第11課 物理學(xué)的重大進(jìn)展教學(xué)案
過(guò)去的物理學(xué)認(rèn)為宇宙在任何情況下，它的速率永遠(yuǎn)都是相同的，世界上的一切運(yùn)動(dòng)在時(shí)間上都以它為度量標(biāo)準(zhǔn)。德國(guó)物理學(xué)家愛(ài)因斯坦經(jīng)過(guò)多年的研究，打破了傳統(tǒng)的絕對(duì)時(shí)空觀，于19xx年提出了狹義相對(duì)論和光速不變?cè)怼Ｖ赋隽藭r(shí)間、空間和物體的質(zhì)量不是絕對(duì)不變的，而是隨著物體的運(yùn)動(dòng)而發(fā)生變化。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)速度的增大而增加，同時(shí)，空間和時(shí)間也會(huì)隨著物體運(yùn)動(dòng)速度的變化而變化，即還會(huì)發(fā)生尺縮效應(yīng)和鐘慢效應(yīng)。
19xx年，愛(ài)因斯坦完成了廣義相對(duì)論的最終形式。在廣義相對(duì)論中，引力是被考慮的主要問(wèn)題。廣義相對(duì)論指出：空間和時(shí)間不可能離開(kāi)物質(zhì)而獨(dú)立存在，空間結(jié)構(gòu)和性質(zhì)取決于物質(zhì)的分布，使人類(lèi)進(jìn)一步深化了對(duì)時(shí)間、空間和引力現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)。
為了使學(xué)生更好的理解相對(duì)論可以引用一個(gè)愛(ài)因斯坦解釋相對(duì)論的幽默。這個(gè)幽默是：震撼世界的相對(duì)論，是科學(xué)發(fā)展史上劃時(shí)代的里程碑。創(chuàng)立相對(duì)論的阿爾伯特•愛(ài)因斯坦晚年時(shí)一群青年學(xué)生請(qǐng)他解釋什么是相一個(gè)對(duì)論，他生動(dòng)而幽默地打了一個(gè)比方：“當(dāng)你和一個(gè)美麗的姑娘坐上兩個(gè)小時(shí)，你會(huì)感到好象坐了一分鐘；但要是在熾熱的火爐邊，哪怕只坐上一分鐘，你卻感到好象是坐了兩小時(shí)。這就是相對(duì)論。”
2.相對(duì)論提出的歷史意義
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(lái)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(shù)立了新的時(shí)空觀、運(yùn)動(dòng)觀、物質(zhì)觀。同時(shí)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。這一理論被后人譽(yù)為20世紀(jì)人類(lèi)思想史上最偉大的成就之一。
四、量子論的誕生與發(fā)展
1.量子論的誕生
19世紀(jì)末20世紀(jì)初，電子和放射性的發(fā)現(xiàn)，打開(kāi)了原子的大門(mén)，使人們對(duì)物質(zhì)的認(rèn)識(shí)深入到了原子內(nèi)部。但大量的實(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。
19xx年，德國(guó)物理學(xué)家普朗克提出了物質(zhì)的輻射能不是連續(xù)的，而是以最小的、不可再分的能量單位即能量量子的整數(shù)位跳躍式地變化的量子假說(shuō)。這個(gè)假說(shuō)宣告了量子論的誕生。經(jīng)過(guò)這些科學(xué)家的共同努力，到1925年左右量子力學(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)。
2.量子論的意義
愛(ài)因斯坦在丹麥物理學(xué)家玻爾提出氫原子結(jié)構(gòu)的理論以后，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。
在量子論基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的量子力學(xué)，極大地促進(jìn)了原子物理、固體物理和原子核物理等科學(xué)的發(fā)展。同時(shí)，也標(biāo)志著人類(lèi)對(duì)客觀規(guī)律的認(rèn)識(shí)，開(kāi)始從宏觀世界深入到了微觀世界。
量子力學(xué)和狹義相對(duì)論結(jié)合形成原子核物理學(xué)，是物理學(xué)革命的高潮，以物理學(xué)革命為先導(dǎo)，帶動(dòng)了化學(xué)、生物學(xué)、天文學(xué)、地學(xué)等學(xué)科的理論也都發(fā)生了革命性的突破。在此基礎(chǔ)上造出了原子彈、氫彈和建立了核電站。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)。帶動(dòng)了20世紀(jì)科技突飛猛進(jìn)的發(fā)展。
【課堂小結(jié)】
17世紀(jì)以來(lái)的科技發(fā)展的原因條件
1、前提條件：――社會(huì)發(fā)生根本轉(zhuǎn)型