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第25课 现代科学革命



第25课

现代科学革命
——从经典力学到相对论和量子论

△课标要求: 知道相对论和量子论的主要内容, 认识其意义

请看图回答:他们分别是谁?做
出了什么贡献?

伽利略——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,被 誉为“近代科学之父”经典力学的奠基者

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牛顿——发现了著名的万有引力定律 和牛顿力学三定律,建立了经典力学 的基本体系,实现了物理学史上的第 一次大飞跃经典力学的建立者

一、经典物理学的危机19c
1、辉煌: 17—19C牛顿经典力学日趋完善和成熟;绝
(程度、地位)

对权威的理论,解释一切自然现象。

2、危机: 19C末经典物理学无法解释新问题、 新发现。
原因:经典力学存在局限性,面临着危机和挑战 ①建立在绝对时空观的理论之上 ②适用的范围主要是人们日常生活中的常见的低速 运动物理现象 经典力学无法解释物理学研究中遇到的一些新问题:

“晴空上漂浮着两朵乌云”

到19世纪末,经典物理学对宏观和微观两 个方面出现的一系列新问题已无法作出解释,经 典物理学出现了危机,科学家们把经典物理学的 危机形象的比喻为“晴空上漂浮着两朵乌云”, 一朵乌云与宏观世界里光的速度有关,一朵与微 观世界里的热体辐射有关。 17至18世纪以牛顿 力学为代表经典物理学 是以日常生活中常见的低 速运动的物质为研究对象的,一旦进入光速运动 时,经典物理学的某些结论就变得不准确。

二、现代科学革命——物理学革命(20世纪)
1、相对论的创立——爱因斯坦
爱因斯坦(Albert Einstein, 1879-1955), 1879年生于德国,是 举世闻名的德裔美国科学家,现代 物理学的开创者和奠基人。爱因斯 坦1900年毕业于苏黎士工业大学, 1909年开始在大学任教,1914年任 威廉皇家物理研究所所长兼柏林大 学教授。 1933年受希特勒迫害离开 德国移居美国, 爱因斯坦在物理学的 许多领域都有贡献,比如建立狭义相对论并推广为广义相 对论、提出光的量子概念,并以量子理论解释光电效应、 辐射过程、固体比热等于1921年获诺贝尔物理学奖。

二、现代科学革命——物理学革命(20世纪)
1、相对论的创立——爱因斯坦 (1)相对论的提出 1905年提出匀速运动体系的狭义相对论 1916年提出加速运动体系的广义相对论 (2)内容

时间和空间都是物质存在的形式,随着 相对性原理: 物质运动速度变化而变化。时间、空间、 运动、质量是相对的,可以相互转化。 光速不变原理: 光的传播速度在任何条件下都是不变的。

北极:

赤道:
长度变短——尺缩效应

当速度接近光速时

时间变慢——钟慢效应

质量(重量)增加 当速度达到光速时:钟表不走了——时间停止了

二、现代科学革命——物理学革命(20世纪)
1、相对论的创立——爱因斯坦 (1)相对论的提出 (研究高速运动物质) 1905年提出匀速运动体系的狭义相对论 1916年提出加速运动体系的广义相对论 (2)内容
相对性原理 光速不变原理

(3)意义

物理学:

思维:

拓展延伸
爱因斯坦说:“在牛顿时代,牛顿的道路是一位具有最 高思维能力和创造力的人所能发现的唯一道路;牛顿所 创造的概念,至今仍然指导着我们的物理学思想。”并 把万有引力定律引入广义相对论
爱因斯坦相对论与牛顿经典力学的关系: (1)不是全盘否定,是部分否定: 否定了牛顿绝对时空观,提出时间和空间不是绝对不变的, 是相对的。 (2)继承发展: 它把牛顿力学概括在相对论力学中,牛顿力学只是相对论 力学低速状态时的一个特例。

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,但对无辜平民 的伤害也同样令全世界震惊。爱因斯坦为此非常 懊悔。他在晚年致力于反对原子武器。
后来爱因斯坦对核武器的态度发生了什么变化? 从这件事中,我们能得到什么启发? 科学应当为人类的和平与发展服务,不应成为战争的 武器。我们应当学习爱因斯坦热爱和平的精神。

19世纪经典物理学达到巅峰状态,在人们心目 中,经典物理学已经达到近乎完美的程度。这 时,一位学生和他的老师发生了一段对话: 学生:“老师,我准备把我的一生都 献给物理 理论学!” 老师:“年轻人,物理学是一门已经完 成了的 学科,不会再有多大的发展,把一生都献给这 门学科,太可惜了。”

二、现代科学革命——物理学革命(20世纪)
1、相对论的创立——爱因斯坦 2、量子论的创立与发展 (1)创立:普朗克提出量子假说 普朗克(1858—1947)生于德国 基尔。1879年普朗克在慕尼黑大学 获得博士学位后,先后在慕尼黑大 学和基尔大学任教。由于量子论创 立,普朗克获得1918年诺贝尔物理 学奖。

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。

二、现代科学革命——物理学革命(20世纪)
1、相对论的创立——爱因斯坦 2、量子论的创立与发展 普朗克提出量子假说 (1)创立: 量子力学建立 爱因斯坦提出 (2)发展: 光的量子理论 (研究微观粒 子运动规律) 玻尔提出 原子的量子理论 (3)意义
1、研究范围: 微观世界 2、带来许多划时代的技术创新:
3、 生产力:

量子力学的产生和相对论的产生有什么共同点? 这说明了什么?

共同点:

从背景上看:19世纪末,物理学得到极大发展,但 是物理学一系列新的发现无法用经典物理学解释,这使 得经典物理学陷入了危机,面临着挑战。 从产生过程看,第一,都是科学大师们敢于向权威 挑战,追求真理的结果。第二,都经历了一个产生发展 完善的过程,先提出假说,后得到接受,过程是曲折的。

说明了社会意识是一定的社会存在的反映;任 何事物的产生和发展都要经历一个曲折的过程。

三、现代物理学兴起的重大意义
构成
1.量子理论和相对论一起,共同构成了现代物理学 的基础。

弥补、改变
2.量子理论和相对论弥补了经典物理学的不足,大大开 阔了人们的视野,改变了人们看世界的角度和方式。

思维
3. 不仅对物理科学本身,对自然科学,而且对整个人 类的思维都产生了不可磨灭的影响。

△物理学的发展给了我们什么样的启示?

敢于质疑 勇于创新 实践出真知

小结:
背景:
内容:相对性原理与和光速不变原理。时间、空间、 运动、质量是相对的。 相对论

现 代 科 学 的 革 命

现 代 物 理 学 的 两 大 支 柱

意义:扩展了物理学的研究空间和应用领域(从 日常范围到宏观宇宙空间);开阔了人们的思维

过程:普朗克的量子假说;玻尔提出原子的量子理 论;爱因斯坦提出光电效应。 量子论 意义:对化学、生物学、医学等多门学科产生重 大影响,直接推动了生产力的发展,从根本上改 变了人类的物质生活

意义



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