物理学的重大发展公开课一等奖优质课大赛微课获奖课件.pptx

第1页第1页物理学物理学 （典型力学、相对论、量子论）（典型力学、相对论、量子论）生物学生物学 （进化论）（进化论）三次科技革命创造创造三次科技革命创造创造 （蒸汽机、电力、计算机）（蒸汽机、电力、计算机）第四单元第四单元 近代以来世界科学发展历程近代以来世界科学发展历程科学理论科学理论科学技术科学技术第第1111课课 物理学重大发展物理学重大发展第第1212课课 摸索生命起源之迷摸索生命起源之迷第第1313课课 从蒸汽机到互联网从蒸汽机到互联网第2页第2页近代科学开端标志：近代科学开端标志：天文学革命天文学革命近代科学正式形成标志：近代科学正式形成标志：典型力学体系建立典型力学体系建立近代科学近代科学：以试验事实为依据并含有严：以试验事实为依据并含有严密逻辑体系和数学表述形式科学密逻辑体系和数学表述形式科学第3页第3页第第11 11课课物理学重大发展物理学重大发展第4页第4页 第11课 物理学重大进展一.典型力学创建 1.近代科学产生背景 2.伽利略典型力学奠基者 3.牛顿创建典型力学体系二.相对论创建 1.背景：19世纪出现典型力学无法解释新现象 2.提出：爱因斯坦 狭义相对论和广义相对论 3.历史意义：对物理学 对人类思想三.量子论诞生与发展 1.背景：典型力学无法解释微观粒子运动 2.诞生：19普朗克提出量子假说 3.发展：爱因斯坦 玻尔 4.意义：革命性进步 当代物理学基础 开阔视野适合用于宏观物体低速运动状态适合用于宏观物体低速运动状态适合用于宏观宇宙高速运动状态适合用于宏观宇宙高速运动状态适合用于微观世界粒子运动适合用于微观世界粒子运动第5页第5页典型力学典型力学小结：力学进展历程小结：力学进展历程、量子力学、量子力学相对论力学相对论力学典型力学奠基17世纪初典型力学建立17世纪后期相对论相对论2020世纪初世纪初量子论量子论2020世纪初世纪初伽利略伽利略（意）（意）牛顿牛顿（英）（英）爱因斯坦爱因斯坦（德）（德）普朗克普朗克（德）（德）第6页第6页下列哪一理论提出，使人类对微观世界结识下列哪一理论提出，使人类对微观世界结识有了革命性进步？（有了革命性进步？（）A万有引力定律万有引力定律 B进化论进化论 C相对论相对论 D量子理论量子理论第7页第7页宇宙探险宇宙探险一书认为，由于科学家一书认为，由于科学家“揭示揭示了时间空间与物质分布、运动之间辩证关系，了时间空间与物质分布、运动之间辩证关系，提出了新宇宙观，同时使得当代物理学和天提出了新宇宙观，同时使得当代物理学和天文学如此结合而产生了天体物理学，为人类文学如此结合而产生了天体物理学，为人类研究和摸索宇宙提供了新更广泛路径。研究和摸索宇宙提供了新更广泛路径。”你你认为为此作出最主要奉献应是认为为此作出最主要奉献应是()A创建万有引力牛顿创建万有引力牛顿 B创建相对论爱因斯坦创建相对论爱因斯坦C提出量子假说普朗克提出量子假说普朗克 D提出太阳中心说哥白尼提出太阳中心说哥白尼第8页第8页电视系列片电视系列片大国崛起大国崛起解说词中说：解说词中说：“三三百年前，人类思想还充斥着迷信和恐惊，水百年前，人类思想还充斥着迷信和恐惊，水为何会往低处流？太阳为何会升起落下？这为何会往低处流？太阳为何会升起落下？这些今大看来简朴至极问题，曾经是主线无法些今大看来简朴至极问题，曾经是主线无法结识和把握。结识和把握。”伴随科学发展，这些伴随科学发展，这些“主线主线无法结识和把握无法结识和把握”问题，终于被人类破解了。问题，终于被人类破解了。其标志性科学成就是其标志性科学成就是()A哥白尼日心说哥白尼日心说 B牛顿典型力学牛顿典型力学 C达达尔文进化论尔文进化论 D爱因斯坦相对论爱因斯坦相对论第9页第9页“在牛顿描述世界中，处处充斥着井然有序规在牛顿描述世界中，处处充斥着井然有序规律和法则律和法则于是更多人开始建立这样一个世于是更多人开始建立这样一个世界观：既然物质世界有着如此自然规律，那么界观：既然物质世界有着如此自然规律，那么在人类社会发展中，也应当有类似规律存在。在人类社会发展中，也应当有类似规律存在。”这一观点阐明了牛顿发觉这一观点阐明了牛顿发觉能够改变人世界观能够改变人世界观 对文艺复兴和宗教改革兴起产生了影响对文艺复兴和宗教改革兴起产生了影响对思想家们描绘资产阶级共和国蓝图产生影对思想家们描绘资产阶级共和国蓝图产生影响响为资产阶级革命奠定了理论基础为资产阶级革命奠定了理论基础A B C D第10页第10页伽利略通过梁弯曲试验和理论分析，指出对伽利略通过梁弯曲试验和理论分析，指出对长度相同圆柱形梁，抗弯力矩和半径立方成长度相同圆柱形梁，抗弯力矩和半径立方成百分比。百分比。1685年，牛顿发觉了万有引力定律：年，牛顿发觉了万有引力定律：两个物体之间有引力，引力和距离平方成反两个物体之间有引力，引力和距离平方成反比，和两个物体质量乘积成正比。从这两个比，和两个物体质量乘积成正比。从这两个事例中能够看出自然科学特性之一（事例中能够看出自然科学特性之一（）A试验是近代科学研究所有方式试验是近代科学研究所有方式 B数学方式是主要表示形式数学方式是主要表示形式C17世纪物理学是关键学科和基础学科世纪物理学是关键学科和基础学科 D揭示时间和空间本质属性揭示时间和空间本质属性第11页第11页哥白尼、牛顿和爱因斯坦被称为近代以来最哥白尼、牛顿和爱因斯坦被称为近代以来最伟大科学家，其理论共同之处是伟大科学家，其理论共同之处是A得到了科学试验验证得到了科学试验验证 B改变了人类对自然世界结识改变了人类对自然世界结识C推动了技术重大突破推动了技术重大突破 D科学地概括出物质运动定律科学地概括出物质运动定律第12页第12页科学技术进步是推动人类社会发展动力。下列重大发明(发现)与应用之间建立起相应关系，不正确是 A.牛顿力学定律蒸汽机发明B.电磁学原理冥王星发现C.相对论核能利用D.量子力学理论半导体发明第13页第13页第14页第14页一、典型力学创建一、典型力学创建 1、近代自然科学产生背景、近代自然科学产生背景资本主义工业和商品经济发展为近代自资本主义工业和商品经济发展为近代自然科学产生奠定物质基础并成为主要动然科学产生奠定物质基础并成为主要动力。力。新兴资产阶级在经济上和政治上对自然新兴资产阶级在经济上和政治上对自然科学迫切需要科学迫切需要 文艺复兴、地理大发觉和宗教改革推动文艺复兴、地理大发觉和宗教改革推动优秀科学家实践和刻苦钻研优秀科学家实践和刻苦钻研第15页第15页伽利略伽利略（1564-16421564-1642）意大利伟大物理学家和意大利伟大物理学家和天文学家，被誉为天文学家，被誉为“近近代科学之父代科学之父”。二二.典型力学创建典型力学创建 1.1.伽利略伽利略典型力学奠基者典型力学奠基者第16页第16页2.2.伽利略伽利略典型力学奠基者典型力学奠基者奉献：奉献：创建科学研究办法：试验和观测。创建科学研究办法：试验和观测。物理学：试验证实力与运动状态关系，发觉物理学：试验证实力与运动状态关系，发觉自自由落体定律由落体定律，改变了亚里士多德以来相关运动观，改变了亚里士多德以来相关运动观念念天文学：自制天文学：自制望远镜望远镜观测天体并取得大量结果观测天体并取得大量结果第一人，证实了哥白尼第一人，证实了哥白尼“日心说日心说”正确性。正确性。重大意义：重大意义：开创了以试验事实为依据并有严密逻辑体系开创了以试验事实为依据并有严密逻辑体系近代科学，标志着物理学真正开端近代科学，标志着物理学真正开端 为典型力学建立奠定了基础。为典型力学建立奠定了基础。第17页第17页 1632年伽利略出版关于托勒密和哥白尼两大世界体系对话。1633年，罗马教皇召令他到罗马受审，逼迫他签字“悔悟”并判处终身监禁。伽利略受审3多后，即1983年，罗马教皇为伽利略平反。第18页第18页伽利略所做两个铁伽利略所做两个铁球同时落地试验球同时落地试验 有些人记载伽利有些人记载伽利略曾在意大利比萨略曾在意大利比萨斜塔上作过自由落斜塔上作过自由落体试验。结果两个体试验。结果两个重量相差重量相差1010倍球同倍球同时落地，证实了亚时落地，证实了亚里士多德观点是错里士多德观点是错误。误。“两个铁球同时落地！两个铁球同时落地！”第19页第19页伽利略手稿伽利略手稿伽利略折射式望远镜伽利略折射式望远镜16，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。第20页第20页牛顿牛顿（1643172716431727）英国伟大科学家，英国伟大科学家，在物理学、数学、天在物理学、数学、天文学等方面都作出了文学等方面都作出了卓越奉献。他毕业于卓越奉献。他毕业于剑桥大学三一学院剑桥大学三一学院,曾曾长期担任英国皇家学长期担任英国皇家学会会长，还担任过英会会长，还担任过英国议会议员，被授予国议会议员，被授予爵士称号。爵士称号。3.3.牛顿创建典型力学体系牛顿创建典型力学体系第21页第21页3.3.牛顿创建典型力学体系牛顿创建典型力学体系内容：内容：创建标志：创建标志：16871687年发表年发表自然哲学数学原理自然哲学数学原理提出了物体机械运动三大定律和万有引提出了物体机械运动三大定律和万有引力定律等，形成了以试验为基础以数学力定律等，形成了以试验为基础以数学为表示形式牛顿力学体系。为表示形式牛顿力学体系。意义意义:对解释和对解释和预见预见物理现象有决定性意义（发觉了物理现象有决定性意义（发觉了海王星、冥王星）海王星、冥王星）实现了自然科学第一次理论性大综合；标志着实现了自然科学第一次理论性大综合；标志着近代科学正式形成近代科学正式形成牛顿力学和热学引起了第一次技术革命，使人牛顿力学和热学引起了第一次技术革命，使人类进入蒸汽时代类进入蒸汽时代用数学办法准确描述宇宙运营自然法则，为法用数学办法准确描述宇宙运营自然法则，为法国启蒙思想和唯物主义哲学奠定了科学基础国启蒙思想和唯物主义哲学奠定了科学基础第22页第22页力学方面：提出物体运动三大定律和万有引力定律数学方面：创造了二项式定理；与莱布尼兹几乎同时创建了微积分学。光学方面：发觉了太阳光光谱，17出版了光学一书，创建了光“微粒说”。天文学领域：1671年创制了反射望远镜。知识拓展：牛顿主要奉献知识拓展：牛顿主要奉献牛顿创造了第一架反射望远镜牛顿创造了第一架反射望远镜第23页第23页典型力学合用范围：典型力学合用范围：1.1.只适合用于只适合用于宏观物体宏观物体（宏观世界）运动（宏观世界）运动;2.2.只适合用于只适合用于低速运动低速运动物质，是物质，是绝正确时空论绝正确时空论第24页第24页海王星发觉海王星发觉第25页第25页 二、相对论创立1.背景：（1）典型力学体系建立在日常生活中常见低速运动物质之上，认为时间和空间是绝对，两者是没有任何直接联系。(2)19世纪科学得到了飞速发展，物理学研究进一步到物质内部微观世界，另一方面扩展到整个宇宙。物理学研究中遇到了一些典型力学无法解释新问题。2.提出：爱因斯坦提出“狭义相对论”和“广义相对论”3.历史意义：（1）对物理学：一次重大革命；相对论否认了典型力学绝对时空观，也发展了牛顿力学（2）对人类思想：相对论打破了绝对化思维模式，为人们提供了辨证地看待世界途径第26页第26页2.2.爱因斯坦提出相对论爱因斯坦提出相对论爱因斯坦（1879-1955）德国伟大物理学家。19青年爱因斯坦发表论动体电动力学，提出狭义相对论，引起了20世纪物理学一场革命。19建立广义相对论。1933年因遭德国法西斯迫害前往美国，后入美国籍。第27页第27页广义相对论广义相对论则推广到含有加速度参考系中则推广到含有加速度参考系中（非惯性系）。（非惯性系）。认为空间和时间性质不但取决于物质运认为空间和时间性质不但取决于物质运动情况，也取决于物质本身分布状态。动情况，也取决于物质本身分布状态。狭义相对论狭义相对论讨论是匀速直线运动参考系讨论是匀速直线运动参考系（惯性参考系）之间物理定律。（惯性参考系）之间物理定律。认为时间和空间伴随物质运动速度改变认为时间和空间伴随物质运动速度改变而改变，会发生尺缩效应和钟慢效应；质而改变，会发生尺缩效应和钟慢效应；质量会伴随物体运动速度增大而增大。量会伴随物体运动速度增大而增大。相对论主要内容：相对论主要内容：第28页第28页第29页第29页爱因斯坦于爱因斯坦于2020世纪初提世纪初提出出质量能量公式质量能量公式E=MC2E=MC2。这一质能转化原理揭示这一质能转化原理揭示了原子内部所蕴藏巨大了原子内部所蕴藏巨大能量秘密，为原子能利能量秘密，为原子能利用奠定了理论基础。用奠定了理论基础。第30页第30页第31页第31页 相对论从一开始就受到包括一些科学家在内诸多人反对。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，相对论始终没有取得诺贝尔奖。但相对论在物理学上却非常合理且为试验所证实。这件事对你有何启示？这件事对你有何启示？不要被常识和日常经验所蒙蔽，不要被常识和日常经验所蒙蔽，常识并不一定总是正确。常识并不一定总是正确。第32页第32页 相对论打破了牛顿以来老式绝对时空相对论打破了牛顿以来老式绝对时空观，但并非全盘否认牛顿力学。观，但并非全盘否认牛顿力学。牛顿力学反应是宏观物体低速运动客牛顿力学反应是宏观物体低速运动客观规律，而狭义相对论反应是物体高速观规律，而狭义相对论反应是物体高速运动客观规律，是对牛顿力学运动客观规律，是对牛顿力学继承和发继承和发展展。牛顿力学是相对论一个特例（物体低牛顿力学是相对论一个特例（物体低速运动状态），包括在相对论体系中。速运动状态），包括在相对论体系中。相对论和典型力学关系相对论和典型力学关系第33页第33页 你认为应当如何评价牛你认为应当如何评价牛顿和爱因斯坦奉献？顿和爱因斯坦奉献？第34页第34页三、量子论诞生与发展1.背景：电子和放射线发觉，打开了原子大门微观粒子运动不能用典型力学原理阐明2、诞生：19德国普朗克提出量子假说。认为辐射像物质同样，是由含有能量基本单位量子来实现，把能量不连续概念带入了物理学。这一假说宣布了量子论诞生。3、发展：爱因斯坦利用量子理论成功解释光电效应 玻尔提出了相关原子量子理论 20世纪30年代，量子力学（研究微观世界粒子运动规律科学）建立普朗克（18581947）是近代德国伟大物理学家，量子论奠基人，曾取得19诺贝尔物理学奖。第35页第35页 三、量子论诞生与发展三、量子论诞生与发展1 1、背景：、背景：2 2、诞生：、诞生：3 3、发展：、发展：4 4、影响：、影响：使人类对使人类对微观世界结识微观世界结识取得取得革命性进步革命性进步，是是2020世纪最深刻、最有成就科学理论之一世纪最深刻、最有成就科学理论之一量子论与相对论共同构成量子论与相对论共同构成当代物理学基当代物理学基础础，填补了典型力学在结识微观世界和宏，填补了典型力学在结识微观世界和宏观世界方面不足。观世界方面不足。不但推动了物理学本身发展，并且还开不但推动了物理学本身发展，并且还开阔了人们视野，改变了人们阔了人们视野，改变了人们结识世界角度结识世界角度和方式和方式。第36页第36页