物理学的长足进步

引 子：

跳高2米多、火箭飞离地球——第七单元：近代自然科学的发展

复习回顾：

第十九课 物理学的长足进步

一、经典力学

创 立 者：牛顿 内 容物体运动三定律（惯性定律、加速度定律、作用与反作用定律）

万有引力定律

标 志：

特 点：注重实验

（对现象的一般观察——提出假设——运用逻辑（包括数学）得出推论——通过实验对推论进行检验——对假说进行修正和推广）

背 景：

①思想的解放（文艺复兴运动使科学从神学的桎梏中被解放出来，近代科学诞

生）

②现实的需要（资本主义萌芽和新航路的开辟）

③前人的铺垫（我之所以能比别人看得远些，是因为我站在巨人们的肩上牛顿）

巨人伽利略

开普列 行星运动三定律（轨道定律、面积定律、周期定律）

伽利略：意大利物理学家和天文学家，近代科学之父，伽利略出生于比萨一个没落贵族家庭。17岁进比萨大学学医，但他对物理和数学很有兴趣。他做了大量的实验和研究工作，首次用自制的天文望远镜细心地观察了天体，宣告了和哥白尼学说完全相符的结论。伽利略把他在望远镜中所观察到的壮丽景象，到处宣传，并用观察到的事实和力学原理作了严密的论证，进一步维护和发展了哥白尼的体系。教会向伽利略发出多次警告，但是他无视这一警告，发表了《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》的巨著，从实践和理论的高度批驳了地球中心说。伽利略的“异端”活动引起了教会的恐慌，罗马教皇向宗教裁判所带头提出控诉，于是这位体弱抱病的科学家被送进了监牢，遭到审讯，以至被终身软禁。软禁期间，他继续研究物理学，写出《关于两门新科学的谈话和数学证明》。

哥白尼

地心说：中世纪时，基督教会宣扬的宇宙观是宇宙是一个封闭的大盒子或大帐篷，天是盒（篷）盖，地是盒（篷）底，圣地耶路撒冷居盒（篷）底的中央，日月星辰悬挂在盖上，此即所谓的“宇宙帐篷说”。地心说，最初由古希腊学者

欧多克斯提出，经亚里斯多德完善，又为托勒密进一步发展成为一个盛行于古代欧洲1000多年的宇宙学说体系。 地心说认为地球处于宇宙中心位置并静止不动，太阳、月亮、行星和其他卫星都围绕地球运转。

日心说： 1543年，哥白尼发表《天体运行论》，提出“太阳中心说”，否定了中世纪以来占据统治地位的“地心说”，使自然科学开始从基督教神学的束缚中解放出来，标志着近代自然科学的兴起。

④自身努力：牛顿出生于英国的林肯郡，1665年毕业于著名的剑桥大学三一学院，获得学士学位。三年后又获得文学硕士学位。牛顿曾经长期担任英国皇家学会会长，他还担任过英国议会议员，授予爵士称号。1727年，他病逝，被安葬于威斯敏斯特教堂，这是一种极高的荣誉。（成功的秘诀：X+Y+Z=A（艰苦劳动、正确方法、少说空话、成功；观察阳光下的影子，根据影子的规律做成太阳钟；观察风车磨房，制作了小风车；卖菜时依然坚持看书；苹果的故事）

1、在光学方面，牛顿发现了日光是由不同的颜色即不同波长的光构成的，奠定了光谱分析的基础，制作了牛顿色盘。他在1704年出版了《光学》一书，创立了光的“微粒说”。

2、在热学方面也有研究成果，确定了冷却定律。

3、在数学方面，他与莱布尼兹几乎同时创立了微积分学，同时，他还在前人研究基础上，建立了二项式定理。

4、在天文学领域，他在1671年创制了反射望远镜，初步考察了行星的运动规律；他还解释了潮汐现象，并预言地球不是正球体，并由此说明了岁差现象。 意义（历史地位）：

（引子）英国著名诗人亚历山大·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。上帝说：“让牛顿去吧!”于是，一切成为光明。

三百年前，人类的思想还充斥着迷信和恐惧，水为什么往低处留？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

①牛顿的运动三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牛顿力学体系对自然界的力学现象做了系统合理的说明，从而完成了人类对自然界认识史上的第一次理论大综合。

③牛顿力学理论的科学性和预见性

准确算出了地球的平均密度和扁平率

正确地解释了潮汐的成因

发现了海王星

1781年天王星被发现，科学家用牛顿力学计算它的轨道，可是计算结果总是同观测纪录不大相符。经反复核算，观测无误。那问题是否出现在牛顿力学上面？法国的勒维列和英国的亚当斯坚信牛顿力学的正确，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。1848年9月23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。

哈雷慧星轨道的推算

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。牛顿的好友哈雷用牛顿力学算出了1682年出现的彗星的轨道，指出它的回归周期是75—76年，由此预言它将在1758年再次出现。53年以后的1758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律的科学性。

④成为近代科学形成的标志。

课堂互动：

“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

你知道牛顿捡到了哪些“光滑的石子”和“美丽的贝壳”？他是怎么捡到的？过程给我们什么启示？

引 子：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。”经典力学体系是最完美的物理学理论吗？高速运动的微观粒子发生的现象，是经典力学无法解释的！

二、相对论 1905年，发表《论动体的电动力学》创立狭义相对论

（光速是物质运动的极限速度，时间和空间随着物质运动速度的变化而变化） 作用：否认了牛顿力学的绝对时空观；继承和发展了牛顿力学；奠定了利用

广义：1916年，爱因斯坦创立广义相对论

（物质存在的现实空间不是平坦的，而是弯曲的，空间的结构取决于物质的

作用：第一次阐述了四维时空和物质的分布相联系的重要思想

爱因斯坦：诞生在德国的一个犹太人家中，1894年举家迁居意大利米兰，被认为是最富于创造力的科学家，他不但创立了相对论，还提出了光量子的概念，得出了光电效应的基本定律，为量子力学的建立奠定了基础，同时，他还证明了热的分子运动论，提出了测定分子大小的新方法。

荣获1921年度的诺贝尔物理学奖（本是授给相对论的）。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。”这故事形象说明了时间和空间相对性。

相对论与牛顿经典力学

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。

意 义：（书本）

引 子：19世纪末，物理学界连续发生了三个重大事件，这就是X射线、放射性和电子的发现。这三大发现以实验事实使得原子不可分、不变化的传统观念发生了动摇。物理学家们曾认为的似乎已经基本上完成了的经典物理学体系，从根本上出现了动摇，这就是所谓的“物理学危机”。深入到微观。

三、量子论

诞 生：1900年普朗克提出“量子假说”概念

发 展：1905年爱因斯坦推广到光学中

成 熟：丹麦物理学家提出原子机构模型，丰富量子论（在量了理论的基础上，1925年左右，奥地利、德国的物理学家建立了量子力学）

普朗克，生于基尔，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。他的父亲是一位杰出的法律教授。普朗克是德国人所具有的最好品质的范例：诚恳、忠于职守，他的业余爱好是音乐，在这方面表现了专业艺术才干；另一项业余爱好是他一直坚持到晚年的登山运动。

意 义：

量子论和相对论是现代物理学的两大支柱，量子论的形成标志着人类对于客观规律的认识，开始从宏观世界深入到微观世界。

量子力学和狭义相对论结合形成原子核物理学，指导制造原子弹、氢弹和建立核电站。

量子力学还为电子技术、半导体技术和激光技术等奠定了理论基础。

四、拓展探究

阅读材料，思考科学家们留给我们哪些启示？

材料一、伽利略发明望远镜观察证实了日心说的正确，其《关于两个世界体系的对话》使日心说成为摧毁教会教义和传统“科学”框架的理论，因而遭到教会的指控和迫害，1633年伽利略被罗马教廷宗教裁判所判刑入狱，后改为在家监禁。他仍坚持科学研究，并将自由落体方面的研究成果转运到荷兰，1638年出版了《两种新科学的对话》，此书奠定了伽利略近代力学创始人的地位。1979年罗马教廷承认对伽利略的压制是错误的，并为其“恢复名誉”。但教会对科学的干涉和对伽利略的迫害所造成的严重后果是无法挽回的。伽利略之后，意

大利在很长一段时间内，没有再产生重要的科学家。——《物理必修一》 材料二、牛顿所创造的概念，至今仍指导着我们的物理学思维，谁企图在真理的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

材料三、1921年爱因斯坦获得了诺贝尔奖金，但奖来得十分不易。当时不少德国的诺贝尔奖获得者威胁说，如果给相对论授奖，他们就要退回已获奖章，结果评委会找到了一个办法，让爱因斯坦作为光电效应理论的建立者而得奖，相对论始终没有获得诺贝尔奖。-----吴国盛《科学的历程》

启示：

1、体会尊重事实，不迷信权威、勇于探索创新的科学精神。

2、认识科学发展并不是一帆风顺的，但科学终将战胜愚昧和迷信。

3、提醒我们不要被常识和日常经验所蒙蔽，要学会辩证看问题。

4、认识人们对任何一种新生事物的认识都是一个极其艰难的过程。

5、没有学术的民主和思想的自由，科学就不会繁荣。