近現(xiàn)代物理學(xué)發(fā)展史是一部一代代物理學(xué)家精心實(shí)驗(yàn)觀察、大膽質(zhì)疑、開拓創(chuàng)新、發(fā)現(xiàn)真理、堅(jiān)持真理、推動(dòng)人類文明前進(jìn)的歷史。伽利略以其勤奮、執(zhí)著和智慧開創(chuàng)了科學(xué)實(shí)驗(yàn)的道路，開啟了物理學(xué)的科學(xué)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(xué)的基石；20世紀(jì)以相對(duì)論和量子力學(xué)為基礎(chǔ)的現(xiàn)代物理學(xué)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(xué)的廣泛應(yīng)用使人類文明進(jìn)入到一個(gè)日新月異迅猛發(fā)展的時(shí)代?？梢哉f物理學(xué)奠定了現(xiàn)代人類文明發(fā)展的基礎(chǔ)。
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一、近代物理學(xué)——經(jīng)典力學(xué)
經(jīng)濟(jì)因素：14-17世紀(jì)，歐洲資本主義經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展；
思想因素：文藝復(fù)興運(yùn)動(dòng)的推動(dòng)，人文主義思想廣泛轉(zhuǎn)播；
主觀努力：科學(xué)家的不懈探索。
1、伽利略
（1）生平介紹——經(jīng)典力學(xué)的奠基者
（2）成就
①創(chuàng)立科學(xué)的研究方法：實(shí)驗(yàn)和觀察。
②物理學(xué)：實(shí)驗(yàn)證明力與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)自由落體定律等。
希臘學(xué)者亞里士多德認(rèn)為地球上的物體運(yùn)動(dòng)有天然運(yùn)動(dòng)和受迫運(yùn)動(dòng)。他認(rèn)為物體的受迫運(yùn)動(dòng)是推動(dòng)者加于被推動(dòng)者的，推動(dòng)者一旦停止推動(dòng)，運(yùn)動(dòng)就會(huì)立即停止。
伽利略首先運(yùn)用理想實(shí)驗(yàn)的方式進(jìn)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(diǎn)是正確的，那么，讓輕重不同的兩個(gè)物體下落時(shí)，重的物體下落快，輕的物體下落慢?？墒?，把它們綁在一起讓其下落會(huì)出現(xiàn)什么情形呢？按照亞里士多德的觀點(diǎn)，綁在一起后的物體會(huì)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(dòng)輕的物體運(yùn)動(dòng)，它們應(yīng)該比重的物體下降得慢一些。這顯然是兩個(gè)互相矛盾的結(jié)論。無論如何，綁在一起的兩個(gè)物體只能以一個(gè)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(cuò)誤的。伽利略由這個(gè)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(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，而只是改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因。這是對(duì)古希臘哲學(xué)家亞里士多德以來有關(guān)運(yùn)動(dòng)觀念的重大變革，為經(jīng)典力學(xué)的建立奠定基礎(chǔ)。他的發(fā)現(xiàn)以及他開始的科學(xué)研究方法，是人類思想史上偉大的成就之一，標(biāo)志著物理學(xué)的真正開端。
③天文學(xué)：
自制望遠(yuǎn)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(yùn)動(dòng)論》中，提出：太陽位于宇宙的中心，有五顆當(dāng)時(shí)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(jì)宇宙觀的徹底革命，沉重打擊了封建教會(huì)的神權(quán)統(tǒng)治。伽利略對(duì)哥白尼學(xué)說的傳播和天文學(xué)的發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)。1569年他自創(chuàng)了用以觀察天體的第一架望遠(yuǎn)鏡，從望遠(yuǎn)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(xué)的奠基者，他在世時(shí)曾預(yù)言“一門廣博精深的科學(xué)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(huì)探索到各個(gè)遙遠(yuǎn)的角落。”那個(gè)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(xué)家牛頓進(jìn)一步研究，創(chuàng)立了經(jīng)典力學(xué)體系。
2、牛頓
（1）生平介紹
牛頓（1642—1727）是著名的英國科學(xué)家，在物理學(xué)、數(shù)學(xué)、天文學(xué)等許多方面作出了卓越的貢獻(xiàn)。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(xué)三一學(xué)院，獲得學(xué)士學(xué)位。三年后（26歲）又獲得文學(xué)碩士學(xué)位。1669年（27歲），開始擔(dān)任三一學(xué)院的教授。牛頓最突出的貢獻(xiàn)是在力學(xué)方面，他在前人的研究基礎(chǔ)上，總結(jié)出了機(jī)械運(yùn)動(dòng)的三個(gè)基本定律，還發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律。在光學(xué)方面，牛頓也作出了巨大貢獻(xiàn)。他在1666年用三棱鏡分析日光時(shí)，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(xué)》一書，創(chuàng)立了光的“微粒說”。同時(shí)，他在熱學(xué)方面也有研究成果，確定了冷卻定律，這一定律表明：當(dāng)物體表面與周圍存在溫度差時(shí)，單位時(shí)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(xué)方面，他與萊布尼茲幾乎同時(shí)創(chuàng)立了微積分學(xué)，同時(shí)，他還在前人研究基礎(chǔ)上，建立了二項(xiàng)式定理。在天文學(xué)領(lǐng)域，他在1671年創(chuàng)制了反射望遠(yuǎn)鏡，初步考察了行星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；他還解釋了潮汐現(xiàn)象，并預(yù)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(xué)數(shù)學(xué)原理》一書，用數(shù)學(xué)方式解釋了哥白尼的學(xué)說和天體運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象，闡明了機(jī)械運(yùn)動(dòng)三定律和萬有引力定律等。在哲學(xué)思想上，牛頓認(rèn)為時(shí)間、空間是客觀存在的，但同時(shí)也認(rèn)為時(shí)間和空間同運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)是脫離的，相互之間沒有必然的聯(lián)系，進(jìn)而提出了所謂的絕對(duì)時(shí)間和絕對(duì)空間的概念。牛頓曾經(jīng)長期擔(dān)任英國皇家學(xué)會(huì)會(huì)長，他還擔(dān)任過英國議會(huì)議員，被授予爵士稱號(hào)。
（2）成就
1687年牛頓發(fā)表《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》，提出物體運(yùn)動(dòng)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(diǎn)
牛頓經(jīng)典力學(xué)體系以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，以數(shù)學(xué)為表達(dá)形式。經(jīng)典力學(xué)最顯著的特征之一就是注重實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)可以進(jìn)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(gè)顯著特征是它的數(shù)學(xué)化，這種數(shù)學(xué)化的根源是自然內(nèi)在的數(shù)學(xué)關(guān)系。自然的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)是近代科學(xué)的先驅(qū)們深信不疑的真理。
（4）意義
①標(biāo)志著經(jīng)典力學(xué)的形成和自然科學(xué)的形成，推動(dòng)了物理學(xué)自身的發(fā)展, 促進(jìn)了近代自然科學(xué)的進(jìn)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(xué)，推動(dòng)了啟蒙運(yùn)動(dòng)的發(fā)展和思想解放；
③推動(dòng)了生產(chǎn)力的進(jìn)步和資本主義的發(fā)展。
二、現(xiàn)代物理學(xué)——相對(duì)論和量子論
1、現(xiàn)代物理學(xué)產(chǎn)生的歷史背景：
（1）19世紀(jì)科學(xué)得到了飛速發(fā)展；
（2）經(jīng)典力學(xué)無法解釋研究中遇到的一些問題，如高速運(yùn)動(dòng)的微觀粒子等。
經(jīng)典力學(xué)認(rèn)為，時(shí)間和空間與物質(zhì)運(yùn)動(dòng)無關(guān)，存在著絕對(duì)的靜止和絕對(duì)的時(shí)間。這與人們的一般看法一致。但到了19世紀(jì)，經(jīng)典力學(xué)無法解釋研究中遇到的一些新問題，面臨著挑戰(zhàn)。
2、相對(duì)論的提出及主要內(nèi)容：
相對(duì)論包含狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論。
狹義相對(duì)論認(rèn)為，物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，質(zhì)量會(huì)隨著物體運(yùn)動(dòng)速度增大而增加，同時(shí)，空間和時(shí)間也會(huì)隨著物體運(yùn)動(dòng)的變化而變化，即會(huì)發(fā)生尺縮效應(yīng)和鐘慢效應(yīng)。
廣義相對(duì)論認(rèn)為，空間和時(shí)間的性質(zhì)不僅取決于物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)情況，也取決于物質(zhì)本身的分布狀態(tài)。
“相對(duì)論與牛頓力學(xué)的關(guān)系”。
相對(duì)論打破了牛頓以來傳統(tǒng)的絕對(duì)時(shí)空觀，但并非全盤否定牛頓力學(xué)。牛頓力學(xué)反映的是宏觀物體低速運(yùn)動(dòng)的客觀規(guī)律，而狹義相對(duì)論反映的是物體高速運(yùn)動(dòng)的客觀規(guī)律，是對(duì)牛頓力學(xué)的繼承和發(fā)展。牛頓力學(xué)是相對(duì)論的一種特例（物體低速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)），包括在相對(duì)論體系中。
3、意義：
（1）相對(duì)論的提出是物理學(xué)思想的一次重大革命，它否定了經(jīng)典力學(xué)的絕對(duì)時(shí)空論，從本質(zhì)上修正了由狹隘經(jīng)驗(yàn)建立起來的時(shí)空觀，深刻地揭示了時(shí)間和空間的本質(zhì)屬性。即：揭示了時(shí)空的可變性、時(shí)空變化的聯(lián)系性，樹立了新的時(shí)空觀、運(yùn)動(dòng)觀、物質(zhì)觀。這一理論被后人譽(yù)為20世紀(jì)人類思想史上最偉大的成就之一。
（2）愛因斯坦的相對(duì)論也發(fā)展了牛頓力學(xué)，將牛頓力學(xué)概括在相對(duì)論力學(xué)之中，推動(dòng)物理學(xué)發(fā)展到一個(gè)新的高度。
19世紀(jì)經(jīng)典物理學(xué)達(dá)到巔峰狀態(tài)，在人們心目中，經(jīng)典物理學(xué)已經(jīng)達(dá)到近乎完美的程度。但是年輕的普朗克發(fā)現(xiàn)物理學(xué)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(xué)生自學(xué)的形式，讓學(xué)生自己去歸納學(xué)習(xí)要點(diǎn)。
1、誕生的背景：
（1）19世紀(jì)末20世紀(jì)初，電子和放射性的發(fā)現(xiàn)，打開了原子的大門，使人們對(duì)物質(zhì)的認(rèn)識(shí)深入到了原子內(nèi)部；
（2）大量的實(shí)驗(yàn)表明，微觀粒子的運(yùn)動(dòng)不能用通常的宏觀物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行描述。量子論在這種背景下誕生。
2、量子論
結(jié)合20世紀(jì)初的國際環(huán)境，思考：量子論產(chǎn)生的時(shí)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(xué)思想進(jìn)一步提升；
經(jīng)濟(jì)條件：社會(huì)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，社會(huì)生產(chǎn)力的需求。
（1）誕生：1900年，德國物理學(xué)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(xué)獎(jiǎng)。
（2）發(fā)展：
①愛因斯坦利用量子論成功地解釋了光電效應(yīng)出現(xiàn)的現(xiàn)象及光的本質(zhì)，進(jìn)一步推動(dòng)了量子論的發(fā)展；
②丹麥物理學(xué)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(xué)家的共同努力，到20世紀(jì)30年代量子力學(xué)最終建立。量子力學(xué)是研究微觀世界粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)。
今天，我們的現(xiàn)代文明，從電腦，電視，手機(jī)到核能，航天，生物技術(shù)，幾乎沒有哪個(gè)領(lǐng)域不依賴于量子論。量子力學(xué)和狹義相對(duì)論結(jié)合形成原子核物理學(xué)，指導(dǎo)制造原子彈、氫彈和建立核電站。量子力學(xué)還為電子技術(shù)、半導(dǎo)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(duì)微觀世界的基本認(rèn)識(shí)取得革命性的進(jìn)步，成為20世紀(jì)最深刻、最有成就的科學(xué)理論之一；
②量子論與相對(duì)論一起構(gòu)成現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)，并彌補(bǔ)了經(jīng)典力學(xué)在認(rèn)識(shí)宏觀世界和微觀世界方面的不足；
③推動(dòng)了物理學(xué)自身的進(jìn)步，開闊了人們的視野，改變了人們認(rèn)識(shí)世界的角度和方式。
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