人教版高中历史必修三 第四单元 第11课 物理学的重大发展 课件(共54张PPT)

(共54张PPT)
第四单元
近代以来世界的科学发展历程
爱因斯坦
郎之万
洛仑兹
普朗克
玻尔
玻恩
泡利
海森伯
薛定谔
康普顿
狄拉克
埃伦费斯特
布拉格
德拜
居里夫人
一张汇聚了物理学界智慧之脑的“明星照”
第五届索尔维会议发轫于爱因斯坦和玻尔关于量子力学的大辩论。时值1927年，恰逢牛顿逝世200周年,牛顿的理论此时遭到了物理学界强烈的质疑。
而在黑暗的中世纪，每一场辩论都可能以生命为代价，每一次对权威的质疑都需要坚定信念、鼓足勇气……
目录
Contents
\
凡是运动的物体，一定有推动者在推着它运动。若你看到一个东西在移动，你就会寻找一个推动它的东西。当没什么东西推它时，它就会停止移动，是一个推着一个，不能无限制地追溯上去，“必然存在第一推动者”。
落体的速度与重量成正比。
——亚里士多德
思考：亚里士多德关于运动的观点建立在什么基础上？
直觉、观察、思辨、演绎
一、经典力学
伽利略
（1564—1642）
意大利物理学家、天文学家
1590年，伽利略在比萨斜塔上做了“两个铁球同时落地”的著名实验，从此推翻了亚里士多德“物体落地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。
思考：伽利略关于运动的观点是建立在什么基础上？
观察、实验
一、经典力学
自由落体定律
科学的真理不应在古代圣人的蒙着灰尘的书上去找，而应该在实验中和以实验为基础的理论中去找。

——伽利略
（1）“发现”：发现了自由落体定律，改变了传统的运动观念。
（2）“开创”：开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系的近代科学。
（3）“奠基”：为经典力学的创立和发展奠定了基础。
1.经典力学的奠基者——伽利略
一、经典力学
天文学
1633年以“反对教皇、宣扬邪学”被罗马宗教裁判所判处终生监禁。
1638年以后，双目逐渐失明。
1642年1月8日逝世。
近代科学的发展
牛顿的经典力学
（1643-1727年）
英国物理学家
百科全书式的“全才”
数 学： 发明微积分
二项式定理
发现无穷级数
光 学： 发明折射望远镜，发现日光原理
提出“微粒说”
力 学： 牛顿三定律
万有引力定律
天文学：发明反射望远镜
经济学：金本位制度

牛顿到底有多牛？
一、经典力学
（1）标志：
（2）内容：
（3）特点：
1687年《自然哲学的数学原理》
物体运动三大定律和万有引力定律
以实验为基础，以数学为表达形式
牛顿手稿
万有引力公式
2. 经典力学的创立者——牛顿
牛顿为工业革命创造了一把科学的钥匙，瓦特拿着这把钥匙开启了工业革命的大门。
——电视纪录片《大国崛起》解说词
这些开国元勋们在阐述美国的政治机构设计时，坚持依照平顺运行、自我调节的宇宙模型。在这群打下美国江山的人的眼中，确保政治稳定的平衡状态可直接模拟太阳系平衡的自然引力。伍德罗·威尔逊稍后会写道：“美国宪法臣服于牛顿的理论。”
——[美]爱德华·多尼克《机械宇宙—艾萨克·牛顿、皇家学会与现代世界的诞生》
牛顿的成就证明，通过观察、实验和理论综合可以推翻一些宗教观念……法国启蒙思想家把牛顿学说中的部分思想上升到意识形态的高度，作为批判当时法国社会唯一有效的罗马教的权威，政治上的专制主义。
——郑晓松《牛顿力学革命之于法国启蒙运动的意义》
经 济：为工业革命提供科学理论基础。
政 治：为美国政治机构设计提供参考。
思 想：为启蒙运动理性认识提供方法。
史料探史——牛顿学说的意义——史料实证、历史解释
思考：牛顿的学说有何历史意义？
一、经典力学
（1）标志：
（2）内容：
（3）特点：
（4）意义：
1687年《自然哲学的数学原理》
物体运动三大定律和万有引力定律
以实验为基础，以数学为表达形式
2. 经典力学的创立者——牛顿
对解释和预见物理现象，具有决定性意义
科学家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，柏林天文台台长用望远镜对准那个位置，一下子就看到了一颗新的行星—海王星。
用经典力学算出了一颗未知行星的位置
1781
1846
1930
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53年后再次出现。1758年这颗彗星果然如期出现，并被命名为哈雷彗星。
用经典力学算出了哈雷彗星的回归周期。
亚里士多德认为地球是个正球体，两千年来人们对此深信不疑。牛顿却说地球是个扁球体，像个大桔子。法国科学家经过三次实地测量，终于证实了牛顿的看法。
用经典力学算出地球不是正球体。
一、经典力学
（1）标志：
（2）内容：
（3）特点：
（4）意义：
1687年《自然哲学的数学原理》
物体运动三大定律和万有引力定律
以实验为基础，以数学为表达形式
2. 经典力学的创立者——牛顿
对解释和预见物理现象，具有决定性意义
完成了人类对自然界认识理论大综合
近代科学的发展
牛顿的经典力学
“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。”
“……但是，在物理学阳光灿烂的天空中漂浮着两朵令人不安的乌云……”
——开尔文《在热和光动力理论上空的19世纪乌云》的演讲
爱因斯坦（1879-1955）

美籍德国物理学家。创立了相对论。1921年，因在研究光电效应方面的成就获得诺贝尔奖。1933年，因受纳粹政权迫害，迁居美国。
二、相对论的创立
2.提出：20世纪初，德国物理学家爱因斯坦提出。
1.背景：经典力学无法解释一些新问题，面临挑战。
分子运动
狭义相对论
光量子假说
绝对的空间，就其本性而言，是与外界任何事物无关而且永远是相同的和不动的。

——《自然哲学的数学原理》
绝对时空观
爱因斯坦（1879-1955）

美籍德国物理学家。创立了相对论。1921年，因在研究光电效应方面的成就获得诺贝尔奖。1933年，因受纳粹政权迫害，迁居美国。
二、相对论的创立
2.提出：20世纪初，德国物理学家爱因斯坦提出。
3.内容：
(1) 狭义相对论：质量会随着物体运动速度增大而增加；时间和空间随着物质运动速度的变化而变化，即会发生尺缩效应和钟慢效应。
1.背景：经典力学无法解释一些新问题，面临挑战。
尺缩效应：在尺子长度方向上运动的尺子比静止的尺子短，当速度接近光速时，尺子缩成一个点。

钟慢效应：运动的钟比静止的钟走得慢，而且，运动速度越快，钟走的越慢，接近光速时，钟（时间）就几乎停止了。
运动物体上显示的时间
地球上显示的时间
质量随速度增大而增大
二、相对论的创立
　1939年8月2日，爱因斯坦出于对人类命运的极大关注，写信给罗斯福总统，建议美国务必抢在法西斯德国之前制造出原子弹。
　1945年8月，美国先后在日本的广岛、长崎投下两颗原子弹，加速了日本法西斯的投降，但对无辜平民的伤害也同样令全世界震惊。爱因斯坦陷入了巨大的后悔与痛苦之中，自认一生最大错误就是建议研制原子弹。
　他痛心地说：“早知如此，我宁可当个修表匠！”
E=mc?
爱因斯坦（1879-1955）

美籍德国物理学家。创立了相对论。1921年，因在研究光电效应方面的成就获得诺贝尔奖。1933年，因受纳粹政权迫害，迁居美国。
二、相对论的创立
2.提出：20世纪初，德国物理学家爱因斯坦提出。
3.内容：
(1) 狭义相对论：质量会随着物体运动速度增大而增加；时间和空间随着物质运动速度的变化而变化，即会发生尺缩效应和钟慢效应。
1.背景：经典力学无法解释一些新问题，面临挑战。
(2) 广义相对论：空间和时间的性质不仅取决于物质的运动情况，也取决于物质本身的分布状态。
爱因斯坦曾说道：“牛顿先生，很抱歉推翻了您的理论，不过您的成就是您那个时代一个人的智力和创造力所能达到的颠峰，您所创造的许多观念直到今日都仍在引导我们的物理思维。虽然我们知道，当我们对宇宙万物有了更深入的了解以后，这些观念将会被一些更抽象的新观念所取代。”
思考：
3、是全盘推翻吗？
1、爱因斯坦推翻了牛顿的什么理论？
2、更抽象的新观念指什么？
爱因斯坦（1879-1955）

美籍德国物理学家。创立了相对论。1921年，因在研究光电效应方面的成就获得诺贝尔奖。1933年，因受纳粹政权迫害，迁居美国。
二、相对论的创立
2.提出：20世纪初，爱因斯坦
3.内容：
(1) 狭义相对论
(2) 广义相对论
4.意义：
(1) 否定了经典力学的绝对时空观，深刻地揭示了时间和空间的本质属性。
(2) 发展了牛顿力学，将其概括在相对论力学之中，推动物理学发展到一个新高度。
易错易混：
相对论并非全盘否定经典力学。
相对论与经典力学的关系：继承与发展。
经典力学仅是相对论中物体低速运动下的一个特例。
1.背景：经典力学无法解释一些新问题，面临挑战。
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。但这两个公式的计算结果总是与实验结果不相符合。
1900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量子假说：辐射像物质一样，是由具有能量的基本单位量子来实现的。
三、量子论的诞生与发展
1. 创立：1900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量子假说。
物体在发射辐射与吸收辐射时能量的交换和变化是以不连续的方式进行的，是以一定数量值的整数倍跳跃式变化的。在辐射的发射和吸收过程中，能量不是无限可分的，而是有一个最小的份额单元——“量子”。
1858年—1947年
1905年，爱因斯坦成功解释光电效应
量子假说
1913年，玻尔提出有关原子的量子理论
20世纪30年代，量子力学建立起来
三、量子论的诞生与发展
（1）爱因斯坦成功解释光电效应
（2）玻尔提出有关原子的量子理论
（3）20世纪30年代，量子力学建立起来
3. 意义：
（1）使人类对微观世界的基本认识取得革命性的进步；
（2）量子论和相对论一起构成了现代物理学的基础；
（3）改变了人们认识世界的角度和方式。
1. 创立：1900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量子假说。
2. 发展：
人类迈向太空
卫星定位系统GPS
核电站
知识拓展
核磁共振的医学图像显示装置
计算机芯片
高精度原子钟
激光技术
知识拓展
牛顿
经典力学
（宏观世界、低速运动）
近代物理学
爱因斯坦
相对论
（宏观世界、
高速运动）
普朗克
量子论
（微观世界）
为相对论提出奠定基础
继承和发展了经典力学
小结
19世纪物理学危机
两朵“乌云”
16世纪末17世纪初
伽利略
开创近代科学
（以实验事实为根据）
为经典力学奠基
17世纪末
20世纪初
现代物理学
相对论和量子论弥补了经典力学在认识宏观世界和微观世界方面的不足，推动了物理学自身的进步，开阔了人们的视野，改变了人们认识世界的角度和方式。
普朗克1875年在慕尼黑大学学物理时，物理老师约里曾劝他不要学纯理论，因为物理学“是一门高度发展的、几乎是臻善臻美的科学” 普朗克的另一位导师，柏林大学的基尔霍夫也说过类似的话，他说“物理学已经无所作为，往后无非在已知规律的小数点后面加上几个数字而已。”
“没有能独立思考和独立判断的有创造性的个人，社会的向上发展是不可想象的。”
——爱因斯坦
敢于质疑 批判继承
独立思考 坚持不懈
淡泊名利 勤奋探索
……
除了科学家积极探索，近现代物理学取得重大进展的原因还有哪些？
经济的发展：三次科技革命推动经济的发展等
政治的进步：民主制度的建立等
政策的完善：重视、保护、奖励等
思想的解放：三次思想解放运动等（文艺复兴、宗教改革、启蒙运动）
……
1、（2019·江苏高考·19）1919年5月29日，英国皇家学会科考队在几内亚湾普林西比岛拍摄的日蚀照片和随后的计算证实了如下观点：引力是因质量的存在而引起的时空连续场的弯曲。本次科考活动支持了(　　)
A．经典力学 B．相对论
C．进化论 D．量子论
互动答疑
B
2 、（2018·江苏高考·17）牛顿认为宇宙是按照可测量的、可描述的机械原理进行运转的。1927年，德国物理学家海森堡提出了测不准原理：没有人能够确知一个电子的运动轨迹，因为通过光来观测电子这个行为本身将会扰乱电子的位置。与这一认识变化相关的是(　　)
A．经典力学的诞生 B．进化论的传播
C．电气革命的出现 D．量子论的提出
D
3、（2017·江苏高考·15）英国哲学家培根倡导一丝不苟地记录经验性的实验，促进科学的发展；法国哲学家笛卡尔主张用数学法则作为表述人类理性的最高法则，从事科学研究。17世纪一位科学家承袭了他们的传统，他创立的理论体系(　　)
A．揭示了基本的宇宙法则
B．奠定了现代物理学理论基础
C．确立了太阳中心说理论
D．阐明了时间空间的本质属性
A
4、（2015·江苏单科·15 ）“科学革命引发了观念形态的革命：宗教神秘主义的面纱和覆盖真相的无知之幕被理性之手撩开一角，传统的权威受到撼动，人类第一次从对自然恐惧的阴影下走出来，重新审视自身的价值和能力。”此处“科学革命”的代表人物是(　　)
A．牛顿 B．达尔文
C．爱因斯坦 D．普朗克
A
5、（2013·江苏单科·17 ）“根据这一理论，将时间和空间说成是绝对的是没有意义的，因为对这两种范畴的测量通常随着观察者的运动而改变。……对于门外汉来说，这些观点——通常用不能理解的数学公式解释——表明科学已经达到了能被人类所知的界限。”上述“理论”的主要意义是(　　)
A．开创了以实验为基础的近代科学
B．预见海王星存在的准确性
C．弥补经典力学对时空认识的不足
D．发现能量辐射的运动原则
C
6、（2011·江苏单科·20）菲利普·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，“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。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(　　)
A．伽利略 B．达尔文
C．牛顿 D．爱因斯坦
D
7、（2010·江苏单科·20 ）“把能量的变化看成是跳跃式的进行，成功地解释了经典理论无法解释的某些现象，打破了经典物理学中一切过程都是连续变化的观念。”这一理论的诞生主要是由下列哪一问题引起的？(　　)
A．研究热辐射
B．揭示时空本质属性
C．解释光电效应
D．预测未知行星方位
A
8、（2008·江苏单科·15）一位科学家的墓碑上镌刻着这样的铭文：“他以神一般的力量，……第一个说明了行星的运动和图像。”这位科学家应该是(　　)

A．伽利略 B．牛顿
C．爱因斯坦 D．普朗克
B
Thank you for listening