人民版历史必修3 近代物理学的奠基人和革命者 课件（37张PPT）

专题七
近代以来科学技术的辉煌
古代科学技术
近代科学技术
研究对象
研究方法
两者关系
近代科学技术的产生
分门别类
整体考察
科学实验，科学理论
直观感受，哲学思辨
两相分离
密切结合
1、时间：15世纪下半叶
2、原因：
（1）经济上：西欧封建社会内部逐渐产生了资本主义的生产方式。
（2）思想上：文艺复兴把人从长期的基督教神学的束缚中解放出来。
3、古代和近代科学技术的区别
本专题总体知识结构
科学
革命
技术
革命
物理学
生物学
近代物理学：17世纪经典力学体系的创立
和发展（从伽利略到牛顿）
现代物
理学
1900 量子论的诞生
（从普朗克到爱因斯坦）
1905-1916 相对论的建立
（爱因斯坦）
1859 进化论理论（达尔文与赫胥黎）
第一次科技革命（蒸汽时代）（瓦特）
第二次科技革命（电气时代）（法拉第、西门子等）
第三次科技革命（现代信息技术与信息时代）
理 论
成果
伽利略（1564——1642）
牛顿（1642——1727）
普朗克（1858——1947）
爱因斯坦（1879——1955）
物理学革命
经典力学体系 近代自然科学重要支柱
——相对论
——量子论
近代科学之父 实验科学
近
代
物
理
学
的
奠
基
人
和
革
命
者
经典力学体系的创立和发展
量子理论的诞生与发展(从普朗克到爱因斯坦)
相对论的建立（爱因斯坦）
现代物理学理论的发展
本课知识结构
近代物理学的奠基人和革命者
经典力学的奠基者——伽利略
经典力学的建立者——牛顿
牛顿（1642—1727）
大自然和自然定律都在黑暗中躲藏，
上帝说，让牛顿问世！
于是一切都有了光明。
——蒲伯
“三百年前，人类的思想还充斥着迷信和恐惧，水为什么往低处流？太阳为什么升起落下？这些今天看来简单之极的问题，在当时却是根本无法认识和把握的。直到牛顿出现，人类才终于结束了这种状态。”
——《大国崛起》解说词
一、认识史上的飞跃---经典力学体系的建立
1、经典力学的奠基者——伽利略
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》，把哥白尼的学说推到了最终胜利的阶段。
亚里士多德的力学观：①必须有力作用在物体上，物体才能运动，没有力的作用，物体就会静止；②物体下落的速度和重量成正比。
伽利略通过观察、实验和推理，得出结论：
①如果运动物体不受阻碍，它将速度保持不变地持续运动下去；②重量不同的两个物体，在同一位置上下落的速度是一样的。
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。
伽利略的折射式望远镜
伽利略的手稿
1609年，伽利略创制了天文望远镜；证明了哥白尼“日心说”的正确性；他观测到月球表面凹凸不平，并绘制了第一幅月面图。
观察、实验
和推理
成就：
①否定了亚里士多德的力学观
②开创科学的研究方法（观察、实验和推理）
③创立自由落体定律
④自制望远镜观察天体并取得大量成果的第一人，证明了哥白尼“日心说”的正确性。
一、认识史上的飞跃---经典力学体系的建立
1、经典力学的奠基者——伽利略
2、经典力学的建立者——牛顿
他在书中确定了解决万有引力问题的物体运动三大定律，阐明万有引力的概念并把它应用到天文学中。他在书中还解释了潮汐现象、地球的圆扁形状等问题。
（1）建立标志：1687年《自然哲学的数学原理》
（2）内容
①运动三定律：17世纪末，牛顿得出惯性定律、加速度定律和作用力和反作用力定律，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。
②万有引力定律：牛顿从研究地球对月球引力入手，综合开普勒等人的成果，运用微积分，成功导出万有引力定律。
（3）特点：
以实验为基础，以数学为表达形式
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
？
学习思考
(运动三大定律：惯性定律、加速度定律、作用和反作用定律；万有引力定律；微积分。)
材料一 三百年前，人类的思想还充斥着迷信和恐惧，水为什么往低处流,太阳为什么升起落下,这些在今天看来简单至极的问题，在当时却是根本无法认识和把握的。直到牛顿出现，人类才终于结束了这种状态。 ——《大国崛起》解说词
材料二 “牛顿的发现，给人类带来从未有过的自信。曾经匍匐在上帝脚下的人类，终于大胆地抬起头来，开始用自己理性的眼光打量世界。”牛顿以他对天地万物的寥寥数条规律的精美绝伦的概括，彰显了人的理性的伟大，暴露了宗教非理性主义的荒谬。 　 ——伏尔泰
材料三 “牛顿系统解决了力学问题，为之后的机器设计作出了伟大的贡献。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。
——《大国崛起》解说词
3、牛顿经典力学体系建立的重要意义
（1）对自然界的力学现象做出系统的、合理的说明，完成了人类对自然界认识史上的第一次理论大综合，标志着自然科学摆脱了神学的束缚，进入全面繁荣的时代；
（2）牛顿力学体系把上帝从无生命的领域驱走，打击了神学，促进了思想的解放和启蒙运动的发展；
（3）为机器的发明创造了条件，促进了资本主义工业文明的诞生。
　　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。”
材料 经典力学将实验与数学紧密结合，研究对象是人们有直接经验的宏观世界，反映的是宏观物体低速运动的客观规律。”
局限：经典力学仅适用宏观世界低速运动的状态，认为时间和空间是绝对的（绝对时空观）。
在这种背景下，相对论与量子论应运而生
“在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云……”
第一朵乌云：经典力学不能解释微观领域粒子运动现象。如光与热的传递方式
第二朵乌云：经典力学不能解决宏观物质在光速运动中出现的问题
1、诞生：
二、量子理论的诞生
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，从根本上改变了近代物理学中的传统观念，使物理学乃至整个自然科学的观念发生了重大变革。
2、发展：
1900年，德国科学家普朗克提出量子概念，后在《关于正常光谱能量分布定律的理论》中阐述了这一思想，标志着量子理论的诞生。
（1）德国爱因斯坦：解释光电效应，得出光具有波粒二象性；
（2）法国德布罗意：提出物质波理论；
（3）奥、德物理学家：建立量子力学。
3、意义
量子论确实深奥难懂，甚至连量子论奠基人之一的玻尔都说：“如果谁不为量子论而感到困惑，那他就是没有理解量子论。”
看一看：图中是什么？
20世纪的科学伟人爱因斯坦　
出生：1879年出生于德国的一个犹太人家庭。
童年：四岁多还不会说话，行为迟钝，但善于思考，爱寻根问底。
中学：课堂上心不在焉、想入非非被赶出校门，坚持自学。
大学： 进入苏黎世联邦工业大学师范系，主修数学和物理。迷上了物理学，为以后从事理论物理学研究打下了基础。
大学毕业：成为瑞士专利局的一名技术员
三、爱因斯坦与相对论
1、狭义相对论
①创立：
1905年爱因斯坦发表《　　　　　　　　 》，创立了狭义相对论
②内容：
时间和空间都与物质运动有关，随着物质运动速度的变化而变化
③意义：
打破了牛顿经典力学的绝对时空观，继承和发展了牛顿力学，为原子能的利用奠定了理论基础。
论动体的电动力学
如果一个人以光的速度运动，他将看到一幅什么样的世界景象呢？
质量随着速度的增加而增加，当速度接近光速时，质量趋于无穷大 ，时间停止为零。E=mc^2
　　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。”爱因斯坦说：“这就是我的相对论内容。”
狭义相对论发表100周年，
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。
爱因斯坦根据相对论的观点提出质能转换理论后，曾致信美国总统罗斯福，建议美国研制原子弹，以便在二战中尽快战胜法西斯国家。1945年8月，美国先后在日本的广岛、长畸投下两颗原子弹，加速了日本法西斯的投降。
2、广义相对论
①提出：1916年
①物质存在的现实空间不是平坦的，而是弯曲的；
②空间弯曲的程度体现为引力场强度；修正GPS（全球定位系统）
③时间、空间不是独立的实在，它们是物质存在的形式。
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。
②内容：
思考：相对论的提出，有怎样的历史意义？
（1）相对论的提出，是对近代物理学理论框架的重大突破；
（深刻揭露了空间和时间的本质属性）
（2）相对论的提出，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。
相对论与量子理论共同构成了现代物理学的基本理论框架。
近代物理学时代
现代物理学时代
1590
1687
1900
1905
1916
近现代物理学是在不断质疑，求证的基础上向前发展和推进的，科学家做出了巨大的努力和牺牲，在研究的道路上饱受质疑，荆棘遍布。面对挫折仍然勇往直前，坚持不懈。完美的科学大厦至今仍然没有完成，正如爱因斯坦所说，科学是永无止境的，它是一个永恒之迷。
科学之推进
亚里斯多德时代
伽利略自由落体实验
牛顿经典力学
普朗克量子理论诞生
爱因斯坦
狭义相对论
爱因斯坦广义相对论
？
科学家
主要成就
意义
伽利略
牛顿
普朗克
爱因斯坦
近代物理学发展过程中的主要成就及意义
自由落体定律
匀速运动、匀加速运动
用自制的望远镜证明了哥白尼的“日心说”
为经典力学奠定基础
证明哥白尼的“日心说”的正确性

《自然哲学的数学原理》
（物体运动三大定律和万有引力定律）
运动三定律是近代物理学的重要支柱

相对性原理、光速不变原理
相对论（狭义、广义）
量子理论
近代物理学理论框架的重大突破
继承和发展了牛顿力学
构成现代物理学的基本理论框架
经典力学是近代自然科学理论体系中最先成熟和完善的核心理论体系
当堂检测
2．一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
1．创立了自由落体定律，从而推翻了亚里斯多德的学说的是（ ）
A.伽利略 B.牛顿 C.爱因斯坦 D.普朗克
A
B
4．海王星的发现是根据（ ）
A.哥白尼日心说的推算 B.牛顿理论的推测
C.法拉第学说的计算 D.爱因斯坦对时间、空间属性的揭示
3．实现了自然科学第一次理论性大综合的是（ ）
A．哈维的血液循环学说
B.法拉第的电磁感应理论
C．牛顿的经典力学体系
D.爱因斯坦的相对论
C
B
6．与爱因斯坦创立的理论最早有直接联系的是（ ）
A. 原子弹爆炸 B. 人造卫星上天
C.电子计算机发明 D.收音机发明
5．指出“物质间所存在的万有引力，是由于物质的存在和布使时间和空间的性质不均匀而引起的”是（ ）
A.牛顿力学理论 B.万有引力理论
C.广义相对论 D.狭义相对论
C
A
1．（2019·江苏卷·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
精选典型题
B
2．（2018·江苏卷·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年4月·浙江卷·22）20世纪上半期，有科学家认为：假如宇宙中所有的物质都消失了，时间和空间会与物质一同消失。支撑其观点的科学理论是(　　)
A．自由落体定律 B．天演论
C．相对论 D．加速度定律
C
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。
探究：相对论与牛顿力学的关系：
爱因斯坦指出物体使周围空间弯曲，在物体具有很大的相对质量（例如一颗恒星）时，可使从它旁边经过的任何其它物体改变路径，即使是光线。
中国科普作家协会的韩松先生用了一个直观的比喻：“水平伸开的一块布是平坦的，而当你在布上放置一个铅球，布面就变得弯曲了，这时再放置一个小玻璃球在布上，它就会滚向中央的铅球。同理，星球的质量使周围的时空弯曲，‘引力’实际上是一个时空被弯曲的现象。”