6.5 20世纪的科学伟人爱因斯坦 课件（共37张PPT）

(共37张PPT)
历史人教版
选修4
提出狭义相对论
1879年，爱因斯坦出生于德国南部小城乌尔姆的一个犹太血统家庭中。儿时的他很少讲话，却十分善于思考，对自然界的许多现象，总要寻根究底地问一问原因。
[历史纵横]
罗盘针的故事是常常被人们提起的一件趣事。爱因斯坦5岁时，有一次，父亲给他拿来一只罗盘针玩。他发现，无论盘子怎样转，其中的那根小红针总是指向北方，这是为什么?他的叔叔雅各布为他做了解答。但爱因斯坦又提出了新的问题:什么是磁力?磁力是怎样吸引罗盘针的?这些问题让他辗转反侧。50年后，当爱因斯坦已成为著名科学家时，他还在自传中提到那只对他的一生影响深远的罗盘针。
上学后，爱因斯坦的探究精神使他成了不受老师欢迎的学生。在学校，爱因斯坦提出的问题常常让老师难以回答,因此有老师指责他想入非非，中学还没毕业他就被赶出校门。即使这样，爱因斯坦依然坚持自学。后来，由于他的数学、物理成绩优秀，在补习了其他学科的知识后，得以进入瑞士苏黎世联邦工业大学师范系，主修数学和物理。
在大学里，爱因斯坦利用一切时间学习各种知识，渐渐地他迷上了物理学，开始如饥似渴地攻读物理大师们的著作。大学的学习为他打下了从事理论物理学研究的基础。
1905年6月，在德国莱比锡出版的《物理学纪事》杂志上，发表了同一作者的三篇论文，其中《论动体的电动力学》是有关相对论的第一篇论文，这篇论文的发表，标志着狭义相对论的提出。三篇论文的作者正是阿尔伯特?爱因斯坦。
当时的爱因斯坦已经大学毕业，在伯尔尼专利局工作。他几乎将全部业余时间都投入到物理学的研究上。在研究过程中，爱因斯坦发现，牛顿的时空观是静止的、绝对的。在牛顿看来，空间、时间、物体和物体运动四者没有什么内在联系，而实际上四者是统一的，在运动中一切都会发生变化。爱因斯坦的研究揭开了原子论的秘密，也构成了他的狭义相对论的主要内容。
狭义相对论有两条基本原理:一是相对性，爱因斯坦通过光学实验证明，在自然界，不仅物体的运动和力的作用是相对的，而且比普通物体运动速度更快的电磁波的运动也是相对的;二是光速不变原理，爱因斯坦认为，光在真空中的传播速度，是一个不变的常数——每秒30万千米，它和光源的运动速度以及观察者本人的运动速度都无关。
狭义相对论的创立，改变了牛顿力学的时空观念，揭示了物质和能量的相当性，为原子能的利用奠定了理论基础，是近代物理学领域的一次伟大革命。
[学思之窗]
相对论这个词是由法国数学家彭加勒最早提出的。按照他的相对论原则，不论是对于一个不移动的，还是对于以均速运动的观察者来说，物理现象的定律应该是相同的。而荷兰物理学家洛伦兹在当时也提出空间时间坐标变换公式，即洛伦兹转换。他们都对牛顿绝对静止的时空观提出了疑问，走到了新理论的边缘。但由于他们对传统物理学的迷信，在提出疑问后便止步不前。爱因斯坦则冲破传统束缚，提出了新理论。爱因斯坦的科学创新体现了哪种精神?
答案提示:坚持解放思想，实事求是，勇于面对新情况新问题，反复研究。反复实践，不断前进:热爱科学，崇尚真理，重视科学决策，一切按规律办事;勤于学习，勤于思考，努力用科学理论、科学知识以及人类所创造的-
-切优秀文明成果武装头脑;勇攀高峰，甘于奉献，为人类贡献-一切智慧和力量。
[历史纵横]
根据爱因斯坦的相对论，可以对以下现象得出结论:
1.尺缩钟慢:物体高速运动时，运动物体上的尺子变短了，时钟变慢了。这种现象是时间和空间随物质运动而变化的结果。
2.物体的质量会随着:运动速度的加快而增加。
3.
质能相当:一切质量都有能量，一切能量都有质量，质量和能量可以互相转化。这一理论是狭义相对论最出色的成果之一，表达这个理论的关系式是E=mc2,即能量等于质量与光速平方的乘积。
在核反应中消失的质量就按这个公式转化成能量释放出来。因此，这一理论成为打开核能源理论的一把金钥匙。核能的发现，使科学界长期存在的恒星能源问题最终获得了满意的解决。后来，狭义相对论也成为解释高能天体物理现象的最基本的理论工具。
推动量子力学的发展
十年后，爱因斯坦又将狭义相对论扩大为广义相对论。他在1916年发表的论文《广义相对论的基础》，是这个理论研究的总结。广义相对论也有两条基本原理:
一是等效原理，即在一个加速运动的系统里，物体会自动改变运动状态，而改变这种运动状态的力，就是惯性力;
二是广义相对性，即在加速运动系统里的惯性力，可以运用到时空中的各种物体运动上。爱因斯坦还由此提出，在引力中传播的光线，也要发生弯曲，并建议在发生日全食时，通过天文观测验证这个预见。几年后，一位英国著名天文学家在观测中证实了爱因斯坦的预言。
爱因斯坦的广义相对论改变了人们对宇宙的认识。在广义相对论的指引下，天体和宇宙演化的观测研究及理论探讨前所未有地蓬勃开展起来。
还在1905年，爱因斯坦就提出了光量子假说，解决经典物理学无法解释的光电效应问题。后来，他继续进行光辐射学的研究。1921
年，爱因斯坦因光电效应研究而获得诺贝尔物理学奖，他的研究推动了量子力学的发展。
爱因斯坦1921年获诺贝尔物理学奖，这是瑞典皇家科学院所颁发的获奖证书。
除了在相对论、光电效应理论研究方面的发现外，爱因斯坦在宇宙学、统一场论等物理学的其他领域也取得重大研究成果。他的研究对传统物理学无疑是一次伟大的革命，也是人类自然科学史上的一次革命。
为人类和平进步而斗争
爱因斯坦不仅是一个伟大的科学家，还是一位具有正义感的社会活动家，时刻关心人类的进步与和平。还在第一次世界大战爆发时，他就曾在一份仅有4人参加的反战宣言上签了字，而当时德国多数科学家都是支持本国战争的。
[学思之窗]
一战爆发之初，德国的知识分子发表了“告文明世界宣言”，为德国侵犯比利时的中立而辩护，这个宣言共有93人签名，故称“93人宣言”。还有的科学家参加化学武器的研制，并称“在和平时期，科学家是属于全世界的;在战争时期，科学家是属于自己的祖国的”。而爱因斯坦除专心研究广义相对论外，还与法国进步作家罗曼.罗兰等人一起，呼吁和平。他们不是站在自己国家立场上，而是站在人类的立场上呼吁“欧洲必须联合起来保卫它的土地、它的人民和它的文化，这一时刻已经到来”。对这两种截然相反的态度，你怎样看?
答案提示:爱因斯坦虽身居战争的发源地，生活在战争鼓吹者的包围之中，却坚决地表明了自己的反战态度:爱因斯坦热爱科学，也热爱人类，他没有因为埋头于科学研究而把自已置于社会之外，一直关心着人类的文明和进步，并为之顽强、勇敢地战斗。
第一次世界大战后，爱因斯坦积极致力于恢复各国人民的相互谅解，并为此到法、英、荷等国奔走呼号，而他自己却被反犹主义者列入谋杀的黑名单中。到了20世纪30年代,当战争的阴影再次在德国出现时，爱因斯坦开始呼吁各国人民为和平而斗争。他遭到纳粹分子的追捕和迫害，不得不离开德国，来到美国，在普林斯顿高等研究院就职。
[历史纵横]
爱因斯坦对中国人民的命运始终充满同情和关心。20
世纪20年代在前往日本讲学途中，爱因斯坦到过中国上海。他看到了外国租界的高楼大厦，也看到上海民居破烂的木房子，这种鲜明的对比使他认识到欧洲人同中国人社会地位的差别。他曾指出，在上海，欧洲人成了统治阶级，而中国人则是他们的奴仆。1931年“九一八事变”后，爱因斯坦一再向各国呼吁采取联合的经济制裁制止日本对华侵略。1936年沈钧儒等七君子因抗日而被捕，他也热情地参与营救和声援。
第二次世界大战爆发前后，在一些同行的促动下，爱因斯坦上书美国总统罗斯福，建议抢在德国之前研制原子弹。尽管他本人没有参与研制，但他却是美国原子弹研究的发起人之一。几年后，爱因斯坦得知美国人用两颗原子弹轰炸了人口稠密的日本城市，这件事又成为他终生的遗憾。
爱因斯坦身后升起了蘑菇云，这幅图经常出现在美国杂志封面上。
以后他就致力于防止核战争，亲自领导组织“原子科学家非常委员会”，出刊《原子科学家公报》，要使全世界人民认识到核战争的极端危险性，倡议各国科学家用自己的言行来维护世界和平。
1955年，爱因斯坦病逝于美国普林斯顿，生前他留下遗嘱，将自己的骨灰撒到不为人知的地方，不建坟墓，不立纪念碑。
爱因斯坦创立的相对论,是人类认识自然过程中一次质的飞跃。今天，这个理论已成为原子能科学、宇宙航行等科学的理论基础。如果没有爱因斯坦，原子能发电站、宇宙飞船等现代科学技术或许还在探索之中。
[历史纵横]
有学者认为，牛顿继承哥白尼、伽利略和开普勒的研究成果，建立了完整的力学体系，这是物理学史上的第一次革命;法拉第、麦克斯韦创立了电磁场理论，完成了物理学的第二次革命;以爱因斯坦为代表的一代物理学家，创立了相对论和量子力学，进行了物理学的第三次革命。正是一代又一代科学家们的努力，推动了人类科技的进步与发展。
[学思之窗]
人只有献身于社会，才能找出那短暂而有风险的生命的意义。
一个人对社会的价值首先取决于他的感情、思想和行动对增进人类利益有多大作用。这是爱因斯坦的两句名言。
对爱因斯坦来说，生命的意义是什么?
答案提示:生命的意义在于设身处地替别人着想，忧他人之忧，乐他人之乐，酷爱正义，并竭尽全力为改善人类境况而奋斗。
1.爱因斯坦生前留下遗言：“不许把这房子变成博物馆。”这说明爱因斯坦(　　)
A．崇拜偶像
B．死后要哀荣
C．看重荣誉
D．不希望别人把自己当偶像来崇拜
解析：选D　“不许把这房子变成博物馆”表明爱因斯坦不希望别人把自己当偶像来崇拜，体现了爱因斯坦谦虚的品格。
2.下列对于图片所传达出的信息表述不正确的是(　　)
A．爱因斯坦狭义相对论提出100周年
B．爱因斯坦获得诺贝尔物理学奖80周年
C．以爱因斯坦理论为基础研制的原子弹爆炸60周年
D．爱因斯坦逝世50周年
解析：选B　爱因斯坦的狭义相对论提出于1905年，所以上述图片可以表达为爱因斯坦狭义相对论提出100周年，故A符合史实，排除；1921年爱因斯坦获得诺贝尔物理学奖，根据时间推算，2005年不是其80周年，故B符合题意，选B；以爱因斯坦理论为基础研制的原子弹首次爆炸于1945年，到2005年正好是60周年，故C符合史实，排除C；爱因斯坦逝世于1955年，距2005年正好是50周年，故D的说法也是正确的，排除D。
3.“爱因斯坦是一个造物者！”这是著名华裔物理学家杨振宁对爱因斯坦的评价。他这样说的主要依据是
(　　)
A．否定牛顿力学体系
B．创立现代物理学
C．改变了人们的思维模式
D．发现和提出了相对论
解析：选D　“造物者”反映了爱因斯坦发现了科学规律，使人们对世界有了更深的认识。据所学知识可知，爱因斯坦提出了相对论，产生了深远影响。
4.爱因斯坦知道美国对广岛、长崎投下原子弹，杀伤许多平民时感到非常痛心。他在一封告美国公民书中说：“必须限制原子弹，决不能用来杀害人类，而是用在增进人类的幸福方面。”下列对材料理解正确的有(　　)
①爱因斯坦的相对论打开了原子时代的大门　②美国对广岛、长崎投下原子弹标志着二战结束　③原子能的广泛应用成为第三次科技革命的核心　④科技发展要为人类的和平、进步服务
A．①②
B．②③
C．①④
D．②④
解析：选C　爱因斯坦发现的质能关系，即著名的E＝mc2，E表示能量，m代表质量，而c则表示光速。这属于其狭义相对论的内容，由此打开了原子时代的大门，故①符合题意；美国对广岛、长崎投下原子弹是为了促使日本尽快投降，并不标志着二战结束，故②不符合史实，排除；电子计算机的广泛使用是第三次科技革命的核心，而不是原子能，故③不符合史实，排除；原子能的应用可以用于战争，也可以用于人类的发展，基于对人类命运的关注，我们应该和平运用原子能，由此可以得出科技发展要为人类的和平和进步服务，故④符合题意。综上所述，本题的正确答案应为C项。
本课测评
1.爱因斯坦对人类科学发展的主要贡献是什么?
答案提示:对科学的主要贡献是狭义相对论、光量子理论、广义相对论、宇宙论和统一场论的提出，从而引发了传统物理学的伟大革命和人类自然科学史的一次革命。
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