近現(xiàn)代物理學發(fā)展史是一部一代代物理學家精心實驗觀察、大膽質(zhì)疑、開拓創(chuàng)新、發(fā)現(xiàn)真理、堅持真理、推動人類文明前進的歷史。伽利略以其勤奮、執(zhí)著和智慧開創(chuàng)了科學實驗的道路，開啟了物理學的科學研究大門；牛頓站在巨人的肩膀上，集前人之大成奠定了經(jīng)典物理學的基石；20世紀以相對論和量子力學為基礎(chǔ)的現(xiàn)代物理學的發(fā)展，使人類的視野既深入到微觀世界，又延伸到宇宙深處?，F(xiàn)代物理學的廣泛應用使人類文明進入到一個日新月異迅猛發(fā)展的時代?？梢哉f物理學奠定了現(xiàn)代人類文明發(fā)展的基礎(chǔ)。
GIF旋轉(zhuǎn)太陽分割線
一、近代物理學——經(jīng)典力學
經(jīng)濟因素：14-17世紀，歐洲資本主義經(jīng)濟的不斷發(fā)展；
思想因素：文藝復興運動的推動，人文主義思想廣泛轉(zhuǎn)播；
主觀努力：科學家的不懈探索。
1、伽利略
（1）生平介紹——經(jīng)典力學的奠基者
（2）成就
①創(chuàng)立科學的研究方法：實驗和觀察。
②物理學：實驗證明力與運動狀態(tài)的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)自由落體定律等。
希臘學者亞里士多德認為地球上的物體運動有天然運動和受迫運動。他認為物體的受迫運動是推動者加于被推動者的，推動者一旦停止推動，運動就會立即停止。
伽利略首先運用理想實驗的方式進行邏輯推理，從推理中發(fā)現(xiàn)物體下落的快慢和它的重量無關(guān)。伽利略設(shè)想，如果亞里士多德的觀點是正確的，那么，讓輕重不同的兩個物體下落時，重的物體下落快，輕的物體下落慢?？墒牵阉鼈兘壴谝黄鹱屍湎侣鋾霈F(xiàn)什么情形呢？按照亞里士多德的觀點，綁在一起后的物體會比原來重的物體更重，所以它們就比重的物體下落得快?？墒?，從另一方面分析，綁在一起后，由于重的物體要帶動輕的物體運動，它們應該比重的物體下降得慢一些。這顯然是兩個互相矛盾的結(jié)論。無論如何，綁在一起的兩個物體只能以一個速度下落，而推理的過程又是完全正確的，因此推理的前提必然是錯誤的。伽利略由這個推理得出結(jié)論：物體下落的快慢與重量無關(guān)，所有物體下落快慢都是相同的。伽利略的研究表明，外力并不是維持運動狀態(tài)的原因，而只是改變運動狀態(tài)的原因。這是對古希臘哲學家亞里士多德以來有關(guān)運動觀念的重大變革，為經(jīng)典力學的建立奠定基礎(chǔ)。他的發(fā)現(xiàn)以及他開始的科學研究方法，是人類思想史上偉大的成就之一，標志著物理學的真正開端。
③天文學：
自制望遠鏡觀察天體并取得大量成果的第一人，證明了哥白尼“日心說”的正確性。哥白尼在1543年出版的《天體運動論》中，提出：太陽位于宇宙的中心，有五顆當時已知的行星和地球圍繞太陽旋轉(zhuǎn)，顛倒了1000多年的日地關(guān)系重新顛倒過來，引起了中世紀宇宙觀的徹底革命，沉重打擊了封建教會的神權(quán)統(tǒng)治。伽利略對哥白尼學說的傳播和天文學的發(fā)展作出了重要貢獻。1569年他自創(chuàng)了用以觀察天體的第一架望遠鏡，從望遠鏡里他發(fā)現(xiàn)月球表面有高山深谷，并不是以前人們所說的月球表面是光滑的；木星有四顆衛(wèi)星，很相似于行星繞著太陽轉(zhuǎn)，他看到銀河是由無數(shù)恒星組成的，還觀察到哥白尼曾推論的金星有盈虧現(xiàn)象。
伽利略是力學的奠基者，他在世時曾預言“一門廣博精深的科學已經(jīng)啟蒙。我在這方面的工作只是它的開始，那些比我更敏銳的人所用的方法與手段將會探索到各個遙遠的角落?！蹦莻€比他更敏銳的人就是牛頓。在伽利略研究的基礎(chǔ)上，英國科學家牛頓進一步研究，創(chuàng)立了經(jīng)典力學體系。
2、牛頓
（1）生平介紹
牛頓（1642—1727）是著名的英國科學家，在物理學、數(shù)學、天文學等許多方面作出了卓越的貢獻。牛頓出生于英國的林肯郡，1665年（23歲）畢業(yè)于著名的劍橋大學三一學院，獲得學士學位。三年后（26歲）又獲得文學碩士學位。1669年（27歲），開始擔任三一學院的教授。牛頓最突出的貢獻是在力學方面，他在前人的研究基礎(chǔ)上，總結(jié)出了機械運動的三個基本定律，還發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律。在光學方面，牛頓也作出了巨大貢獻。他在1666年用三棱鏡分析日光時，發(fā)現(xiàn)了日光是由不同的顏色即不同波長的光構(gòu)成的，奠定了光譜分析的基礎(chǔ)，制作了牛頓色盤。他在1704年出版了《光學》一書，創(chuàng)立了光的“微粒說”。同時，他在熱學方面也有研究成果，確定了冷卻定律，這一定律表明：當物體表面與周圍存在溫度差時，單位時間內(nèi)從單位面積上散失的熱量與這一溫度差成正比。在數(shù)學方面，他與萊布尼茲幾乎同時創(chuàng)立了微積分學，同時，他還在前人研究基礎(chǔ)上，建立了二項式定理。在天文學領(lǐng)域，他在1671年創(chuàng)制了反射望遠鏡，初步考察了行星的運動規(guī)律；他還解釋了潮汐現(xiàn)象，并預言地球不是正球體，并由此說明了歲差現(xiàn)象。1687年，他發(fā)表了著名的《自然哲學數(shù)學原理》一書，用數(shù)學方式解釋了哥白尼的學說和天體運動的現(xiàn)象，闡明了機械運動三定律和萬有引力定律等。在哲學思想上，牛頓認為時間、空間是客觀存在的，但同時也認為時間和空間同運動的物質(zhì)是脫離的，相互之間沒有必然的聯(lián)系，進而提出了所謂的絕對時間和絕對空間的概念。牛頓曾經(jīng)長期擔任英國皇家學會會長，他還擔任過英國議會議員，被授予爵士稱號。
（2）成就
1687年牛頓發(fā)表《自然哲學的數(shù)學原理》，提出物體運動三大定律（慣性定律、比例定律、作用與反作用定律）和萬有引力定律。
（3）特點
牛頓經(jīng)典力學體系以實驗為基礎(chǔ)，以數(shù)學為表達形式。經(jīng)典力學最顯著的特征之一就是注重實驗，實驗可以進一步揭示客觀現(xiàn)象和過程之間內(nèi)在的邏輯聯(lián)系，并由此得出重要的結(jié)論。另一個顯著特征是它的數(shù)學化，這種數(shù)學化的根源是自然內(nèi)在的數(shù)學關(guān)系。自然的數(shù)學結(jié)構(gòu)是近代科學的先驅(qū)們深信不疑的真理。
（4）意義
①標志著經(jīng)典力學的形成和自然科學的形成，推動了物理學自身的發(fā)展, 促進了近代自然科學的進步，為海王星、冥王星等的發(fā)現(xiàn)奠定了理論基礎(chǔ)；
②沖擊了宗教神學，推動了啟蒙運動的發(fā)展和思想解放；
③推動了生產(chǎn)力的進步和資本主義的發(fā)展。
二、現(xiàn)代物理學——相對論和量子論
1、現(xiàn)代物理學產(chǎn)生的歷史背景：
（1）19世紀科學得到了飛速發(fā)展；
（2）經(jīng)典力學無法解釋研究中遇到的一些問題，如高速運動的微觀粒子等。
經(jīng)典力學認為，時間和空間與物質(zhì)運動無關(guān)，存在著絕對的靜止和絕對的時間。這與人們的一般看法一致。但到了19世紀，經(jīng)典力學無法解釋研究中遇到的一些新問題，面臨著挑戰(zhàn)。
2、相對論的提出及主要內(nèi)容：
相對論包含狹義相對論和廣義相對論。
狹義相對論認為，物體運動時，質(zhì)量會隨著物體運動速度增大而增加，同時，空間和時間也會隨著物體運動的變化而變化，即會發(fā)生尺縮效應和鐘慢效應。
廣義相對論認為，空間和時間的性質(zhì)不僅取決于物質(zhì)的運動情況，也取決于物質(zhì)本身的分布狀態(tài)。
“相對論與牛頓力學的關(guān)系”。
相對論打破了牛頓以來傳統(tǒng)的絕對時空觀，但并非全盤否定牛頓力學。牛頓力學反映的是宏觀物體低速運動的客觀規(guī)律，而狹義相對論反映的是物體高速運動的客觀規(guī)律，是對牛頓力學的繼承和發(fā)展。牛頓力學是相對論的一種特例（物體低速運動狀態(tài)），包括在相對論體系中。
3、意義：
（1）相對論的提出是物理學思想的一次重大革命，它否定了經(jīng)典力學的絕對時空論，從本質(zhì)上修正了由狹隘經(jīng)驗建立起來的時空觀，深刻地揭示了時間和空間的本質(zhì)屬性。即：揭示了時空的可變性、時空變化的聯(lián)系性，樹立了新的時空觀、運動觀、物質(zhì)觀。這一理論被后人譽為20世紀人類思想史上最偉大的成就之一。
（2）愛因斯坦的相對論也發(fā)展了牛頓力學，將牛頓力學概括在相對論力學之中，推動物理學發(fā)展到一個新的高度。
19世紀經(jīng)典物理學達到巔峰狀態(tài)，在人們心目中，經(jīng)典物理學已經(jīng)達到近乎完美的程度。但是年輕的普朗克發(fā)現(xiàn)物理學恒愛有很大的發(fā)展空間。
三、量子論的誕生與發(fā)展
采用學生自學的形式，讓學生自己去歸納學習要點。
1、誕生的背景：
（1）19世紀末20世紀初，電子和放射性的發(fā)現(xiàn)，打開了原子的大門，使人們對物質(zhì)的認識深入到了原子內(nèi)部；
（2）大量的實驗表明，微觀粒子的運動不能用通常的宏觀物體的運動規(guī)律進行描述。量子論在這種背景下誕生。
2、量子論
結(jié)合20世紀初的國際環(huán)境，思考：量子論產(chǎn)生的時代背景？
理論條件：電子和放射線的發(fā)現(xiàn)；
思想條件：人們的科學思想進一步提升；
經(jīng)濟條件：社會經(jīng)濟迅速發(fā)展，社會生產(chǎn)力的需求。
（1）誕生：1900年，德國物理學家普朗克提出量子假說，宣告了量子論的誕生。
普朗克由于創(chuàng)立了量子理論而獲得了諾貝爾物理學獎。
（2）發(fā)展：
①愛因斯坦利用量子論成功地解釋了光電效應出現(xiàn)的現(xiàn)象及光的本質(zhì)，進一步推動了量子論的發(fā)展；
②丹麥物理學家玻爾把量子論用于原子結(jié)構(gòu)的研究，創(chuàng)立了原子結(jié)構(gòu)的理論；
③經(jīng)過這些科學家的共同努力，到20世紀30年代量子力學最終建立。量子力學是研究微觀世界粒子運動規(guī)律的科學。
今天，我們的現(xiàn)代文明，從電腦，電視，手機到核能，航天，生物技術(shù)，幾乎沒有哪個領(lǐng)域不依賴于量子論。量子力學和狹義相對論結(jié)合形成原子核物理學，指導制造原子彈、氫彈和建立核電站。量子力學還為電子技術(shù)、半導體技術(shù)和激光技術(shù)等奠定了理論基礎(chǔ)。
（3）影響：
①量子論使人類對微觀世界的基本認識取得革命性的進步，成為20世紀最深刻、最有成就的科學理論之一；
②量子論與相對論一起構(gòu)成現(xiàn)代物理學的基礎(chǔ)，并彌補了經(jīng)典力學在認識宏觀世界和微觀世界方面的不足；
③推動了物理學自身的進步，開闊了人們的視野，改變了人們認識世界的角度和方式。
聯(lián)系客服
