了一颗未知行星的位置一、近代物理学：经典力学一、近代物理学：经典力学3、创立者：、创立者：17C17C末末牛顿牛顿（1 1）成就：）成就：自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理16871687提出物体提出物体运动三大定律运动三大定律和和万有引力万有引力定律定律等等（2 2）意义：）意义：形成形成 力学体系力学体系 发现发现 。以以实验实验为基础、以为基础
9、、以数学数学为表达形式为表达形式海王星等海王星等近代科学开端的标志：近代科学开端的标志：伽利略的天文学革命伽利略的天文学革命近代科学正式形成的标志：近代科学正式形成的标志：经典力学体系的建立经典力学体系的建立宏观世界、低速运动宏观世界、低速运动（绝对时空观）（绝对时空观）1919世纪末，面对世纪末，面对经典物理学经典物理学近乎完美的发展，近乎完美的发展，有的物理学家表示：有的物理学家表示：“1919世纪已经将物理大厦全部世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。建成，今后物理学家只是修饰和完美这座大厦。”经典力学的权威被打破，经典力学的权威被打破，相对论与量相对论与量子子
10、论论应应运而生运而生 正当此时，正当此时，物理学界连续发生了三个重大事件，物理学界连续发生了三个重大事件，这就是这就是X X射线、电子和放射性元素的发现。射线、电子和放射性元素的发现。这三大这三大发现以实验事实使得原子不可分、不变化的传统观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乎已经基本念发生了动摇。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，从根本上出现了动摇，上完成了的经典物理学体系，从根本上出现了动摇，这就是所谓的这就是所谓的“物理学危机物理学危机”。18971897年汤姆逊用实验发现年汤姆逊用实验发现电子电子,1906,1906年获诺
11、贝尔奖年获诺贝尔奖18981898年年1212月月2626日日,居里夫妇居里夫妇发现发现镭镭，“放射性元素放射性元素”经典力学的权威是不是牢不可破？经典力学的权威是不是牢不可破？关于相对论，有人说：这个形式简洁优美的关于相对论，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容，理论蕴藏了太多令人惊讶的内容，100100年来，年来，人们时时从中悟出宇宙层出不穷的奥秘，直人们时时从中悟出宇宙层出不穷的奥秘，直到今天，这里还有很多内容没有被我们悟透。到今天，这里还有很多内容没有被我们悟透。“优美的理论优美的理论”包含了哪些主要内容呢？包含了哪些主要内容呢？优美的理论优美的理论相对论相对论202
12、0世纪最后一期世纪最后一期时代时代，这样，这样称一位伟人：天才，政治难民，称一位伟人：天才，政治难民，人道主义者，原子和宇宙谜的开人道主义者，原子和宇宙谜的开启者，以其最伟大的思想和无与启者，以其最伟大的思想和无与伦比的形象独占鳌头。伦比的形象独占鳌头。狭义相对论（狭义相对论（1905年提出）年提出）爱因斯坦认为，物体运动时，质量会随着物体运爱因斯坦认为，物体运动时，质量会随着物体运动速度增大而增加，同时，空间和时间也会随着物体动速度增大而增加，同时，空间和时间也会随着物体运动速度的变化而变化，即发生运动速度的变化而变化，即发生尺缩效应尺缩效应和和钟慢效应钟慢效应。穿越时空的梦想穿越时空的梦想
13、 在未来的某一时间，有一对在未来的某一时间，有一对2020岁的孪生兄弟，弟岁的孪生兄弟，弟弟乘飞船以弟乘飞船以2929万千米万千米/秒的速度飞行，哥哥留在地球秒的速度飞行，哥哥留在地球上。上。5050年以后，当哥哥已经变成白发苍苍的老人时，年以后，当哥哥已经变成白发苍苍的老人时，他去迎接回到地球的弟弟，却发现弟弟还是一个他去迎接回到地球的弟弟，却发现弟弟还是一个3030多多岁的年轻人！原来，对于乘坐光速飞船的弟弟来讲，岁的年轻人！原来，对于乘坐光速飞船的弟弟来讲，才刚刚过了十几年。才刚刚过了十几年。E=M.C2这个故事形象地说明了这个故事形象地说明了时间和空间的相对性。（时间和空间的相对性。（
14、尺缩效应、钟慢效应）时间：时间变慢时间：时间变慢,钟慢效应钟慢效应质量：质增效应质量：质增效应空间：长度变短空间：长度变短,尺缩效应尺缩效应否定了经典力学否定了经典力学的的绝对时空观绝对时空观广义相对论（广义相对论（19161916年提出）年提出）广义相对论的重要结论是，空间和时间的性广义相对论的重要结论是，空间和时间的性质不仅取决于物质的运动情况，也取决于物质本质不仅取决于物质的运动情况，也取决于物质本身的分布状态。进一步深化对身的分布状态。进一步深化对时间空间时间空间和和引力现引力现象象的认识。的认识。对此，爱因斯坦作了对此，爱因斯坦作了一个的比喻。假想有一个一个的比喻。假想有一个人乘摩天
15、楼的电梯自由降人乘摩天楼的电梯自由降落，人不会感到自己在下落，人不会感到自己在下降，因为这时电梯和人都降，因为这时电梯和人都依照重力加速度定律在下依照重力加速度定律在下降，彷佛在电梯里不存在降，彷佛在电梯里不存在地球引力。地球引力。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
16、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。
17、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！”19C19C末，经典力学面临着挑战末，经典力学面临着挑战二、现代物理学：二、现代物理学：1 1、相对论的创立：、相对论的创立：20C20C初爱因斯坦初爱因
18、斯坦（1 1）背景：）背景：（2 2）内容：）内容：狭义相对论：狭义相对论：广义相对论：广义相对论：（3 3）意义：）意义：物理学领域的一次重大革命物理学领域的一次重大革命否定否定经典力学的经典力学的绝对时空观绝对时空观发展发展牛顿力学，将其牛顿力学，将其概括概括在相对论之中在相对论之中揭秘微观世界揭秘微观世界普朗克普朗克物物体体在在发发射射辐辐射射与与吸吸收收辐辐射射时时能能量量的的交交换换和和变变化化是是以以不不连连续续的的方方式式进进行行的的，是是以以一一定定数数量量值值的的整整数数倍倍跳跳跃跃式式变变化化的的。在在辐辐射射的的发发射射和和吸吸收收过过程程中中，能能量量不不是是无无限限可
19、可分分的的，而而是是有一个最小的份额单元有一个最小的份额单元“量子量子”。“自然界无跳跃自然界无跳跃”量子假说量子假说二二、现代物理学：现代物理学：1 1、相对论的创立：、相对论的创立：20C20C初爱因斯坦初爱因斯坦2 2、量子论：、量子论：20C20C初普朗克初普朗克（1 1）背景：）背景：（2 2）过程）过程 诞生：诞生：发展：发展：（3 3）意义：）意义：人们对物质认识深入到原子内部人们对物质认识深入到原子内部构成现代物理学的构成现代物理学的两大支柱两大支柱，标志着人类开，标志着人类开始从宏观世界深入到始从宏观世界深入到微观世界微观世界。19001900年，普朗克提出年，普朗克提出量子
20、假说量子假说19051905年，爱因斯坦解释年，爱因斯坦解释光电效应光电效应19131913年，玻尔提出有关年，玻尔提出有关原子的量子理论原子的量子理论20C3020C30年代，年代，量子力学量子力学的建立的建立19051905 神奇的一年神奇的一年19051905年，爱因斯坦年，爱因斯坦2626岁，提出了四个震惊世界的观岁，提出了四个震惊世界的观点：点：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（修正了牛顿力学）狭义相对论（修正了牛顿力学）4.4.质能互换律（质能互换律（E=mc2E=mc2）微观
21、世界、高速运动微观世界、高速运动时空可变时空可变性及时空性及时空变化的联变化的联系性系性自然界无自然界无跳跃跳跃能量是不能量是不连续跳跃连续跳跃式变化的式变化的相相对论量子量子论相对论和量子论一起，构成了现代物理学的基础，弥补了经典力学在认识宏观和微观世界方面的不足，物理学从此发展到了一个新的高度。詹姆斯詹姆斯卡卡廖斯在卡卡廖斯在量子力学的奇妙故事量子力学的奇妙故事一书引一书引言中的所述：言中的所述：“量子力学在哪？你不正沉浸于其中吗。量子力学在哪？你不正沉浸于其中吗。”摆放数十亿个微处理器摆放数十亿个微处理器（晶体管）的英特尔芯片（晶体管）的英特尔芯片 激光激光 电子显微镜下的病毒电子显微镜
22、下的病毒 原原子子 钟钟 量子论和相对论在现实生活中的运用u今天，我们的现代文明，从电脑，电视，今天，我们的现代文明，从电脑，电视，手机，核手机，核能，航天，生物技术，几乎没有能，航天，生物技术，几乎没有哪个领域不依赖于量子论。哪个领域不依赖于量子论。u量子力学量子力学和和狭义相对论狭义相对论结合形成结合形成原子核物原子核物理学理学，指导制造原子弹、氢弹和建立核电，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理论基础。和激光技术等奠定了理论基础。经典力学经典力学奠基者奠基者（17C17C初）初）经典力学经典力学建立者建
23、立者（17C17C末）末）相对论、量子论相对论、量子论（19C19C末末20C20C初）初）伽利略伽利略（意）（意）牛顿（英）牛顿（英）爱因斯坦（德）爱因斯坦（德）普朗克（德）普朗克（德）小结小结解释解释低速运动低速运动、宏观世界宏观世界物理物理现象现象解释解释高速运动高速运动、微观世界微观世界物理物理现象现象近代物理学近代物理学现代物理学现代物理学物理学的物理学的物理学的物理学的进进进进展正是不断打破展正是不断打破展正是不断打破展正是不断打破权权权权威的威的威的威的过过过过程程程程1 1、爱因斯坦相对论的提出，是物理学思想的一场重大、爱因斯坦相对论的提出，是物理学思想的一场重大革命。主要因为
24、该理论（革命。主要因为该理论（）A.A.否定了牛顿的力学原理否定了牛顿的力学原理 B.B.借鉴了拉瓦锡的燃素学说借鉴了拉瓦锡的燃素学说C.C.修正了能量、质量互化的理论修正了能量、质量互化的理论 D.D.修正了经典力学的绝对时空论，揭示了时间和空间修正了经典力学的绝对时空论，揭示了时间和空间的本质属性的本质属性2 2、菲利普、菲利普费尔南德兹一阿迈斯托在评价某科学家时费尔南德兹一阿迈斯托在评价某科学家时指出：在他的宇宙里，指出：在他的宇宙里，“每一种现象都带有欺骗性。每一种现象都带有欺骗性。物质和能量可以相互转换。双胞胎以不同的速度衰老。物质和能量可以相互转换。双胞胎以不同的速度衰老。平行线可
25、以交叉。光线弯曲的径迹其实缠绕宇宙。平行线可以交叉。光线弯曲的径迹其实缠绕宇宙。”这位科学家是这位科学家是()A A伽利略伽利略 B B达尔文达尔文 C C牛顿牛顿 D D爱因斯坦爱因斯坦3 3、下列表述不正确的是、下列表述不正确的是A 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 B、经典物理学所适用的主要是日常生活中的物理、经典物理学所适用的主要是日常生活中的物理现象现象C C、相对论的提出证明经典的物理学是完全错误的、相对论的提出证明经典的物理学是完全错误的D D、量子理论使人类对微观世界的基本认识有了革、量子理论使人类对微观世界的基本认识有了革命性的
26、进步命性的进步4 4、海王星的发现是根据、海王星的发现是根据A A、哥白尼日心说的推算、哥白尼日心说的推算 B B、牛顿理论的推测、牛顿理论的推测C C、法拉第演说计算、法拉第演说计算 D 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5 5、“这一发现成为二十世纪物理学研究的基础，这一发现成为二十世纪物理学研究的基础，从那个时候起几乎完全决定了物理学的发展。要从那个时候起几乎完全决定了物理学的发展。要是没有这一发现，那就不可能建立起分子、原子是没有这一发现，那就不可能建立起分子、原子以及支配它们变化的能量过程的有用理论。以及支配它们变化的能量过程的有用理论。”这这一一“发
27、现发现”指的是指的是A A经典力学经典力学 B B进化论进化论 C C相对论相对论 D D量子论量子论6 6、1919世纪末和世纪末和2020世纪初世纪初,科学家们认为科学家们认为“人们距人们距离可知世界的边界已经不遥远离可知世界的边界已经不遥远”。打破这种认识。打破这种认识的是的是A.A.经典力学经典力学 B.B.生物进化论生物进化论C.C.相对论和量子理论相对论和量子理论 D.D.电力的发明电力的发明D DC C7 7、法国数学家和天文学家拉普拉斯曾经这样说过：、法国数学家和天文学家拉普拉斯曾经这样说过：“不不会产生两个牛顿，因为要发现的世界只有一个。会产生两个牛顿，因为要发现的世界只有一个。”牛顿牛顿所发现的所发现的“世界世界”是指是指 ()()A A微积分微积分 B B反射望远镜反射望远镜 C C光的色散原理光的色散原理 D D三大运动定律三大运动定律D D8 8、一位科学家的墓碑上镌刻着这样的铭文：、一位科学家的墓碑上镌刻着这样的铭文：“他以神他以神一般的力量一般的力量第一个说明了行星的运动和图像。第一个说明了行星的运动和图像。”这位科学家应该是这位科学家应该是 ()()A A伽利略伽利略 B B牛顿牛顿 C C爱因斯坦爱因斯坦 D D普朗克普朗克B