1、從經典力學到相對論和量子論從經典力學到相對論和量子論第第25課課 一、經典物理學的危機一、經典物理學的危機1、1719世紀牛頓經典世紀牛頓經典力學日趨力學日趨_。2、 19世紀末以牛頓力學為世紀末以牛頓力學為基礎的經典物理學基礎的經典物理學無法解釋無法解釋_而陷入危機而陷入危機 (相對論和量子理論出現相對論和量子理論出現的背景的背景 )完善、成熟完善、成熟物理學的新發現物理學的新發現音樂和物理伴隨音樂和物理伴隨愛因斯坦的一生愛因斯坦的一生1879年，阿伯年，阿伯特特愛因斯坦愛因斯坦 (Albert Einstein) 出生在德國西南部出生在德國西南部古城烏耳姆的一個古城烏耳姆的一個猶太人家庭。

2、父親猶太人家庭。父親是個電工設備店店是個電工設備店店主。母親是個有成主。母親是個有成就的鋼琴家。就的鋼琴家。 二、愛因斯坦與相對論二、愛因斯坦與相對論愛因斯坦愛因斯坦愛因斯坦（愛因斯坦（Albert Einstein，1879-1955），）， 1879年生于德國，是舉世年生于德國，是舉世聞名的德裔美國科學家，聞名的德裔美國科學家，現代物理現代物理學的開創者和奠基人。學的開創者和奠基人。愛因斯坦愛因斯坦1900年畢業于蘇黎士工業大學，年畢業于蘇黎士工業大學，1909年開始在大學任教，年開始在大學任教，1914年任年任威廉皇家物理研究所所長兼柏林大威廉皇家物理研究所所長兼柏林大學教授。學教授。

3、1933年受希特勒迫害離開年受希特勒迫害離開德國移居美國德國移居美國, 愛因斯坦在物理學的愛因斯坦在物理學的許多領域都有貢獻，比如建立狹義許多領域都有貢獻，比如建立狹義相對論并推廣為廣義相對論、相對論并推廣為廣義相對論、提出提出光的量子概念，并以量子理論解釋光的量子概念，并以量子理論解釋光電效應、輻射過程、固體比熱等光電效應、輻射過程、固體比熱等。1921年獲諾貝爾物理學獎年獲諾貝爾物理學獎。 思考中的晚年愛因斯坦思考中的晚年愛因斯坦青年時期的愛因斯坦青年時期的愛因斯坦二、愛因斯坦與相對論二、愛因斯坦與相對論1、相對論的提出、相對論的提出1905年提出勻速運動體系的狹義相對論；年提出勻速運動體

4、系的狹義相對論；1916年提出加速運動體系的廣義相對論。年提出加速運動體系的廣義相對論。2、主要內容：、主要內容：相對性原理和光速不變原理。相對性原理和光速不變原理。相對論的兩個基本原理相對論的兩個基本原理: 相對性原理和光速不變原理相對性原理和光速不變原理狹義相對論和廣義相對論統稱相對論。狹義相對論和廣義相對論統稱相對論。 如何理解相對論？如何理解相對論？ 在相對性原理中，愛因斯坦認為時間、運動、質量在相對性原理中，愛因斯坦認為時間、運動、質量不是絕對的，而是相對的。較典型的現象是不是絕對的，而是相對的。較典型的現象是運動運動的物體的物體長度變短（尺縮效應）、長度變短（尺縮效應）、運動運動的

5、鐘比靜止的鐘走得慢的鐘比靜止的鐘走得慢（鐘慢效應）、（鐘慢效應）、運動運動的物體重量變大。的物體重量變大。 光速不變原理則認為光的傳播速度在任何條件下都光速不變原理則認為光的傳播速度在任何條件下都是不變的。是不變的?！跋鄬φ撓鄬φ摗泵罱饷罱庥幸淮?，群眾包圍了從德國移居美國的科學家愛因斯有一次，群眾包圍了從德國移居美國的科學家愛因斯坦的住宅，要他用坦的住宅，要他用“最簡單的話最簡單的話”解釋清楚他的解釋清楚他的“相相對論對論”。當時，據說全世界只有幾個高明的科學家看。當時，據說全世界只有幾個高明的科學家看得懂他關于得懂他關于“相對論相對論”的著作。的著作。 愛因斯坦走出住愛因斯坦走出住宅，對大家

6、說：宅，對大家說：“比方這么說比方這么說你同你最親的人坐你同你最親的人坐在火爐邊，一個鐘頭過去了，你覺得好像只過了在火爐邊，一個鐘頭過去了，你覺得好像只過了5 5分分鐘！反過來，你一個人孤孤單單地坐在熱氣逼人的火鐘！反過來，你一個人孤孤單單地坐在熱氣逼人的火爐邊，只過了爐邊，只過了5 5分鐘，但你卻像坐了一個小時。分鐘，但你卻像坐了一個小時。唔，唔，這就是相對論！這就是相對論！” 3、相對論的意義：、相對論的意義： （2）解決了經典物理學的危機，）解決了經典物理學的危機，創造了一個全新的創造了一個全新的物理學世界，極大地擴展了物理學的應用的領域。物理學世界，極大地擴展了物理學的應用的領域。（3

7、）打破了經典物理學絕對化的思維模式，）打破了經典物理學絕對化的思維模式，為人們為人們提供了辯證看待世界的途徑。提供了辯證看待世界的途徑。 （1）物理學最偉大的革命）物理學最偉大的革命 由于相對論的觀點與人們的日由于相對論的觀點與人們的日常經驗不太一致，甚至有著尖銳的常經驗不太一致，甚至有著尖銳的沖突，相對論從一開始就受到包括沖突，相對論從一開始就受到包括一些科學家在內的很多人的反對。一些科學家在內的很多人的反對。1921年愛因斯坦獲得了諾貝爾獎，年愛因斯坦獲得了諾貝爾獎，當時不少德國的諾貝爾獎獲得者威當時不少德國的諾貝爾獎獲得者威脅說，如果給相對論授獎，他們就脅說，如果給相對論授獎，他們就要退

8、回已獲得的獎章，結果評選委要退回已獲得的獎章，結果評選委員會只好讓愛因斯坦作為光電效應員會只好讓愛因斯坦作為光電效應理論的建立者得獎理論的建立者得獎，相對論始終沒相對論始終沒有獲得諾貝爾獎。有獲得諾貝爾獎。但相對論在物理但相對論在物理學上卻非常合理且為實驗所證實。學上卻非常合理且為實驗所證實。長崎被原子彈所炸現場長崎被原子彈所炸現場 1945年年8月，美國先月，美國先后在日本的廣島、長后在日本的廣島、長畸投下兩顆原子彈，畸投下兩顆原子彈，加速了日本法西斯的加速了日本法西斯的投降，但對無辜平民投降，但對無辜平民的傷害也同樣令全世的傷害也同樣令全世界震驚。愛因斯坦為界震驚。愛因斯坦為此非常懊悔。從

9、這件此非常懊悔。從這件事中，我們能得到什事中，我們能得到什么啟發？我們應如何么啟發？我們應如何對待科學的發展？對待科學的發展？核電站核電站答題要點：答題要點： 科學理論對科學技術的發展有巨大科學理論對科學技術的發展有巨大的推動作用，但科學技術本身是一的推動作用，但科學技術本身是一把雙刃劍。科技能造福人類，推動把雙刃劍?？萍寄茉旄Ｈ祟?，推動生產力水平的提高，但如果運用不生產力水平的提高，但如果運用不當，也能危害人類。當，也能危害人類。 相對論相對論構成了現代物理學的兩大支柱之一構成了現代物理學的兩大支柱之一.那么那么,現代物理學的另一個支柱又是什么呢現代物理學的另一個支柱又是什么呢?量子理論是現

10、代物理學的另一大支柱。量子理論是現代物理學的另一大支柱。普朗克和愛因斯坦普朗克和愛因斯坦二、量子理論中的微觀世界二、量子理論中的微觀世界1.提出：提出：德國物理學家普朗克德國物理學家普朗克普朗克（普朗克（18581947年），年），德國物理學家、哲學家，量德國物理學家、哲學家，量子理論的奠基人，子理論的奠基人，1879年在年在慕尼黑大學獲得博士學位后，慕尼黑大學獲得博士學位后，先后在慕尼黑大學和基爾大先后在慕尼黑大學和基爾大學任教授。學任教授。1888年任柏林大年任柏林大學理論物理研究所所長。他學理論物理研究所所長。他在物理學上最大的貢獻是在物理學上最大的貢獻是1900年提出年提出輻射量子假說

11、輻射量子假說。并因此獲得并因此獲得1918年諾貝爾物年諾貝爾物理學獎。理學獎。加熱到不同溫度的物體發出不同顏色的光加熱到不同溫度的物體發出不同顏色的光1900年，普朗克為了克服經典物理學對熱輻射現年，普朗克為了克服經典物理學對熱輻射現象解釋上的困難，提出了量子假說。象解釋上的困難，提出了量子假說。2.量子論的發展量子論的發展過程：過程：普朗克的量子假說；普朗克的量子假說； 玻爾提出玻爾提出原子原子的量子理論；的量子理論；愛因斯坦提出愛因斯坦提出光光的量子理論的量子理論 在這個基礎上，一門新的物理學分支量在這個基礎上，一門新的物理學分支量子力學建立起來了子力學建立起來了3 3、意義：、意義： （

12、1）量子理論是）量子理論是20世紀最深刻、最有成就世紀最深刻、最有成就的科學理論之一，使人類對微觀世界的基的科學理論之一，使人類對微觀世界的基本認識有了革命性的進步。本認識有了革命性的進步。 （2）量子力學對化學、生物學、醫學、考）量子力學對化學、生物學、醫學、考古學、古生物學和地質學等科學領域都產古學、古生物學和地質學等科學領域都產生了重大影響，帶來許多劃時代的技術創生了重大影響，帶來許多劃時代的技術創新，直接推動了社會生產力的發展，從根新，直接推動了社會生產力的發展，從根本上改變了人類的物質生活。本上改變了人類的物質生活。現代物理學興起的重大意義現代物理學興起的重大意義1.1.量子理論和相

13、對論一起，共同構成了現代物理學量子理論和相對論一起，共同構成了現代物理學的基礎。的基礎。2.2.量子理論和相對論彌補了經典物理學在宏觀世界和微量子理論和相對論彌補了經典物理學在宏觀世界和微觀的粒子世界面前的空缺，描繪了一個嶄新的世界，大觀的粒子世界面前的空缺，描繪了一個嶄新的世界，大大開闊了人們的視野，改變了人們看世界的角度和方式。大開闊了人們的視野，改變了人們看世界的角度和方式。3.3.量子理論和相對論不僅對物理科學本身，對自然科量子理論和相對論不僅對物理科學本身，對自然科學，而且對整個人類的思維都產生了不可磨滅的影響。學，而且對整個人類的思維都產生了不可磨滅的影響。1、愛因斯坦相對論的提出

14、是物理學領域的一場重大、愛因斯坦相對論的提出是物理學領域的一場重大 革命，主要是因為革命，主要是因為 否定了經典力學的絕對時空觀否定了經典力學的絕對時空觀 揭示了時間、空間并非絕對不變的本質屬性揭示了時間、空間并非絕對不變的本質屬性 打打破了經典力學體系的局限性破了經典力學體系的局限性 使人類對客觀世界的使人類對客觀世界的認識開始從宏觀世界深入到微觀世界認識開始從宏觀世界深入到微觀世界A B C D 2、 現代物理學的基礎是現代物理學的基礎是A、牛頓力學、牛頓力學 B、相對論、相對論 C、量子假說、量子假說 D、量子理論、相對論、量子理論、相對論課堂練習課堂練習:3、下列哪一理論的提出，使人類

15、對微觀世界的基本認識、下列哪一理論的提出，使人類對微觀世界的基本認識有了革命性的進步（有了革命性的進步（ ） A、自由落體運動規律的提出、自由落體運動規律的提出 B、相對論的提出、相對論的提出 C、量子論的提出、量子論的提出 D、萬有引力定律的提出、萬有引力定律的提出 4、下列表述不正確的是、下列表述不正確的是 A、牛頓創立的經典力學是經典物理學的基礎、牛頓創立的經典力學是經典物理學的基礎 B、經典物理學所適用的主要是日常生活中的物理現象、經典物理學所適用的主要是日常生活中的物理現象 C、相對論的提出證明經典的物理學是完全錯誤的、相對論的提出證明經典的物理學是完全錯誤的 D、量子理論使人類對微

16、觀世界的基本認識有了革命性、量子理論使人類對微觀世界的基本認識有了革命性的進步的進步 5、海王星的發現是根據、海王星的發現是根據 A、哥白尼日心說的推算、哥白尼日心說的推算 B、牛頓理論的推測、牛頓理論的推測 C、法拉第演說計算、法拉第演說計算 D、愛因斯坦對時間、空間屬性的揭示、愛因斯坦對時間、空間屬性的揭示6 6、稱為物理學領域最偉大革命成就是（、稱為物理學領域最偉大革命成就是（ ） A A、牛頓力學體系創立、牛頓力學體系創立 B B、愛因斯坦相對論的提出、愛因斯坦相對論的提出C C、海王星、冥王星的發現、海王星、冥王星的發現 D D、普朗克提出量子假說、普朗克提出量子假說7 7、相對論兩

17、個基本原理是：、相對論兩個基本原理是：相對性原理相對性原理 質量守恒定律質量守恒定律 光速不變理論光速不變理論 萬有引力定律（萬有引力定律（ ） A A、 B B、 C C、 D D、8 8、下列有關愛因斯坦的相對論力學與牛頓力學關系、下列有關愛因斯坦的相對論力學與牛頓力學關系的表述，比較準確的是（的表述，比較準確的是（ ）A A、前者否定后者、前者否定后者 B B、前者概括后者、前者概括后者 C C、前者解釋后者、前者解釋后者 D D、前者發展后者、前者發展后者經典物理學的危機經典物理學的危機 1 1、1717至至1818世紀以牛頓力學為世紀以牛頓力學為代表經典物理學代表經典物理學 是以日常

18、生是以日常生活中常見的低速運動的物質為活中常見的低速運動的物質為研究對象的，一旦進入光速運研究對象的，一旦進入光速運動時，經典物理學的某些結論動時，經典物理學的某些結論就變得不準確。就變得不準確。2 2、牛頓力學體系中，時間和、牛頓力學體系中，時間和空間被視為與物質運動無關而空間被視為與物質運動無關而獨立存在，是絕對的，即存在獨立存在，是絕對的，即存在絕對的靜止和絕對的時間。絕對的靜止和絕對的時間。 3、無法解釋、無法解釋19世紀末以來的世紀末以來的物理學新發現，如：微觀世界，物理學新發現，如：微觀世界，原子，宇宙放射線，高速光學原子，宇宙放射線，高速光學元素的放射性、電子運動、黑元素的放射性、電子運動、黑體輻射、光電效應等等體輻射、光電效應等等 4、 如神秘的如神秘的“以太以太”一直不一直不能被證明是存在的等，使經典能被證明是存在的等，使經典物理學建立的時空觀