第11课 物理学的重大进展学案.docx
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第11课物理学的重大进展学案
第11课物理学的重大进展学案
【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。
【重点难点】：
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。
【知识梳理】
一、经典力学
1.奠基：
伽利略
（1）背景：
文艺复兴运动解放了人们的思想。
（2）成就：
实验证实外力只是改变运动状态的原因；发现了自由落体定律等物理学定律；用自制的望远镜发现了许多用肉眼看不见的星体，证明了哥白尼提出的“日心说”的正确性。
（3）影响：
大大改变了古希腊哲学家亚里士多德以来有关运动的观念，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。
2.创立：
牛顿
（1）标志：
1687年，牛顿出版了《自然哲学的数学原理》
（2）内容：
物体运动三大定律和万有引力定律。
（3）特征：
注重实验，数学化。
（4）影响
①经典力学体系的建立标志着近代科学的形成。
②对解释和预见物理现象，具有决定性意义。
根据牛顿力学体系，人们发现了海王星和冥王星。
③促进了光学、电磁学等与力学的统一，推动了物理学的发展。
④促进了资本主义的两次科技革命的出现和发展。
二、爱因斯坦的相对论
1.背景：
随着物理学研究的进展，经典力学无法解释研究中遇到的一些新问题。
2.相对论的提出及主要内容
（1）提出：
20世纪初，德国物理学家爱因斯坦提出。
（2）内容：
相对论包括狭义相对论和广义相对论。
3.影响：
它否定了经典力学的绝对时空观，深刻地揭示了时间和空间的本质属性。
它也发展了牛顿力学，将其概括在相对论力学之中，推动物理学发展到一个新的高度。
三、量子论的诞生与发展
1.背景：
19世纪末20世纪初，电子和放射线的发现，打开了原子的大门，人们对物质的认识深入到了原子内部。
大量的实验表明，微观的粒子运动不能用经典力学的理论来说明。
2.诞生：
1900年，德国物理学家普朗克提山了量子假说，宣告了量子论的诞生。
3.发展：
（1）爱因斯坦利用量子理论成功地解释了光电效应应。
（2）丹麦物理学家玻尔提出了有关原子的量子理论。
（3）20世纪30年代，量子力学建立起来。
4.影响：
量子论使人类对微观世界的基本认识取得革命性的进步，它与相对论一起，构成了现代物理学的基础。
相对论和量子论弥补了经典力学在认识宏观世界和微观世界的不足。
推动了物理学自身的进步，改变了人们认识世界的角度和方式。
【合作探究】
探究一 经典力学
1．材料 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》
问题 据材料结合所学知识指出爱因斯坦所说的伽利略的发现是什么？
有何意义？
2．材料
牛顿头像
问题 牛顿作为经典力学的创始人，他的经典力学有哪些特征？
有何局限性？
探究二 相对论
1．材料 1905年，爱因斯坦先后发表了三篇具有划时代意义的论文，为相对论、量子理论和布朗运动理论的建立奠定了基础，对现代物理学的发展产生了巨大的影响。
100年后，为了纪念这一历史性的年份，全球物理学界一致呼吁将2005年定为“世界物理年”，以纪念这位伟大的物理学家——爱因斯坦，并唤起公众对物理学的关注。
问题 爱因斯坦相对论的主要贡献有哪些？
2．问题 有人认为爱因斯坦相对论否定了牛顿经典力学；也有人认为相对论是对牛顿经典力学的发展，你同意哪一种观点，并说明理由。
探究三 量子论
材料 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。
问题 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？
B.精讲例题
【例1】有个物理学家说：
“19世纪物理学大厦已经全部建成，今后物理学家只是修饰和完美这所大厦。
”这所“大厦”的奠基者是
A. 伽利略 B．牛顿 C.爱因斯坦 D．法拉第
【例2】“这一定律体现了天上运动与地上运动的统一性，它把天体运动纳入到根据地面上的实验得到的力学原理之中。
这是物理学史上第一次伟大的综合，也是人类认识上一次巨大的飞跃。
”“一次巨大的飞跃”指的是
A．电磁学理论的建立B．进化论的出现C．牛顿力学的建立D．“日心说”的提出
【例3】20世纪初，爱因斯坦相对论的提出是物理学的一场变革。
它
A．否定了经典力学体系B．打破了绝对时空观
C.彻底解决了19世纪以来物理学面临的危机
D.标志着对物质世界的认识开始进入微观粒子世界
【例4】“使人类克服了经典物理学的危机，对微观世界的基本认识有了革命性的进展”指的是
A.牛顿力学体系的建立B．进化论的提出C．自由落体定律的提出D．量子论的提出
C．随堂巩固
1.17世纪近代数学兴起、牛顿力学体系创立等，这是人类在自然科学领域取得巨大突破的时期。
其取得重大突破原因不包括（）
A.资本主义经济发展的要求B.科学家艰苦的实验钻研
C.人文主义的推动D.工业资本主义的发展
2.“牛顿的发现，给人类带来从未有过的自信。
曾经匍匐在上帝脚下的人类，终于大胆地抬起头来，开始用自已理性的眼光打量世界。
”这主要说明牛顿的发现（）
A．推动了天文学的发展B．促进了人类的思想解放
C．使人类彻底摆脱了神学的影响D．使人类开始关注现实世界
3.爱因斯坦说自己是站在牛顿的肩上取得了科学成就。
下列关于牛顿经典力学与爱因斯坦相对论关系的说法不正确的是（）
A．牛顿力学是相对论在低速状态下的一个特例。
B．相对论出现后，牛顿力学体系失去了其存在的价值
C．相对论否定了牛顿力学体系的绝对时空观
D．相对论继承和发展了牛顿力学体系
4.他说过：
“提出一个问题往往比解决一个问题更重要。
”当大多数物理学家沿着牛顿的道路继续前行时，他却走上了一条创新之路，提出了对牛顿力学体系和绝对时空观进行根本性变革的理论。
他是（）
A．达尔文B．爱迪生C．普朗克D．爱因斯坦
D.课后提高
一、选择题
1.伽利略被认为是真正具有近代科学精神的第一人，主要是因为他
A.开创了近代自然科学的革命B.推翻了天主教会的旧的宇宙观
C.继承和发展了哥白尼的思想D.开创了从实验中认识自然的方法
2.英国数学家怀特海在《科学与近代世界》中写到：
“近代力学体系的全部发展过程刚好占了两个世纪。
它从伽利略开始，到牛顿的《自然哲学的数学原理》为止。
伽利略跨出了第一步，找到了正确的思维道路。
”“伽利略跨出了第一步”是指（）
A.建立注重实验和数学化的研究方法B.指出了经典力学绝对时空观的错误
C.指出了外力是改变运动状态的原因D.认为时间和空间不能离开物质独立存在
3.“这一定律体现了天上运动与地上运动的统一性，它把天体运动纳入到根据地面上的实验得到的力学原理之中。
这是物理学史上第一次伟大的综合，也是人类认识上一次巨大的飞跃。
”“一次巨大的飞跃”指的是（）
A．电磁学理论的建立B．进化论的出现C．牛顿力学的建立D．“日心说”的提出
4.一位科学家的墓碑上镌刻着这样的铭文：
“他以神一般的力量，……第一个说明了行星的运动和图像。
”这位科学家应该是
A.伽利略 B.牛顿C.爱因斯坦 D.普朗克
5.牛顿撰写的《自然哲学的数学原理》出版的最大意义是：
A、改变了19世纪的多数人对生物界和人类在生物界中的位置的看法
B、建立了完整的力学体系，实现了物理学史上的第一次大飞跃
C、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
D、从根本上动摇了欧洲中世纪宗教神学的理论基础
6.下列有关牛顿的叙述，不正确的是
A．牛顿力学开启了工业革命的大门B．牛顿的科学成就对启蒙思想家有启发作用
C．牛顿力学标志着物理学的真正开端D．牛顿力学标志着近代科学的形成
7.打破了经典物理学的绝对化的思维，为人们提供了辩证地看待世界的途径的成就是
A．相对论的提出B．自由落体定律的提出
C．量子论的提出D．万有引力定律的提出
8．19世纪，经典力学遇到了无法解释的新问题。
20世纪初，这些问题迎刃而解得利于（）
A.分子论与电磁感应定律 B.进化论与细胞学说
C.相对论与量子论 D.控制论与信息论
9.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
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
10.根据爱因斯坦的相对论，我们可以得出的正确认识是
A．光速不是恒定不变的B．能量和速度无关
C．时间不是绝对不变的D．空间和速度无关
11.相对论力学和牛顿力学的关系是
A.前者否定了后者B.前者包容了后者c.前者补充了后者D.前者发展了后者
12.史学界将“日心学”的提出称为“天文学革命”。
“革命”的本质含义是（）
A．标志着近代自然科学的兴起 B．提倡唯物主义的科学研究方法
C．动摇了封建神学的基础 D．使人们对自然现象的认识产生了革命性的变化
13.下列科学家与其科学成就的对应关系中不正确的是
A．伽利略——物理学的真正开端
B．牛顿——经典力学体系标志着现代科学的形成
C．爱因斯坦——物理学思想的一次重大革命
D．普朗克——量子论诞生，人类对客观规律的认识，从宏观世界深入到微观世界
14.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。
对该学者这种说法的理解正确的是：
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
15.爱因斯坦的相对论揭示的核心问题是（）
A．时间、空间、物体质量随物体运动而变化B．时间、空间、物体的质量是永远不变的
C．时间、空间、光速随物体运动而变化D．时间、空间、光速是永远不变的
二、非选择题
16．阅读下列材料：
材料一19世纪末，正当物理学家在庆贺“物理学大厦”落成之际，科学实验却发现了许多经典物理学无法解释的事实。
首先是世纪之交物理学的三大发现：
电子、X射线和放射性现象的发现。
其次是经典物理学的万里晴空中出现了两朵“乌云”：
“以太漂移”的“零结果”和黑体辐射的“紫外灾难”。
材料二20世纪初，爱因斯坦发表了具有划时代意义的论文，为物理学的发展做出了重要贡献。
为纪念这一奇迹100周年，2004年6月10日，联合国大会召开第58次会议鼓掌通过了2005年为“国际物理年”的决议。
请回答：
（1）材料一中的“物理学大厦落成”指的是什么?
它是在怎样的背景下落成的?
（2）20世纪初，物理学理论有什么新发展?
其发展的原因是什么?
（2）物理学理论的新发展在当时有什么意义?
【重点阐释】
一、17世纪以来的科技发展的原因条件
1、前提条件：
――社会发生根本转型
2、经济条件：
-----资本主义经济的发展以及不断进步…物质基础
3、政治条件：
-----资产阶级革命胜利，资本主义制度确立，保障
4、文化条件：
-----文艺复兴、地理大发现、宗教改革的推动
二、经典力学体系的建立、特点和历史地位
经典力学是物理学中发展较早的一个分支。
古希腊著名的哲学家亚里士多德曾对“力和运动”提出过许多观点，他的著作一度被当作古代世界学术的百科全书，在西方有着极大的影响，以致他的很多错误观点在长达2000年的岁月中被大多数人所接受。
16世纪以后，人们开始通过科学实验，对力学现象进行准确的研究。
许多物理学家、天文学家如哥白尼、布鲁诺、伽利略、开普勒等，做了很多艰巨的工作，力学逐渐摆脱传统观念的束缚，有了很大的进展。
英国科学家牛顿在前人研究和实践的基础上，经过长期的实验观测、数学计算和深入思考，提出了力学三大定律和万有引力定律，把天体力学和地球上物体的力学统一起来，建立了系统的经典力学理论。
产生的原因是受到文艺复兴运动的影响，科学逐渐从神学的桎梏中解放出来，进入到实验科学的时代。
以伽利略为代表的科学家奠定了经典力学的理论基础。
17世纪英国资本主义经济的迅速发展。
工场手工业时期经济上的需要。
经典力学的重要奠基者──伽利略的主要贡献是发现落体定律，为经典力学的建立奠定了基础。
发明天文望远镜发现许多星体，证明了哥白尼“日心说”的正确性。
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，标志着物理学的真正开端，被誉为“近代科学之父”。
经典力学建立的标志是牛顿确立的万有引力定律和运动三大定律（惯性定律、加速度的比例定律、作用力和反作用力定律）。
《自然哲学的数学原理》一书的出版标志着经典力学的成熟。
其显著特征之一是注重实验，之二是它的数学化。
经典力学的建立，凝聚着许多科学家的心血，牛顿（微积分的创立者之一）则是其中的集大成者，故经典力学又称牛顿力学。
牛顿力学是经典物理学和天文学的基础，也是现代工程力学以及与之有关的工程技术的理论基础。
牛顿力学的创立标志着人类科学时代的开始。
牛顿力学和热学的应用，引发了以英国工业革命为起点的第一次技术革命，使人类社会进入蒸汽时代。
牛顿用数学方法精确描述宇宙运行的自然法则，还为法国启蒙思想和唯物主义哲学奠定了科学基础。
三.爱因斯坦与相对论的提出
X射线、放射性和电子的发现是19世纪末物理学界的重大事件。
经典物理学所研究的是人们日常生活中易于理解的宏观世界，三大发现所揭示的却是人们没有直接经验的微观现象，这表明人们对物质世界的认识已经深入了一个层次。
以量子论和相对论的建立为标志的物理学革命，为物理学开辟了新天地。
过去的物理学认为宇宙在任何情况下，它的速率永远都是相同的，世界上的一切运动在时间上都以它为度量标准。
德国物理学家爱因斯坦经过多年的研究，打破了传统的绝对时空观，于1905年提出了狭义相对论和光速不变原理。
指出了时间、空间和物体的质量不是绝对不变的，而是随着物体的运动而发生变化。
狭义相对论认为：
物体运动时，质量会随着物体运动速度的增大而增加，同时，空间和时间也会随着物体运动速度的变化而变化，即还会发生尺缩效应和钟慢效应。
1916年，爱因斯坦完成了广义相对论的最终形式。
在广义相对论中，引力是被考虑的主要问题。
广义相对论指出：
空间和时间不可能离开物质而独立存在，空间结构和性质取决于物质的分布，使人类进一步深化了对时间、空间和引力现象的认识。
为了使学生更好的理解相对论可以引用一个爱因斯坦解释相对论的幽默。
这个幽默是：
震撼世界的相对论，是科学发展史上划时代的里程碑。
创立相对论的阿尔伯特·爱因斯坦晚年时一群青年学生请他解释什么是相一个对论，他生动而幽默地打了一个比方：
“当你和一个美丽的姑娘坐上两个小时，你会感到好象坐了一分钟；但要是在炽热的火炉边，哪怕只坐上一分钟，你却感到好象是坐了两小时。
这就是相对论。
”
四、◆狭义相对论和广义相对论的区别
狭义相对论讨论的是匀速直线运动的参照系之间的物理定律，广义相对论则推广到具有加速度的参照系中（非惯性系），并在等效原理的假设下，广泛应用于引力场中。
相对论和量子力学是现代物理学的两大基本支柱。
奠定了经典物理学基础的经典力学，不适对用于高速运动的物体和微观领域。
相对论解决了高速运动问题；量子力学解决了微观亚原子条件下的问题。
相对论颠覆了人类对宇宙和自然的“常识性”观念，提出了“时间和空间的相对性”、“四维时空”、“弯曲空间”等全新的概念。
狭义相对论最著名的推论是质能公式，它可以用来计算核反应过程中所释放的能量，并导致了原子弹的诞生。
而广义相对论所预言的引力透镜和黑洞，也相继被天文观测所证实。
五、◆经典力学、相对论与量子论的关系
经典力学改变了自古代以来人们的认识论和方法论。
相对论打破了牛顿以来传统的绝对时空观，但并非全盘否定牛顿力学。
牛顿力学反映的是宏观物体低速运动的客观规律，而相对论反映的是物体高速运动的客观规律，是对牛顿力学的继承和发展。
牛顿力学是相对论的一种特例（物体低速运动状态），包括在相对论体系中。
量子论则是研究微观世界粒子运动规律的科学。
量子论与相对论一起，构成了现代物理学的基础。
六．为什么说量子理论和相对论是现代物理学的两大支柱？
（1）经典力学所适应的主要是我们日常生活中的物理现象，但在宏观的宇宙世界和微观的粒子世界面前，就显得不太够用了。
（2）量子理论的形成标志着人类对客观规律的认识，开始从宏观世界深入到微观世界；同时，在量子理论基础上发展起来的量子力学，极大地促进了原子物理、固体物理和原子核物理学的发展。
（3）特点：
相对论的提出否定了经典力学的绝对时空观，从本质上修正了狭隘经验主义建立起来的时空观，深刻揭示了时间和空间的本质属性，推动物理学发展到一个新的高度。
（4）量子理论和相对论弥补了经典力学的缺点，掀起了物理学的革命，构成了现代物理学的基本理论框架
答案
第11课物理学的重大进展
探究一
1．发现：
伽利略发现了自由落体定律，确定匀速运动和匀加速运动这两个新概念。
意义：
为经典力学的建立奠定了基础，标志着物理学的真正开端。
2．
（1）特征：
①注重实验。
实验可以进一步揭示客观现象和过程之间的逻辑关系，并由此得出重要的结论。
②力学体系的数学化。
主要运用他创立的微积分做计算工具，这种数学源于自然界内在的数学关系。
（2）局限性：
牛顿经典力学体系建立在日常生活中常见的低速运动的物质之上。
在牛顿力学中，存在着绝对的静止和绝对的时间。
这种绝对的时空观符合人们的日常经验，但无法解释高速运动的物体运动的规律和微观世界中的粒子，这说明牛顿力学体系面临着危机和挑战。
探究二
1．
（1）物理学方面：
相对论的提出是物理学领域最伟大的革命。
它在很大程度上解决了19世纪末经典物理学出现的危机，可以广泛地解释不同运动状态的物质，创立了一个全新的时空观、运动观和物质观，极大地扩展了物理学应用的领域，使人们对自然规律的探索从普通世界深入到广阔的宏观宇宙空间。
（2）人类思想认识方面：
相对论打破了经典物理学绝对化的思维，为人们提供了辩证地看待世界的途径，是人类思想发展史上的一次根本性的变革。
2．同意第二种观点。
理由：
（1）牛顿力学体系概括了物体机械运动的基本定律，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。
（2）20世纪初，爱因斯坦提出相对论，否定了牛顿的绝对时空观，指出了时间和空间的辩证关系，即时间和空间不是绝对不变的，而是随着物质的运动而变化的，并提出质能转化原理，奠定了开发利用原子能的理论基础，加深了人们对物质和运动的认识，在哲学和科学上都具有重大意义。
（3）相对论发展了牛顿力学，牛顿力学是相对论力学在低速状态下的一个特例。
牛顿力学是整个力学的基础，牛顿所创造的概念，至今仍指导着我们的物理学思想。
探究三
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，为现代自然科学和技术革命提供了理论基础。
B.精讲例题
【例1】答案：
A解析：
19世纪物理学的大厦是指17世纪牛顿建立的经典力学体系，而其奠基者就是伽利略。
【例2】答案：
C解析：
根据材料可以得出判断是对运动的认识和实验，而牛顿正是在伽利略对物质运动的研究基础上，确认了物体宏观运动的规律，提出了物体运动三大定律和万有引力定律，建立起了牛顿力学体系，是物理学的一次综合，也是人类认识上一次巨大的飞跃。
【例3】答案：
B解析：
本题重点落在对相对论的掌握上。
相对论是对牛顿创立的经典力学理论的继承与发展，A项错。
相对论只是在很大程度上解决了19世纪末出现的经典物理学的危机。
量子理论使人类对微观粒子世界的基本认识有了革命性的进步，C、D两项说法错误。
爱因斯坦的相对论认为，时间和空间都是物质存在的形式，不是绝对不变的，而是相对的，可以互相转化，这就打破了绝对的时空观。
【例4】答案：
D。
解析：
牛顿力学体系属于经典力学，经典物理学研究的是宏观世界，而量子理论研究的是微观世界。
进化论是生物学领域的理论。
C．随堂巩固1.D2.B。
3.B4.DD.课后提高一、选择题
1.D2.C3.C4.A5.B6.C7.A8C9.B10.C11.D12.C13.B14.C15.A
二、非选择题
16．答案：
（1）经典物理学。
背景：
资本主义经济的发展；人文主义的兴起和发展极大的解放了人们的思想；自然科学从神学的束缚中解脱出来。
（2）由经典物理学发展到相对论。
原因：
科技革命的推动；经典物理学出现危机；科学理论有了重大突破。
（3）相对论的提出是物理学领域最伟大的革命，在很大程度上解决了19世纪末出现的经典物理学的危机，极大地扩展了物理学应用的领域。
同时，相对论也打破了经典物理学绝对化的思维，为人们提供了辩证地看待世界的途径。
【学思之窗】你认为应该怎样评价牛顿和爱因斯坦的贡献？
答案提示：
牛顿确立了万有引力定律和运动三定律，之后光学、电磁学等与力学进一步统一，大大推动了物理学的发展，牛顿力学研究的是宏观世界。
爱因斯坦打破了牛顿以来传统的绝对时空观，于1905年提出了狭义相对论和光速不变原理，1916年爱因斯坦完成了广义相对论的最终形式。
爱因斯坦的相对论发展了牛顿力学，将牛顿力学概括在相对论力学之中，推动物理学发展到一个新的高度。
【探究学习总结】本课测评相对论和量子论的出现有什么意义？
答案提示：
相对论和量子论发现人们日常经验之外的宏观世界和微观世界的物质运动规律，不仅推动了物理学的进步，还大大开阔了人们视野，改变了人们认识世界的角度和方式。
学习延伸20世纪初，爱因斯坦提出相对论后，核能研究得到迅速发展。
请查找资料，了解20世纪核能研究发展的基本情况，谈一谈这一研究的发展对人类社会产生了哪些影响？
答案提示：
略。
（本题的核心是培养学生查阅资料和组织材料的能力，应该鼓励学生通过不同方式组织材料，鼓励他们积极发表意见）
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