量子理论诞生普朗克爱因斯坦相对论建立课件.ppt

1、专题七专题七近代以来科学技术的辉煌近代以来科学技术的辉煌科科学学革革命命技技术术革革命命经典力学体系（伽利略、牛顿）经典力学体系（伽利略、牛顿）量子理论诞生（普朗克、爱因斯量子理论诞生（普朗克、爱因斯坦）坦）相对论建立（爱因斯坦）相对论建立（爱因斯坦）进化论理论（达尔文与赫胥黎）进化论理论（达尔文与赫胥黎）现代信息技术与信息时代现代信息技术与信息时代 本专题总体知识结构本专题总体知识结构创创立立 一、经典力学体系的创立一、经典力学体系的创立1 1、背景、背景 你知道牛顿捡到了哪些你知道牛顿捡到了哪些“光滑的卵光滑的卵石石”和和“美丽的贝壳美丽的贝壳”？“我好像是一个在海边玩我好像是一个在海边玩

2、耍的孩子，为不时发现比通耍的孩子，为不时发现比通常更光滑的卵石或更美丽的常更光滑的卵石或更美丽的贝壳而欢欣鼓舞，面对展现贝壳而欢欣鼓舞，面对展现在我面前的浩瀚的真理的海在我面前的浩瀚的真理的海洋，却全然没有发现。洋，却全然没有发现。”牛顿临终遗言牛顿临终遗言16871687年科学巨著年科学巨著自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理的发表的发表16661666年秋天的一个傍晚，牛顿年秋天的一个傍晚，牛顿坐在花园的苹果树下，正在考虑一坐在花园的苹果树下，正在考虑一个运动的问题。忽然一只熟透的苹个运动的问题。忽然一只熟透的苹果掉了下来，正好落在牛顿的前面。果掉了下来，正好落在牛顿的前面。这只苹果引起了

3、牛顿的注意。他想，这只苹果引起了牛顿的注意。他想，苹果为什么不向天上飞，也不向前苹果为什么不向天上飞，也不向前后左右落，而偏偏垂直地落到地面后左右落，而偏偏垂直地落到地面上呢？肯定是地球在吸引它。既然上呢？肯定是地球在吸引它。既然地球能吸引离地面这么高的苹果树地球能吸引离地面这么高的苹果树上的苹果，那它也肯定在吸引着月上的苹果，那它也肯定在吸引着月亮。经过研究、演算和论证，牛顿亮。经过研究、演算和论证，牛顿发现了万有引力定律。发现了万有引力定律。引自引自科学简史科学简史1 1、光学光学：牛顿发现了日光是由不同：牛顿发现了日光是由不同的颜色即不同波长的光构成的，奠的颜色即不同波长的光构成的，奠定

4、了光谱分析的基础，制作了牛顿定了光谱分析的基础，制作了牛顿色盘。他在色盘。他在17041704年出版了年出版了光学光学一书，创立了光的一书，创立了光的“微粒说微粒说”。2 2、热学热学：确定了冷却定律。：确定了冷却定律。3 3、数学数学：与莱布尼兹几乎同时创立：与莱布尼兹几乎同时创立了微积分学，同时，建立了二项式了微积分学，同时，建立了二项式定理。定理。4 4、天文学天文学：16711671年创制了反射望远年创制了反射望远镜，初步考察了行星的运动规律；镜，初步考察了行星的运动规律；解释潮汐现象，并预言地球不是正解释潮汐现象，并预言地球不是正球体，并由此说明了岁差现象。球体，并由此说明了岁差现象

5、。英国著名诗人波普曾写过一首赞美牛顿的诗英国著名诗人波普曾写过一首赞美牛顿的诗：自然和自然界的规律，隐藏在黑暗里。自然和自然界的规律，隐藏在黑暗里。上帝说：上帝说：“让牛顿去吧让牛顿去吧!”于是，一切成为光明。于是，一切成为光明。（1 1）完成了人类对自然界认识）完成了人类对自然界认识史上的第一次理论大综合。史上的第一次理论大综合。（2 2）牛顿力学体系在理论上达到相）牛顿力学体系在理论上达到相当完备的程度，并在科学实验中得到当完备的程度，并在科学实验中得到广泛的应用和验证，广泛的应用和验证，成为近代科学成为近代科学形成的标志形成的标志。（3 3）万有引力定律准确算出了地球）万有引力定律准确算

6、出了地球的平均密度和扁平率，正确解释了潮的平均密度和扁平率，正确解释了潮汐的成因。（海王星的发现）汐的成因。（海王星的发现）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？法现在牛顿力学上面？法国的勒维列和英国的亚国的勒维列和英国的亚当斯坚信牛顿力学的正当斯坚信牛顿力学的正确，大胆猜想计算结果确，大胆猜想计算结果之所以不理想，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

7、有考虑到它对天王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。量。18481848年年9 9月月2323日，柏林天文台台长在收到勒维列来信的当晚，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星海王星。勒维列无需观测星空，就在笔尖上发现了新行星。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。牛顿力学又创造了新的奇迹。海王星和冥王星

8、的发现海王星和冥王星的发现 长期以来，人们一直认为彗星是神秘的，不吉利长期以来，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牛顿力学算出了16821682年出现的彗星的轨道，指出它的年出现的彗星的轨道，指出它的回归周期是回归周期是75757676年，由此预言它将在年，由此预言它将在17581758年再次出年再次出现。现。5353年以后的年以后的17581758年（当时哈雷已去世），这颗彗年（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星果然如期出现。哈雷慧星的发现验证了万有引

9、力定律的科学性。律的科学性。“走进威斯敏斯特教堂，人们所瞻仰的不走进威斯敏斯特教堂，人们所瞻仰的不是君王们的陵寝，而是国家为感谢那些为国增是君王们的陵寝，而是国家为感谢那些为国增光的最伟大人物建立的纪念碑。这便是英国人光的最伟大人物建立的纪念碑。这便是英国人民对于才能的尊敬。民对于才能的尊敬。”伏尔泰伏尔泰位于英国伦敦威斯敏斯特教位于英国伦敦威斯敏斯特教堂的艾撒克堂的艾撒克牛顿勋爵墓地牛顿勋爵墓地 质疑与思考：经典力学体系是最完美质疑与思考：经典力学体系是最完美的物理学理论吗？的物理学理论吗？19 19世纪末，面对经典物理学近乎完美的发展，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

10、：有的物理学家表示：“1919世纪已经将物理大厦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全部建成，今后物理学家只是修饰和完美这座大厦。大厦。”经典力学无法解释高速运动的微经典力学无法解释高速运动的微观粒子发生的现象观粒子发生的现象“物理学危机物理学危机”（1 1）1919世纪的物理学领域，在牛顿力学的基础上，世纪的物理学领域，在牛顿力学的基础上，声学、光学、电磁和热学有了进一步发展。声学、光学、电磁和热学有了进一步发展。（2 2）1919世纪末，物理学界的重大研究课题是世纪末，物理学界的重大研究课题是黑体辐黑体辐射射，量子理论量子理论就是在此过程中发现的。就是在此过程中发现的

11、。奥地利斯蒂芬奥地利斯蒂芬：18791879年发现黑体辐射的总能量与年发现黑体辐射的总能量与其温度之间的定量关系；其温度之间的定量关系；德国普朗克德国普朗克：19001900年年在在关于正常光谱能量分布定关于正常光谱能量分布定律的理论律的理论中提出量子概念。中提出量子概念。标志着量子理论的诞生。标志着量子理论的诞生。2 2、内容：量子论、内容：量子论1 1、背景、背景一、物理学的发展一、物理学的发展（1 1）德国）德国爱因斯坦爱因斯坦：19051905年解释光电效应，得年解释光电效应，得出了光具有波粒二象性的结论；出了光具有波粒二象性的结论；（2 2）法国）法国德布罗意德布罗意：1923192

12、3年提出物质波理论年提出物质波理论（3 3）奥、德物理学家奥、德物理学家：建立量子力学：建立量子力学（1 1）量子力学成为反映自然界基本规律的理论体系，）量子力学成为反映自然界基本规律的理论体系，指导人们向物质运动的各个层面进行深入探讨；指导人们向物质运动的各个层面进行深入探讨；（2 2）该理论从）该理论从根本上根本上改变了近代物理学中的传统观念，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都发生重大变革。使物理学乃至整个自然科学的观念都发生重大变革。19991999年年12 12月，在月，在2020世世纪最后一期的纪最后一期的时代时代周刊中，评出了一位周刊中，评出了一位“世纪

13、人物世纪人物”。该刊。该刊称赞他为称赞他为“天才、政天才、政治难民、人道主义者、治难民、人道主义者、原子弹和宇宙迷的开原子弹和宇宙迷的开启者启者”，“以其伟大以其伟大的思想和无与伦比的的思想和无与伦比的形象独占鳌头形象独占鳌头”。2 2、内容：相对论、内容：相对论狭义相对论狭义相对论广义相对论广义相对论创立创立内容内容意义意义19051905年年论动体论动体的电动力学的电动力学19161916年年（1 1）时间和空间都）时间和空间都与物质运动有关；与物质运动有关；（2 2）时间和空间随）时间和空间随着物质运动的速度着物质运动的速度的变化而变化的变化而变化（1 1）物质存在的现实空间）物质存在的

14、现实空间是弯曲的是弯曲的（2 2）空间结构取决于物）空间结构取决于物质的质量和分布情况质的质量和分布情况（3 3）空间弯曲的程度体）空间弯曲的程度体现为引力场强度现为引力场强度打破绝对时间和绝打破绝对时间和绝对空间对空间，是对牛顿，是对牛顿力学的力学的继承和发展继承和发展第一次阐述了第一次阐述了四维四维时空和物质的分布时空和物质的分布相联系的重要思想相联系的重要思想既否定又发展的关系既否定又发展的关系2 2、否定、否定经典力学经典力学奠基奠基者者（1717世纪初）世纪初）经典力学经典力学建立建立者者（1717世纪晚期）世纪晚期）从经典力学发展到从经典力学发展到量子论、相对论量子论、相对论（19

15、19世纪末世纪末2020世世纪初）纪初）牛顿牛顿（英）（英）普朗克（德）普朗克（德）爱因斯坦（德）爱因斯坦（德）经典力学经典力学体系的创体系的创立和发展立和发展 现代物理现代物理学理论的学理论的发展发展 任何物体都具有不断任何物体都具有不断辐射、吸收、辐射、吸收、发射发射电磁波的本领。辐射出去的电电磁波的本领。辐射出去的电磁波在各个波段是不同的，也就是磁波在各个波段是不同的，也就是具有一定的具有一定的谱分布谱分布。这种谱分布与。这种谱分布与物体本身的特性及其温度有关，因物体本身的特性及其温度有关，因而被称之为而被称之为热辐射热辐射。为了研究，物。为了研究，物理学家们定义了一种理想物体理学家们定

16、义了一种理想物体黑体黑体(black body)(black body)，以此作为热辐射，以此作为热辐射研究的标准物体。研究的标准物体。所谓黑体是指所谓黑体是指入射的电磁波全部入射的电磁波全部被吸收，既没有反射，也没有透射被吸收，既没有反射，也没有透射(当然黑体仍然要向外辐射当然黑体仍然要向外辐射)。普朗克普朗克，生于基尔。生于基尔。18791879年年普朗克在慕尼黑大学获得博士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学位后，先后在慕尼黑大学和基尔大学任教。由于量子论创基尔大学任教。由于量子论创立，普朗克获得立，普朗克获得19181918年年诺贝尔诺贝尔物理学奖。物理学奖。普朗克是

17、德国人所普朗克是德国人所具有的最好具有的最好品质品质的范例：诚恳、的范例：诚恳、忠于职守，他的业余爱好是音忠于职守，他的业余爱好是音乐，在这方面表现了专业艺术乐，在这方面表现了专业艺术才干；另一项业余爱好是他一才干；另一项业余爱好是他一直坚持到晚年的登山运动。直坚持到晚年的登山运动。政治：政治：经济：经济：文化：文化：个人：个人：资产阶级革命资产阶级革命为资本主义发展、科技进为资本主义发展、科技进步开辟了道路步开辟了道路资本主义经济的发展资本主义经济的发展，为近代自然科学，为近代自然科学的产生奠定了物质基础的产生奠定了物质基础人文精神人文精神解放了人们的思想，推动了近解放了人们的思想，推动了近代科技产生代科技产生科学家的实践和刻苦钻研科学家的实践和刻苦钻研