人教版高中物理世界物理学史课件

一.物理学史的分期1.古代物理学时期---科学的萌芽期时间：从远古到16世纪中叶。特点：主要是对自然现象的观察和记载。这一时期，自然科学与哲学融合在一起，对自然现象的解释往往是哲理性的。文化中心：古希腊和古代中国。2.经典物理学时期：时间：从16世纪中叶到19世纪末。15世纪末，资本主义开始萌芽，社会生产力得到发展，有力地推动了科学的进程。16世纪中叶，哥白尼提出“日心说”。17世纪晚期，牛顿建立了经典力学体系，标志着近代物理学的诞生。之后，经典热力学、电磁学相继建立。到19世纪末，形成了比较完整的经典物理学体系。 3.现代物理学时期：时间：从19世纪末到现在是现代物理学时期。19世纪末一系列实验新事实的发现，使经典物理学理论出现了不可克服的危机，从而导致了物理学革命；标志：相对论、量子力学的相继建立，标志着现代物理学的诞生。20世纪50年代以后，物理学已经发展成为一个相当庞大的学科群，包括高能物理（粒子物理）、原子核物理、等离子体物理、凝聚态物理、计算物理和理论物理等主体学科以及难以计数的分支学科。物理学与各学科之间相互交叉、相互渗透形成了众多很有发展前途的交叉科学。 古代物理学时期泰勒斯（Thales），约公元前624年—公元前547年，希腊七贤之一，西方思想学史上第一个有记载有名字留下来的思想家。他对太阳的直径进行了测量和计算，正确的解释了日食的原因，并曾预测了一次日食。他生活的那个时代，整个社会还处于愚昧落后的状态，人们对许多自然现象是理解不了的。但是，泰勒斯却总想着探讨自然中的真理。因为他懂得天文和数学，又是人类历史上比较早的科学家，所以，人们称他为“科学之祖”。被后世誉为“科学之祖”。泰勒斯的哲学观点用一句话来总结就是“水生万物，万物复归于水”，他认为世界本原是水。泰勒斯还有一个很重要的观点就是“万物有灵”。—科学之祖泰勒斯 古代物理学时期阿基米德，公元前287年—公元前212年，古希腊哲学家、数学家、物理学家。阿基米德到过亚历山大里亚，发明了阿基米德式螺旋抽水机。阿基米德流传于世的数学著作有10余种，多为希腊文手稿。确定了抛物线弓形、螺线、圆形的面积以及椭球体、抛物面体等各种复杂几何体的表面积和体积的计算方法，阿基米德的几何著作是希腊数学的顶峰。最早提出了浮力原理，并阐述了杠杆原理，享有“力学之父”的美称。—力学之父阿基米德给我一个支点，我可以撬动地球阿基米德洗澡时发现浮力原理 古代物理学时期亚里士多德，前384—前322年，他对世界的贡献之大，令人震惊。他是提出物理学名称的第一人，强调科学分类。他至少撰写了170种著作，其中流传下来的有47种。当然，仅以数字衡量是远远不够的，更为重要的是他渊博的学识令人折服。他的科学著作，在那个年代简直就是一本百科全书。亚里士多德的重要著作有《形而上学》、《伦理学》、《政治学》和《分析前篇和后篇》等。这些著作对后来的哲学和科学的发展起了很大的影响。亚里士多德集中古代知识于一身，在他死后几百年中，没有一个人象他那样对知识有过系统考察和全面掌握。他的著作是古代的百科全书，他的思想曾经统治过全欧洲。恩格斯称他是“最博学的人”。—百科全书式亚里士多德 经典物理学时期—近代科学之父伽利略两个铁球同时着地伽利略·伽利雷（GalileoGalilei，1564-1642）他是近代实验科学的先驱者，是意大利文艺复兴后期伟大的天文学家、力学家、哲学家、物理学家、数学家。他是为维护真理而进行不屈不挠的战士。恩格斯称他是“不管有何障碍，都能不顾一切而打破旧说，创立新说的巨人之一”。伽利略生活的时代，正是欧洲历史上著名的文艺复兴时代，而意大利又是文艺复兴的发源地，人们对千百年来束缚思想的宗教神学和传统教条开始产生了动摇。1564年2月15日生于比萨，历史上他首先在科学实利略献出了毕生精力。由此，他晚年受到教会迫害，并被终身监禁。他以系统的实验和观察推翻了以亚里士多德。因此，他被称为“近代科学之父”。他的工作，为牛顿的理论体系的建立奠定了基础。爱因斯坦曾这样评价：“伽利略的发现，以及他所用的科学推理方法，是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正的开端！” 艾萨克·牛顿（IsaacNewton）是英国伟大的数学家、物理学家、天文学家和自然哲学家，其研究领域包括了物理学、数学、天文学、神学、自然哲学和炼金术。牛顿的主要贡献有发明了微积分，发现了万有引力定律和建立了经典力学，设计并实际制造了第一架反射式望远镜等等，被誉为人类历史上最伟大，最有影响力的科学家。为了纪念牛顿在经典力学方面的杰出成就，“牛顿”后来成为衡量力的大小的物理单位。—人类历史上最伟大科学家牛顿经典物理学时期牛顿分光镜实验牛顿反射望远镜万有引力与天体运动 光学方面：牛顿用三棱镜分析太阳光，发现白光是由不同颜色（即不同波长）的光混合而成的，不同波长的光有不同的折射率。牛顿这一重要发现成为光谱分析的基础，揭示了光色的秘密。牛顿还发现了一种光的干涉图样，被后人称为牛顿环。他还创立了光的“微粒说”，从一个侧面反映了光的运动性质。　　天文学方面：牛顿制造了反射望远镜，用此初步考察了行星运动规律。他还用万有引力定律说明了潮汐现象，指出潮汐的大小不但同月球的位相有关，而且同太阳的方位有关。他预言地球不是正球体。　　数学方面：牛顿在前人工作的基础上，提出“流数法”，建立了二项式定理，并和莱布尼茨（德国数学家、物理学家、哲学家，1646～1716）几乎同时创立微积分学，为数学的发展开辟了一个新纪元。力学方面：牛顿在伽利略（意大利天文学家、力学家、哲学家，1564～1642）等人工作的基础上进行深入研究，总结出了物体机械运动的三个定律，即惯性定律、力和加速度定律、作用力和反作用力定律。在开普勒等人研究的成果上，他用数学方法导出了万有引力定律。牛顿把地球上物体的力学和天体力学统一到一个基本的力学体系中，创立了经典力学理论体系。这个理论正确地反映了宏观物体低速运动的规律，实现了自然科学的第一次大统一。这是人类对自然界认识的飞跃。牛顿贡献一览 经典物理学时期学实践与理论研结合起来，透彻地解决某些重要问题，形成了理论与实验结合的工作方法与明确的物理思想，他留给人们的科学论文与著作68种，《全集》有22卷，在碰撞、钟摆、离心力和光的波动说、光学仪器等多方面作出了贡献。—波动学说创始人惠更斯克里斯蒂安·惠更斯(ChristiaanHuygens，1629年04月14日—1695年07月08日)荷兰物理学家、天文学家、数学家，他是介于伽利略与牛顿之间一位重要的物理学先驱,是历史上最著名的物理学家之一，他对力学的发展和光学的研究都有杰出的贡献，在数学和天文学方面也有卓越的成就，是近代自然科学的一位重要开拓者。他建立向心力定律，提出动量守恒原理，并改进了计时器。惠更斯处于富裕宽松的家庭和社会条件中，没受过宗教迫害的干扰，能比较自由地发挥自己的才能．他善于把科 经典物理学时期詹姆斯·普雷斯科特·焦耳（JamesPrescottJoule；1818年12月24日－1889年10月11日），英国物理学家，出生于曼彻斯特近郊的沙弗特（Salford）。由于他在热学、热力学和电方面的贡献，皇家学会授予他最高荣誉的科普利奖（CopleyMedal）。后人为了纪念他，把能量或功的单位命名为“焦耳”，简称“焦”；并用焦耳姓氏的第一个字母“J”来标记热量。1840年12月提出电流通过—被命名为能量单位焦耳导体产生热量的定律，1852年焦耳和w.汤姆孙（即开尔文）发现气体自由膨胀时温度下降的现象，被称为焦耳-汤姆孙效应。焦耳的主要贡献是他钻研并测定了热和机械功之间的当量关系。他近40年的研究工作，为热运动与其他运动的相互转换，运动守恒等问题，提供了无可置疑的证据，焦耳因此成为能量守恒定律的发现者之一。无论是在实验方面，还是在理论上，焦耳都是从分子动力学的立场出发，进行深入研究的先驱者之一。在从事这些研究的同时，焦耳并没有间断对热功当量的测量。十八世纪，人们对热的本质的研究走上了一条弯路，“热质说”在物理学史上统治了一百多年。虽然曾有一些科学家对这种错误理论产生过怀疑，但人们一直没有办法解决热和功的关系的问题，是英国自学成才的物理学家詹姆斯·普雷斯科特·焦耳为最终解决这一问题指出了道路。 经典物理学时期开尔文（LordKelvin1824～1907），19世纪英国卓越的物理学家。原名W.汤姆孙（WilliamThomson），1824年6月26日生于爱尔兰的贝尔法斯特，1907年12月17日在苏格兰的内瑟霍尔逝世。由于装设大西洋海底电缆有功，英国政府于1866年封他为爵士，后又于1892年封他为男爵，称为开尔文男爵，以后他就改名为开尔文。逝世后，为了纪念这位伟大的物理学家，将开尔文定为热力学温度的单位，是现在国际单位制中七个基本单位之一。他是19世纪的最伟大的人物之一，是一个伟—英帝国第一位物理学家开尔文大的数学物理学家兼电学家。他被看作英帝国的第一位物理学家，同时受到世界其他国家的赞赏。他的一生获得了一切可能给予的荣誉。而他也无愧于这一切，这是他在漫长的一生中所作的实际努力而获得的。这些努力使他不仅有了名望和财富，而且赢得了广泛的声誉。开尔文的科学活动是多方面的。他对物理学的主要贡献在电磁学和热力学方面。那时电磁学刚刚开始发展。逐步应用于工业而出现了电机工程，开尔文在工程应用上作出了重要的贡献。热力学的情况却是先有工业，而后才有理论。从18世纪到19世纪初，在工业方面已经有了蒸汽机的广泛应用，然而到19世纪中叶以后，热力学才发展起来。开尔文是热力学的主要奠基者之一。 经典物理学时期安德烈·玛丽·安培（André-MarieAmpère，1775年—1836年），法国化学家，在电磁作用方面的研究成就卓著，对数学和物理也有贡献。电流的国际单位安培即以其姓氏命名。安培最主要的成就是1820～1827年对电磁作用的研究，发现了安培定则，发现电流的相互作用规律，发明了电流计，提出分子电流假说，总结了电流元之间的作用规律——安培定律。安培将他的研究综合在《电动力学—电学中的牛顿安培现象的数学理论》一书中，成为电磁学史上一部重要的经典论著。麦克斯韦称赞安培的工作是“科学上最光辉的成就之一，还把安培誉为“电学中的牛顿”。安培还是发展测电技术的第一人，他用自动转动的磁针制成测量电流的仪器，以后经过改进称电流计。安培在他的一生中，只有很短的时期从事物理工作，可是他却能以独特的、透彻的分析，论述带电导线的磁效应，因此我们称他是电动力学的先创者，他是当之无愧的。 经典物理学时期詹姆斯·克拉克·麦克斯韦,英国物理学家、数学家。科学史上，称牛顿把天上和地上的运动规律统一起来，是实现第一次大综合，麦克斯韦把电、磁、光统一起来，是实现第二次大综合，因此应与牛顿齐名。1873年出版的《论电和磁》，也被尊为继牛顿《原理》之后的一部最重要的物理学经典。没有电磁学就没有现代电工学，也就不可能有现代文明。—电动力学创始人麦克斯韦麦克斯韦生前没有享受到他应得的荣誉，因为他的科学思想和科学方法的重要意义直到20世纪科学革命来临时才充分体现出来。然而他没能看到科学革命的发生。1879年11月5日，麦克斯韦因病在剑桥逝世，年仅48岁。那一年正好爱因斯坦出生。科学史上这种巧合还有一次是在1642年，那一年伽里略去世，牛顿出生。一般认为麦克斯韦是从牛顿到爱因斯坦这一整个阶段中最伟大的理论物理学家。1879年他在临近48岁生日之际因病与世长辞。他光辉的生涯就这样过早地结束了。 经典物理学时期海因里希·鲁道夫·赫兹(1857年2月22日-1894年1月1日)德国物理学家，于1888年首先证实了无线电波的存在。并对电磁学有很大的贡献，故频率的国际单位制单位赫兹以他的名字命名。他在1886年至1888年间首先通过试验验证了麦克斯韦尔的理論。他证明了无线电輻射具有波的所有特性，并发现电磁场方程可以用偏微分方程表达，通常称为波动方程。此外，他也做了一系列的实验，不但证明电磁波的存在，发现它与光有相同的速度，同时有反射、折射等现象，而且对电磁波的波长、频率做了定量的测定。他也同时发展出电磁波发射、接收的方法，可以称得上是无线通讯的始祖。—无线电通讯始祖赫兹无线电装置电磁波谱 经典物理学时期洛伦兹，H．A．(HendrikAntoonLorentz,1853～1928)，荷兰物理学家、数学家，他的一生为创建和发展理论物理这门科学作出了巨大的贡献，并于1902年获得了诺贝尔物理学奖。他虽然生长在基督教的环境里，但却是一个自由思想家。洛伦兹是经典电子论的开创者。1892年，洛伦兹发表了经典电子论的第一篇论文。在这篇论文中，洛伦兹明确地把连续的场和包含分立电子的物质完全分开，同时又为麦克斯韦方程组追加了一个洛伦兹力方程。于是，连续的场和分立的电子，就由这个洛伦兹力来联系。在此基础上，洛伦兹把当时所得到的电磁—经典电子论创立者洛伦兹光学的各种结果，重新整理加以格式化，确立了经典电子论的基础。许多从他那里学习电动力学的理论物理学家认为，这是洛伦兹一生中最伟大的贡献之一。洛伦兹的电子论把经典物理学推上了它所能达到的最后高度。洛伦兹本人几乎成了19世纪末、20世纪初物理学界的统帅。爱因斯坦在洛伦兹墓前致词说：洛伦兹的成就“对我产生了最伟大的影响”，他是“我们时代最伟大、最高尚的人”。 19世纪，物理学以经典力学、热力学，统计物理学和电磁学为支柱，建立了一座宏伟而近乎完美的经典物理学大厦。1900年物理学元老威廉·汤姆逊在迎接新世纪的科学讲演中盛赞物理学大厦的完美。那时对于各种常见的物理现象，都可以用相应的理论加以说明。的确，物理的机械运动速度比光速小得多时，准确地遵从牛顿力学规律；电磁现象被总结为优美的麦克斯韦方程；光的现象有光的波动理论，最后也可归结为麦克斯韦方程；热现象的理论有完整的热力学的统计物理学。物理学的辉煌成就，使得不少物理学家踌躇满志、沉溺于欢快陶醉之中，产生了这样一种看法：物理学的大厦已告落成，今后物理学的任务只是进一步精确化，即在一些细节上作些补充和修正，使已知公式中的各个常数测得更加精确一点。然而，此刻在物理学的万里晴空中却飘来了两朵乌云，物理学上出现了一系列新的发现。这些无法用经典物理学解释的新发现，使经典物理学陷入了危机。第一朵即迈克尔逊-莫雷试验与以太学说，第二朵是黑体辐射与紫外灾难有关。正是这两朵乌云的飘动，引来了20世纪物理学革命的暴风骤雨，使整个自然科学进入了一个崭新的阶段。这“两朵乌云”成为20世纪伟大的物理学革命的导火线。经典物理学大厦的完成与两朵乌云 现代物理学的奠基人 现代物理学时期MaxKarlErnstLudwigPlanck,1858.4.23.―1947.10.3.，德国物理学家，量子物理学的开创者和奠基人，1918年诺贝尔物理学奖的获得者。普朗克的伟大成就，就是创立了量子理论，这是物理学史上的一次巨大变革。从此结束了经典物理学一统天下的局面。普朗克最大贡献是在1900年提出了光量子假说。1900年，普朗克抛弃了能量是连续的传统经典物理观念，导出了与实验完全符合的黑体辐射经验公式。在理论上导出这个公式，必须假设物质辐射的—经典物理学终结者普朗克能量是不连续的，只能是某一个最小能量的整数倍。普朗克把这一最小能量单位称为“能量子”。普朗克的假设解决了黑体辐射的理论困难。普朗克还进一步提出了能量子与频率成正比的观点，并引入了普朗克常数h。量子理论现已成为现代理论和实验的不可缺少的基本理论。黑体辐射理论 现代物理学时期—世纪伟人爱因斯坦爱因斯坦（Albert．Einstein），1879.3.14—1955.4.18，是德裔美国物理学家（拥有瑞士国籍），思想家及哲学家，犹太人，现代物理学的开创者和奠基人，相对论——“质能关系”的提出者，“决定论量子力学诠释”的捍卫者（振动的粒子）——不掷骰子的上帝。1999年12月26日，爱因斯坦被美国《时代周刊》评选为“世纪伟人”。1905年，爱因斯坦提出光子假设，成功解释了光电效应，因此获得1921年诺贝尔物理奖。为了纪念爱因斯坦100年前对物理学界作出的贡献，唤起年轻人对物理学的热爱，2005年6月，联合国大会一致通过将2005年命名为“世界物理年”。德国、英国等国家，则干脆将“世界物理年”改名为“爱因斯坦年”。 1905年，爱因斯坦在科学史上创造了一个无先例的奇迹。这一年他写了6篇论文，在3月到9月这半年中，利用在专利局每天8小时工作以外的业余时间，在三个领域作出了四个有划时代意义的贡献。1905年的奇迹光量子论：1905年3月写的论文《关于光的产生和转化的一个推测性的观点》，提出光量子假说，这是历史上第一次揭示了微观客体的波动性和粒子性的统一，即波粒二象性。由于他的光电效应定律的发现，爱因斯坦获得了1921年的诺贝尔物理学奖。分子运动论：1905年4月、5月和12月他写了3篇关于液体中悬浮粒子运动的理论。这使当时最坚决反对原子论的德国化学家、“唯能论”的创始者F.W.奥斯特瓦尔德于1908年主动宣布：“原子假说已成为一种基础巩固的科学理论。狭义相对论：1905年6月爱因斯坦写了一篇开创物理学新纪元的长论文《论动体的电动力学》，完整地提出狭义相对性理论。这是他10年酝酿和探索的结果，它在很大程度上解决了19世纪末出现的古典物理学的危机，推动了整个物理学理论的革命。质能相当性：1905年9月，爱因斯坦写了一篇短文《物体的惯性同它所含的能量有关吗？》，作为相对论的一个推论,揭示了质量(m)和能量(E)的相当性:E=mc2，并由此解释了放射性元素（如镭）所以能释放出大量能量的原因。质能相当性是原子核物理学和粒子物理学的理论基础，也为40年代实现的核能的释放和利用开辟了道路。 相对论的意义相对论对于现代物理学的发展和现代人类思想的发展都有巨大的影响。相对论从逻辑思想上统一了经典物理学，使经典物理学成为一个完美的科学体系。狭义相对论在狭义相对性原理的基础上统一了牛顿力学和麦克斯韦电动力学两个体系，指出它们都服从狭义相对性原理，都是对洛伦兹变换协变的，牛顿力学只不过是物体在低速运动下很好的近似规律。广义相对论又在广义协变的基础上，通过等效原理，建立了局域惯性长与普遍参照系数之间的关系，得到了所有物理规律的广义协变形式，并建立了广义协变的引力理论，而牛顿引力理论只是它的一级近似。这就从根本上解决了以前物理学只限于惯性系数的问题，从逻辑上得到了合理的安排。相对论严格地考察了时间、空间、物质和运动这些物理学的基本概念，给出了科学而系统的时空观和物质观，从而使物理学在逻辑上成为完美的科学体系。 现代物理学时期—哥本哈根学派创始人玻尔在1913年发表的长篇论文《论原子构造和分子构造》中创立了原子结构理论，为20世纪原子物理学开辟了道路。1921年，在玻尔的倡议下成立了哥本哈根大学理论物理学研究所。玻尔领导这一研究所先后达40年之久。这一研究所培养了大量的杰出物理学家，在量子力学的兴起时期曾经成为全世界最重要、最活跃的学术中心，而且至今仍有很高的国际地位。1928年玻尔首次提出了互补性观点，试图回答当时关于物理学研究和一些哲学问题。作为卢瑟福的学生，玻尔除了研究原子物理学和有关量子力学的哲学问题以外，对原子核问题也是一直很关心的。他在30年代中期提出了核的液滴模型这种模型能够解释某些实验事实，是历史上第一种相对正确的核模型。在这样的基础上，他又于1936年提出了复合核的概念，认为低能中子在进入原子核内以后将和许多核子发生相互作用而使它们被激发，结果就导致核的蜕变。这种颇为简单的关于核反应机制的图像至今也还有它的用处。尼尔斯·亨利克·大卫·玻尔（NielsHenrikDavidBohr，1885.10.07～1962.11.18)丹麦物理学家，哥本哈根学派的创始人。1885年10月7日生于哥本哈根。玻尔从1905年开始他的科学生涯，一生从事科学研究，整整达57年之久。他的研究工作开始于原子结构未知的年代，结束于原子科学已趋成熟，原子核物理已经得到广泛应用的时代。他对原子科学的贡献使他无疑地成了20世纪上半叶与爱因斯坦并驾齐驱的、最伟大的物理学家之一。 现代物理学时期—波动力学创始人薛定谔埃尔温·薛定谔，ErwinSchrödinger，1887.8.12—1961.1.4，奥地利物理学家。概率波动力学的创始人。1926年1～6月,他一连发表了四篇论文，题目都是《量子化就是本征值问题》，系统地阐明了波动力学理论。薛定谔在１９３５年发表了一篇论文，题为《量子力学的现状》,在这篇论文中，他发表了著名的薛定谔猫猜想，为量子力学的发展作出了贡献。薛定谔的猫任教，开头几年，他主要研究有关热学的统计理论问题，写出了有关气体和反应动力学、振动、点阵振动（及其对内能的贡献）的热力学以及统计等方面的论文。他还研究过色觉理论,他对有关红-绿色盲和蓝－黄色盲频率之间的关系的解释为生理学家们所接受。 现代物理学时期—矩阵力学海森堡 现代物理学时期—秋水文章不染尘狄拉克 现代物理学时期—物理学的良知泡利