专题七第一课：近代物理学的奠基人和革命者

A、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。 B、 牛顿力学体系对自然界的力学现象做了系统 形成的 合理的说明，从而完成了人类对自然界认识史上 意义 的第一次理论大综合。 C、标志着经典力学体系的形成 D、具有惊人的预见性和巨大的理论指导意义。 在牛顿力学体系中，存在绝对的静止和绝对的时 局限性 间，这种绝对的时空观符合人们日常经验，但无 法解释高速运动的物体运动的规律和微观世界中
技 术 革 命
伽利略
牛顿
普朗克
爱因斯坦
（1）了解经典力学的主要内容，认识其在近 代自然科学理论发展中的历史地位。
（2）知道相对论、量子论的主要内容，认识 其意义。
一、近代自然科学的兴起 （1）兴起的时间： 15世纪下半叶 （2）兴起的原因：
材料：从公元476年西罗马帝国灭亡到十五世纪中叶的中世纪，基 督教神学占据统治地位，“科学只是教会恭顺的婢女，它不得超越 宗教所规定的界限。”圣经神话成为构成宇宙体系的依据。随着西 欧资本主义经济的发展、文艺复兴和宗教改革运动地开展，欧洲的 先哲们从怀疑教会推崇的“地心说”开始，首先在天文学领域对教 会的神学世界观发起了猛烈的冲击，他们通过观察和实验，提出了 许多新的理论，从而促使了近代自然科学的产生和发展。

研究对象
研究方法 两者关系
整体考察 直观感受，哲学思辨 两相分离
密切结合
二、近代物理学的兴起和发展 （1）近代物理学的兴起的标志——牛顿力学体系的建立 （经典力学体系的建立） ①牛顿力学体系产生前物理学领域的一些学说
亚里士 多德
伽利略
学 说 力学观：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。 “物体下落的速度和重量成比例”的学说。 力学观：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。 自由落体定律。
海王星和冥王星的发现
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。
“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
牛顿捡到了哪些‚光滑的石子‛和‚美丽的贝壳‛？
微积分；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；
“巨人肩上的思索”
牛顿曾谦逊地说：“如果我比别人看得 远些，那是因为我站在巨人们的肩上。”
④量子理论思想的主要内容
“物体在发射辐射和吸收辐射时，以一定数值的整数倍进 行能量交换。正如物质是由一个个原子组成的一样，能量 也是由一份‘能量原子’构成的，这就是‘量子’‛。
⑤量子理论的发展 A、1905年，爱因斯坦利用量子理论成功地解释了 光电效应，指出光具有波粒二象性； B、1923年，德布罗意提出了物质波理论，认为微 观粒子具有波动性；
回答：巨人们包括哪些人？牛顿的成就与前人研 究成果的关系?
巨人： 伽利略、笛卡尔、开普勒
关系：近代科学在否定中发展，在继承中发展， 在综合中发展。
材料：启蒙运动的意识形态倾向于把自然哲学家变成英雄， 而在法国最伟大的英雄是牛顿，……在法国人如伏尔泰和 孟德斯鸠的心目中，英国是自由思想和意志自由之源，不 过这也是因为他解开了行星之谜．说明它们的运动遵循着 与地上运动相同的规律。 ——托马斯· L· 汉金斯《科学与启蒙运动》 牛顿解开“行星之谜”的“规律”主要指什么?请指出顿 力学体系的确立对近代科学和思想领域的重大影响。 万有引力定律。 使科学摆脱了神学的束缚向前发展；到1 9世纪，近代自然 科学进入了全面繁荣的时代，各门自然科学的理论体系纷 纷建立起来；促进了欧洲启蒙运动的发生。
物理学真的已经完成了吗？
经典物理学是以日常生活中常见的低速运动的 物体为研究对象的，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。
三、近代物理学的发展—量子理论的诞生和相对论的创立 （1）量子理论的诞生 ①三个概念 量子：在微观领域中，某些物理量里的变化是以最小的单位跳跃式 进行的，而不是连续的。这个最小单位叫量子 黑体：一般物体受到辐射时，对辐射能量总是有吸收、反射，具有 这种能力的物体叫黑体 绝对黑体：一般物体受到辐射时，对辐射能量总是有吸收、反射， 如果吸收系数为1，表示全部能量能被吸收而没有反射，具有这种 能力的物体叫绝对黑体 ②诞生的基础：奥地利物理学家斯蒂芬对黑体的研究成果。 ③诞生的标志： 1900年，德国物理学家普朗克提出了量子概念。并在《关于正常光 谱能量分布定律的理论》中，阐述了这一量子理论的思想，标志着 量子理论的诞生。
⑥量子力学的建立： 奥地利、德国的物理学家建立了量 子力学
⑦量子论和量子力学提出的意义
（1）量子力学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。 （2）量子理论让人们从根本上改变了近 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都发生了重大变革。
（2）相对论的创立
关于相对论，有人说：这个形式简洁优美的理论蕴藏了 太多令人惊讶的内容，100年来，人们时时从中悟出宇宙 层出不穷的奥秘，直到今天，这里还有很多内容没有被我 们悟透。……
通过观察、实验和推理
伽利略的遭遇
1616年，伽利略被传唤到罗马的宗教裁判所，并责令伽利略保 持沉默。伽利略发表《两种世界观的对话》一书，被教会认为违反 了禁令被召到罗马囚禁受到缺席审判，遭到苦刑和恐吓，并被迫当 众跪着忏悔，最后被判处终身监禁，他的书也被列为禁书。 1642 年，伽利略在贫病交加中逝世。在他离开人世的前夕，他还重复着 这样一句话：“追求科学需要特殊的勇气。” 1983年，罗马教廷正式承认，350年前宗教裁判所对伽利略的 审判是错误的。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。
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，年轻的德国 人普朗克和他的老师发生了一段对话： 普朗克：“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。”
爱因斯坦关于相对论的比喻。
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。”
这个故事形象地说明了时 间和空间的相对性。
看了这段材料同学们想想看，近代自然科学产生的原 因有哪些？
A、文艺复兴、宗教改革等思想解放运动的影响； B、资本主义的发展提供了物质基础； C、科学家勇于探索的精神。 （3）兴起的标志：哥白尼提出了“太阳中心说” （4）近代自然科学的特征 ①用实验可以验证 ②用数学可以精确表达 （5）近代科技与古代科技的比较 古代科技 近代科技 分门别类 通过观察、实验和推理
想一想:上述现象说明了什么问题?给我们什么启发? 说明：象许多事物一样，科学的发展道路也并非一帆风顺， 往往会遇到很多阻力。 启示：要敢于怀疑常识，勇于创新，因为即使生活中习以 为常、看起来无懈可击的规律也可能是不科学的。
乘坐“光子火箭”以光速作星际旅行，回到地 球时，我们会发现什么变化？
“天上方一日，人间已一年‛
由于相对论的观点与人们的日常经验不太一致，甚至 有着尖锐的冲突，相对论从一开始就受到包括一些科 学家在内的很多人的反对。1921年爱因斯坦获得了诺 贝尔奖，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，他们就要退回已获得的奖章，结果 评选委员会只好让爱因斯坦作为光电效应理论的建立 者得奖，相对论始终没有获得诺贝尔奖。但相对论在 物理学上却非常合理且为实验所证实。
相对论能修正GPS（全球定位系统） 全球定位系统———GPS的应用也已普及化了， 许多城市的公共汽车、出租车上都安装了它。早 期的GPS接收器确定物体位置的误差是在15米范围 内，这个误差可以用爱因斯坦相对论来修正。
广义相对论
3、相对论建立的意义
① 爱因斯坦相对论的建立，是对近代物理学理论框架的 重大突破，它不仅揭示了空间、时间的可变性，而且说明， 无论是空间还是时间都不能单独发生变化，时空的变化和 时空结构同物质的运动和状态密不可分。 ② 这种全新的时空观、运动观和物质观的形成，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。 ③量子论和相对论构成现代物理学的基本理论框架。
看了这段介绍，你有什么想法？
②牛顿力学体系的建立（经典力学体系的建立） 形成条件 A、生产的发展对基础理论提出了迫切要求 。 B、伽利略等人的研究打下了厚实基础。 C 、牛顿做出的巨大努力。（注重实验） D、同时代众多科学家通力合作 主要内容 牛顿运动的三定律（惯性、加速度、作用力和 反作用力定律）、万有引力定律 形成标志 1687年《自然哲学的数学原理的发表 主要特点 A、注重实验 B、力学体系的数学化
老兄：实在不好意思！不 是我有意和你作对，关键 是我遇事总喜欢问为什么？ 而且更愿意通过实验来印 证理论是否合理？ 小老弟：我很不明 白，你为什么总是 和我这个权威人士 过不去呢？
伽利略是用什么办法推翻亚里士多德的学说？
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。