专题七 近代以来科学技术的辉煌

文艺复兴 思想解放 科技历程 科学勃兴 进展辉煌 经典力学、相对论和量子论、进化论 转化生产 科技革命 三次科学技术革命

一 近代物理学的奠基人和革命者

本课结构： 一、牛顿力学体系； （第一框） 二、量子论；（第二框） 三、相对论；（第三框）

一、认识史上的飞跃——经典力学 1、亚里士多德 2、伽利略 3、牛顿

亚里士多德 “物体下落的速度和重量成比例”的学说。 亚里士多德的学说长期被教会奉为教条 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。 亚里士多德的学说长期被教会奉为教条 亚里士多德

　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： 伽利略

推翻了亚里士多德的学说 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。

他观测到月球表面凹凸不平，并绘制了第一幅月面图。 伽利略的折射式望远镜 伽利略的手稿 证明了哥白尼的“日心说”的正确性。 1609年，伽利略创制了天文望远镜。 　　他观测到月球表面凹凸不平，并绘制了第一幅月面图。

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”。 　后来，亚里士多德和托勒密所提出的希腊宇宙体系逐渐深入人心，托马斯·阿奎那将亚里士多德理论融入基督教神学之后，地心理论即获得了正统地位。地球居宇宙中心的思想被赋予了宗教意义，人类及其居住的地球被置于上帝的怀抱之中，沐浴着上帝的光辉，并被圣恩所笼罩。上帝位处宇宙的最外层，推动着宇宙的运行，注视着人类的一举一动。

　哥白尼提出太阳中心说从根本上动摇了宗教神学的理论基础

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。

牛顿能创立经典力学体的条件有哪些？（请结合书本第120页的内容） 牛顿的运动三定律： 惯性定律、加速度定律、作用力和反作用力定律。 万有引力定律。 牛顿能创立经典力学体的条件有哪些？（请结合书本第120页的内容） 牛顿的力学体系（经典力学体系） ——它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。 前人的基础，注重实验 经典力学显著的特征：以实验为基础，以数学为表达形式。 标志：1687年《自然哲学的数学原理》

难点突破：经典力学在近代自然科学理论发展中的历史地位及其影响。 伽利略的发现标志着物理学的真正开端，为经典力学的建立奠定了基础。 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。 　　三百年前，人类的思想还充斥着迷信和恐惧，水为什么往低处流？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

难点突破：经典力学在近代自然科学理论发展中的历史地位及其影响。 （1）经典力学具有惊人的预见性和巨大的理论指导意义。 A、准确算出了地球的平均密度和扁平率 B、正确地解释了潮汐的成因 C、发现了海王星、冥王星 （2）经典力学促进了两次科技革命的出现。 （3）经典力学打击了神学，促进了人们思想解放。 （4）经典力学为量子论和相对论奠定了理论基础，标志着近代科学的形成。

海王星和冥王星的发现

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 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。

　　1727年，牛顿去世。英国以隆重的国葬仪式将他安葬在威斯敏斯特大教堂，这里一向是王公贵族的墓地，牛顿成为第一个安息在此的科学家。出殡的那天，成千上万的普通市民涌向街头为他送行；抬棺椁的，是两位公爵、三位伯爵和一位大法官；在教堂合唱的哀歌中，王公贵族、政府大臣和文人学士们一起向这位科学巨人告别。 　　目睹了牛顿葬礼的法国思想家伏尔泰为之深深感动，他感慨道：“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。”整个社会在向一个科学家表达着由衷的敬意，这是一个国家对于科学家的态度，也是一个国家对于科学的态度。

总结认识： 　1）经典力学的重要奠基者 ──伽利略； 　　　　　2）经典力学的建立 　　　　　　 ──牛顿；

　　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。” 物理学真的已经完成了吗？

二、驱走乌云的太阳——量子论 微观世界 19世纪末，物理学界的重大研究课题是黑体辐射问题。 高速运动的微观粒子发生的现象，是经典力学无法解释的！ 微观世界

量子论确实深奥难懂，甚至连量子论奠基人之一的玻尔都说： “如果谁不为量子论而感到困惑，那他就是没有理解量子论。”

它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。 二、驱走乌云的太阳——量子论 （1）量子力学成为反映自然界基本规律的理论体系 ——指导着人们向物质运动的各个层面进行深入探讨。 （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。 它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。

照片里的他 故事里的他 　　四岁多还不会说话，家里人担心他是个低能儿。 　　行为迟钝，他说话所用的时间比起别的孩子要多得多。

照片里的他 故事里的他 　　中小学时代常常被斥为“生性孤僻、智力迟钝”，“不守纪律、心不在焉、想入非非”。中学毕业前夕，校方甚至断言他未来将“一事无成”，勒令他退了学。16岁那年，他以同等学历报考大学，尽管物理、数学成绩很好，但由于需要死记硬背的科目考砸了锅，只得名落孙山。

照片里的他 故事里的他 　　大学里老师都不大看得起他，不愿意把他留下来做助教；他几次去请求，人家也不要他；甚至于有几次他几乎要失业了。几次在中学里面求职，最后在专利局里面找到一个职位。他每个星期要在专利局工作大概40多个小时。

20世纪的科学伟人爱因斯坦

艾伯特·爱因斯坦（1879—1955），1879年3月14日诞生在德国乌尔姆的一个犹太人家中。1894年举家迁居意大利米兰。1900年毕业于瑞士苏黎世工业大学。 爱因斯坦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，并揭示了光的波粒二重性本质，为量子力学的建立奠定了基础。为此荣获1921年度的诺贝尔物理学奖。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。

　有一次，爱因斯坦与著名演员卓别林一起出席一个宴会，他们都受到了热烈的欢迎。卓别林对爱因斯坦开玩笑说：“大家欢迎我是因为他们都能理解我，大家欢迎你是因为他们都不理解你。”

爱因斯坦关于相对论的比喻。 这故事形象说明了时间和空间相对性。 名称 时间 内容 狭义 相对论 1905年《论动体的电动力学》 反映的是物体高速运动的客观规律。 认为，“时间和空间都与物质的运动有关，随着物质运动速度的变化而变化。” 广义 1916年 第一次阐述了四维时空和物质的分布相联系的思想。 认为，“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质量及其分布情况，空间弯曲的程度体现为引力场强度。空间、时间不是独立的实在，它们是物质存在的形式。”。 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。” 这故事形象说明了时间和空间相对性。

1939年8月2日，爱因斯坦出于对人类命运的极大关注，写信给罗斯福总统，建议美国务必抢在法西斯德国之前制造出原子弹。 　1939年8月2日，爱因斯坦出于对人类命运的极大关注，写信给罗斯福总统，建议美国务必抢在法西斯德国之前制造出原子弹。 　1945年8月，美国先后在日本的广岛、长崎投下两颗原子弹，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：“早知如此，我宁可当个修表匠！” 31

我不知道第三次世界大战用什么武器，但是第四次世界大战人们将只会用木棒和石头打仗了。 ——爱因斯坦

　　1955年4月18日，爱因斯坦因主动脉瘤破裂逝世于普林斯顿。遵照他的遗嘱，不发讣告，不举行公开葬礼，不建坟墓，不立纪念碑。火化时按照他的书面遗嘱：免除所有花卉布置以及所有音乐典礼。骨灰撒在永远对人保密的地方，为的是不使任何地方成为圣地。遗嘱执行者用歌德悼念席勒的诗结束了那朴素的葬礼： 　　我们全都获益不浅， 　　全世界都感谢他的教诲； 　　那专属他个人的东西， 　　早已传遍广大人群。 　　他像行将陨灭的彗星， 　　光华四射， 　　把无限的光芒同他的光芒永相连结。

三、爱因斯坦的“时空”——相对论 （1）相对论的建立是对近代物理学理论框架的重大突破——深刻揭示了空间和时间的本质属性． （2）相对论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。 相对论与量子理论共同构成了现代物理学的基本理论框架。

难点突破： 牛顿力学与爱因斯坦相对论的关系？ 时空观 力学观 运动规律 适用范围 牛顿 爱因斯坦 宏观世界 绝对时空观 低速运动 微观世界 认为时空会随物体 速度变化而变化； 空间结构和性质取 决于物质的分布。 相对论力学（包含牛顿力学） 宏观世界 低速运动 绝对时空观 微观世界 高速运动

近代物理学的奠基人和革命者 一.经典力学的奠基—— 伽利略的贡献 二.经典力学的建立——牛顿的贡献 三.物理学革命——普朗克和爱因斯坦的贡献

寄语： 　　爱因斯坦说：“全民族创造性思维的自由发挥将决定着国家未来的繁荣昌盛。”相信大家能做一个21世纪富有批判性思维、创造性思维的人。