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岳麓版必修三现代科学革命市公开课一等奖百校联赛获奖课件.pptx
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1、第第2525课课当代科学革命当代科学革命从经典力学到相对论和量子论从经典力学到相对论和量子论课标要求:课标要求:知道相对论和量子知道相对论和量子论论主要内容主要内容,认识其认识其意义意义第1页请看图回答:请看图回答:他们分别是什么人他们分别是什么人?做出了什么贡献?做出了什么贡献?第2页伽利略伽利略开创了以开创了以试验事实试验事实为依据为依据并含有严密逻辑体系近代科学,被誉并含有严密逻辑体系近代科学,被誉为为“近代科学之父近代科学之父”经典力学奠基者经典力学奠基者 牛顿牛顿发觉了著名万有引力定律和发觉了著名万有引力定律和牛顿力学三定律牛顿力学三定律,建立了经典力学基,建立了经典力学基本体系,实
2、现了物理学史上第一次大本体系,实现了物理学史上第一次大飞跃飞跃经典力学建立者经典力学建立者请思索牛顿主要贡献及牛顿力学影响请思索牛顿主要贡献及牛顿力学影响第3页牛顿经典力学创建牛顿经典力学创建近代科学形成标志近代科学形成标志1 1、牛顿主要成就(数学和物理学)、牛顿主要成就(数学和物理学)(1 1)数学:微积分创建。)数学:微积分创建。(2 2)物理学:总结出)物理学:总结出万有引力定律万有引力定律和和牛顿力学三定律牛顿力学三定律(包含在经典力学体系中)(包含在经典力学体系中)(3 3)代表作:)代表作:16871687年年自然哲学数学原理自然哲学数学原理,建立起一,建立起一个完整力学理论体系
3、。实现了物理学史上第一次大飞跃。个完整力学理论体系。实现了物理学史上第一次大飞跃。2 2、牛顿经典力学影响、牛顿经典力学影响有利于人类解释与预见物理现象,是经典物理学和天文有利于人类解释与预见物理现象,是经典物理学和天文学基础,学基础,标志标志人类科课时代开始。人类科课时代开始。(自然科学角度,实现(自然科学角度,实现了自然科学第一次理论性大综合)了自然科学第一次理论性大综合)牛顿力学和热学引发了第一次工业革命牛顿力学和热学引发了第一次工业革命(生产力和社会(生产力和社会发展角度)发展角度)为启蒙思想和唯物主义哲学奠定科学基础为启蒙思想和唯物主义哲学奠定科学基础(哲学角度)(哲学角度)第4页
4、当德国著名当德国著名 物理学家物理学家普朗克普朗克年轻时向他老师年轻时向他老师讨教,是选择音乐还是物理学作为自己终生职业讨教,是选择音乐还是物理学作为自己终生职业时,得到回复是:时,得到回复是:“物理学基本是一门已经完成物理学基本是一门已经完成了科学,所以,对于物理学研究实际上是不会有了科学,所以,对于物理学研究实际上是不会有多大结果。多大结果。”当初许多物理学家认为:物理学大厦已经当初许多物理学家认为:物理学大厦已经 落成,落成,人类对自然界认识已经到了尽头。人类对自然界认识已经到了尽头。经典力学创建以后,人们把经典力学看作绝对权威理经典力学创建以后,人们把经典力学看作绝对权威理论,认为一切
5、自然现象都能够用经典力学加以说明。论,认为一切自然现象都能够用经典力学加以说明。事实果真如此吗?事实果真如此吗?第5页 物理学新发觉:物理学新发觉:X射线、放射性和电子发觉,射线、放射性和电子发觉,这三大发觉都无法用经典物理学来解析,与经典物理这三大发觉都无法用经典物理学来解析,与经典物理学理论体系产生了尖锐矛盾,揭示了经典物理学不足。学理论体系产生了尖锐矛盾,揭示了经典物理学不足。经典物理学所研究是经典物理学所研究是人们日常生活中易于了解人们日常生活中易于了解宏观世界宏观世界,三大发觉所揭示却是人们没有直接经验,三大发觉所揭示却是人们没有直接经验微观现象。这就要求人们对物质认识要提升到一个微
6、观现象。这就要求人们对物质认识要提升到一个新层次,物理学要进行一场彻底变革。新层次,物理学要进行一场彻底变革。第6页一、背景:一、背景:经典物理学危机经典物理学危机经典力学存在经典力学存在不足不足,面临着,面临着危机危机和和挑战挑战建立在建立在绝对时空观理论绝对时空观理论之上之上适用范围主要是人们适用范围主要是人们日常生活日常生活中物理现象中物理现象1、辉煌:、辉煌:2、危机:、危机:1719C牛顿经典力学日趋牛顿经典力学日趋完善和成熟、绝对权威完善和成熟、绝对权威理论。理论。19C末经典物理学无法解释末经典物理学无法解释新问题、新发觉新问题、新发觉。经典力学无法解释物理学研究中碰到一些新问题
7、:经典力学无法解释物理学研究中碰到一些新问题:经典力学无法解释物理学研究中碰到一些新问题:经典力学无法解释物理学研究中碰到一些新问题:高速运动中物理现象高速运动中物理现象微观粒子运动微观粒子运动物理学面物理学面临不但仅临不但仅是危机,是危机,也是一场也是一场伟大革命伟大革命第7页想一想:依据事物发展规律和过程,会有终极理论和真想一想:依据事物发展规律和过程,会有终极理论和真理吗?到了理吗?到了1919世纪末期,经典物理学发展又出现了什么世纪末期,经典物理学发展又出现了什么问题?请同学们结合书本内容思索作答。问题?请同学们结合书本内容思索作答。显然不会。显然不会。到到1919世纪末,经典物理学对
8、世纪末,经典物理学对宏观宏观和和微观微观两个方两个方面出现一系列新问题已无法作出解释,经典物理面出现一系列新问题已无法作出解释,经典物理学出现了学出现了危机危机,科学家们把经典物理学危机形象,科学家们把经典物理学危机形象比喻为比喻为“晴空上漂浮着两朵乌云晴空上漂浮着两朵乌云”,一朵乌云与,一朵乌云与宏观世界里光速度宏观世界里光速度相关,一朵与相关,一朵与微观世界里热体微观世界里热体辐射辐射相关。相关。第8页 “以太以太以太以太”是指被用来表示占据并充满整个宇宙一个媒质。是指被用来表示占据并充满整个宇宙一个媒质。是指被用来表示占据并充满整个宇宙一个媒质。是指被用来表示占据并充满整个宇宙一个媒质。
9、影响影响影响影响:因为因为因为因为“以太以太以太以太”不存在,使得经典物理学赖以建立绝不存在,使得经典物理学赖以建立绝不存在,使得经典物理学赖以建立绝不存在,使得经典物理学赖以建立绝对对对对时空观时空观时空观时空观受到了严峻挑战。引发物理学一场革命,在革命中受到了严峻挑战。引发物理学一场革命,在革命中受到了严峻挑战。引发物理学一场革命,在革命中受到了严峻挑战。引发物理学一场革命,在革命中量子论和相对论诞生了。量子论和相对论诞生了。量子论和相对论诞生了。量子论和相对论诞生了。第9页二、当代科学革命二、当代科学革命物理学革命物理学革命(2020世纪)世纪)1 1、相对论创建、相对论创建爱因斯坦爱因
10、斯坦 爱因斯坦(Albert Einstein,1879-1955),1879年生于德国,是举世闻名德裔美国科学家,当代物理学开创者和奠基人。爱因斯坦19毕业于苏黎士工业大学,19开始在大学任教,19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。19获诺贝尔物理学奖。第10页 思索中晚年爱因斯坦思索中晚年爱因斯坦青年时期爱因斯坦青年时期爱因斯坦作为科学家爱因斯坦,他是窥见上帝秘密人;作为科学家爱因斯坦,他是窥见上帝秘密人;作为
11、思想家爱因斯坦,他是窥见人间秘密人。作为思想家爱因斯坦,他是窥见人间秘密人。第11页(1)相对论提出)相对论提出19提出匀速运动体系狭义相对论19提出加速运动体系广义相对论(2 2)内容)内容光速不变原理光速不变原理相对性原理:相对性原理:二、当代科学革命二、当代科学革命物理学革命物理学革命(2020世纪)世纪)1 1、相对论创建、相对论创建爱因斯坦爱因斯坦时间、空间、运动、质量是相对,可以相互转化第12页爱因斯坦关于相对论比喻。爱因斯坦关于相对论比喻。为了对这一深奥理论做通俗说明,爱因为了对这一深奥理论做通俗说明,爱因斯坦曾经幽默地对一名男青年说:斯坦曾经幽默地对一名男青年说:“我打个我打个
12、比喻,比如你屁股坐在火炉上烤和坐在公园比喻,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,一样时间你柳荫下与女士谈情说爱,那么,一样时间你以为哪一个更长?以为哪一个更长?”男青年说:男青年说:“当然坐在当然坐在火炉上烤时间以为长久。火炉上烤时间以为长久。”这故事形象说明了时间和空间相这故事形象说明了时间和空间相对性。对性。第13页(1)相对论提出)相对论提出19提出匀速运动体系狭义相对论19提出加速运动体系广义相对论(2 2)内容)内容相对性原理:相对性原理:光速不变原理光速不变原理光速不变原理光速不变原理二、当代科学革命二、当代科学革命物理学革命物理学革命(2020世纪)世纪)
13、1 1、相对论创建、相对论创建爱因斯坦爱因斯坦时间、空间、运动、质量是相对,可以相互转化(研究高速运动物质)(研究高速运动物质)(3 3)意义)意义物理学:物理学领域物理学:物理学领域最伟大革命最伟大革命否定了否定了经典力学经典力学绝对时空观绝对时空观,揭示了,揭示了时空相对性。处理了时空相对性。处理了经典物理学危机,解释不一样运动状态物质,创建了全新经典物理学危机,解释不一样运动状态物质,创建了全新物理学世界,扩展了物理学应用领域物理学世界,扩展了物理学应用领域也使人们对自然规律探索从普通世界深入到辽阔宏观宇宙空间。也使人们对自然规律探索从普通世界深入到辽阔宏观宇宙空间。思维:辩证对待世界思
14、维:辩证对待世界第14页 怎样了解相对论怎样了解相对论?在相对性原理中,爱因斯坦认为时间、运动、质量不在相对性原理中,爱因斯坦认为时间、运动、质量不是绝正确,而是相正确。较经典现象是是绝正确,而是相正确。较经典现象是运动运动物体长度变短物体长度变短(尺缩效应)、(尺缩效应)、运动运动钟比静止钟走得慢(钟慢效应)、钟比静止钟走得慢(钟慢效应)、运运动动物体重量变大。物体重量变大。光速不变原理则认为光传输速度在任何条件下都是不光速不变原理则认为光传输速度在任何条件下都是不变。变。第15页3、相对论意义:、相对论意义:(1)处理了经典物理学危机,)处理了经典物理学危机,创造了一个全新物理学创造了一个
15、全新物理学世界,极大地扩展了物理学应用领域;也使人们对自世界,极大地扩展了物理学应用领域;也使人们对自然规律探索从普通世界深入到辽阔宏观宇宙空间。然规律探索从普通世界深入到辽阔宏观宇宙空间。(2)打破了经典物理学绝对化思维模式,为人们提供)打破了经典物理学绝对化思维模式,为人们提供了辩证对待世界路径。了辩证对待世界路径。第17页“相对论相对论”妙解妙解有一次,群众包围了从德国移居美国科学家爱因斯坦有一次,群众包围了从德国移居美国科学家爱因斯坦住宅,要他用住宅,要他用“最简单话最简单话”解释清楚他解释清楚他“相对论相对论”。当初,听说全世界只有几个高明科学家看得懂他关于当初,听说全世界只有几个高
16、明科学家看得懂他关于“相对论相对论”著作。著作。爱因斯坦走出住宅,对大家说:爱因斯坦走出住宅,对大家说:“比喻这么说比喻这么说你同你最亲人坐在火炉边,一个钟你同你最亲人坐在火炉边,一个钟头过去了,你以为好像只过了头过去了,你以为好像只过了5 5分钟!反过来,你一分钟!反过来,你一个人孤孤独单地坐在热气逼人火炉边,只过了个人孤孤独单地坐在热气逼人火炉边,只过了5 5分钟,分钟,但你却像坐了一个小时。但你却像坐了一个小时。唔,这就是相对论!唔,这就是相对论!”第18页 这就提醒人们甚至要勇于怀疑常识,勇于创新,这就提醒人们甚至要勇于怀疑常识,勇于创新,因为即使生活中习认为常、看起来无懈可击规律都因
17、为即使生活中习认为常、看起来无懈可击规律都有可能是不科学。有可能是不科学。问题探究 因为相对论观点与人们日常经验不太一致,甚至有着尖锐冲突,相对论从一开始就受到包含一些科学家在内很多人反对。19爱因斯坦取得了诺贝尔奖,当初不少德国诺贝尔奖取得者威胁说,假如给相对论授奖,他们就要退回已取得奖章,结果评选委员会只好让爱因斯坦作为光电效应理论建立者得奖,相对论一直没有取得诺贝尔奖。但相对论在物理学上却非常合理且为试验所证实。这说明了一个什么问题这说明了一个什么问题?能够给我们什么启发能够给我们什么启发?第19页爱因斯坦能够取得伟大成就有哪些条件爱因斯坦能够取得伟大成就有哪些条件?(1 1)科学发展提
18、供了基础;)科学发展提供了基础;(2 2)科学发展需要提供了动力;)科学发展需要提供了动力;(3 3)个人坚持不懈勤奋追求真理优异品)个人坚持不懈勤奋追求真理优异品质;质;(4 4)科学工作和研究方法。)科学工作和研究方法。相对论与经典力学关系相对论与经典力学关系A、继承与发展、继承与发展 B、批判继承与发展、批判继承与发展 C、完全否定、完全否定第20页 材料解析题:材料解析题:爱爱因因斯斯坦坦说说,在在牛牛顿顿时时代代,牛牛顿顿道道路路是是一一位位含含有有最最高高思思维维能能力力和和创创造造力力人人所所能能发发觉觉唯唯一一道道路路;牛牛顿顿所所创创造造概概念念,至至今今依依然然指指导导着着
19、我我们们物理学思想。物理学思想。请回答:请回答:“牛顿时代牛顿时代”在物理学上指什么时代?在物理学上指什么时代?有有些些人人认认为为相相对对论论出出现现后后,牛牛顿顿在在历历史史上上光光芒芒完完全全被被摸摸掉掉。爱爱因因斯坦是怎样评价牛顿?你同意哪一个观点?说出你理由。斯坦是怎样评价牛顿?你同意哪一个观点?说出你理由。经典力学体系建立时代经典力学体系建立时代 爱因斯坦认为,牛顿爱因斯坦认为,牛顿“是一位含有最高思维能力和创造力人是一位含有最高思维能力和创造力人”,其理论对当代物理学依然含有指导作用。,其理论对当代物理学依然含有指导作用。同意第一个:牛顿力学体系建立是近代科学形成标志,在欧洲同意
20、第一个:牛顿力学体系建立是近代科学形成标志,在欧洲启蒙思想宣扬科学、反对封建神学运动中发挥了极大作用,以牛顿启蒙思想宣扬科学、反对封建神学运动中发挥了极大作用,以牛顿力学为代表经典物理学开创了一个崭新科课时代。相对论是在经典力学为代表经典物理学开创了一个崭新科课时代。相对论是在经典物理学基础上发展起来,二者之间是继承与发展而不是相互排斥关物理学基础上发展起来,二者之间是继承与发展而不是相互排斥关系。系。第21页牛顿力学体系与爱因斯坦相对论关系牛顿力学体系与爱因斯坦相对论关系 1、牛顿力学体系概括了物体宏观运动规律,这、牛顿力学体系概括了物体宏观运动规律,这些定律有一个不容忽略前提,即物体在低速
21、运动些定律有一个不容忽略前提,即物体在低速运动情况下这些定律才适用。情况下这些定律才适用。2、爱因斯坦相对论否定了牛顿绝对时空观,指、爱因斯坦相对论否定了牛顿绝对时空观,指出时间和空间辩证关系,即时间和空间不是绝对出时间和空间辩证关系,即时间和空间不是绝对不变,而是伴随物质运动而改变,并提出质量能不变,而是伴随物质运动而改变,并提出质量能量公式,加深了人们对物质和运动认识,在哲学量公式,加深了人们对物质和运动认识,在哲学和科学上都含有重大意义。和科学上都含有重大意义。3、相对论发展了牛顿力学,牛顿力学只是相对、相对论发展了牛顿力学,牛顿力学只是相对论在低速运动状态下一个特例。牛顿力学是整个论在
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