学年高二历史学案第11课《物理学的重大进展》人教版必修3.docx
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学年高二历史学案第11课《物理学的重大进展》人教版必修3
第四单元
第四单元近代以来世界的科学发展历程
第11课 物理学的重大进展
教学目标
测试内容
测试要求
教学要求
近代物理学
（1）了解伽利略、牛顿对建立经典物理学所作的贡献
（2）了解普朗克提出量子论、爱因斯坦创立相对论
（3）理解量子论、相对论提出的意义
了解伽利略、牛顿对经典力学建立的主要贡献,认识经典力学在近代自然科学理论发展中的历史地位
知道爱因斯坦相对论、普朗克量子论的主要内容,认识相对论、量子论的意义
体会尊重事实、不迷信权威、勇于探索创新的科学精神
新课导入
教师可展示三棱镜模型和反射式望远镜模型,并提问学生:
这两件工具之间存在什么联系?
这是近代哪一位科学家的科学成果之一?
教师在学生回答的基础上指出:
牛顿用三棱镜进行了色散实验,发现了白光的组成,成为传统的折射望远镜。
而透镜的色散现象是无法消除的,牛顿就设计和制造了第一架反射式望远镜。
除此之外,牛顿在物理学上还有哪些贡献?
近现代物理学还取得了哪些成就?
我们一起来学习“物理学的重大进展”……
基础达标
1.有学者指出:
现在《美国遗产词典》将“科学”定义为“对自然现象的观察、鉴定、描述、实验研究与理论分析”。
从本质上来说,这就是伽利略的方法。
下列对该学者这种说法的理解正确的是（B）
A.我们今天科学研究的具体方法仍然超越不了伽利略
B.伽利略的贡献在于开创了现代科学研究的基本方法
C.自从有了伽利略,人类才开始进行科学研究
D.伽利略已经给“科学”下了精确的定义
解析 伽利略开创了用实验和数学进行研究的科学研究方法,对后世科学研究产生了重大影响。
2.爱因斯坦认为:
“伽利略的发现以及他所运用的科学的推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一,而且标志着物理学的真正开端。
”这主要是因为伽利略（B）
A.捍卫哥白尼日心说
B.奠定实验科学基础
C.发明了天文望远镜
D.发现自由落体定律
解析 伽利略认识到,为了了解自然界,必须进行系统的观察和实验,开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系的近代科学,为后来经典力学的创立和发展奠定了基础。
3.1987年,英国发行了一套纪念《自然哲学的数学原理》出版300周年的邮票。
其中,右上图纪念的是哪位科学家的成果（C）
A.哥白尼
B.伽利略
C.牛顿
D.亚里士多德
解析 本题难度较低,熟悉课本基础知识即可解答。
4.（2014年扬州模拟卷）古语云:
“潮者,据朝来也;汐者,言夕至也。
”下列能对这一自然现象作出科学解释的是（B）
A.伽利略的自由落体定律
B.牛顿的经典力学体系
C.普朗克的量子理论
D.爱因斯坦的相对论
解析 潮汐现象是指海水在天体（主要是月球和太阳）引潮力作用下所产生的周期性运动,用牛顿的万有引力定律可以解释。
5.科学技术是推动社会进步的强大动力。
小萌同学在学习中外科技史时制作了一张统计表,其中哪一项应该修改（D）
选项
科学家
国籍
成就
A
毕升
中国
胶泥活字印刷术
B
伽利略
意大利
自由落体定律
C
牛顿
英国
经典力学
D
普朗克
德国
相对论
解析 20世纪初,德国科学家普朗克提出了量子假说,爱因斯坦提出了相对论。
6.有一次,爱因斯坦与卓别林共同出席一个宴会,他们都受到了热烈的欢迎。
卓别林对爱因斯坦开玩笑说:
“大家欢迎我是因为他们都能理解我,大家欢迎你是因为他们都不理解你。
”此语意指（B）
A.绝大多数人盲目欢迎爱因斯坦
B.相对论有悖于人们的常理
C.经典物理与人们的日常生活很近
D.伟大的科学家不如著名艺术家
解析 相对论在刚诞生时未得到大多数人的认可。
7.下列有关兄弟俩的一组漫画反映了一个特殊的现象,最能对此进行解释的科学理论是（D）
A.伽利略的自由落体定律
B.牛顿的经典力学体系
C.普朗克的量子理论
D.爱因斯坦的相对论
解析 爱因斯坦认为运动的钟比静止的钟走得慢,而且,运动速度越快,钟走得越慢,接近光速时,钟就几乎停止了。
这就是所谓的“钟慢效应”。
据此有人设想了一个实验:
一对双胞胎,一个留在地球上,另一个乘坐火箭到太空旅行。
飞行速度接近光速,在太空旅行的双胞胎中的一人回到地球时只不过多了两岁,而他的兄弟早已逝去了,因为地球上已经过了200年了,这就是著名的双生子佯谬。
8.“只要假定物体的辐射能不是连续变化,而是以一定的整数倍跳跃式地变化,就可以对该公式作出合理的解释。
”这一假设的提出（C）
A.形成了牛顿力学体系
B.开创了以实验为基础的近代科学
C.有利于解释光电效应
D.有力地冲击了封建神学创世学说
解析 注意材料中的关键词“辐射能”。
1900年,为了解决热辐射理论上的疑点,普朗克提出量子假说,后来爱因斯坦利用量子理论成功地解释了光电效应。
9.（判断正误）（2014年扬州模拟卷）意大利物理学家伽利略通过实验,发现了自由落体定律等物理学定律,并开创了以实验事实为根据,具有严密逻辑体系的近代科学。
（A）
解析 本题考查学生对基础知识的了解程度。
题目表述与教材基本一致,熟悉教材基本知识即可解答。
10.（判断正误）（2014年徐州模拟卷）20世纪初,普朗克提出了量子假说,爱因斯坦提出了相对论,改变了人们认识世界的角度和方式。
（A）
解析 本题考查教材基础知识,熟悉教材即可,难度较小。
巩固提升
一、选择题
1.“科学的真理不应在古代圣人的蒙着灰尘的书上去找,而应该在实验中和以实验为基础的理论中去找。
”最先提出这一理论并付诸实践的科学家是（A）
A.伽利略B.牛顿
C.达尔文D.普朗克
解析 注意关键句“在实验中和以实验为基础的理论中”,伽利略提倡以系统的观察和实验研究科学,开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系的近代科学,因此选A。
2.（2014年扬州模拟卷）电视专题片《大国崛起》中有这样一段解说词:
“如果说,牛顿为工业革命创造了一把科学的钥匙,瓦特则拿着这把钥匙开启了工业革命的大门。
”这里的“钥匙”是指（D）
A.进化论B.量子论
C.电磁感应说D.三大运动定律
解析 牛顿经典力学揭示了力与运动的关系,使人可以精确掌握力及其作用,实现了机械的制造,推动了工业革命,导致现代化进程飞速发展。
3.1921年3月上海《时事新报》刊登了一篇驻德国记者的特约稿,评论“爱因斯坦的革命事业……把旧科学的概念一齐推翻”。
材料中“旧科学的概念”是指（B）
A.爱因斯坦的相对论
B.牛顿的经典力学
C.达尔文的生物进化论
D.普朗克的量子理论学
解析 爱因斯坦的相对论否定了经典力学的绝对时空观。
4.（冲A）（2014年江苏省学业水平测试卷）下面框内对话中所论及的“新的宇宙”缘于（C）
A.牛顿的力学体系
B.达尔文的进化论
C.爱因斯坦的相对论
D.普朗克的量子论
解析 本题材料新颖,要求学生有一定的语言阅读和理解能力,解答有一定的难度。
爱因斯坦相对论否定了经典力学的绝对时空观（“昨天的宇宙”“牛顿的宇宙”）,深刻地揭示了时间和空间的本质属性,这就是“大谬不然”的所谓“新的宇宙”。
5.（2014年宿迁模拟卷）普朗克在散步时对儿子说:
“我现在做的事情,要么毫无意义,要么可能成为牛顿以后物理学上最大的发现。
”这里所说的“最大的发现”是指（C）
A.自由落体定律B.万有引力定律
C.量子论D.相对论
解析 A是伽利略的发现,B是牛顿提出的,D是爱因斯坦创立的,普朗克提出了量子假说,宣告了量子论的诞生,C项正确。
6.（2014年镇江模拟卷）据香港《南华早报》报道,中国科技大学有望造出世界上第一台量子计算机。
量子计算机是一种遵循量子力学规律进行高速运算的装置,其运算速度比普通计算机高出逾10万亿倍,无论是在经济领域还是在军事领域都有重大价值。
量子计算机所遵循规律的最早创立（发现）者是（A）
A.普朗克B.牛顿
C.伽利略D.爱因斯坦
解析 本题难度不大,熟知教材基础知识即可。
量子假说的最早提出者是普朗克。
二、非选择题
7.阅读下列材料:
材料一 伽利略的发现以及他所应用的科学的推理方法,是人类思想史上最伟大的成就之一,而且标志着物理学的真正开端。
这个发现告诉我们,根据直接观察所得出的直觉的结论,不是常常可靠的,因为它们有时会引到错误的线索上去。
……伽利略对科学的贡献就在于毁灭直觉的观点而用新的观点来代替它。
这就是伽利略的发现的重大意义。
——爱因斯坦《物理学的进化》
材料二 20世纪初,相对论和量子理论出现,它们掀起了物理学革命,构成了现代物理学的两大支柱,并对其他学科产生了历史性的影响。
人类对自然世界的科学探索又跃上了一个新的高度。
请回答:
（1）依据材料一,结合所学知识指出爱因斯坦所说“伽利略的发现”是什么。
分析这一发现的意义。
（2）结合所学知识指出相对论和量子理论出现的历史背景。
为什么说这两大支柱的形成使“人类对自然世界的科学探索又跃上了一个新的高度”?
解析 本题考查了世界科技史的内容。
解答第
（1）问时,要抓住材料中的有效信息“标志着物理学的真正开端”;解答第
（2）问时,回答“背景”要结合19世纪经典物理学的危机进行说明,分析其“影响”时应注意两大成就为现代自然科学和技术革命提供了理论基础。
答案
（1）伽利略:
发现了自由落体定律,确定了匀速运动和匀加速运动这两个新概念。
意义:
为经典力学的创立和发展奠定了基础。
（2）背景:
19世纪,物理学的新发现对经典力学的绝对时空观提出了挑战。
原因:
爱因斯坦揭示了时间和空间的本质属性,将牛顿力学概括在相对论之中;普朗克的量子论发现了微观物质的运动规律。
这两大成就为现代自然科学和技术革命提供了理论基础。
史料研读
一、经典力学
1.伽利略捍卫、发展哥白尼的日心说
萨:
如果世界的中心确是所有天层以及星体（即行星）环绕运行的中心点,那就完全可以肯定,处于宇宙中心的是太阳,而不是地球。
因此,作为第一个普遍概念而言,中心的地点就是太阳的地点,而地球离开中心的距离就是它离开太阳的距离。
辛:
你是怎样引申出行星环绕的中心是太阳而不是地球的呢?
萨:
这是根据最明显,因而也是最具有说服力的许多观察而引申出来的。
在这些把地球从中心排除出去,而把太阳放在中心的观察中,一个最确实可靠的观察是,我们发现所有的行星在某一个时候靠近地球,而在另一个时候又距地球较远。
——《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》
【解读】 《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》一书,是伽利略天文学研究成果的总集。
在天文学方面,伽利略的贡献是极其巨大的。
他的宇宙观的核心维护和坚持、发展了哥白尼学说。
他的日心说观点是完全建立在对天文的长期观测所获得的大量新发现的可靠事实基础之上的。
2.牛顿提出哲学中的推理规则
寻求自然事物的原因,不得超出真实和足以解释其现象者。
因此对于相同的自然现象,必须尽可能地寻求相同的原因。
物体的特征,若其程度既不能增加也不能减少,且在实验所及范围内为所有物体所共有,则应视为一切物体的普遍属性。
在实验哲学中,我们必须将由现象所归纳出的命题视为完全正确的或基本正确的,而不管想象所可能得到的与之相反的种种假说,直到出现了其他的或可排除这些命题,或可使之变得更加精确的现象之时。
——牛顿《自然哲学的数学原理》
【解读】 牛顿的《自然哲学的数学原理》不仅是一本划时代的科学著作,它在科学方法上也有重要意义。
牛顿发展了从经验事实概括为自然科学原理的方法。
牛顿指出,在自然科学里,应该像在数学里一样,在研究困难的时候,总是应当先用分析的方法,然后采用综合的方法。
这种分析包括做实验和观察,用归纳法从中作出普遍结论,并且不使这些结论遭到异议,除非这些异议来自实验或其他可靠的真理方面。
用这样的分析方法,我们就可以从复合物论证到它们的成分,从运动到产生运动的力,一般地说,从结果到原因,从特殊原因到普遍原因,一直论证到最普遍的原因为止,这就是分析的方法;而综合的方法则假定原因已经找到,并且把它们立为原理,再由这些原理去解释由它们产生的现象,并证明这些解释的正确性。
二、相对论的创立
1.爱因斯坦提出狭义相对论
绝对静止这一概念,不仅在力学中,而且在电动力学中也不符合现象的特性,倒是应该认为,凡是对力学方程适用的一切坐标系,对于上述电动力学和光学的定律也一样适用,对于第一级微量来说,这是已经证明了的。
我们要把这个猜想（它的内容以后就称之为“相对性原理”）提升为公设,并且还要引进另一条在表面上看来和它不相容的公设:
光在空虚空间里总是以一确定的速度V传播着,这速度与发射体的运动状态无关。
由这两条公设,根据静体的麦克斯韦理论,就可以得到一个简单而又不自相矛盾的动体电动力学。
——爱因斯坦《论动体的电动力学》
【解读】 爱因斯坦在物理学的许多领域中都有重大的贡献,其中最重要的是创立了相对论和发展了量子论。
爱因斯坦在1905年6月完成的《论动体的电动力学》一文中,提出了狭义相对论。
这一理论告诉我们,如果我们承认光在真空中的传播速度是恒定的,而且在一切惯性参照系中自然定律都是相同的,那么就可以确定,人们对时间和物质运动的认识,发生了革命性的变化,具有划时代的意义。
2.科学应造福于人类
如果你们想使你们一生的工作有益于人类,那么,你们只懂得应用科学是不够的。
关心人的本身,应当始终成为一切技术上奋斗的主要目标;关心怎样组织人的劳动和产品分配这样一些尚未解决的重大问题,用以保证我们科学思想的成果会造福于人类,而不致成为祸害。
——《纪念爱因斯坦译文集》
【解读】 爱因斯坦的历史地位,不仅仅因为他的科学贡献,还有他对世界的人文关怀。
他不仅是一位伟大的科学家,还是一位和平主义者。
他目睹了两次世界大战对人类的摧残,认为和平是人类的首要问题。
1955年4月,弥留之际的爱因斯坦签署了《罗素—爱因斯坦宣言》,呼吁人们团结起来,防止新型的世界大战的爆发。
爱因斯坦要求科学要造福于人类,而人类也从爱因斯坦的研究成果中获益匪浅。
后世拥有了得益于爱因斯坦理论的诸多重大发明,太阳能电池、防盗报警器和照相机的测光表都是以光电效应为基础的。
核能利用了这样一个物理现象:
当铀原子发生裂变时,总质量的微量损失可以转变成能量,其依据正是爱因斯坦的著名等式E=MC2。
如今,核能为英国提供了25%的电力。
狭义相对论与量子理论相结合,指出了反物质的存在。
科学家们利用正电子,即反物质“电子”,通过X射线层析照相术研究大脑活动。
爱因斯坦1916年至1917年对光子的研究为人类40年后发现激光奠定了基础。
三、量子论的诞生与发展
1.爱因斯坦对普朗克发现的评价
这一发现成为20世纪物理学研究的基础,从那个时候起几乎完全决定了物理学的发展。
要是没有这一发现,那就不可能建立起分子、原子以及支配它们变化的能量过程的有用理论。
——《诺贝尔物理奖金获得者》
【解读】 普朗克在物理学上最主要的成就是提出了著名的普朗克辐射公式,创立能量子概念。
普朗克从1896年开始对热辐射进行了系统的研究。
他经过几年艰苦努力,终于导出了一个和实验相符的公式。
他于1900年10月下旬在《德国物理学会通报》上发表了一篇只有三页纸的论文,题目是《论维恩光谱方程的完善》,第一次提出了黑体辐射公式。
12月14日,在德国物理学会的例会上,普朗克作了《论正常光谱中的能量分布》的报告。
在这个报告中,他激动地阐述了自己最惊人的发现。
他说,为了从理论上得出正确的辐射公式,必须假定物质辐射（或吸收）的能量不是连续地而是一份一份地进行的,只能取某个最小数值的整数倍。
这个最小数值就叫能量子,辐射频率是ν的能量的最小数值ε=hν。
其中h,普朗克当时把它叫做基本作用量子,现在叫做普朗克常数。
普朗克常数是现代物理学中最重要的物理常数,它标志着物理学从“经典幼虫”变成“现代蝴蝶”。
1906年普朗克在《热辐射讲义》一书中,系统地总结了他的工作,为开辟探索微观物质运动规律的新途径提供了重要的基础。
2.爱因斯坦对光电效应的解释
能量子钻进物体的表面层……把它的全部能量给予了单个电子……一个在物体内部具有动能的电子当它到达物体表面时已经失去了它的一部分能量。
此外还必须假设,每个电子在离开物体时还必须为它脱离物体做一定量的功P（这是物体的特性值——按:
即逸出功）。
那些表面上朝着垂直方向被激发的电子,将以最大法线速度离开物体。
——《爱因斯坦文集》第二卷
【解读】 在普朗克提出量子假说的基础上,爱因斯坦提出光量子理论,光量子理论明显地发展了量子论。
爱因斯坦的理论发展了普朗克的观点,使玻尔得以建立起举世闻名的原子模型。
德布罗意的关于物质波的天才思想,也是直接起源于爱因斯坦的光量子观念。
资料卡片
1.伽利略
伽利略（1564—1642）,意大利知识渊博的科学家、近代实验科学的奠基者之一,出生于比萨一个没落贵族家庭。
17岁进比萨大学学医,但他对物理和数学很有兴趣。
他做了大量的实验和研究工作,首次用自制的天文望远镜细心地观察了天体,得出了和哥白尼学说完全相符的结论。
伽利略把他在望远镜中所观察到的壮丽景象,到处宣传,并用观察到的事实和力学原理作了严密的论证,进一步维护和发展了哥白尼的学说。
教会向伽利略发出多次警告,但是他无视这一警告,发表了《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》的巨著,从实践和理论的高度批驳了地球中心说。
伽利略的“异端”活动引起了教会的恐慌,罗马教皇向宗教裁判所带头提出控诉,于是这位体弱抱病的科学家被送进了监牢,遭到审讯,以至被终身软禁。
软禁期间,他继续研究物理学,写出《关于两门新科学的谈话和数学证明》。
2.牛顿
牛顿（1642—1727）,著名的英国科学家,在物理学、数学、天文学等许多方面都作出了卓越的贡献。
牛顿出生于英国的林肯郡,1665年毕业于著名的剑桥大学三一学院,获得学士学位,三年后又获得文学硕士学位。
1669年,开始担任三一学院的教授。
牛顿最突出的贡献是在力学方面,他在前人的研究基础上,总结出了机械运动的三个基本定律,还发现了万有引力定律,把地球上物体的力学和天体力学统一到一个基本的力学体系之中,创立了经典力学体系。
这一力学体系正确地反映了宏观物体低速运动的客观规律,实现了自然科学的一次大综合,是人类认识自然界的一次大飞跃。
在光学方面,牛顿也作出了巨大贡献。
他在1666年用三棱镜分析日光时,发现了日光是由不同的颜色即不同波长的光构成的,奠定了光谱分析的基础,制作了牛顿色盘。
他在1704年出版了《光学》一书,创立了光的“微粒说”。
同时,他在热学方面也有研究成果,确定了冷却定律。
这一定律表明:
当物体表面与周围存在温度差时,单位时间内从单位面积上散失的热量与这一温度差成正比。
在数学方面,他与莱布尼兹几乎同时创立了微积分学,同时,他还在前人研究的基础上,建立了二项式定理。
在天文学领域,他在1671年创制了反射望远镜,初步考察了行星的运动规律;他还解释了潮汐现象,并预言地球不是正球体,并由此说明了岁差现象。
1687年,他发表了著名的《自然哲学的数学原理》一书,用数学方式解释了哥白尼的学说和天体运动的现象,阐明了机械运动三定律和万有引力定律等。
在哲学思想上,牛顿认为时间、空间是客观存在的,但同时也认为时间和空间同运动的物质是脱离的,相互之间没有必然的联系,进而提出了所谓的绝对时间和绝对空间的概念。
牛顿曾经长期担任英国皇家学会会长,他还担任过英国议会议员,被授予爵士称号。
1727年牛顿病逝,被安葬于威斯敏斯特教堂,这是一种极高的荣誉。
3.爱因斯坦
艾伯特·爱因斯坦（1879—1955）,美籍德国物理学家。
1879年3月14日诞生在德国乌尔姆的一个犹太人家中。
1894年举家迁居意大利米兰。
1900年毕业于瑞士苏黎世工业大学。
1901年入瑞士国籍。
1902年6月至1909年10月,在瑞士专利局任技术员。
1909年10月,任苏黎世大学理论物理学副教授;1911年3月,在布拉格任德意志大学理论物理学教授;1912年10月,任苏黎世工业大学理论物理学教授;1914年4月,在柏林任德国威廉皇帝物理研究所所长兼柏林大学教授。
1933年,因受纳粹迫害,移居美国。
1940年入美国国籍。
1955年4月18日逝世。
爱因斯坦被认为是最富于创造力的科学家,他不但创立了相对论,还提出了光量子的概念,得出了光电效应的基本定律,并揭示了光的波粒二重性本质,为量子力学的建立奠定了基础。
为此荣获1921年度的诺贝尔物理学奖。
同时,他还证明了热的分子运动论,提出了测定分子大小的新方法。
4.普朗克
普朗克（1858—1947）,近代伟大的德国物理学家、量子论的奠基人。
1858年4月23日生于基尔。
1879年普朗克在慕尼黑大学获得博士学位后,先后在慕尼黑大学和基尔大学任教。
1900年,他在黑体辐射研究中引入能量量子。
12月14日,在德国物理学会的例会上,普朗克作了《论正常光谱中的能量分布》的报告。
在这个报告中,他激动地阐述了自己最惊人的发现。
他说,为了从理论上得出正确的辐射公式,必须假定物质辐射（或吸收）的能量不是连续地而是一份一份地进行的,只能取某个最小数值的整数倍。
这个最小数值就叫能量子,辐射频率是ν的能量的最小数值ε=hν。
其中h,普朗克当时把它叫做基本作用量子,现在叫做普朗克常数。
由此,量子论创立。
由于这一发现,普朗克获得1918年诺贝尔物理学奖。
他一生发表了215篇研究论文和7部著作。
在普朗克诞辰80周年的庆祝会上,人们“赠给”他一个小行星,并命名为“普朗克行星”。
量子论不仅给光学,也给整个物理学提供了新的概念,故通常把它的诞生视为近代物理学的起点。
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