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序言:物理学与人类文明

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序言物理学与人类文明 物理学与人类文明 物理学与人类文明 物理序言物理学与人类文明 物理学与人类
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伽利略牛顿 导入新课 让我们一起感受身边物理的物理知识。 苹果熟了为什么会从树上掉下来?……那为 什么火箭又能将航天员乘坐的神州飞船推上天呢 ?最后飞船为什么又能平稳地在太空遨游呢?这 就是物理。还有,大家都喜欢看电视吧,电视中 一个个精彩的节目,会令屏幕前的你流连忘返, 开怀捧腹。那么,电视台的直播间的画面和音乐 是怎么即时传过来的?又是怎样在电视屏幕上显 示出来的呢?这些现象就是物理。 绪言 物理学与人类物理 通过演示与讲解,让学生对物理学有大致 的了解:了解物理学研究哪些问题;了解物理 学与其他科学和技术的关系;了解物理学对人 类文明所起的作用。通过让学生课后讨论、写 读后感的形式,理解为什么要学习高中物理以 及怎样才能学好高中物理,为今后深入学习作 好思想准备与方法准备。 教学目标 一、物理学 二、物理学与社会进步 三、物理学与思维观念 四、物理学的未来 本节导航 一、物理学 物理学是一门自然科学。它起始于伽 利略和牛顿的年代。经过三个多世纪的发 展,它已经成为一门有众多分支的、令人 尊敬和热爱的基础科学。 物理在发展,社会在进步 在远到宇宙深处,近到至咫尺之间,大到 广表苍穹,小到微观粒子的浩瀚而又精细的时 空中,物理学研究物质存在的基本形式,以及 它们的性质和运动规律。物理学还研究物质的 内部结构,在不同层次上认识物质的各种组成 部分及其相互作用,以及它们运动和转化的规 律。因此,说物理学是关于“万物之理”的学问 并不为过。 神七升空 “长征二号”F型火箭载着神舟 号在人航天飞船直入云霄。物理 学的理论基础是空间技术的基础 。 (1)在牛顿力学和万有引力定律的基础上发展起来 的空间物理,能把宇宙飞船送上太空,使人类实现了飞 天的梦想。也使中国人“九天揽月”成为可能。 (2)带电粒子在电场中的 运动规律在科学技术的许多领 域都有重大意义。电子显微镜 、电子显像管,磁控管、粒子 加速器等都与它密切相关。 电视机显像管的剖面图 (3)原子核物 理学的进展,是人 类直接利用射线和 核能成为现实。 患肿瘤的病人在接受放射治疗 (4) 20世纪初相对论和量子力学的建立,是 物理学史上惊天动地的革命。由此诞生地近代物 理学以雷霆万物之势将世界带入高科技时代,组 成物质的微粒服从量子规律。因此半导体芯片等 产业离不开量子力学的理论支撑。可以说,没有 力学就没有现代技术,也就没有现代化的生活。 半导体芯片的照片 (5)20世纪60年代初,激光器诞生,激光物 理的诞生,激光物理的进展为激光在制造业,医 疗技术和国防工业中的应用打开了大门。 光彩夺目的激光束 (6)当温度低于超 导转变点时,超导体具 有完全抗磁性,下方的 超导体如同一块和上方 的永磁体同极相对的磁 铁一样,是永碰体片漂 浮起来。20世纪0年代, 高温超导体的研究取得 重大突破,为超导的实 际应用开辟了道路。 超导磁悬浮照 片,图中上面是用 超强永磁体制成的 图片,下面是烧制 的高温超的导体。 (7)20 世纪 90年 代发展起来的纳米科技 ,使人们可以按自己的 需要去设计并重新排列 原子或原子团,使其具 有人们希望的特性。这 使人们在材料科学的研 究中迈出了及其重要的 一步。 量子围栏,它是 用扫描隧道显微镜吧 48个Fe原子搬到Cu 表面上构成的。 DNA的双螺旋结构 (8)生命科学的巨大进 展离不开物理学的基础。脱 氧核糖核酸(DNA)是存在 于细胞核中的一种重要物质 ,它是储存和传递生命信息 的物质基础。1953年,生物 学家沃森和物理学家克里克 利用X射线衍射的方法在卡 文迪许实验室成功的测定了 DNA双螺旋结构。 第一辆蒸汽机车 (模型) (1)18世纪中叶,蒸 汽机的改进和广泛应用得 益于热学的研究,蒸汽机 的广泛使用,促进了手工 生产向机械化大生产的转 变,并使路上和海上大规 模的长途运输成为可能, 这大大推动了社会发展。 二、物理学与社会进步 我们生活在电气化的时代 (2)19世纪后半叶,在电磁学研究的基础 上发展起来的电力工业,给生产和生活带来深 刻的影响,是人类社会进入了电气时代。 (3)20世纪70年代,微观物理方面的重 大突破开创了微电子工业,从而触发了第三 次工业革命。世界开始进入以电子计算机应 用为特征的信息时代。 信息时代 古人心中的宇宙 三、物理学与思想观念 16世纪,人们 意识到地球和行星 都在绕太阳运动。 现代天文学家 已经观测到距我们 140亿光年的天体。 (1)在人类文明的初期人们大地是一个大扁 盘,物理学的发展使人类对大地乃至宇宙的认识 发生了翻天腹地的变化。从“天圆地方”到“地心 说”到“日心说”;从太阳系到河外星系;从静态 的宇宙道膨胀的宇宙,从“盘古开天地”到“大爆 炸”的宇宙演化论…… 哈雷彗星和它的公 转轨道。公元前613年 至公元1910年,中国有 它31次回归的记录。 1705年,英国天文学家 哈雷根据牛顿的万有引 力的定律正确的语言了 它的回归。 单变量数值仿真。洛伦兹仅仅相差 0.0001的两个初始条件输入一个数学方程, 计算得出的两条曲线不久就会分道扬镳, 南辕北辙,真是“差之毫厘,失之千里”。 哈雷彗星 在牛顿力学建立后,人们能精确地预言 哈雷彗星每76年回归地球一次。这意味着, 已知受力情况和初始条件——物体的位置和 速度,就可以求出以后任何时刻物体的位置 和速度,因此,人们形成了“机械决定论”的 思维方式。很自然的,人们梦想对天气也能 做同样的预报。 20世纪60年代初,美国气象学家洛伦兹研 究了服从三个含有非线性项方程的气象末次昂 系统,揭示了复杂系统的行为对微小初值差异 的没感性依赖性,从而断言藏起天气预报不可 能实现。为此,他提出了“一只蝴蝶在巴西扇 动翅膀,有可能在美国德克萨斯引起一场龙卷 风”的说法,被称为“蝴蝶效应”。这就动摇了 长期在人头脑中站主导地位的“机械决定论”的 思维方式。 我国泰山核电站 科学活动是人类认识自然的活动,现代技术已 经与科学技术密不可分了。科学救赎方面的突破对 于社会发展会起到至关重要的作用,正是科学成果 在技术上的应用,才创造了我们今天的物质文明, 然而事实表明,技术是一把“双刃刀”当人类黑尔明 智的利用技术时,他给人类带来很多恩惠;但是, 利用不当,甚至滥用就会给人类带来诸如生态失衡 ,资源枯竭等问题,人们又责任避免i技术的滥用, 既要大力发展和利用技术,还要细致的分析技术带 来的正负面的效应,积极开展技术评价和技术预见 工作,让技术很好的服务于人类。 四、物理学的未来 科幻与科技,是一对分割不开的“情侣” ,而联系它们之间的纽带,就是人们丰富的 想象和科技人员孜孜不倦的追求精神。科幻 电影中令人眩目的各种高科技产品和场景, 与人们的现实生活距离有多遥远? 物理呼唤年轻的心 哥白尼提出日心说时是38岁;牛顿和莱 布尼茨发明微积分时分别是22岁和28岁;爱 迪生发明留声机时是29岁,发明电灯时是31 岁,贝尔发明电话时是29岁;居里夫人发现 镭、钍、钋三种元素的放射性时是31岁;爱 因斯坦提出狭义相对论时是26岁,提出广义 相对论时是37岁;沃森和克里克提DNA双螺 旋结构时分别是25岁和37岁……. 科学走进21世纪,仍有许多的难题困扰 着科学家,期待着人们去探索,去发现。 “江山代有人才出,各领风骚数百年”。 每个同学都应该努力。 课后感想 为什么要学习高中物理?怎样学好高中物理? 1、什么要学习高中物理? ①使人能适应现代社会的需要 ②使人能够进一步学习 ③使人的素质得到显著提高 2、怎样才能学好高中物理? ①认真阅读,学会自学 ②认真听讲,独立思考 ③做好实验,做好练习
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