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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。感谢您,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。感谢您,物理学史讲座,从牛顿到爱因斯坦,第1页,“,自然和自然法则 在黑暗中隐藏；上帝说：让牛顿去吧！于是，一切都已照亮。,”,蒲柏（英国诗人）,第2页,爱因斯坦：“卓别林先生您艺术全世界人都能看懂，您一定能成为一位伟大艺术家。”,卓别林：“爱因斯坦先生，您著作全世界没有几个人能看懂，但您已经成为一位伟大科学家,第3页,一、牛顿科学代言人,1、度日艰难遗腹子,2、一位伯乐：牛顿恩师巴罗,3、不朽著作：自然哲学数学原理,第4页,近代科学并不是某个人在某一天创造。不过假如一定要举出某个人某一天作为近代科学诞生标志，我选牛顿自然哲学数学原理在1687年出版那一天,杨振宁,第5页,牛顿运动定律,第一定律：,一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面力迫使它改变这种状态。,第二定律,物体加速度大小跟作用力成正比，跟物体质量成反比，加速度方向跟作用力方向相同,第三定律,两个物体之间作用力和反作用力总是大小相等、方向相反，作用在一条直线上,第6页,评说：,从地面上物体运动到天体运动，从大气流动到地壳变动，从拦河筑坝修建桥梁到设计各种机械，从自行车到汽车、火车、飞机等当代交通工具运动，从投出篮球到发射导弹，人造卫星、宇宙飞船全部这些动要遵从牛顿运动定律和由此树立起来经典力学规律，充分显示了牛顿科学工作魅力。,第7页,万有引力定律,自然界中任何两个物体都相互吸引，引力大小与物体质量m,1,和m,2,乘积成正比，与它们之间距离r二次方成反比，方向在它们连线上,第8页,时至今日数千颗人造卫星和宇宙飞船，正在按照万有引力定律为它们,“,设定,”,轨道在宇宙中飞行着，以至于阿波罗宇宙飞船从月球返航途中，当地面控制中心问及,“,现在是谁在驾驶飞船,”,时，指令长回答道：,“,我想现在是牛顿在驾驶。,”,自古以来当人民仰视星空时，天空中壮丽璀璨景象便吸引了他们注意力。智慧头脑开始探索天体运动奥秘，到了十七世纪，牛顿以他过人才智把空中现象与地面上现象统一起来，成功地阐释了天体运动规律,。,第9页,1992年，中国开启载人航天工程。年10月15日9时，我国神州五号宇宙飞船在酒泉卫星发射中心成功发射，把中国第一位航天员杨利伟送入太空。实现了中华民族千年飞天梦想。,第10页,年,2,月,1,日，美国哥伦比亚号航天飞机返航时在大气层中解体，七名宇航员全部遇难。无数探索者用自己汗水和生命铺设了人类通往宇宙道路。,第11页,评说：,尽管人类已经跨入太空，登上月球，不过，相对于宇宙之宏大，地球和月亮不过是茫茫宇宙中两粒尘埃；相对于宇宙之久长，人类历史不过是宇宙年轮上一道小小刻痕宇宙留给人们思索和疑问向深邃而辽阔。宇宙有没有边界？有没有起始和终止？有没有地外文明？假如有它们在哪里？,爱因斯坦曾经说：“一个最完美和最强烈情感来自面对不解之谜”,同学们：你们想加入破解它们行列吗？,第12页,4、一个真实牛顿,牛顿基志铭：,伊萨克牛顿爵士,安葬在这里,他以超乎常人智力,第一个证实了行星运动与形状,彗星轨道与海洋潮汐,他孜孜不倦地研究,光线各种不一样折射角,颜色所产生种种性质,对于自然、历史和圣经,他是一个勤勉、敏锐而忠实诠释者,他们自己哲学证实了上帝庄重,并在他举止中表现了福音般纯朴,让人类欢呼曾经存在这么一位伟大人类之光。,第13页,怎样看牛顿？,对于前辈科学家认识也是一个历史发展过程。历史告诉我们，牛顿以其过人天才和超越本身时代发觉，改变了人类对世界认识和了解，并已浸润到当今人类生活各个方面。牛顿科学思维是清楚，牛顿科学态度是严谨，牛顿科学结果是划时代。所以人们不吝惜将最热情赞誉给予这位伟大科学家。他死后，英国为他举行了国丧，他灵柩被安葬在威斯敏斯特教堂，成为英国英雄。不过，伴随一些尘封已久资料公开，人们又不得不相信，这位科学代言人曾经深陷炼金术泥沼而不能自拔，并沉溺于宗教狂热之中；他与胡克、弗拉姆斯蒂德、莱布尼兹争斗中凸显了他盛气凌人霸气和学术道德缺失。,第14页,那么，我们今天怎样看牛顿？,牛顿传作者怀特说：“用陆续挖掘出来材料为牛顿画像，画出来形象不一定十分漂亮，但真实人生原来如此，并不都是漂亮。我们应该骄傲地接收这么一个人，既接收他独特才华与天分，也接收他怪异行径与失败。”,是，牛顿犯过错误和性格上弱点可能比人们知道更多；但也仍是一位无以伦比巨人！让我们永远记住，人类曾经存在过这么一位伟大智者，并从他科学思想和科学结果中取得教学和启迪。,第15页,5、牛顿站在谁肩上？,牛顿：,“假如我比他人看得远一些，那是因为我站在巨人们肩上。”,第16页,伽利略近代物理先驱。,爱因斯坦评价道：“伽利略发觉以及他所应用科学推理方法，是人类思想上最伟大成就之一，标志着物理学真正开端。”,他失明了，因为在自然界已经没有剩下什么他没看见过东西了,伽利略墓志铭,第17页,伽利略科学功劳,(1)确立描述运动基本特征量速度和加速度 (2)探索落体运动规律：v=gt 、h=gt,2,/2 (3)发觉惯性定律隔了一代人，被牛顿总结成动力学基本定律之一 理想试验魅力：运动不需要力维持。,（,4,）,提出了运动相对性原理,第18页,伽利略在,对话,一书中写道：“把你和一些朋友关在一条大船甲板下主舱里，让你带着几只苍蝇、蝴蝶、和其它小虫。舱内放一只大碗，其中有几条鱼。然后，挂上一个水瓶，让水一滴一滴地滴到下面一个宽口罐子里。船停着不动时，你留神观察，小虫都已相同速度向 舱内各处飞行，鱼向各个方向随便游动，水滴滴进下面罐中。你把任何东西扔向你朋友时，只要距离相等，向这一方向无须比向另一方向用更大力。你双脚齐跳，不论向哪个方向，跳过距离都相等。当你仔细地观察这些事情后，再使船以任何速度前进，只要运动是匀速，也不忽左忽右摆动，你将发觉全部上述现象丝毫没有改变，你也无法从其中任何一个现象来确定，船是在运动，还是停着不动。即划船运动得相当快，在跳跃时，你将和以前一样，在船底板上跳过相同距离，你跳向船尾也不会比跳向船头来得远。即使，当你跳到空中时，脚下船板向着你跳相反方向移动，你把不论什么东西扔给你同伴时，不论他是在船头还是在船尾，只要你自己站在对面，你也并不需要更大力。水滴将像先前一样，滴进下面罐子里，一滴也不会滴向船尾，即使水滴在空中时，船已行驶了许多。鱼在水中游向水碗前部所用力，并不比游向水碗后部来得大，他们一样悠闲地游向放在水碗边缘任何地方食饵。最终，蝴蝶和苍蝇继续随便地处处飞行，它们也绝不会向船尾集中，并不因为它们可能长时间留在空中，脱离了船运动，为赶上船运动而显出累样子,。”,第19页,评说：,这段十分精辟观察事实，揭示了一条极为主要真理，即从船中发生任何一个现象，均无法判断船终究是在匀速运动还是停着不动。地球就像一条大船，因为地球上全部物体都参加了地球运动，所以彼此并不感觉与地球静止时有什么差异。人们将这个论断称为“伽利略相对性原理”。,第20页,（5）开创了试验科学：把观察和试验作为研究基础，并把它与数理逻辑推理紧密结合起来，是人类科学思维方式巨大进步。,第21页,伽利略科学人生,（1）从罗马宫廷座上宾到阶下囚,（2）基志铭：“他失明了，因为在自然界中已经没有剩下什么他没有看见过东西了。”,（3）没有思想自由，就没有科学发展，历史就失去光芒,第22页,开普勒天空立法者,爱因斯坦评开普勒：“在开普勒生活时代，人们还根本没有确信自然界是受着规律支配。他在没有些人支持和极少有些人了解情况下，全靠自己努力专心致志地以几十年艰辛和坚韧工作，从事于行星运动经验研究以及这种运动数学定律研究，使他取得这种力量，是他对自然规律存在信仰，这种信仰该是多么深挚呀！”,第23页,行量运动三定律 中世纪科学与近代科学分水岭,第一定律：全部 行星沿椭圆轨道绕太阳运行，太阳位于椭圆一个焦点上,第二定律：对于任一行星来说，它与太阳连线在相等时间扫过相等面积,第三定律：行星绕太阳运动轨道半长轴a立方与运动周期T平方成正比即：,a,3,/t,2,=K,式中k是与任何行星无关，只可能与太阳相关一个常量,第24页,一个贫穷而富有人,（1）,一个凭借精神克服恶劣家境与病弱身体人,（2）一个被国家饿死天文学家,开普勒一辈子都很贫穷，身为宫廷天文,学家，但薪水经常被拖欠。1630年11月15,日，在他去索要拖欠了二十余年薪水时，,染伤寒死于途中，死时一贫如洗,黑格尔说：“开普勒是被国家饿死,”,第25页,（3）一个精神上富有人,生活困苦，研究艰辛，命运坎坷，从未使他在科学研究道路上退缩。他写道：“要把科学研究之锚沉入科学海洋之底”，“我勇往直前，百折不回为了给我上帝塑造一座圣殿，我已经得到了金瓶木已成舟、瓜熟蒂落。我正在写这部书是现在还是未来子孙后代读到它，那无关紧要。它能够为有一个读者而等上整整一个世纪。正如上帝自己为了有一个智者而等了六千年一样。”,自撰墓志铭：,“,我曾测量天空，现在测量幽冥；灵魂飞向天国，肉体安息土中。”,第26页,开普勒、伽利略与牛顿,伽利略和开普勒是朋友，长久书信往来，却来曾谋面。开始时伽利略不知道行星绕日运动不再是匀速圆周运动，而开普勒不知道伽利略惯性定律。以后，当开普勒行星运动定律与伽利略惯性定律会合时，历史进入了牛顿时代。能够说，牛顿所建立万有引力定律，就是把伽利略和开普勒关于力与运动及行星定律“歌词”谱上了数学“乐曲”，成为人们能够吟唱科学乐章,。,第27页,二、法拉第和麦克斯伟,试验大师和理论巨将,牛顿曾说：“我不过像是在玩耍小孩，不时为发觉比寻常更光滑一块石子或比寻常更 漂亮一片贝壳而沾沾自喜，但对展现在我面前浩瀚真理海洋却全然没有发觉”是牛顿并没有揭示值得我们知道每一样东西，其中就换电现象、磁现象。,“江山代有才人出，各领风骚数百年”时代召唤着新巨人,第28页,爱因斯坦：自从牛顿奠定理论物理学基础以来，物理学公理基础最伟大变革，是由法拉第和麦克斯伟在电磁现象工作所引发。,第29页,1、变人类命运伟大发觉电磁感应：,奥斯特梦圆“电生磁”：,“猛然打开了一个科学领域大门，那里过去是一片漆黑，如今充满了光明。”,第30页,法拉第心系磁生电,思想：,各种自然现象都是相互关联。,依据：,磁铁能使临近铁块感应带磁磁化。,静电荷能使邻近导体中感应出另一个电荷,静电感应。,联想：,电与磁性质是相同。既然电流能产生磁效应，那么依据电与磁相同性，磁也能产生电呀！,志向：,“我因为对当初产生电方法感到不满意，所以急于想发觉电磁及感应电流关系，以为电学在这条路上一定能够有充分发展。”,结果：,电磁感应现象发觉与人类社会电气化。,趣闻：,法拉第与财政大臣对话。,第31页,2、创造全新物理概念场及其图示法,概念是科学细胞：,有创见科学是概念提出，对科学理论形成和发展，含有十分主要意义。,提出概念基础：,既是长久实践发展产物，又是深入抽象思维结果。,第32页,法拉第场概念及其图示,（1）,一个更为深刻问题：、,作用是怎样传递？,超距作用,：不需要任何媒质，也不需要任何时间,评说：,含有神秘色彩与人类理智科学追求不符。,第33页,牛顿看法：,“极难想象没有别种无形媒介，无生命无感觉物质能够不需相互接触而对其它物质起作用和产生影响没有其它东西作媒介，一个物体可超越距离经过真空对另一物体作用，并凭借它和经过它。作用力能够从一个物体传递到另一物体，在我看来，这种思想荒谬之极，我相信从来没有一个在哲学问题上含有充分思索能力人会沉迷其中。”,第34页,法拉第：,引领人们摆脱困境含有深刻洞察力科学家。,第35页,（2）详细内容,带电体周围空间存在着电场。磁体周围空间,存在着磁场。电力和磁力是经过电场和磁场来传递,电场强弱与方向和磁场强弱与方向能够用,电场线和磁场线来描述。,在对电场和磁场做了研究后，法拉第深入强,调了电磁场主要性。他认为：描述电磁现象，主要,不是带电体和磁体这些看得见、摸着物质实,体，而是带电体和磁体之间那种看不见，摸不着然,而又是客观存在弥漫于整个空间场。,第36页,（3）,法拉第局限,重在感性描述与缺乏严格推导证实；偏于直观形式上疏于数学表示。,第37页,3、从求知少年到豁达长者,谢绝皇家学会会长和爵位；,拒绝研制毒气用于战争；,葬礼简单；,墓碑上只有：“迈克尔.法拉第，17911867”字样。,第38页,4、,麦克斯韦一个走向科学颠峰高才生,广泛兴趣、精湛构思和对事物寻根究底探索精神，来自于接收了良好教育。,霍普金斯教授：“小伙子，假如你没有秩序你永远成不了优异数学物理学家。”,高才生俱乐部中佼佼者两个科目标最高奖集于一身。15岁时在爱丁堡皇家学会学报上发表了数学论文。,第39页,5、,麦克斯科学贡献,法拉第即使有高超试验技巧和丰富想象力，提出了“场”和“力线”这些非常深刻思想，但因为数学水平不高，所以无法把他定性看法提升到准确定量理论上去，而这个任务就由麦克斯韦完成了。,积分形式,微分形式,物理意义,(5.3.1.1),安培环路定律,法拉第电磁感应定律,磁通连续性定律,.,高斯定律,第40页,揭示了改变着电场和磁场之间相互依存关系,揭示了电磁场确实是一个物质形态，它像实物一样也是有能量、动量、质量，而且它一经产生，便以光速按波动形式传输，为无线电通讯奠定了理论基础。,用一组偏微分方程式完美地描述了电磁运动基本规律,预见了电磁波横向振动性质及其传输速度速度，建立起光电磁理论,将表面上看来风马牛不相及电现象、磁现象和光现象统一在一个完整理论之中，揭开了物理学新篇章。,第41页,三、爱因斯坦 科学革命旗手,1、人们怎样谈论爱因斯坦,第42页,朗之万：,“在我们这一时代物理学家中，爱因斯坦位于最前列。他现在是，未来也还是人类宇宙中有头等光芒一颗巨星因为他对科学贡献愈加深刻地进入了人类思想基本概念结构之中。”,汤姆逊：,“爱因斯坦相对论是历史上最伟大成就之一，可能就是最伟大成就。他不是发觉了一个孤岛，而是发觉了科学思想新大陆。”,第43页,约翰布朗：,“科学界名人都有其本身相对性：有科学家因同行称道而知名；有些受到学生赞誉；还有些受到大众崇敬。不过，极少人能够对任何人，在任何地方，任何时间都是名人。爱因斯坦则到达了这种普遍性 他形象已经成为一个图标，它代表智慧、想象力和创造力；他品牌作为“天才”同义词是如此地深入人心，以致于他本人有一次不得不忏悔地说：我是爱因斯坦，但我并不是人们说那个天才爱因斯坦。”,第44页,杨振宁：,“爱因斯坦就是追求科学所需要力量和毅力象征。他研究工作是在他之后科学家灵感和勇气。”,李政道：,“我们地球在太阳系中是一个不大行星。我们太阳在整个银河系四千亿颗恒星中也不是怎么出奇星。我们银河系在整个宇宙中也是非常渺小。可是，因为爱因斯坦在我们小小地球上生活过，我们这颗蓝色地球就比宇宙其它部分有特色，有智慧，有些人道德。”,第45页,2、爱因斯坦告诉了我们什么,光到底是什么？,分子真存在吗？,狭义相对论改变了什么？,（1）两个基本原理：相对性与光速不变性,（2）从同时相对性到时间和长度相对性：,（3）质速关系：,（4）质能关系与原子核能利用：E=mc,2,第46页,引力是什么？,（1）光线弯曲,（2）行星进动,（3）引力场方程与引力演化,（4）时空、物质与引力关系,第47页,统一场论追求什么？,爱因斯坦：“我完成不了这项工作了，我这项研究即使被遗忘，不过未来仍会被重新发觉。”,约飞：“假如说这献身于统一场论最终30年并未留下一些有用结果话，但却激发了许多深邃思想，而且为今后物理学提出了一系列问题。”,现在，爱因斯坦遗留下来关于统一场论火炬，正在由后辈科学家门高高擎起，它像一座灯塔，永远照亮着年轻一代向科学高峰攀登道路。,第48页,3、爱因斯坦怎样对待自己？,1921年获诺贝尔奖后说：“我不过是在自己工作中没有退缩而已，没有别。”,“我有时自向，怎么偏偏是我创建了相对论呢？我认为其原因以下：一个正常成年人不得会思索空间和时间问题。他会认为这么问题早在童年时代就搞清楚了，我则正相反、智力发展得很慢，成年以后才开始思索空间和时间问题。很显然，我对这些问题比儿童时期发育正常人想得要深一些。”,“让每一个人都作为个人受到尊重，而让任何人成为崇敬偶像。我自己就是受到人们过分赞扬和尊敬。”,第49页,4、爱因斯坦葬礼,这位伟大学者在他生命最终一天向家人留下遗嘱：不发讣告，不举行葬礼，不建坟墓，不立纪念碑。他遗体火化是悄悄进行，没有仪仗、没有乐队、没有花圈、也没有悼词。悼念仪式结束后，他遗嘱执行人，挚友奥托纳坦在灵柩前朗诵了歌德为悼念席勒所写诗：,“我们全都获益匪浅，全世界都感激他教诲，那属于他个人东西，早已传遍了人类。他像行将陨天彗星，光芒四射，把无限光明同他光芒永远相联。”,第50页,他还嘱咐再三：骨灰撒向大地，不要在他工作和生活地方建立任何纪念馆，不可把他住所变为人们“朝圣”殿堂，他办公室一定要让他人使用一颗巨星陨落了，人们即使找不到纪念和瞻仰他馆所，但却在心理筑立了永久纪念他殿堂！,爱因斯坦晚年留下了许多照片。在他照片中，这位慈爱老人，总好象心不在焉地看着我们。因为他要创建哪个“统一场论”方便对宇宙中几个基本相互作用作出统一解释努力未能成功。我们从他那充满脸上皱纹，能够看到他思潮波涌，从他谦和眼神，能够听到他脑海中涛声！,第51页,结束语：,“当你生活于试验室和图书馆宁静之中时，首先问问自己：我为自己学习做了些什么？当你逐步长进时，再问问自己：我为自己祖国做了些什么？总有一天，你能够因自己已经用某种方式对祖国富强和人类进步与幸福作出了贡献而感到巨大幸福。”,巴斯德（德国生物学家）,“一个学生所接收教育决定了他以后思索模式，选择课题兴趣以及面临新困难挑战时心理和情绪反应。”,杨振宁,第52页,再见,第53页,