必修三专题七一 近代物理学的奠基人和革命者

课件25张PPT。一 近代物理学的奠基人和革命者专题七 近代以来科学技术的辉煌制作人：漳平一中蒋雯（一）奠基：经典力学的创立背景文艺复兴运动使科学从神学的桎梏中被解放出来，近代科学诞生。伽利略创立自由落体定律，推翻了亚里士多德的学说，为经典力学的建立奠定基础，标志着物理学的真正开端。创立：牛顿机械运动三定律惯性定律加速度定律作用力与反作用力定律意义人类对自然规律第一理论大综合促进近代科学进入全面繁荣时代标志着近代科学的形成万有引力定律地球中心说地心说的起源很早，最初由古希腊学者欧多克斯提出，经亚里斯多德完善，又为托勒密进一步发展成为一个盛行于古代欧洲1000多年的宇宙学说体系。
地心说认为地球处于宇宙中心位置并静止不动，太阳、月亮、行星和其他卫星都围绕地球运转。 托勒密
（90—168）对地球认识的变化哥白尼创立“太阳中心说”1543年，哥白尼发表《天体运行论》，提出“太阳中心说”，否定了中世纪以来占据统治地位的“地心说”，使自然科学开始从基督教神学的束缚中解放出来，标志着近代自然科学的兴起。 伽利略（1564—1642），伟大的意大利物理学家和天文学家，他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式的近代科学，被誉为“近代科学之父”。他第一个把望远镜对准天空进行观测，出版了《星空使者》一书。1632年，他出版了《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》，把哥白尼学说推到最终胜利的阶段。■巨人肩上的思索■伽利略创立自由落体定律 1590年，伽利略在比萨斜塔上做了“自由落体”的著名实验，从此推翻了亚里士多德“物体落地下的速度和重量成比例”的学说，纠正了这个持续了1900年之久的错误结论。牛顿（1642—1727）牛顿曾经使用过的望远镜惯性定律加速度定律作用和反作用定律经典力学体系2、牛顿对前人科学理论的发展
（1）经典力学体系的主要内容 牛顿力学体系及数学、天文学方面的研究成果记载在他的科学巨著《自然哲学的数学原理》中。伽利略自由落体定律笛卡尔等人碰撞运动开普勒等人天体力学及微积分计算工具（2）经典力学体系的历史地位 理论的综合：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然界认识史上的第一次理论大综合。
经典力学体系的建立标志着近代科学的形成。 实践的验证：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成因。根据这一定律，人们还发现了海王星、冥王星。 你知道牛顿捡到了哪些“光滑的石子”和“美丽的贝壳”？ “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。”
——牛顿临终遗言思考牛顿力学体系建立的意义是什么？ ①牛顿的运动三定律构成了近代力学体系的基础，成为整个近代物理学的重要支柱。②牛顿力学体系对自然界的力学现象做了系统合理的说明，从而完成了人类对自然界认识史上的第一次理论大综合。④成为近代科学形成的标志。③牛顿力学理论的科学性和预见性①准确算出了地球的平均密度和扁平率②正确地解释了潮汐的成因③发现了海王星海王星的发现1846年，德国天文学家加勒利用万有引力定律发现海王星1781年天王星被发现，科学家用牛顿力学计算它的轨道，可是计算结果总是同观测纪录不大相符。经反复核算，观测无误。那问题是否出现在牛顿力学上面？法国的勒维列和英国的亚当斯坚信牛顿力学的正确，大胆猜想计算结果之所以不理想，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。1848年9月23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—海王星。勒维列无需观测星空，就在笔尖上发现了新行星。牛顿力学又创造了新的奇迹。 海王星和冥王星的发现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，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1682年出现的彗星的轨道，指出它的回归周期是75—76年，由此预言它将在1758年再次出现。53年以后的1758年（当时哈雷已去世），这颗彗星果然如期出现。哈雷慧星的发现验证了万有引力定律的科学性。 质疑与思考：经典力学体系是最完美的物理学理论吗？ 19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：“19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。” 高速运动的微观粒子发生的现象，是经典力学无法解释的！ 19世纪末，物理学界连续发生了三个重大事件，这就是X射线、放射性和电子的发现。这三大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“物理学危机”。
过去的物理学都以牛顿的理论为基础，认为时间和空间是绝对的，两者是没有任何直接联系的。似乎宇宙间存在着一个永远走动着的大钟，在任何情况下，它的速率永远都是相同的，世界上的一切运动在时间上都以它为度量标准。■驱走乌云的太阳■（二）革命：相对论和量子论量子理论诞生：1900年普朗克提出“量子”概念发展：1905年爱因斯坦推广到光学中成熟：在量了理论的基础上，奥地利、德国的物理学家建立了量子力学相对论1905年，爱因斯坦创立狭义相对论1916年，爱因斯坦创立广义相对论意义对近代物理学理论框架的重大突破是人类思想发展史中的一次根本性变革构成现代物理学的基本理论框架 普朗克，生于基尔。1879年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大学任教。由于量子论创立，普朗克获得1918年诺贝尔物理学奖。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质的范例：诚恳、忠于职守，他的业余爱好是音乐，在这方面表现了专业艺术才干；另一项业余爱好是他一直坚持到晚年的登山运动。 量子力学的创立者（1858—1947）普朗克与爱因斯坦在一起量子理论的诞生（2）德国物理学家普朗克发现辐射过程中的能量颁布规律。1900年，他提出量子概
　　　念。并发表《关于正常光谱能量分布定律的理论》，标志着量子理论的诞生。（3）1905年，德国科学家爱因斯坦提出光的量子理论。3、量子论的意义：（1） 量子力学标志着人类对客观规律的认识，开始从宏观世界深入到微观世界。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　改变近代物理学传统观念乃至整个自然科学观念发生重大变革。（2）今天，我们的现代文明，从电脑，电视，手机到核能，航天，生物技术，几
　　乎没有哪个领域不依赖于量子论。 1、量子论诞生的背景：19世纪的物理学领域，以牛顿力学为基础。到19世纪末，物理学界的重大研究课题是黑体辐射问题。2、量子论诞生的过程：（1）1979年，奥地利物理学家斯蒂芬通过实验发现了黑体辐射的总能量与其温度之
　　　间的定量关系。（4）1923年，法国物理学家德布罗意提出物质波理论。（5）在量子理论的基础上，奥地利、德国的物理学家建立了量子力学。⑴狭义相对论①创立：②内容：时间和空间都与物质运动有关时间和空间随着物质运动速度的变化而变化③狭义相对论的影响否认了牛顿力学的绝对时空观继承和发展了牛顿力学奠定了利用原子能的理论基础1905年，爱因斯坦发表了《论动体的电动力学》，创立了狭义相对论。（三）相对论的建立爱因斯坦（1879—1955）(2)广义相对论①提出:1916年②内容：③意义第一次阐述了四维时空和物质的分布相联系的重要思想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，爱因斯坦曾经风趣地对一名男青年说：“我打个比方，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，同样的时间你觉得哪一个更长？”男青年说：“当然坐在火炉上烤的时间觉得长久。”这故事形象说明了时间和空间相对性。广义相对论认为，物质存在的现实空间不是平坦的，而是弯曲的，空间的结构取决于物质的质量及其分布情况，空间弯曲的程度体现为引力场强度。 相对论打破了牛顿以来传统的绝对时空观，但并非全盘否定牛顿力学。牛顿力学反映的是宏观物体低速运动的客观规律，而狭义相对论反映的是物体高速运动的客观规律，是对牛顿力学的继承和发展。牛顿力学是相对论的一种特例（物体低速运动状态），包括在相对论体系中。3、相对论与牛顿力学的关系：4、相对论建立的意义 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，它不仅揭示了空间、时间的可变性，时空的变化和时空结构同物质的运动和状态密不可分。
这种全新的时空观、运动观和物质观的形成，是人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极其深远的影响。量子论和相对论是现代物理学的两大支柱