高中歷史必修3《物理學(xué)的重大進(jìn)展》教案【一】
教學(xué)準(zhǔn)備
教學(xué)目標(biāo)
1.知識與能力
閱讀教材，識記伽利略、牛頓在力學(xué)方面所取得的主要科學(xué)成就和經(jīng)典力學(xué)創(chuàng)立的標(biāo)志;愛因斯坦創(chuàng)立相對論;普朗克、愛因斯坦、玻爾等人對量子論誕生與發(fā)展所作出的主要貢獻(xiàn)。
2.過程與方法
在識記上述基本史實(shí)的基礎(chǔ)上，通過生生共議、師生互議、學(xué)生質(zhì)疑，通過對經(jīng)典力學(xué)創(chuàng)立的歷史背景和主要內(nèi)容綜合分析，認(rèn)識其在近代自然科學(xué)理論發(fā)展中的歷史地位;對比分析經(jīng)典力學(xué)與相對論、量子論的差異，認(rèn)識相對論、量子論與經(jīng)典力學(xué)之間的聯(lián)系
3.一步認(rèn)識近代以來物理學(xué)對自然運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律的探索及取得的輝煌成就，帶來了人類生產(chǎn)力的巨大進(jìn)步。
教學(xué)重難點(diǎn)
重點(diǎn): 經(jīng)典力學(xué)、相對論、量子論的主要內(nèi)容
難點(diǎn)：不同階段物理學(xué)之間的關(guān)系，對科學(xué)發(fā)展創(chuàng)新性的理解。
教學(xué)工具
多媒體設(shè)備
教學(xué)過程
導(dǎo)入新課：
展示：《蘋果落地》和《“神八”升空》圖
引入：《蘋果落地》和《“神八”升空》兩幅圖片，涉及到物理學(xué)中的傳統(tǒng)經(jīng)典力學(xué)和現(xiàn)代物理學(xué)中的相對論和量子力學(xué)原理。
物理學(xué)發(fā)展的過程
一、經(jīng)典力學(xué)
1.經(jīng)典力學(xué)的重要奠基者──伽利略
(1)背景：文藝復(fù)興運(yùn)動(dòng)的影響，即解放了人們的思想，推動(dòng)了科學(xué)研究。
16世紀(jì)末17世紀(jì)初，隨著文藝復(fù)興運(yùn)動(dòng)的擴(kuò)展和人的思想的解放，意大利科學(xué)家伽利略認(rèn)為研究自然界必須進(jìn)行系統(tǒng)地觀察和實(shí)驗(yàn)。他將科學(xué)實(shí)驗(yàn)與數(shù)學(xué)相結(jié)合，進(jìn)行科學(xué)研究，并強(qiáng)調(diào)追究事物之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。
(2)成就：利用自制望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)許多星體，證明了哥白尼“日心說”的正確性。
A.外力并不是維持運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原 因，只是改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因;
B.發(fā)現(xiàn)自由落體定律等定律;
C.利用望遠(yuǎn)鏡觀察天體并取得大量成果第一人;
D.證明了哥白尼“日心說”的正確性;
(3)意義：①開創(chuàng)了以實(shí)驗(yàn)事實(shí)為根據(jù)并具有嚴(yán)密邏輯體系的近代科學(xué),
②為經(jīng)典力學(xué)的創(chuàng)立和發(fā)展奠定了基礎(chǔ)
2.牛頓創(chuàng)立經(jīng)典力學(xué)
(1)標(biāo)志：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)三大定律和萬有引力定律。
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，牛頓是一個(gè)早產(chǎn)兒，出生時(shí)只有三磅重，接生婆和他的親人都擔(dān)心他能否活下來。誰也沒有料到這個(gè)看起來微不足道的小東西會(huì)成為了一位震古爍今的科學(xué)巨人，并且竟活到了85歲的高齡。1665年畢業(yè)于著名的劍橋大學(xué)三一學(xué)院，獲得學(xué)士學(xué)位。
1687年，他出版了《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》，在該書中他首先給力學(xué)的基本要領(lǐng)如質(zhì)量、動(dòng)量、慣性、力及向心力下了定義，對大至宇宙天體，小至光的微粒的一切物體在真空中或在有阻力的介質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)，全部應(yīng)用運(yùn)動(dòng)三定律和萬有引力定律給予了說明，把自然界中的一切力學(xué)現(xiàn)象都囊括在他的力學(xué)體系之中?！蹲匀徽軐W(xué)的數(shù)學(xué)原理》一書的出版標(biāo)志著經(jīng)典力學(xué)的成熟。牛頓力學(xué)在科學(xué)史上的意義表現(xiàn)在它把天上和地上的運(yùn)動(dòng)統(tǒng)一起來，把萬有引力定律和運(yùn)動(dòng)三定律視為宇宙間一切力學(xué)運(yùn)動(dòng)有普遍規(guī)律，從力學(xué)的角度證明了自然界的統(tǒng)一性，實(shí)現(xiàn)了人類自然界認(rèn)識的第一次綜合。
牛頓力學(xué)方面的貢獻(xiàn)之一是確立了萬有引力定律。這個(gè)定律說明，任何兩個(gè)物體之間都有引力存在。這個(gè)引力與彼此吸引的物體的質(zhì)量體積成正比，而與兩物體間距離的平方成反比。萬有引力定律總結(jié)了此前一個(gè)半世紀(jì)的科學(xué)發(fā)明并用精確的數(shù)學(xué)術(shù)語把它們聯(lián)結(jié)起來了。此外，牛頓還確立了著名的運(yùn)動(dòng)三定律，即慣性定律、比例定律(即加速度與力成正比)、作用和反作用相等定律。運(yùn)動(dòng)三定律是經(jīng)典物理學(xué)的基礎(chǔ)。牛頓確立的萬有引力定律和運(yùn)動(dòng)三大定律成為經(jīng)典力學(xué)建立的標(biāo)志。
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。
(2)意義：
①經(jīng)典力學(xué)體系的建立標(biāo)志著近代科學(xué)的形成。
②促進(jìn)了天文學(xué)發(fā)展：根據(jù)牛頓力學(xué)體系，人們發(fā)現(xiàn)了海王星和冥王星。
二、愛恩斯坦創(chuàng)立相對論：
1.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)無法解釋高速運(yùn)動(dòng)的微觀粒子發(fā)生的現(xiàn)象。
2.相對論的提出及主要內(nèi)容：
(1)提出：1905年剛剛得到博士學(xué)位的愛因斯坦發(fā)表的一篇題為《論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)》的文章，提出了著名的相對論，引發(fā)了二十世紀(jì)物理學(xué)的另一場革命。
(2)內(nèi)容：相對論包含狹義相對論和廣義相對論。
狹義相對論認(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)。
3、意義：
(1)相對論的提出是物理學(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)愛因斯坦的相對論也發(fā)展了牛頓力學(xué)，將牛頓力學(xué)概括在相對論力學(xué)之中，推動(dòng)物理學(xué)發(fā)展到一個(gè)新的高度。
【合作探究】相對論和經(jīng)典力學(xué)的關(guān)系
相對論打破了牛頓以來傳統(tǒng)的絕對時(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，而狹義相對論反映的是物體高速運(yùn)動(dòng)的客觀規(guī)律，是對牛頓力學(xué)的繼承和發(fā)展。
牛頓力學(xué)是相對論的一種特例(物體低速運(yùn)動(dòng)狀態(tài))，包括在相對論體系中。
三、量子論的誕生與發(fā)展：
學(xué)生看書總結(jié)：
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，使人們對物質(zhì)的認(rèn)識深入到了原子內(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.量子論的誕生、發(fā)展和量子力學(xué)：
(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。
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)。
3.量子論和量子力學(xué)的影響：
(1)量子論使人類對微觀世界的基本認(rèn)識取得革命性的進(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)識世界的角度和方式。
量子論和相對論的關(guān)系：
量子論和相對論是現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱，量子論的形成標(biāo)志著人類對于客觀規(guī)律的認(rèn)識，開始從宏觀世界深入到微觀世界。
量子力學(xué)和狹義相對論結(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)、晶體技術(shù)和激光技術(shù)等奠定了理論基礎(chǔ)。
高中歷史必修3《物理學(xué)的重大進(jìn)展》教案【二】
教學(xué)準(zhǔn)備
教學(xué)目標(biāo)
1.閱讀教材，識記伽利略、牛頓在力學(xué)方面所取得的主要科學(xué)成就和經(jīng)典力學(xué)創(chuàng)立的標(biāo)志;愛因斯坦創(chuàng)立相對論;普朗克、愛因斯坦、玻爾等人對量子論誕生與發(fā)展所作出的主要貢獻(xiàn)。
2.在識記上述基本史實(shí)的基礎(chǔ)上，通過生生共議、師生互議、學(xué)生質(zhì)疑，通過對經(jīng)典力學(xué)創(chuàng)立的歷史背景和主要內(nèi)容綜合分析，認(rèn)識其在近代自然科學(xué)理論發(fā)展中的歷史地位;對比分析經(jīng)典力學(xué)與相對論、量子論的差異，認(rèn)識相對論、量子論與經(jīng)典力學(xué)之間的聯(lián)系;并進(jìn)一步認(rèn)識近代以來物理學(xué)對自然運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律的探索及取得的輝煌成就，帶來了人類生產(chǎn)力的巨大進(jìn)步。
教學(xué)重難點(diǎn)
1.重點(diǎn)：經(jīng)典力學(xué)、相對論、量子論的主要內(nèi)容
2.難點(diǎn)：不同階段物理學(xué)之間的關(guān)系，對科學(xué)發(fā)展創(chuàng)新性的理解。
教學(xué)工具
課件
教學(xué)過程
1.閱讀教材第一目“經(jīng)典力學(xué)”
A(1)：伽利略為近代科學(xué)的興起做出了哪些貢獻(xiàn)(請注意閱讀“前言”、“歷史縱橫”、圖片資料及解讀綜合思考)?
【3組學(xué)生板演預(yù)測】創(chuàng)立科學(xué)的研究方法：實(shí)驗(yàn)和觀察;
發(fā)現(xiàn)：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;
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;伽利略的努力為近代自然科學(xué)的興起奠定了基礎(chǔ)。
點(diǎn)評：視學(xué)生回答情況進(jìn)行知識講解與思維方法指導(dǎo)。
特別提示：
伽利略、開普勒與潮汐理論。
紅衣主教貝拉明1615年發(fā)表聲明，稱哥白尼學(xué)說不成立，除非“有物理證據(jù)證明太陽不是圍繞地球，而是地球圍繞著太陽運(yùn)行”。伽利略認(rèn)為他的潮汐理論足可證明地球運(yùn)動(dòng)。這個(gè)理論十分重要，以至于他最開始將著作命名為《關(guān)于海洋潮汐與流動(dòng)的兩大世界體系的對話》。關(guān)于潮汐的字眼最終因?yàn)樽诮谭ㄍサ闹噶疃粍h除。
伽利略認(rèn)為，由于地球圍繞軸心自轉(zhuǎn)并圍繞太陽公轉(zhuǎn)，導(dǎo)致地球表面運(yùn)動(dòng)的加速減速引發(fā)海水潮汐式前后涌動(dòng)。1616年，他將第一份有關(guān)潮汐的文獻(xiàn)整理出來，交給了紅衣主教奧斯尼。他的理論第一次涉及了海底大陸架的形狀尺度，以及潮汐的時(shí)刻等。例如，他正確地推算出亞德里亞海中途的波浪相對于到達(dá)海岸的最后一波來說可以忽略不計(jì)。但是，從潮汐形成的總體角度來看，伽利略的理論并不成立。
如果理論成立了，那么每天只能出現(xiàn)一次漲潮。伽利略與他的同事們注意到該理論的不足之處，因?yàn)樵谕崴姑刻鞎?huì)漲潮兩次，時(shí)間間隔為12小時(shí)。伽利略認(rèn)為這種反常現(xiàn)象不過是因?yàn)楹Ｑ笮螤?，深度及其它的問題導(dǎo)致的，不值得一提。對于他這種觀點(diǎn)是不靠譜的論斷，愛因斯坦則表示伽利略只是急于給出地球運(yùn)動(dòng)的物理證明，構(gòu)造出了這種“引人入勝的觀點(diǎn)”并自己全盤接受了。伽利略否定了當(dāng)時(shí)開普勒的觀點(diǎn)，即月球?qū)е鲁毕\(yùn)動(dòng)，而后者的觀點(diǎn)襲承了托勒密法之書中占星傳統(tǒng)。他也拒接接受開普勒關(guān)于行星沿橢圓軌道運(yùn)行的觀點(diǎn)，認(rèn)為圓形軌道才是“完美”的。
A(2)：經(jīng)典力學(xué)出現(xiàn)的標(biāo)志是什么?其創(chuàng)立具備了那些社會(huì)條件?
【2組學(xué)生板演預(yù)測】1687年，牛頓出版了《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》;
社會(huì)條件：文藝復(fù)興、宗教改革等思想解放運(yùn)動(dòng)的影響;
資本主義的發(fā)展提供了物質(zhì)基礎(chǔ);
資產(chǎn)階級民主革命運(yùn)動(dòng)的推動(dòng);
科學(xué)家勇于的探索精神。
點(diǎn)評：視學(xué)生回答情況進(jìn)行知識講解與思維方法指導(dǎo)。
A(3)：經(jīng)典力學(xué)的基本特征是什么?其的創(chuàng)立對人類社會(huì)產(chǎn)生了哪些影響(請注意閱讀“資料回放”、“歷史縱橫”、圖片資料及解讀綜合思考)?
【1組學(xué)生板演預(yù)測】基本特征：三大定律與萬有引力定律等集中解釋自然界宏觀運(yùn)動(dòng);以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，以數(shù)學(xué)為表達(dá)形式。
影響：建立了經(jīng)典力學(xué)體系，標(biāo)志著近代科學(xué)的形成，推動(dòng)了物理學(xué)的發(fā)展;實(shí)踐上，根據(jù)萬有引力定律，發(fā)現(xiàn)了海王星;但僅確認(rèn)了物體宏觀運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，不可能解決所有的物理學(xué)問題。
點(diǎn)評：視學(xué)生回答情況進(jìn)行知識講解與思維方法指導(dǎo)。
特別提示：
經(jīng)典力學(xué)發(fā)展史：
古希臘的哲學(xué)家，包括亞里士多德在內(nèi)，可能是最早提出“萬有之本，必涵其因”論點(diǎn)，以及用抽象的哲理嘗試敲解大自然奧秘的思想家。當(dāng)然，對于現(xiàn)代讀者而言，許多仍舊存留下來的思想是蠻有道理的，但并沒有無懈可擊的數(shù)學(xué)理論與對照實(shí)驗(yàn)來闡明和證實(shí)。而這些方法乃現(xiàn)代科學(xué)，如經(jīng)典力學(xué)，能形成的最基本因素。
開普勒是第一位要求用因果關(guān)系來詮釋星體運(yùn)動(dòng)的科學(xué)家。他從第谷o布拉赫對火星的天文觀測資料里發(fā)現(xiàn)了火星公轉(zhuǎn)的軌道是橢圓形的。這與中世紀(jì)思維的切割大約發(fā)生在西元1600年。差不多于同時(shí)，伽利略用抽象的數(shù)學(xué)定律來解釋質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。傳說他曾經(jīng)做過一個(gè)著名的實(shí)驗(yàn)：從比薩斜塔扔下兩個(gè)不同質(zhì)量的球來試驗(yàn)它們是否同時(shí)落地。雖然這傳說很可能不實(shí)，但他確實(shí)做過斜面上滾球的數(shù)量實(shí)驗(yàn);他的加速運(yùn)動(dòng)論顯然是由這些結(jié)果推導(dǎo)出的，而且成為了經(jīng)典力學(xué)上的基石。
牛頓和大多數(shù)那個(gè)年代的同仁，除了惠更斯著名的例外，都認(rèn)為經(jīng)典力學(xué)應(yīng)可以詮釋所有大自然顯示的現(xiàn)象，包括用其分支，幾何光學(xué)，來解釋光波。甚至于當(dāng)他發(fā)現(xiàn)了牛頓環(huán)(一個(gè)光波干涉現(xiàn)象)，牛頓仍然使用自己的光微粒學(xué)說來解釋。
十九世紀(jì)后期，尖端的理論與實(shí)驗(yàn)挖掘出許多撲朔迷離的難題。經(jīng)典力學(xué)與熱力學(xué)的連結(jié)導(dǎo)至出經(jīng)典統(tǒng)計(jì)力學(xué)的吉布斯佯謬(熵混合不連續(xù)特性)。在原子物理的領(lǐng)域，原子輻射呈現(xiàn)線狀光譜，而不是連續(xù)光譜。眾位大師盡心竭力研究這些難題，引導(dǎo)發(fā)展出現(xiàn)代的量子力學(xué)。同樣的，因?yàn)榻?jīng)典電磁學(xué)和經(jīng)典力學(xué)在坐標(biāo)變換時(shí)的互相矛盾，終就創(chuàng)發(fā)出驚世的相對論。
自二十世紀(jì)末后，不再能虎山獨(dú)行的經(jīng)典力學(xué)，已與經(jīng)典電磁學(xué)被牢牢的嵌入相對論和量子力學(xué)里面，成為在非相對論性和非量子力學(xué)性的極限，研究質(zhì)點(diǎn)的學(xué)問。
2.閱讀教材第二目“相對論的創(chuàng)立”
A(1)：20世紀(jì)初，德國物理學(xué)家愛因斯坦為什么要?jiǎng)?chuàng)立相對論(請注意閱讀圖片資料及解讀綜合思考)?
【6組學(xué)生板演預(yù)測】19世紀(jì)末20世紀(jì)初，科學(xué)技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展;經(jīng)典力學(xué)遭遇困境與挑戰(zhàn)：無法解釋高速運(yùn)動(dòng)的微觀粒子發(fā)生的現(xiàn)象等。
點(diǎn)評：視學(xué)生回答情況進(jìn)行知識講解與思維方法指導(dǎo)。
A(2)：相對論的主要內(nèi)容是什么?它的創(chuàng)立有何歷史影響(請注意閱讀“學(xué)思之窗”綜合思考)?
【5組學(xué)生板演預(yù)測】相對論包括狹義相對論和廣義相對論：
狹義相對論是建立在相對性原理和光速不變原理上的，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)，時(shí)間和空間也會(huì)隨著物體運(yùn)動(dòng)速度的變化而變化，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)狀況，也取決于物質(zhì)本身的分布狀態(tài)。
影響：物理學(xué)領(lǐng)域的一次重大革命;否定了經(jīng)典力學(xué)的絕對時(shí)空觀，揭示了時(shí)間和空間的本質(zhì)屬性;發(fā)展了牛頓力學(xué)，推動(dòng)物理學(xué)發(fā)展到一個(gè)新的高度;
點(diǎn)評：視學(xué)生回答情況進(jìn)行知識講解與思維方法指導(dǎo)。
特別提示：
相對論的影響：
聯(lián)合國大會(huì)已把2005年確定為“國際物理年”，這是聯(lián)合國首次為一個(gè)學(xué)科確定的全球規(guī)模的紀(jì)念活動(dòng)。
運(yùn)動(dòng)中的尺子會(huì)縮短：相對論的研究對象是超越人們?nèi)粘＝?jīng)驗(yàn)的高速運(yùn)動(dòng)世界和廣闊的宇宙。狹義相對論認(rèn)為，運(yùn)動(dòng)中的尺子會(huì)縮短。人們平時(shí)處在低速運(yùn)動(dòng)中當(dāng)然不可能覺察，但如果以每秒26萬公里的速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，一米的尺子就會(huì)縮成半米。狹義相對論表明，高速旅行會(huì)使時(shí)間變慢。假定將來人們能制造一艘接近光速飛行的宇宙飛船，從地球出發(fā)飛向遙遠(yuǎn)的星系，來回的旅程僅僅幾年(按飛船上的時(shí)間)，但在此期間地球上已過去了幾千年。
1915年，愛因斯坦把狹義相對論發(fā)展成廣義相對論。廣義相對論認(rèn)為，沒有物質(zhì)的時(shí)空是平坦的，有物質(zhì)存在的時(shí)空就變得彎曲了，兩點(diǎn)之間的距離因物質(zhì)的存在而被拉伸或擠壓。一個(gè)直觀的比喻是，水平抻開的一塊布應(yīng)該是平坦的，當(dāng)你在布上放置一個(gè)鉛球后，布面就變得彎曲了，這時(shí)再放置一個(gè)小玻璃球在布上，它就會(huì)滾向中央的鉛球。同理，星球的質(zhì)量使周圍的時(shí)空彎曲，星球上的“引力”實(shí)際上是一個(gè)時(shí)空被彎曲的現(xiàn)象。根據(jù)廣義相對論，1939年美國物理學(xué)家奧本海默證明，假如星體質(zhì)量聚集到一個(gè)足夠小的球狀區(qū)域里，引力的強(qiáng)烈擠壓會(huì)使那個(gè)天體的密度無限增大，然后產(chǎn)生災(zāi)難性的坍塌，使那里的時(shí)空變得無限彎曲，這就是人們常聽說的黑洞。
理論催生原子彈：作為相對論的一個(gè)推論，愛因斯坦提出了著名的質(zhì)能關(guān)系式：能量等于質(zhì)量乘以光速的平方。在這一理論的指導(dǎo)下，1939年，科學(xué)家找到了通過裂變把質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量，釋放巨大原子能的中子鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，進(jìn)而制造了原子彈，后來又利用核聚變發(fā)明了氫彈。而可以控制反應(yīng)劇烈程度的核反應(yīng)堆的和平利用，比如核電站、可控核反應(yīng)堆供暖系統(tǒng)等極大地改善了人們的生活。
全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)也依賴于愛因斯坦的相對論。愛因斯坦指出：傳統(tǒng)的時(shí)間概念只能在簡單的條件下才能確定，當(dāng)多種因素暫時(shí)聯(lián)系起來的時(shí)候，傳統(tǒng)的計(jì)時(shí)方法就失去作用。全球定位衛(wèi)星發(fā)出的信號，由于處在不同的參照系上，時(shí)空無法和地面同步，只有根據(jù)衛(wèi)星和地面的原子鐘不斷調(diào)整時(shí)間，才能保證定位系統(tǒng)的精確。
1976年，物理學(xué)家維索特和列文向太空發(fā)射了一枚載有時(shí)鐘的火箭。他們觀察到，這個(gè)時(shí)鐘與放置在地球上的時(shí)鐘相比，多獲得了1/10微秒。他們認(rèn)為，為了在未來時(shí)光中旅行，就需要利用那些強(qiáng)度遠(yuǎn)高于地球重力的引力場，比如中子星引力場。如果讓飛船到達(dá)一顆中子星上，就會(huì)在未來的時(shí)光中邁出一大步。
3.閱讀教材第三目“量子論的誕生與發(fā)展”
A(1)：請簡述量子論提出的歷史背景與發(fā)展過程(請注意閱讀圖片資料及解讀綜合思考)。
【4組學(xué)生板演預(yù)測】歷史背景：19世紀(jì)末20世紀(jì)初，科學(xué)技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展;經(jīng)典力學(xué)遭遇困境與挑戰(zhàn)：無法解釋高速運(yùn)動(dòng)的微觀粒子發(fā)生的現(xiàn)象等。
發(fā)展過程：①愛因斯坦利用量子理論成功解釋了光電效應(yīng);②玻爾提出了有關(guān)原子的量子理論;③20世紀(jì)30年代，量子力學(xué)建立。(量子力學(xué)：研究微觀世界粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué))
點(diǎn)評：視學(xué)生回答情況進(jìn)行知識講解與思維方法指導(dǎo)。
A(2)：量子論的提出對人類社會(huì)發(fā)展有何影響?
【1組學(xué)生板演預(yù)測】影響： 使人類對微觀世界的認(rèn)識取得重大進(jìn)步，是20世紀(jì)最深刻、最有成就的科學(xué)理論之一; 量子論與相對論共同構(gòu)成現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)，彌補(bǔ)了經(jīng)典力學(xué)在認(rèn)識宏觀世界和微觀世界方面的不足; 改變了人們認(rèn)識世界的角度和方式;
點(diǎn)評：視學(xué)生回答情況進(jìn)行知識講解與思維方法指導(dǎo)。
【合作探究】結(jié)合材料和所學(xué)知識思考，通過對近代自然科學(xué)的發(fā)展與進(jìn)步的學(xué)習(xí)，你有何認(rèn)識?
材料：有高度社會(huì)責(zé)任感的人，通常是具有良心的智識者。1939年8月2日，愛因斯坦出于對人類命運(yùn)的極大關(guān)注，寫信給羅斯福總統(tǒng)建議美國務(wù)必?fù)屧诜ㄎ魉沟聡爸圃斐鲈訌?后來，當(dāng)原子彈真的從潘多拉魔盒里跳出來后，愛因斯坦陷入了巨大的后悔與痛苦之中，自認(rèn)一生最大錯(cuò)誤就是建議研制原子彈。他痛心地說，“早知如此，我寧可當(dāng)個(gè)修表匠!”愛因斯坦就核武器問題的懊悔，代表了人類良知的高度，是人類良心發(fā)出的最強(qiáng)音。
【2組學(xué)生板演預(yù)測】A科技是第一生產(chǎn)力;B科技的發(fā)展是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求，反之也推動(dòng)了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展;C科學(xué)技術(shù)能夠改變?nèi)祟悺⑸鐣?huì)及世界的發(fā)展;D科學(xué)是一把雙刃劍要正確對待合理把握，為人類造福。
點(diǎn)評：視學(xué)生回答情況進(jìn)行知識講解與思維方法指導(dǎo)。
【知識梳理】【師生互動(dòng)小結(jié)】
一、經(jīng)典力學(xué)
1.伽利略奠基：創(chuàng)立實(shí)驗(yàn)和觀察科研方法;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;自制望遠(yuǎn)鏡觀察天體，證明了哥白尼“日心說”的正確性。伽利略的發(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成就之一，標(biāo)志著物理學(xué)的真正開端。
2.牛頓建立：標(biāo)志是1687年《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》出版;主要內(nèi)容是物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)三大定律、萬有引力定律等 ;特點(diǎn)：以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，以數(shù)學(xué)為表達(dá)形式。標(biāo)志著近代科學(xué)的形成。海王星的發(fā)現(xiàn)證明了牛頓理論的科學(xué)性和預(yù)見性。
3.經(jīng)典力學(xué)產(chǎn)生的歷史條件：文藝復(fù)興、宗教改革等思想解放運(yùn)動(dòng)的影響;資本主義的發(fā)展提供了物質(zhì)基礎(chǔ);資產(chǎn)階級民主革命運(yùn)動(dòng)的推動(dòng);科學(xué)家勇于的探索精神。
二、相對論的創(chuàng)立
1.創(chuàng)立條件：過去的物理學(xué)以牛頓理論為基礎(chǔ)，認(rèn)為時(shí)間和空間是絕對的，兩者是沒有任何直接聯(lián)系的;19世紀(jì)隨著科學(xué)的飛速發(fā)展，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)的微觀粒子發(fā)生的現(xiàn)象，經(jīng)典力學(xué)無法解釋。
2.主要內(nèi)容：狹義相對論——打破經(jīng)典力學(xué)的絕對時(shí)空觀。廣義相對論——進(jìn)一步深化對時(shí)間空間和引力現(xiàn)象的認(rèn)識。
3.歷史意義：相對論的提出是物理學(xué)領(lǐng)域的一次重大革命;否定了經(jīng)典力學(xué)絕對時(shí)空觀，發(fā)展了牛頓力學(xué);推動(dòng)物理學(xué)發(fā)展到了新的高度。
三、量子力學(xué)的誕生與發(fā)展
1.歷史背景：19c末20c初，電子和放射性的發(fā)現(xiàn)使人們對物質(zhì)的認(rèn)識深入到原子內(nèi)部;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。
2.誕生標(biāo)志：1900年，德國物理學(xué)家普朗克提出量子假說，宣告量子論誕生;
3.發(fā)展?fàn)顩r：①愛因斯坦利用量子理論成功解釋了光電效應(yīng);②玻爾提出了有關(guān)原子的量子理論;③20世紀(jì)30年代，量子力學(xué)建立。
4.歷史意義：使人類對微觀世界的認(rèn)識取得重大進(jìn)步，是20世紀(jì)最深刻、最有成就的科學(xué)理論之一。量子論與相對論共同構(gòu)成現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)，彌補(bǔ)了經(jīng)典力學(xué)在認(rèn)識宏觀世界和微觀世界方面的不足。改變了人們認(rèn)識世界的角度和方式。
【檢測反饋】
1.閱讀材料，回答問題。
拉爾夫、伯恩斯等人合著的《世界文明史》這樣寫道：“17和18世紀(jì)的文化進(jìn)步并不特別神秘……這一時(shí)代的思想進(jìn)步的淵源是中世紀(jì)末期以來歐洲歷史上主要的經(jīng)濟(jì)和文化運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的一些因素。”
(1)列舉17—18世紀(jì)重大的科學(xué)技術(shù)成果(至少三項(xiàng))。
【3組學(xué)生板演預(yù)測】伽利略發(fā)現(xiàn)自由落體定律，牛頓創(chuàng)立經(jīng)典力學(xué)、胡克等創(chuàng)立細(xì)胞學(xué)說，瓦特新型蒸汽機(jī)改良成功。
點(diǎn)評：視學(xué)生回答情況進(jìn)行知識講解與思維方法指導(dǎo)。
(2)17—18世紀(jì)的歐洲還發(fā)生了哪些影響世界的重大事件?
【4組學(xué)生板演預(yù)測】啟蒙運(yùn)動(dòng)，英國資產(chǎn)階級革命，法國大革命，第一次科技革命(工業(yè)革命)。
點(diǎn)評：視學(xué)生回答情況進(jìn)行知識講解與思維方法指導(dǎo)。
(3)結(jié)合材料分析這一時(shí)代的思想進(jìn)步的原因。
【5組學(xué)生板演預(yù)測】思想進(jìn)步根源于資本主義因素的產(chǎn)生發(fā)展;此外，文藝復(fù)興以后理性精神得到弘揚(yáng)，宗教改革沖破了神學(xué)的禁錮，科學(xué)的迅速發(fā)展拓展了人們的視野，工業(yè)革命改善和豐富人們的生活，這些都有力地推動(dòng)了進(jìn)步思想的出現(xiàn)。
點(diǎn)評：視學(xué)生回答情況進(jìn)行知識講解與思維方法指導(dǎo)。
課后小結(jié)
強(qiáng)調(diào)兩點(diǎn)：第一，經(jīng)典力學(xué)與相對論最主要的區(qū)別就在于運(yùn)動(dòng)與時(shí)空之間關(guān)系的區(qū)別，經(jīng)典力學(xué)強(qiáng)調(diào)絕對時(shí)空觀，而相對論則強(qiáng)調(diào)相對時(shí)空觀。第二，相對論并沒有否定經(jīng)典力學(xué)，而是將經(jīng)典力學(xué)作為一種特例，包含在相對論之中，是經(jīng)典力學(xué)的發(fā)展。
課后習(xí)題
1、1609年8月,在意大利的威尼斯,某位科學(xué)家正在向威尼斯當(dāng)時(shí)的統(tǒng)治者展示他的天文望遠(yuǎn)鏡,而正是從這時(shí)開始,天文學(xué)進(jìn)入了望遠(yuǎn)鏡時(shí)代。400年后的2009年,這架望遠(yuǎn)鏡被英國科學(xué)家評為“人類歷史上最著名的望遠(yuǎn)鏡”。當(dāng)時(shí)這位科學(xué)家通過望遠(yuǎn)鏡( )
A.發(fā)現(xiàn)了天體運(yùn)行的規(guī)律
B.證實(shí)了“日心說”的正確性
C.確立了經(jīng)典力學(xué)的體系
D.第一次發(fā)現(xiàn)了 “海王星”
解析:根據(jù)題目提供的材料可判斷出相關(guān)的科學(xué)家是伽利略,他用自己制造的望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了許多用肉眼看不見的星體,從而證明了哥白尼提出的“日心說”的正確性。
答案:B
2、某班同學(xué)在制作《近代物理學(xué)的成就》手抄報(bào)時(shí),畫了右面一幅漫畫。他要表達(dá)的是( )
A.伽利略通過對自然的觀察發(fā)現(xiàn)了自由落體定律
B.牛頓在自然現(xiàn)象啟發(fā)下開始研究萬有引力定律
C.愛因斯坦相對論的提出基于對自然規(guī)律的把握
D.世界上 任何科學(xué)規(guī)律及定律的發(fā)現(xiàn)都是偶然的
解析:牛頓受到蘋果落地的啟發(fā),開始研究并最終創(chuàng)立了萬有引力定律。但是,任何科學(xué)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)都不是偶然的,都是建立在科學(xué)家深入思考和研究的基礎(chǔ)之上的。
答案:B
3、哥白尼、牛頓和愛因斯坦被稱為近代以來最偉大的科學(xué)家,其理論的共同之處是( )
A.得到了科學(xué)實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證
B.改變 了人類對自然世界的認(rèn)識
C.推動(dòng)了技術(shù)的重大突破
D.科學(xué)地概括出物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的定律
解析:A、C、D三項(xiàng)都不符合對 哥白尼學(xué)說的描述,哥白尼的學(xué)說當(dāng)時(shí)還無法得到科學(xué)驗(yàn)證,也沒有直接運(yùn)用于生產(chǎn),推動(dòng)技術(shù)取得重大突破,哥白尼的日心說從嚴(yán)格意義上說并不是科學(xué)的。 哥白尼、牛頓、愛因斯坦都提出了對自然的新認(rèn)識,改變了人們對自然世界的認(rèn)識。因此,B項(xiàng) 是符合題目要求的正確答案。
答案:B
4、一位科學(xué)家的墓碑上鐫刻著這樣的銘文:“他以神一般的力量……第一個(gè)說明了行星的運(yùn)動(dòng)和圖像。”這位科學(xué)家應(yīng)該是( )
A.伽利略
B.牛頓
C.愛因斯坦
D.普朗克
解析:牛頓的萬有引力定律描繪了行星的運(yùn)動(dòng)和圖像,把天上和地上的物體的運(yùn)動(dòng)概括在同一個(gè)理論之中,是人類認(rèn)識史 上對自然規(guī)律的第一次理論性概括和綜合。
答案:B
板書
物理學(xué)的重大進(jìn)展
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教學(xué)準(zhǔn)備
教學(xué)目標(biāo)
1.知識與能力
閱讀教材，識記伽利略、牛頓在力學(xué)方面所取得的主要科學(xué)成就和經(jīng)典力學(xué)創(chuàng)立的標(biāo)志;愛因斯坦創(chuàng)立相對論;普朗克、愛因斯坦、玻爾等人對量子論誕生與發(fā)展所作出的主要貢獻(xiàn)。
2.過程與方法
在識記上述基本史實(shí)的基礎(chǔ)上，通過生生共議、師生互議、學(xué)生質(zhì)疑，通過對經(jīng)典力學(xué)創(chuàng)立的歷史背景和主要內(nèi)容綜合分析，認(rèn)識其在近代自然科學(xué)理論發(fā)展中的歷史地位;對比分析經(jīng)典力學(xué)與相對論、量子論的差異，認(rèn)識相對論、量子論與經(jīng)典力學(xué)之間的聯(lián)系
3.一步認(rèn)識近代以來物理學(xué)對自然運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律的探索及取得的輝煌成就，帶來了人類生產(chǎn)力的巨大進(jìn)步。
教學(xué)重難點(diǎn)
重點(diǎn): 經(jīng)典力學(xué)、相對論、量子論的主要內(nèi)容
難點(diǎn)：不同階段物理學(xué)之間的關(guān)系，對科學(xué)發(fā)展創(chuàng)新性的理解。
教學(xué)工具
多媒體設(shè)備
教學(xué)過程
導(dǎo)入新課：
展示：《蘋果落地》和《“神八”升空》圖
引入：《蘋果落地》和《“神八”升空》兩幅圖片，涉及到物理學(xué)中的傳統(tǒng)經(jīng)典力學(xué)和現(xiàn)代物理學(xué)中的相對論和量子力學(xué)原理。
物理學(xué)發(fā)展的過程
一、經(jīng)典力學(xué)
1.經(jīng)典力學(xué)的重要奠基者──伽利略
(1)背景：文藝復(fù)興運(yùn)動(dòng)的影響，即解放了人們的思想，推動(dòng)了科學(xué)研究。
16世紀(jì)末17世紀(jì)初，隨著文藝復(fù)興運(yùn)動(dòng)的擴(kuò)展和人的思想的解放，意大利科學(xué)家伽利略認(rèn)為研究自然界必須進(jìn)行系統(tǒng)地觀察和實(shí)驗(yàn)。他將科學(xué)實(shí)驗(yàn)與數(shù)學(xué)相結(jié)合，進(jìn)行科學(xué)研究，并強(qiáng)調(diào)追究事物之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。
(2)成就：利用自制望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)許多星體，證明了哥白尼“日心說”的正確性。
A.外力并不是維持運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原 因，只是改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因;
B.發(fā)現(xiàn)自由落體定律等定律;
C.利用望遠(yuǎn)鏡觀察天體并取得大量成果第一人;
D.證明了哥白尼“日心說”的正確性;
(3)意義：①開創(chuàng)了以實(shí)驗(yàn)事實(shí)為根據(jù)并具有嚴(yán)密邏輯體系的近代科學(xué),
②為經(jīng)典力學(xué)的創(chuàng)立和發(fā)展奠定了基礎(chǔ)
2.牛頓創(chuàng)立經(jīng)典力學(xué)
(1)標(biāo)志：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)三大定律和萬有引力定律。
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，牛頓是一個(gè)早產(chǎn)兒，出生時(shí)只有三磅重，接生婆和他的親人都擔(dān)心他能否活下來。誰也沒有料到這個(gè)看起來微不足道的小東西會(huì)成為了一位震古爍今的科學(xué)巨人，并且竟活到了85歲的高齡。1665年畢業(yè)于著名的劍橋大學(xué)三一學(xué)院，獲得學(xué)士學(xué)位。
1687年，他出版了《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》，在該書中他首先給力學(xué)的基本要領(lǐng)如質(zhì)量、動(dòng)量、慣性、力及向心力下了定義，對大至宇宙天體，小至光的微粒的一切物體在真空中或在有阻力的介質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)，全部應(yīng)用運(yùn)動(dòng)三定律和萬有引力定律給予了說明，把自然界中的一切力學(xué)現(xiàn)象都囊括在他的力學(xué)體系之中?！蹲匀徽軐W(xué)的數(shù)學(xué)原理》一書的出版標(biāo)志著經(jīng)典力學(xué)的成熟。牛頓力學(xué)在科學(xué)史上的意義表現(xiàn)在它把天上和地上的運(yùn)動(dòng)統(tǒng)一起來，把萬有引力定律和運(yùn)動(dòng)三定律視為宇宙間一切力學(xué)運(yùn)動(dòng)有普遍規(guī)律，從力學(xué)的角度證明了自然界的統(tǒng)一性，實(shí)現(xiàn)了人類自然界認(rèn)識的第一次綜合。
牛頓力學(xué)方面的貢獻(xiàn)之一是確立了萬有引力定律。這個(gè)定律說明，任何兩個(gè)物體之間都有引力存在。這個(gè)引力與彼此吸引的物體的質(zhì)量體積成正比，而與兩物體間距離的平方成反比。萬有引力定律總結(jié)了此前一個(gè)半世紀(jì)的科學(xué)發(fā)明并用精確的數(shù)學(xué)術(shù)語把它們聯(lián)結(jié)起來了。此外，牛頓還確立了著名的運(yùn)動(dòng)三定律，即慣性定律、比例定律(即加速度與力成正比)、作用和反作用相等定律。運(yùn)動(dòng)三定律是經(jīng)典物理學(xué)的基礎(chǔ)。牛頓確立的萬有引力定律和運(yùn)動(dòng)三大定律成為經(jīng)典力學(xué)建立的標(biāo)志。
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。
(2)意義：
①經(jīng)典力學(xué)體系的建立標(biāo)志著近代科學(xué)的形成。
②促進(jìn)了天文學(xué)發(fā)展：根據(jù)牛頓力學(xué)體系，人們發(fā)現(xiàn)了海王星和冥王星。
二、愛恩斯坦創(chuàng)立相對論：
1.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)無法解釋高速運(yùn)動(dòng)的微觀粒子發(fā)生的現(xiàn)象。
2.相對論的提出及主要內(nèi)容：
(1)提出：1905年剛剛得到博士學(xué)位的愛因斯坦發(fā)表的一篇題為《論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)》的文章，提出了著名的相對論，引發(fā)了二十世紀(jì)物理學(xué)的另一場革命。
(2)內(nèi)容：相對論包含狹義相對論和廣義相對論。
狹義相對論認(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)。
3、意義：
(1)相對論的提出是物理學(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)愛因斯坦的相對論也發(fā)展了牛頓力學(xué)，將牛頓力學(xué)概括在相對論力學(xué)之中，推動(dòng)物理學(xué)發(fā)展到一個(gè)新的高度。
【合作探究】相對論和經(jīng)典力學(xué)的關(guān)系
相對論打破了牛頓以來傳統(tǒng)的絕對時(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，而狹義相對論反映的是物體高速運(yùn)動(dòng)的客觀規(guī)律，是對牛頓力學(xué)的繼承和發(fā)展。
牛頓力學(xué)是相對論的一種特例(物體低速運(yùn)動(dòng)狀態(tài))，包括在相對論體系中。
三、量子論的誕生與發(fā)展：
學(xué)生看書總結(jié)：
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，使人們對物質(zhì)的認(rèn)識深入到了原子內(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.量子論的誕生、發(fā)展和量子力學(xué)：
(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。
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)。
3.量子論和量子力學(xué)的影響：
(1)量子論使人類對微觀世界的基本認(rèn)識取得革命性的進(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)識世界的角度和方式。
量子論和相對論的關(guān)系：
量子論和相對論是現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱，量子論的形成標(biāo)志著人類對于客觀規(guī)律的認(rèn)識，開始從宏觀世界深入到微觀世界。
量子力學(xué)和狹義相對論結(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)、晶體技術(shù)和激光技術(shù)等奠定了理論基礎(chǔ)。
高中歷史必修3《物理學(xué)的重大進(jìn)展》教案【二】
教學(xué)準(zhǔn)備
教學(xué)目標(biāo)
1.閱讀教材，識記伽利略、牛頓在力學(xué)方面所取得的主要科學(xué)成就和經(jīng)典力學(xué)創(chuàng)立的標(biāo)志;愛因斯坦創(chuàng)立相對論;普朗克、愛因斯坦、玻爾等人對量子論誕生與發(fā)展所作出的主要貢獻(xiàn)。
2.在識記上述基本史實(shí)的基礎(chǔ)上，通過生生共議、師生互議、學(xué)生質(zhì)疑，通過對經(jīng)典力學(xué)創(chuàng)立的歷史背景和主要內(nèi)容綜合分析，認(rèn)識其在近代自然科學(xué)理論發(fā)展中的歷史地位;對比分析經(jīng)典力學(xué)與相對論、量子論的差異，認(rèn)識相對論、量子論與經(jīng)典力學(xué)之間的聯(lián)系;并進(jìn)一步認(rèn)識近代以來物理學(xué)對自然運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律的探索及取得的輝煌成就，帶來了人類生產(chǎn)力的巨大進(jìn)步。
教學(xué)重難點(diǎn)
1.重點(diǎn)：經(jīng)典力學(xué)、相對論、量子論的主要內(nèi)容
2.難點(diǎn)：不同階段物理學(xué)之間的關(guān)系，對科學(xué)發(fā)展創(chuàng)新性的理解。
教學(xué)工具
課件
教學(xué)過程
1.閱讀教材第一目“經(jīng)典力學(xué)”
A(1)：伽利略為近代科學(xué)的興起做出了哪些貢獻(xiàn)(請注意閱讀“前言”、“歷史縱橫”、圖片資料及解讀綜合思考)?
【3組學(xué)生板演預(yù)測】創(chuàng)立科學(xué)的研究方法：實(shí)驗(yàn)和觀察;
發(fā)現(xiàn)：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;
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;伽利略的努力為近代自然科學(xué)的興起奠定了基礎(chǔ)。
點(diǎn)評：視學(xué)生回答情況進(jìn)行知識講解與思維方法指導(dǎo)。
特別提示：
伽利略、開普勒與潮汐理論。
紅衣主教貝拉明1615年發(fā)表聲明，稱哥白尼學(xué)說不成立，除非“有物理證據(jù)證明太陽不是圍繞地球，而是地球圍繞著太陽運(yùn)行”。伽利略認(rèn)為他的潮汐理論足可證明地球運(yùn)動(dòng)。這個(gè)理論十分重要，以至于他最開始將著作命名為《關(guān)于海洋潮汐與流動(dòng)的兩大世界體系的對話》。關(guān)于潮汐的字眼最終因?yàn)樽诮谭ㄍサ闹噶疃粍h除。
伽利略認(rèn)為，由于地球圍繞軸心自轉(zhuǎn)并圍繞太陽公轉(zhuǎn)，導(dǎo)致地球表面運(yùn)動(dòng)的加速減速引發(fā)海水潮汐式前后涌動(dòng)。1616年，他將第一份有關(guān)潮汐的文獻(xiàn)整理出來，交給了紅衣主教奧斯尼。他的理論第一次涉及了海底大陸架的形狀尺度，以及潮汐的時(shí)刻等。例如，他正確地推算出亞德里亞海中途的波浪相對于到達(dá)海岸的最后一波來說可以忽略不計(jì)。但是，從潮汐形成的總體角度來看，伽利略的理論并不成立。
如果理論成立了，那么每天只能出現(xiàn)一次漲潮。伽利略與他的同事們注意到該理論的不足之處，因?yàn)樵谕崴姑刻鞎?huì)漲潮兩次，時(shí)間間隔為12小時(shí)。伽利略認(rèn)為這種反常現(xiàn)象不過是因?yàn)楹Ｑ笮螤?，深度及其它的問題導(dǎo)致的，不值得一提。對于他這種觀點(diǎn)是不靠譜的論斷，愛因斯坦則表示伽利略只是急于給出地球運(yùn)動(dòng)的物理證明，構(gòu)造出了這種“引人入勝的觀點(diǎn)”并自己全盤接受了。伽利略否定了當(dāng)時(shí)開普勒的觀點(diǎn)，即月球?qū)е鲁毕\(yùn)動(dòng)，而后者的觀點(diǎn)襲承了托勒密法之書中占星傳統(tǒng)。他也拒接接受開普勒關(guān)于行星沿橢圓軌道運(yùn)行的觀點(diǎn)，認(rèn)為圓形軌道才是“完美”的。
A(2)：經(jīng)典力學(xué)出現(xiàn)的標(biāo)志是什么?其創(chuàng)立具備了那些社會(huì)條件?
【2組學(xué)生板演預(yù)測】1687年，牛頓出版了《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》;
社會(huì)條件：文藝復(fù)興、宗教改革等思想解放運(yùn)動(dòng)的影響;
資本主義的發(fā)展提供了物質(zhì)基礎(chǔ);
資產(chǎn)階級民主革命運(yùn)動(dòng)的推動(dòng);
科學(xué)家勇于的探索精神。
點(diǎn)評：視學(xué)生回答情況進(jìn)行知識講解與思維方法指導(dǎo)。
A(3)：經(jīng)典力學(xué)的基本特征是什么?其的創(chuàng)立對人類社會(huì)產(chǎn)生了哪些影響(請注意閱讀“資料回放”、“歷史縱橫”、圖片資料及解讀綜合思考)?
【1組學(xué)生板演預(yù)測】基本特征：三大定律與萬有引力定律等集中解釋自然界宏觀運(yùn)動(dòng);以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，以數(shù)學(xué)為表達(dá)形式。
影響：建立了經(jīng)典力學(xué)體系，標(biāo)志著近代科學(xué)的形成，推動(dòng)了物理學(xué)的發(fā)展;實(shí)踐上，根據(jù)萬有引力定律，發(fā)現(xiàn)了海王星;但僅確認(rèn)了物體宏觀運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，不可能解決所有的物理學(xué)問題。
點(diǎn)評：視學(xué)生回答情況進(jìn)行知識講解與思維方法指導(dǎo)。
特別提示：
經(jīng)典力學(xué)發(fā)展史：
古希臘的哲學(xué)家，包括亞里士多德在內(nèi)，可能是最早提出“萬有之本，必涵其因”論點(diǎn)，以及用抽象的哲理嘗試敲解大自然奧秘的思想家。當(dāng)然，對于現(xiàn)代讀者而言，許多仍舊存留下來的思想是蠻有道理的，但并沒有無懈可擊的數(shù)學(xué)理論與對照實(shí)驗(yàn)來闡明和證實(shí)。而這些方法乃現(xiàn)代科學(xué)，如經(jīng)典力學(xué)，能形成的最基本因素。
開普勒是第一位要求用因果關(guān)系來詮釋星體運(yùn)動(dòng)的科學(xué)家。他從第谷o布拉赫對火星的天文觀測資料里發(fā)現(xiàn)了火星公轉(zhuǎn)的軌道是橢圓形的。這與中世紀(jì)思維的切割大約發(fā)生在西元1600年。差不多于同時(shí)，伽利略用抽象的數(shù)學(xué)定律來解釋質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。傳說他曾經(jīng)做過一個(gè)著名的實(shí)驗(yàn)：從比薩斜塔扔下兩個(gè)不同質(zhì)量的球來試驗(yàn)它們是否同時(shí)落地。雖然這傳說很可能不實(shí)，但他確實(shí)做過斜面上滾球的數(shù)量實(shí)驗(yàn);他的加速運(yùn)動(dòng)論顯然是由這些結(jié)果推導(dǎo)出的，而且成為了經(jīng)典力學(xué)上的基石。
牛頓和大多數(shù)那個(gè)年代的同仁，除了惠更斯著名的例外，都認(rèn)為經(jīng)典力學(xué)應(yīng)可以詮釋所有大自然顯示的現(xiàn)象，包括用其分支，幾何光學(xué)，來解釋光波。甚至于當(dāng)他發(fā)現(xiàn)了牛頓環(huán)(一個(gè)光波干涉現(xiàn)象)，牛頓仍然使用自己的光微粒學(xué)說來解釋。
十九世紀(jì)后期，尖端的理論與實(shí)驗(yàn)挖掘出許多撲朔迷離的難題。經(jīng)典力學(xué)與熱力學(xué)的連結(jié)導(dǎo)至出經(jīng)典統(tǒng)計(jì)力學(xué)的吉布斯佯謬(熵混合不連續(xù)特性)。在原子物理的領(lǐng)域，原子輻射呈現(xiàn)線狀光譜，而不是連續(xù)光譜。眾位大師盡心竭力研究這些難題，引導(dǎo)發(fā)展出現(xiàn)代的量子力學(xué)。同樣的，因?yàn)榻?jīng)典電磁學(xué)和經(jīng)典力學(xué)在坐標(biāo)變換時(shí)的互相矛盾，終就創(chuàng)發(fā)出驚世的相對論。
自二十世紀(jì)末后，不再能虎山獨(dú)行的經(jīng)典力學(xué)，已與經(jīng)典電磁學(xué)被牢牢的嵌入相對論和量子力學(xué)里面，成為在非相對論性和非量子力學(xué)性的極限，研究質(zhì)點(diǎn)的學(xué)問。
2.閱讀教材第二目“相對論的創(chuàng)立”
A(1)：20世紀(jì)初，德國物理學(xué)家愛因斯坦為什么要?jiǎng)?chuàng)立相對論(請注意閱讀圖片資料及解讀綜合思考)?
【6組學(xué)生板演預(yù)測】19世紀(jì)末20世紀(jì)初，科學(xué)技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展;經(jīng)典力學(xué)遭遇困境與挑戰(zhàn)：無法解釋高速運(yùn)動(dòng)的微觀粒子發(fā)生的現(xiàn)象等。
點(diǎn)評：視學(xué)生回答情況進(jìn)行知識講解與思維方法指導(dǎo)。
A(2)：相對論的主要內(nèi)容是什么?它的創(chuàng)立有何歷史影響(請注意閱讀“學(xué)思之窗”綜合思考)?
【5組學(xué)生板演預(yù)測】相對論包括狹義相對論和廣義相對論：
狹義相對論是建立在相對性原理和光速不變原理上的，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)，時(shí)間和空間也會(huì)隨著物體運(yùn)動(dòng)速度的變化而變化，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)狀況，也取決于物質(zhì)本身的分布狀態(tài)。
影響：物理學(xué)領(lǐng)域的一次重大革命;否定了經(jīng)典力學(xué)的絕對時(shí)空觀，揭示了時(shí)間和空間的本質(zhì)屬性;發(fā)展了牛頓力學(xué)，推動(dòng)物理學(xué)發(fā)展到一個(gè)新的高度;
點(diǎn)評：視學(xué)生回答情況進(jìn)行知識講解與思維方法指導(dǎo)。
特別提示：
相對論的影響：
聯(lián)合國大會(huì)已把2005年確定為“國際物理年”，這是聯(lián)合國首次為一個(gè)學(xué)科確定的全球規(guī)模的紀(jì)念活動(dòng)。
運(yùn)動(dòng)中的尺子會(huì)縮短：相對論的研究對象是超越人們?nèi)粘＝?jīng)驗(yàn)的高速運(yùn)動(dòng)世界和廣闊的宇宙。狹義相對論認(rèn)為，運(yùn)動(dòng)中的尺子會(huì)縮短。人們平時(shí)處在低速運(yùn)動(dòng)中當(dāng)然不可能覺察，但如果以每秒26萬公里的速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，一米的尺子就會(huì)縮成半米。狹義相對論表明，高速旅行會(huì)使時(shí)間變慢。假定將來人們能制造一艘接近光速飛行的宇宙飛船，從地球出發(fā)飛向遙遠(yuǎn)的星系，來回的旅程僅僅幾年(按飛船上的時(shí)間)，但在此期間地球上已過去了幾千年。
1915年，愛因斯坦把狹義相對論發(fā)展成廣義相對論。廣義相對論認(rèn)為，沒有物質(zhì)的時(shí)空是平坦的，有物質(zhì)存在的時(shí)空就變得彎曲了，兩點(diǎn)之間的距離因物質(zhì)的存在而被拉伸或擠壓。一個(gè)直觀的比喻是，水平抻開的一塊布應(yīng)該是平坦的，當(dāng)你在布上放置一個(gè)鉛球后，布面就變得彎曲了，這時(shí)再放置一個(gè)小玻璃球在布上，它就會(huì)滾向中央的鉛球。同理，星球的質(zhì)量使周圍的時(shí)空彎曲，星球上的“引力”實(shí)際上是一個(gè)時(shí)空被彎曲的現(xiàn)象。根據(jù)廣義相對論，1939年美國物理學(xué)家奧本海默證明，假如星體質(zhì)量聚集到一個(gè)足夠小的球狀區(qū)域里，引力的強(qiáng)烈擠壓會(huì)使那個(gè)天體的密度無限增大，然后產(chǎn)生災(zāi)難性的坍塌，使那里的時(shí)空變得無限彎曲，這就是人們常聽說的黑洞。
理論催生原子彈：作為相對論的一個(gè)推論，愛因斯坦提出了著名的質(zhì)能關(guān)系式：能量等于質(zhì)量乘以光速的平方。在這一理論的指導(dǎo)下，1939年，科學(xué)家找到了通過裂變把質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量，釋放巨大原子能的中子鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，進(jìn)而制造了原子彈，后來又利用核聚變發(fā)明了氫彈。而可以控制反應(yīng)劇烈程度的核反應(yīng)堆的和平利用，比如核電站、可控核反應(yīng)堆供暖系統(tǒng)等極大地改善了人們的生活。
全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)也依賴于愛因斯坦的相對論。愛因斯坦指出：傳統(tǒng)的時(shí)間概念只能在簡單的條件下才能確定，當(dāng)多種因素暫時(shí)聯(lián)系起來的時(shí)候，傳統(tǒng)的計(jì)時(shí)方法就失去作用。全球定位衛(wèi)星發(fā)出的信號，由于處在不同的參照系上，時(shí)空無法和地面同步，只有根據(jù)衛(wèi)星和地面的原子鐘不斷調(diào)整時(shí)間，才能保證定位系統(tǒng)的精確。
1976年，物理學(xué)家維索特和列文向太空發(fā)射了一枚載有時(shí)鐘的火箭。他們觀察到，這個(gè)時(shí)鐘與放置在地球上的時(shí)鐘相比，多獲得了1/10微秒。他們認(rèn)為，為了在未來時(shí)光中旅行，就需要利用那些強(qiáng)度遠(yuǎn)高于地球重力的引力場，比如中子星引力場。如果讓飛船到達(dá)一顆中子星上，就會(huì)在未來的時(shí)光中邁出一大步。
3.閱讀教材第三目“量子論的誕生與發(fā)展”
A(1)：請簡述量子論提出的歷史背景與發(fā)展過程(請注意閱讀圖片資料及解讀綜合思考)。
【4組學(xué)生板演預(yù)測】歷史背景：19世紀(jì)末20世紀(jì)初，科學(xué)技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展;經(jīng)典力學(xué)遭遇困境與挑戰(zhàn)：無法解釋高速運(yùn)動(dòng)的微觀粒子發(fā)生的現(xiàn)象等。
發(fā)展過程：①愛因斯坦利用量子理論成功解釋了光電效應(yīng);②玻爾提出了有關(guān)原子的量子理論;③20世紀(jì)30年代，量子力學(xué)建立。(量子力學(xué)：研究微觀世界粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué))
點(diǎn)評：視學(xué)生回答情況進(jìn)行知識講解與思維方法指導(dǎo)。
A(2)：量子論的提出對人類社會(huì)發(fā)展有何影響?
【1組學(xué)生板演預(yù)測】影響： 使人類對微觀世界的認(rèn)識取得重大進(jìn)步，是20世紀(jì)最深刻、最有成就的科學(xué)理論之一; 量子論與相對論共同構(gòu)成現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)，彌補(bǔ)了經(jīng)典力學(xué)在認(rèn)識宏觀世界和微觀世界方面的不足; 改變了人們認(rèn)識世界的角度和方式;
點(diǎn)評：視學(xué)生回答情況進(jìn)行知識講解與思維方法指導(dǎo)。
【合作探究】結(jié)合材料和所學(xué)知識思考，通過對近代自然科學(xué)的發(fā)展與進(jìn)步的學(xué)習(xí)，你有何認(rèn)識?
材料：有高度社會(huì)責(zé)任感的人，通常是具有良心的智識者。1939年8月2日，愛因斯坦出于對人類命運(yùn)的極大關(guān)注，寫信給羅斯福總統(tǒng)建議美國務(wù)必?fù)屧诜ㄎ魉沟聡爸圃斐鲈訌?后來，當(dāng)原子彈真的從潘多拉魔盒里跳出來后，愛因斯坦陷入了巨大的后悔與痛苦之中，自認(rèn)一生最大錯(cuò)誤就是建議研制原子彈。他痛心地說，“早知如此，我寧可當(dāng)個(gè)修表匠!”愛因斯坦就核武器問題的懊悔，代表了人類良知的高度，是人類良心發(fā)出的最強(qiáng)音。
【2組學(xué)生板演預(yù)測】A科技是第一生產(chǎn)力;B科技的發(fā)展是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求，反之也推動(dòng)了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展;C科學(xué)技術(shù)能夠改變?nèi)祟悺⑸鐣?huì)及世界的發(fā)展;D科學(xué)是一把雙刃劍要正確對待合理把握，為人類造福。
點(diǎn)評：視學(xué)生回答情況進(jìn)行知識講解與思維方法指導(dǎo)。
【知識梳理】【師生互動(dòng)小結(jié)】
一、經(jīng)典力學(xué)
1.伽利略奠基：創(chuàng)立實(shí)驗(yàn)和觀察科研方法;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;自制望遠(yuǎn)鏡觀察天體，證明了哥白尼“日心說”的正確性。伽利略的發(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成就之一，標(biāo)志著物理學(xué)的真正開端。
2.牛頓建立：標(biāo)志是1687年《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》出版;主要內(nèi)容是物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)三大定律、萬有引力定律等 ;特點(diǎn)：以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，以數(shù)學(xué)為表達(dá)形式。標(biāo)志著近代科學(xué)的形成。海王星的發(fā)現(xiàn)證明了牛頓理論的科學(xué)性和預(yù)見性。
3.經(jīng)典力學(xué)產(chǎn)生的歷史條件：文藝復(fù)興、宗教改革等思想解放運(yùn)動(dòng)的影響;資本主義的發(fā)展提供了物質(zhì)基礎(chǔ);資產(chǎn)階級民主革命運(yùn)動(dòng)的推動(dòng);科學(xué)家勇于的探索精神。
二、相對論的創(chuàng)立
1.創(chuàng)立條件：過去的物理學(xué)以牛頓理論為基礎(chǔ)，認(rèn)為時(shí)間和空間是絕對的，兩者是沒有任何直接聯(lián)系的;19世紀(jì)隨著科學(xué)的飛速發(fā)展，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)的微觀粒子發(fā)生的現(xiàn)象，經(jīng)典力學(xué)無法解釋。
2.主要內(nèi)容：狹義相對論——打破經(jīng)典力學(xué)的絕對時(shí)空觀。廣義相對論——進(jìn)一步深化對時(shí)間空間和引力現(xiàn)象的認(rèn)識。
3.歷史意義：相對論的提出是物理學(xué)領(lǐng)域的一次重大革命;否定了經(jīng)典力學(xué)絕對時(shí)空觀，發(fā)展了牛頓力學(xué);推動(dòng)物理學(xué)發(fā)展到了新的高度。
三、量子力學(xué)的誕生與發(fā)展
1.歷史背景：19c末20c初，電子和放射性的發(fā)現(xiàn)使人們對物質(zhì)的認(rèn)識深入到原子內(nèi)部;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。
2.誕生標(biāo)志：1900年，德國物理學(xué)家普朗克提出量子假說，宣告量子論誕生;
3.發(fā)展?fàn)顩r：①愛因斯坦利用量子理論成功解釋了光電效應(yīng);②玻爾提出了有關(guān)原子的量子理論;③20世紀(jì)30年代，量子力學(xué)建立。
4.歷史意義：使人類對微觀世界的認(rèn)識取得重大進(jìn)步，是20世紀(jì)最深刻、最有成就的科學(xué)理論之一。量子論與相對論共同構(gòu)成現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)，彌補(bǔ)了經(jīng)典力學(xué)在認(rèn)識宏觀世界和微觀世界方面的不足。改變了人們認(rèn)識世界的角度和方式。
【檢測反饋】
1.閱讀材料，回答問題。
拉爾夫、伯恩斯等人合著的《世界文明史》這樣寫道：“17和18世紀(jì)的文化進(jìn)步并不特別神秘……這一時(shí)代的思想進(jìn)步的淵源是中世紀(jì)末期以來歐洲歷史上主要的經(jīng)濟(jì)和文化運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的一些因素。”
(1)列舉17—18世紀(jì)重大的科學(xué)技術(shù)成果(至少三項(xiàng))。
【3組學(xué)生板演預(yù)測】伽利略發(fā)現(xiàn)自由落體定律，牛頓創(chuàng)立經(jīng)典力學(xué)、胡克等創(chuàng)立細(xì)胞學(xué)說，瓦特新型蒸汽機(jī)改良成功。
點(diǎn)評：視學(xué)生回答情況進(jìn)行知識講解與思維方法指導(dǎo)。
(2)17—18世紀(jì)的歐洲還發(fā)生了哪些影響世界的重大事件?
【4組學(xué)生板演預(yù)測】啟蒙運(yùn)動(dòng)，英國資產(chǎn)階級革命，法國大革命，第一次科技革命(工業(yè)革命)。
點(diǎn)評：視學(xué)生回答情況進(jìn)行知識講解與思維方法指導(dǎo)。
(3)結(jié)合材料分析這一時(shí)代的思想進(jìn)步的原因。
【5組學(xué)生板演預(yù)測】思想進(jìn)步根源于資本主義因素的產(chǎn)生發(fā)展;此外，文藝復(fù)興以后理性精神得到弘揚(yáng)，宗教改革沖破了神學(xué)的禁錮，科學(xué)的迅速發(fā)展拓展了人們的視野，工業(yè)革命改善和豐富人們的生活，這些都有力地推動(dòng)了進(jìn)步思想的出現(xiàn)。
點(diǎn)評：視學(xué)生回答情況進(jìn)行知識講解與思維方法指導(dǎo)。
課后小結(jié)
強(qiáng)調(diào)兩點(diǎn)：第一，經(jīng)典力學(xué)與相對論最主要的區(qū)別就在于運(yùn)動(dòng)與時(shí)空之間關(guān)系的區(qū)別，經(jīng)典力學(xué)強(qiáng)調(diào)絕對時(shí)空觀，而相對論則強(qiáng)調(diào)相對時(shí)空觀。第二，相對論并沒有否定經(jīng)典力學(xué)，而是將經(jīng)典力學(xué)作為一種特例，包含在相對論之中，是經(jīng)典力學(xué)的發(fā)展。
課后習(xí)題
1、1609年8月,在意大利的威尼斯,某位科學(xué)家正在向威尼斯當(dāng)時(shí)的統(tǒng)治者展示他的天文望遠(yuǎn)鏡,而正是從這時(shí)開始,天文學(xué)進(jìn)入了望遠(yuǎn)鏡時(shí)代。400年后的2009年,這架望遠(yuǎn)鏡被英國科學(xué)家評為“人類歷史上最著名的望遠(yuǎn)鏡”。當(dāng)時(shí)這位科學(xué)家通過望遠(yuǎn)鏡( )
A.發(fā)現(xiàn)了天體運(yùn)行的規(guī)律
B.證實(shí)了“日心說”的正確性
C.確立了經(jīng)典力學(xué)的體系
D.第一次發(fā)現(xiàn)了 “海王星”
解析:根據(jù)題目提供的材料可判斷出相關(guān)的科學(xué)家是伽利略,他用自己制造的望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了許多用肉眼看不見的星體,從而證明了哥白尼提出的“日心說”的正確性。
答案:B
2、某班同學(xué)在制作《近代物理學(xué)的成就》手抄報(bào)時(shí),畫了右面一幅漫畫。他要表達(dá)的是( )
A.伽利略通過對自然的觀察發(fā)現(xiàn)了自由落體定律
B.牛頓在自然現(xiàn)象啟發(fā)下開始研究萬有引力定律
C.愛因斯坦相對論的提出基于對自然規(guī)律的把握
D.世界上 任何科學(xué)規(guī)律及定律的發(fā)現(xiàn)都是偶然的
解析:牛頓受到蘋果落地的啟發(fā),開始研究并最終創(chuàng)立了萬有引力定律。但是,任何科學(xué)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)都不是偶然的,都是建立在科學(xué)家深入思考和研究的基礎(chǔ)之上的。
答案:B
3、哥白尼、牛頓和愛因斯坦被稱為近代以來最偉大的科學(xué)家,其理論的共同之處是( )
A.得到了科學(xué)實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證
B.改變 了人類對自然世界的認(rèn)識
C.推動(dòng)了技術(shù)的重大突破
D.科學(xué)地概括出物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的定律
解析:A、C、D三項(xiàng)都不符合對 哥白尼學(xué)說的描述,哥白尼的學(xué)說當(dāng)時(shí)還無法得到科學(xué)驗(yàn)證,也沒有直接運(yùn)用于生產(chǎn),推動(dòng)技術(shù)取得重大突破,哥白尼的日心說從嚴(yán)格意義上說并不是科學(xué)的。 哥白尼、牛頓、愛因斯坦都提出了對自然的新認(rèn)識,改變了人們對自然世界的認(rèn)識。因此,B項(xiàng) 是符合題目要求的正確答案。
答案:B
4、一位科學(xué)家的墓碑上鐫刻著這樣的銘文:“他以神一般的力量……第一個(gè)說明了行星的運(yùn)動(dòng)和圖像。”這位科學(xué)家應(yīng)該是( )
A.伽利略
B.牛頓
C.愛因斯坦
D.普朗克
解析:牛頓的萬有引力定律描繪了行星的運(yùn)動(dòng)和圖像,把天上和地上的物體的運(yùn)動(dòng)概括在同一個(gè)理論之中,是人類認(rèn)識史 上對自然規(guī)律的第一次理論性概括和綜合。
答案:B
板書
物理學(xué)的重大進(jìn)展
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