第11课物理学的重大进展教案.docx

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第11课物理学的重大进展教案

二次备课

第11课 物理学的重大进展

主讲教师：

__________编写：

陈向行课时：

2

人文素养

目标导航

课标要求

了解经典力学的主要内容，认识其在近代自然科学理论发展中的历史地位；知道相对论、量子论的主要内容，认识其意义。

三维目标

1、知识与能力：

（1）识记：

识记伽利略、牛顿、爱因斯坦、普朗克等物理学家对物理学发展所作出的重大成就；

（2）理解：

理解经典力学在近代自然科学理论发展中的历史地位；相对论和量子论诞生的原因、意义；

（3）探究经典力学体系的特点，比较相对论、量子论与牛顿力学的关系。

（4）思考“日心说”与“地心说”相比的进步性，探究经典力学体系的特点、影响。

2、过程与方法：

（1）引导学生回忆初中物理知识来促进本课的学习。

（2）通过学生预习（围绕4个物理学家，自制小课件）、课堂展示本课主要内容，促进同学的互相学习。

教师给予必要的补充。

3、情感态度与价值观：

（1）科学真理需要勇于探索、执着追求的精神；

（2）科学理论在不断完善、创新，人类对客观规律的认识不断深入。

教学重难点

重点：

伽利略对物理学发展的重大贡献；经典力学的建立；相对论的提出；量子论的诞生。

难点：

物理学各阶段发展的原因；对科学发展创新性的理解。

学情分析

学法指导

 1．轻松记忆

内容

特征

意义

经典力学

运动三大定律、万有引力定律

实验、数学化

统一（天上、地下的运动），标志（近代科学形成）

相对论

广义、狭义

打破绝对时空观

物理学的革命，对牛顿力学的既否定又发展

量子力学

 诞生

发展

意义

量子假说

量子力学

微观世界

2．重点拓展

（1）伽利略最早倡导并以实践实验加数学的方法，他所谓的实验室理想化的实验。

牛顿的方法是“归纳－演绎”法，与从前的演绎法所不同的是，牛顿认为演绎的结果必须重新诉诸实验确证。

在二位大师这里，实验观察和数学演绎紧密的结合在一起，成为近代科学产生和发展的重要标志。

（2）爱因斯坦的相对论，在我们平时日常生活中是很难理解的，因为我们日常所接触的都是远远小于光速的运动，根本无法察觉到爱因斯坦相对论所描述的相对论效应：

长度变短、时钟变慢。

但是如果接近光速的运动能变成现实的话，一个以这样速度运动的人，在另一个静止的观察者看来就可能只是一条线。

（3）牛顿力学（经典力学）的基本定律，这些定律有一个不容忽视的前提，即物体运动是在低速情况下，这些定律才适用。

20世纪初，爱因斯坦提出相对论，否定了牛顿的绝对时空观。

指出时间和空间随着物质的运动而变化。

要注意理解相对论是对牛顿力学的既否定又发展。

相对论发展概括了牛顿力学，牛顿力学仅是相对论中物体低速运动下的一个特例，对物体高速运动下的时空观，则无法解释，但是他仍然有存在的必要和价值。

人文材料

希腊学者亚里士多德认为地球上的物体运动有天然运动和受迫运动。

他认为物体的受迫运动是推动者加于被推动者的，推动者一旦停止推动，运动就会立即停止。

伽利略首先运用理想实验的方式进行逻辑推理，从推理中发现物体下落的快慢和它的重量无关。

伽利略设想，如果亚里士多德的观点是正确的，那么，让轻重不同的两个物体下落时，重的物体下落快，轻的物体下落慢。

可是，把它们绑在一起让其下落会出现什么情形呢？

按照亚里士多德的观点，绑在一起后的物体会比原来重的物体更重，所以它们就比重的物体下落得快。

可是，从另一方面分析，绑在一起后，由于重的物体要带动轻的物体运动，它们应该比重的物体下降得慢一些。

这显然是两个互相矛盾的结论。

无论如何，绑在一起的两个物体只能以一个速度下落，而推理的过程又是完全正确的，因此推理的前提必然是错误的。

伽利略由这个推理得出结论：

物体下落的快慢与重量无关，所有物体下落快慢都是相同的。

据说1590年的一天，26岁的伽利略为了证实自己论断的正确，他来到比萨斜塔的七层阳台上，将一个约4.5千克重的石块和约0.45千克重的小石块同时放下，结果两石块同时落地。

在场的数以百计的学者和观众，亲眼目睹了这一精彩的场面，伽利略用活生生的事实向人们展示了轻重相差悬殊的两个物体同时落地的现象。

从而推翻了亚里士多德的错误理论，发现了物体下落的真正运动规律——自由落体定律。

现在的科学史研究表明，伽利略实际上没有在比萨斜塔做落体实验。

无论是当时的文献资料记录，还是伽利略的著作，在任何地方都没有这个实验的记载。

况且在伽利略时代，连一般的记时钟都没有，更谈不上有准确的记时装置，这个实验当时根本就没有办法做出来，从所有的证据材料考察，这仅仅是一个传说而已。

伽利略虽然没有在比萨斜塔做实验。

但是，他发现了自由落体定律确是千真万确的事实。

伽利略并不满足于得到的定性结论，他又继续研究物体下落运动的定量规律，探索下落距离和所用时间的关系。

为了测量时间，伽利略在一个大的盛水桶底部钻一个小孔，并安上龙头，在龙头下面放上接水容器。

打开龙头水就会流入接水容器，称量容器中所接水的质量就可以确定经历的时间。

伽利略又想出了一个“冲淡重力”的方法。

他仔细观察小球在斜面上的运动时发现，斜面越陡，小球运动得越快。

伽利略想，如果斜面是垂直的，那么它的运动就是小球的下落运动。

因此，小球下落运动可以看作是小球斜面运动的一种特殊情况。

因此用斜面做实验就可以研究物体下落的规律。

做斜面实验时，斜面的倾斜度可以任意调节，调节到较小的倾斜度时，小球在斜面上运动就比较缓慢，此时用他的计时装置就可以进行较为精确的研究。

伽利略反复进行斜面实验，测量出小球在斜面上运动的距离和所用时间，通过推导距离、时间、速率和加速度之间的关系，伽利略得到小球沿斜面滚下或自由下落的运动都是匀加速运动的结论，又进一步发现了物体下落运动的规律——自由落体定律。

即物体从静止状态开始下落运动，物体运动的距离同下落的时间的平方成正比。

人文课堂

教学过程

导入新课

文艺复兴以来，崇尚理性的风气推动了欧洲近代自然科学的诞生，自然科学的兴起使人类在很多领域取得了辉煌的成就，今天我们就来学习物理学方面的重大发展。

首先我们来了解的就是经典力学的奠基者伽利略。

知识讲授

一、经典力学：

1、经典力学的重要奠基者──伽利略

（1）背景：

文艺复兴运动的影响，即解放了人们的思想，推动了科学研究。

16世纪末17世纪初，随着文艺复兴运动的扩展和人的思想的解放，意大利科学家伽利略认为研究自然界必须进行系统地观察和实验。

他将科学实验与数学相结合，进行科学研究，并强调追究事物之间的数学关系。

（2）物理学成就和意义：

●成就：

发现自由落体定律等物理学定律

他还通过实验证实了匀速运动定律和匀加速运动定律。

伽利略的研究表明，外力并不是维持运动状态的原因，而只是改变运动状态的原因。

这是对古希腊哲学家亚里士多德以来有关运动观念的重大变革，为经典力学的建立奠定基础。

他的发现以及他开始的科学研究方法，是人类思想史上伟大的成就之一，标志着物理学的真正开端。

●意义：

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。

自由落体定律的发现是伽利略把科学实验和理性思维相结合解决物理学问题的典范。

它不仅发现了物体下落运动的客观规律，而且为人类认识自然找到了一条正确的途径和方法，因此，现在人们称伽利略为物理学之父。

正是由于伽利略创立的科学方法，物理学研究才走上正确道路。

（3）天文学成就和意义

●成就：

利用自制望远镜发现许多星体，证明了哥白尼“日心说”的正确性。

公元前4世纪，亚里士多德创立了“地心说”。

亚里士多德认为，宇宙是一个有限的球体，分为天地两层，地球位于宇宙中心，所以日月围绕地球运行，物体总是落向地面。

地球之外有9个等距离天层，各个天层自己都不会运动，是上帝推动了恒星天层，才带动了所有的天层。

人类居住的地球，巍然不动地居于宇宙中心。

作为古希腊的最后一位大天文学家，托勒密全面承袭了亚里士多德的“地心说”，把亚里士多德的9层天扩大为11层。

托勒密设想，各行星都绕着一个较小的圆周运动，而每个圆的圆心则在以地球为中心的圆周上运动。

他把绕地球的那个圆叫“均轮”，每个小圆叫“本轮”，同时假设地球并不恰好在均轮的中心，而是偏开一定的距离，均轮都是一些偏心圆；日、

二次备课

月、行星除了作上述轨道运行外，还与众恒星一起，每天绕地球转动一周，从而使计算结果达到了与实测的一致，取得了航海上的实用价值。

托勒密的“地心说”恰好迎合了基督教义，便被基督教用来维护圣经学说。

《圣经》宣扬，宇宙和地球都是上帝耶和华创造的，地球不动位居宇宙中心，圣地耶路撒冷位居大地中央，人类是神的骄子，宇宙间的万物都是神为了满足人的需要创造出来的……于是，托勒密的“地心说”成了圣经，天文学成了宗教的奴婢，这种状况一直延续到哥白尼时代。

哥白尼，1473年出生在波兰托伦小城的一个商人家庭里。

他10岁那年，瘟疫夺去了他的父亲。

从那时起，哥白尼开始跟舅父务卡施生活在一起。

18岁的时候，舅父把他送进了克拉科夫大学，在那里，思想敏锐的哥白尼对天文学和数学发生了极大的兴趣。

他钻研了数学，广泛涉猎古代天文学书籍，潜心研究过“地心说”，做了许多笔记和计算，并开始用仪器观测天象，头脑里开始孕育新的天文体系。

在1543年出版的《天体运动论》中，哥白尼向人们描述了他的宇宙图景：

太阳位于宇宙的中心，有五颗当时已知的行星和地球围绕太阳旋转。

《天体运行论》发表后，遭到了马丁·路德的反对和责难，他把哥白尼叫做“想要把天文学这门学科弄颠倒”的蠢人。

但并未引起罗马教廷的注意。

70年后的1616年被罗马教廷列为禁书，300年后才解除禁令。

《天体运行论》虽然也存在缺点，但它在人类历史上第一次描绘出了太阳系结构的真实图景，揭示了地球围绕太阳转的本质，把颠倒了1000多年的日地关系重新颠倒过来，引起了中世纪宇宙观的彻底革命，沉重打击了封建教会的神权统治。

意大利科学家伽利略对哥白尼学说的传播和天文学的发展作出了重要贡献。

1569年他自创了用以观察天体的第一架望远镜，从望远镜里他发现月球表面有高山深谷，并不是以前人们所说的月球表面是光滑的；木星有四颗卫星，很相似于行星绕着太阳转，他看到银河是由无数恒星组成的，还观察到哥白尼曾推论的金星有盈亏现象。

1632年伽利略出版了《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》。

●意义：

伽利略的这些发现和观点，摧毁了教会的信条而证明了哥白尼学说的正确。

2、牛顿创立经典力学

（1）标志：

1687年牛顿发表《自然哲学的数学原理》，提出物体运动三大定律和万有引力定律。

牛顿（1642—1727）是著名的英国科学家，在物理学、数学、天文学等许多方面作出了卓越的贡献。

牛顿出生于英国的林肯郡，牛顿是一个早产儿，出生时只有三磅重，接生婆和他的亲人都担心他能否活下来。

谁也没有料到这个看起来微不足道的小东西会成为了一位震古烁今的科学巨人，并且竟活到了85岁的高龄。

1665年毕业于著名的剑桥大学三一学院，获得学士学位。

1687年，他出版了《自然哲学的数学原理》，在该书中他首先给力学的基本要领如质量、动量、惯性、力及向心力下了定义，对大至宇宙天体，小至光的微粒的一切物体在真空中或在有阻力的介质中的运动，全部应用运动三定律和万有引力定律给予了说明，把自然界中的一切力学现象都囊括在他的力学体系之中。

《自然哲学的数学原理》一书的出版标志着经典力学的成熟。

牛顿力学在科学史上的意义表现在它把天上和地上的运动统一起来，把万有引力定律和运动三定律视为宇宙间一切力学运动有普遍规律，从力学的角度证明了自然界的统一性，实现了人类自然界认识的第一次综合。

牛顿力学方面的贡献之一是确立了万有引力定律。

这个定律说明，任何两个物体之间都有引力存在。

这个引力与彼此吸引的物体的质量体积成正比，而与两物体间距离的平方成反比。

万有引力定律总结了此前一个半世纪的科学发明并