人教版历史必修三第11课物理学的重大进展课件(共33页).pptx

1、 第五届索尔维会议发轫于爱因斯坦和波尔第五届索尔维会议发轫于爱因斯坦和波尔关于量子力学的大辩论关于量子力学的大辩论。时值。时值19271927年年，恰逢牛顿，恰逢牛顿逝世逝世200200周年周年, ,牛顿的理论此时遭到了物理学界强烈的质疑。牛顿的理论此时遭到了物理学界强烈的质疑。 而而在黑暗的中世纪，每一场辩论都可能以生命为代价，每一在黑暗的中世纪，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、鼓足勇气次对权威的质疑都需要坚定信念、鼓足勇气海佩蒂亚海佩蒂亚，亚历山卓希腊时期女数学家、物理学家，发明了天体观测仪及比重仪。因其是异教徒，公元415年被狂热基督教徒基督教徒用贝壳挖肉

2、杀死贝壳挖肉杀死。阿斯科里阿斯科里，意大利科学家，因其认为大地是球形，并提出了“地球”的概念，1327年被宗教裁判所处以火刑。宗教裁判所处以火刑。骑士阶级以及与它相勾结的天主教，基于十分庸俗而凶恶的专制主义和神秘主义，阻挠着对自然事实做执着的考察与探讨。 日汤浅光朝:解说科学文化史年表思考：阻碍中世纪欧洲科学发展的因素有哪些？教会淫威、神学思想、专制主义教会淫威、神学思想、专制主义一、一、“重大进展重大进展”前的举步维艰前的举步维艰布鲁诺布鲁诺，意大利科学家、哲学家、文学家，因其反对地心说，宣传日心说和宇宙观，1592年被宗教裁判所判为宗教裁判所判为“异端异端”烧死在罗马鲜花广场。烧死在罗马鲜

3、花广场。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、演绎直觉、观察、思辨、演绎二、二、“重大进展重大进展”时的勇攀高峰时的勇攀高峰15901590年，伽利略做比萨斜塔实验年，伽利略做比萨斜塔实验据说，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

4、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、逻辑观察、实验、逻辑伽利略的折射式望远镜伽利略观察到的月亮木星和它的伽利略卫星木星和它的伽利略卫星 16101610年，伽利略用望远年，伽利略用望远镜发现有镜发现有4 4颗卫星围绕着木颗卫星围绕着木星转。这一发现震动了整个星转。这一发现震动了整个欧洲和全球科学界。欧洲和全球科学界。 伽利略是第一位利用望伽利略是第一位利用望远镜观察天体的人。目前人远镜观察天体的人。目前人类发现的类发现的1616颗木星卫星中，颗木星卫星中，有颗叫有颗叫“伽利略卫星伽利略卫星”。 他又发现太阳上有黑子，月球上有山脉，为哥白尼的他又发现太阳上有

5、黑子，月球上有山脉，为哥白尼的地球绕着太阳公转的地球绕着太阳公转的“日心说日心说”找到了有力证据。宗教法找到了有力证据。宗教法庭把他软禁在家，不准外出。庭把他软禁在家，不准外出。16421642年，伽利略临死前仍不年，伽利略临死前仍不屈服，坚定地说：屈服，坚定地说：“地球确实在围着太阳转！地球确实在围着太阳转！”他还重复他还重复着这样一句话：着这样一句话：“追求科学需要特殊的勇气追求科学需要特殊的勇气。”体会伽利略身上所蕴含的什么样的科学精神？体会伽利略身上所蕴含的什么样的科学精神？质疑精神、科学精神、理性思考、坚持不懈质疑精神、科学精神、理性思考、坚持不懈 科学的真理不应在古代圣人的蒙着灰尘

6、的书上去找，而应该在科学的真理不应在古代圣人的蒙着灰尘的书上去找，而应该在实验实验中和以实验为基础的理论中去找。真正的哲学是写在那本经常在我中和以实验为基础的理论中去找。真正的哲学是写在那本经常在我们眼前打开的最伟大的书里的。这本书就是们眼前打开的最伟大的书里的。这本书就是宇宙宇宙，就是，就是自然本身自然本身，人们必须去读它。人们必须去读它。伽利略伽利略创立科学的研究方法：创立科学的研究方法：物理学：物理学：天文学：天文学：实验和观察实验和观察实验证明力与运动状态的关系，发现自由落实验证明力与运动状态的关系，发现自由落体定律等。体定律等。（推翻亚里士多德学说）（推翻亚里士多德学说）自制望远镜观

7、察天体，证明了哥白尼自制望远镜观察天体，证明了哥白尼“日日心说心说”的正确性。的正确性。（摧毁上帝创造世界的谬论）（摧毁上帝创造世界的谬论）（一）经典力学（一）经典力学1 1、经典力学的重要奠定者、经典力学的重要奠定者伽利略伽利略（1 1）成就：）成就：“发现”：发现了自由落体等物理学定律，改变了传统的运动观念。“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。“奠基”：为经典力学的创立和发展奠定了基础。（2 2）意义：）意义：外力不是维持运外力不是维持运动状态的原因，动状态的原因，而只是改变运动而只是改变运动状态的原因状态的原因“三个苹果三个苹果”改变了世界改变了世界物体运动三大

8、定律万有引力定律1687年2 2、牛顿创立经典力学、牛顿创立经典力学标标志着近代科学的形成志着近代科学的形成标志：标志：内容：内容：特点：特点：16871687年年自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理 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。历史上证实牛顿力学的三件事历史上证实牛顿力学的三件事第一件，用牛顿力学算出地球的形状象只桔子。第一件，用牛顿力学算出地球的形状象只桔子。第二件，用牛顿力学算出了哈雷彗星回归周期。第二件，用牛顿力学算出了哈雷彗星回归周期。 长期以来到，人们一直认为彗星是神秘

9、的，根本不长期以来到，人们一直认为彗星是神秘的，根本不能用科学来说明。牛顿说，既然彗星也是天体，就必然能用科学来说明。牛顿说，既然彗星也是天体，就必然遵循力学规律。他的好友哈雷用牛顿力学算出了遵循力学规律。他的好友哈雷用牛顿力学算出了16821682年年出现的彗星的轨道，指出它的回归周期是出现的彗星的轨道，指出它的回归周期是75767576年，由年，由此预言它将在此预言它将在17581758年再次出现。哈雷年再次出现。哈雷17051705年发表这个预年发表这个预言，当时他已言，当时他已4949岁，却要预言岁，却要预言5353年以后的事，岂非耸人年以后的事，岂非耸人听闻？可是听闻？可是17581

10、758年这颗彗星果然如期出现，并被命名为年这颗彗星果然如期出现，并被命名为哈雷彗星。哈雷彗星。 17811781年天王星被发现，年天王星被发现，科学家用牛顿力学计算科学家用牛顿力学计算它的轨道，可是计算结它的轨道，可是计算结果总是同观测纪录不大果总是同观测纪录不大相符。经反复核算，观相符。经反复核算，观测无误。那问题是否出测无误。那问题是否出现在牛顿力学上面？现在牛顿力学上面？科学家大胆猜想计算结果之所以不理想，是因为太阳系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

11、了这颗未知行星的位置引力作用。他们用牛顿力学算出了这颗未知行星的位置和质量。和质量。18481848年年9 9月月2323日，柏林天文台台长用望远镜对准日，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那个位置，一下子就看到了一颗新的行星海王星海王星。第三件：用牛顿力第三件：用牛顿力学算出了一颗未知学算出了一颗未知行星的位置行星的位置1846年1781年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

12、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思考：牛顿的学说有何历史意义？ 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。18951895年德国物理学家伦琴年德国物理学家伦琴发现发现X X射线，射线，19

13、011901年获诺奖年获诺奖 1919世纪末，面对经典物理学近乎完美的世纪末，面对经典物理学近乎完美的发展，有的物理学家表示：发展，有的物理学家表示：“1919世纪已经将世纪已经将物理大厦全部建成，今后物理学家只是修饰物理大厦全部建成，今后物理学家只是修饰和完美这座大厦。和完美这座大厦。” ” ？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，19031903年获诺贝尔奖年获诺贝尔奖（二）相对论的创立（二）相对论的创立1 1、背景、背景: :2 2、提出、提出

14、: :3 3、内容：、内容：1919世纪，随着物理学研究的进展，经典力学世纪，随着物理学研究的进展，经典力学无法解释面临的新问题无法解释面临的新问题2020世纪初，爱因斯坦（德）提出相对论世纪初，爱因斯坦（德）提出相对论时间：钟慢效应时间：钟慢效应质量：质增效应质量：质增效应空间：尺缩效应空间：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将经典力将经典力学概括于学概括于相对论力相对论力学体系之学体系之中，推动中，推动物理学的物理学的发展发展（1 1）狭义相对论：狭义相对论：19051905年年物体运动时，质量会随着物体运动速度的增大而增物体运动时，质量会随着物体运动速度的增大而

15、增加；加；空间和时间也会随着物体运动速度的变化而变化，空间和时间也会随着物体运动速度的变化而变化，即会发生即会发生尺缩效应和钟慢效应尺缩效应和钟慢效应。（2 2）广义相对论：广义相对论：19161916年年空间和时间的性质不仅取决于物质的运动情况，也取空间和时间的性质不仅取决于物质的运动情况，也取决于决于物质本身的分布状态物质本身的分布状态。2 2、意义、意义: : 是物理学领域的一次重大是物理学领域的一次重大革命革命，它，它否定了否定了经典力学的经典力学的绝对时空观，深刻绝对时空观，深刻揭示了揭示了时间和空间的时间和空间的本质属性本质属性。它。它发展发展了了牛顿力学，将其概括在相对论力学之中

16、，牛顿力学，将其概括在相对论力学之中，推动推动物理学发物理学发展到一个展到一个新的高度新的高度。 “ “今天我们观测哪颗恒星或者类星体离我们多远、谈今天我们观测哪颗恒星或者类星体离我们多远、谈论暗物质和暗能量、黑洞等等，所有的一切都离不开相论暗物质和暗能量、黑洞等等，所有的一切都离不开相对论。对论。” “” “爱因斯坦为我们建立了一个很好的框架，沿爱因斯坦为我们建立了一个很好的框架，沿着他给出的道路，后世的科学家在不同的领域里进一步着他给出的道路，后世的科学家在不同的领域里进一步认识我们的这个世界认识我们的这个世界 。 天体物理学家李竞天体物理学家李竞时空的可变性及时时空的可变性及时空变化的联

17、系性空变化的联系性卫星定位系统卫星定位系统GPS GPS 你还知道相对论在哪些方面有应用？你还知道相对论在哪些方面有应用？核电站核电站 人类迈向太空人类迈向太空狭义相对论发表狭义相对论发表100100周年，周年，也许全世界只有几十个人能完全理解他的真谛，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。但这并不能掩盖相对论对人类生活的巨大改变。 慕尼黑的物理学教授菲利普慕尼黑的物理学教授菲利普冯冯约利曾劝说普朗克约利曾劝说普朗克不要学习物理，他认为不要学习物理，他认为“这门科学中的一切都已经被研究这门科学中的一切都已经被研究了，只有一些不重要的空白需要被填补，

18、把一生奉献给物了，只有一些不重要的空白需要被填补，把一生奉献给物理学，实在是太可惜了理学，实在是太可惜了”，这也是当时许多物理学家所坚，这也是当时许多物理学家所坚持的观点，但是普朗克回复道：持的观点，但是普朗克回复道：“我并不期望发现新大陆，我并不期望发现新大陆，只希望理解已经存在的物理学基础，或许能将其加深。只希望理解已经存在的物理学基础，或许能将其加深。” ” 因发现能量量子而对物因发现能量量子而对物理学的进展做出了重要贡献，理学的进展做出了重要贡献，并在并在19181918年荣获诺贝尔物理年荣获诺贝尔物理学奖学奖 加热到不同温度的物体发出不同颜色的光加热到不同温度的物体发出不同颜色的光

19、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。式的计算结果总是与实验结果不相符合。 19001900年年，为了，为了解决热辐射理论上的疑点解决热辐射理论上的疑点，德国物理学家普朗克，德国物理学家普朗克提出了量子假说：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辐射像物质一样，是由具有能量的基本单位量子来实现的。来实现的。（三）量子论的诞生与发展（三）量子论的诞生与发展1.背景背景（1 1）1919世纪末世纪末2020世纪初，人们对物质的认识深入到了原世纪初，人们对物质的认识深入到了原

20、子的内部；子的内部；（2 2）微观的粒子运动不能用经典力学的理论来说明；）微观的粒子运动不能用经典力学的理论来说明；2.成就成就提出：提出：19001900年，德国物理学家普朗克提出量子假说，标志年，德国物理学家普朗克提出量子假说，标志量子论的诞生；量子论的诞生；发展：发展：爱因斯坦用量子论成功解释了爱因斯坦用量子论成功解释了“光电效应光电效应”； 丹麦物理学家玻尔提出了有关原子的量子理论；丹麦物理学家玻尔提出了有关原子的量子理论； 2020世纪世纪3030年代，量子力学建立起来。年代，量子力学建立起来。3.意义意义（1）使人类对）使人类对微观世界微观世界的基本认识取得的基本认识取得革命性的进

21、步，革命性的进步，开阔了人们的视野，改变了人们开阔了人们的视野，改变了人们认识世界的角度和方式；认识世界的角度和方式；（2）成为）成为20世纪最深刻、最有成就的科学理论之一，世纪最深刻、最有成就的科学理论之一，与相对论一起，与相对论一起，构成了构成了现代物理学的现代物理学的基础基础，弥补了弥补了经典力经典力学在认识宏观世界和微观世界方面的学在认识宏观世界和微观世界方面的不足不足，推动了推动了物理学物理学自身的自身的进步进步；核磁共振的医学图像显示装置核磁共振的医学图像显示装置计算机芯片计算机芯片高精度原子钟高精度原子钟激光技术激光技术经典力学：经典力学：解释低速运解释低速运动、宏观世动、宏观世

22、界物理现象界物理现象近代物理学近代物理学相对论：相对论：高速运动高速运动量子论：量子论：解释微观世解释微观世界物理现象界物理现象现现代代物物理理学学为相对论提为相对论提出奠定基础出奠定基础继承和发展继承和发展了经典力学了经典力学经典力学、相对论、量子论的关系：经典力学、相对论、量子论的关系：1919世纪物理学危机世纪物理学危机经典力学狭义相对论广义相对论影响：否定了经典力学的绝对时空观，弥补了经典力学在宏观物体高速运动研究的不足。探究：探究：请结合所学知识请结合所学知识分析：分析：16201620世纪近代科学得到世纪近代科学得到发展的原因。发展的原因。 1 1. . 资本主义的发展资本主义的发

23、展需要科技知识，又为科技发展奠定需要科技知识，又为科技发展奠定了物质基础，这是近代自然科学创立发展的社会前提。了物质基础，这是近代自然科学创立发展的社会前提。 2 2. . 文艺复兴、宗教改革和启蒙运动文艺复兴、宗教改革和启蒙运动，为近代自然科学，为近代自然科学的诞生和发展奠定了思想基础。的诞生和发展奠定了思想基础。 3. 3. 欧洲先进欧洲先进国家保护国家保护奖励科技发明，改革教育制度和奖励科技发明，改革教育制度和专利制度，组织科研机构，推动了近代科学的创立和发展专利制度，组织科研机构，推动了近代科学的创立和发展 4 4. . 中国的四大发明和希腊自然哲学传人西欧，中国的四大发明和希腊自然哲

24、学传人西欧，开阔了开阔了人们的眼界，并为科学研究提供了丰富的材料人们的眼界，并为科学研究提供了丰富的材料。 5 5. . 科学家努力探索科学家努力探索，促进了科学的发展。，促进了科学的发展。三、三、“重大进展重大进展”后的现实反思后的现实反思 当原子弹真的从潘多拉魔盒里跳出来后，爱因斯坦当原子弹真的从潘多拉魔盒里跳出来后，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，是建议研制原子弹。他痛心地说，“早知如此，我宁早知如此，我宁可当个修表匠可当个修表匠！”爱因斯坦就核武器问题的懊悔，代爱因斯坦就核武器问题的懊悔，

25、代表了人类良知的高度，是人类良心发出的最强音。听表了人类良知的高度，是人类良心发出的最强音。听爱因斯坦的自责之声，我们明白人类良知之宝爱因斯坦的自责之声，我们明白人类良知之宝贵贵. . 爱因斯坦之言爱因斯坦之言认识：科技是把双刃剑，科学是探索事物的规律，是认识：科技是把双刃剑，科学是探索事物的规律，是求真；人文是把握科学的方向，是求真；人文是把握科学的方向，是 “ “求善求善”；科技以；科技以人文为基础，人文推动科技进步人文为基础，人文推动科技进步 谁企图在真理和认识的领域内要人们认为他是不可动摇的权威，那他就要在上帝的哈哈大笑中垮台。 爱因斯坦1.1.学者陈衡哲在学者陈衡哲在西洋史西洋史中写

26、道：中写道：“科学与文艺是文化科学与文艺是文化的双翼，缺了一样，那个文化便成为畸形的了。科学是的双翼，缺了一样，那个文化便成为畸形的了。科学是偏向理性的，文艺是偏于情感的。偏向理性的，文艺是偏于情感的。”基于这样的认识，基于这样的认识，对启蒙运动兴起所起作用最大的莫过于：对启蒙运动兴起所起作用最大的莫过于： A.A.牛顿牛顿 B.B.达尔文达尔文 C.C.达达芬奇芬奇 D.D.莎士比亚莎士比亚2.2.哥白尼、牛顿和爱因斯坦被称为近代以来最伟大的科学哥白尼、牛顿和爱因斯坦被称为近代以来最伟大的科学家，其理论的共同之处是家，其理论的共同之处是 A.A.得到了科学实验的验证得到了科学实验的验证 B.

27、B.改变了人类对自然界的认识改变了人类对自然界的认识 C.C.推动了技术的重大突破推动了技术的重大突破 D.D.科学地概括出物质运动的定律科学地概括出物质运动的定律3. “3. “这一发现成为二十世纪物理学研究的基础，从那个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。要是没有这一发现，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、原子以及支配它们变化的能量过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。程的有用理论。”这一这一“发现发现”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4.4.（20102010天津文综天津文综1111）2020世纪初，提出光量子假说，解世纪初，提出光量子假说，解决经典物理学无法解释的光电效应问题的科学家是（决经典物理学无法解释的光电效应问题的科学家是（ ） A A普朗克普朗克 B B麦克斯韦麦克斯韦 C C玻尔玻尔 D D爱因斯坦爱因斯坦