學案14物理學的重大進展課標要求1.了解經(jīng)典力學的主要內(nèi)容，認識其在近代自然科學理論發(fā)展中的歷史地位。2.知道相對論、量子論的主要內(nèi)容，認識其意義。一、經(jīng)典力學1背景(1)文藝復興運動不僅解放了人們的思想，也對科學研究產(chǎn)生了重要影響。(2)16世紀末17世紀初，伽利略發(fā)現(xiàn)了自由落體定律等物理學定律，開創(chuàng)了以實驗事實為根據(jù)并具有嚴密邏輯體系的近代科學，為后來經(jīng)典力學的創(chuàng)立和發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。2建立(1)標志：1687年，牛頓出版了自然哲學的數(shù)學原理一書。(2)內(nèi)容：物體運動三大定律和萬有引力定律等。(3)特征：以實驗為基礎(chǔ)。以數(shù)學為表達形式。深度點撥經(jīng)典力學體現(xiàn)了近代科學的顯著特征：一是注重實驗；另一個是數(shù)學化。這種數(shù)學化的根源是自然內(nèi)在的數(shù)學關(guān)系。自然的數(shù)學結(jié)構(gòu)是近代科學的先驅(qū)們深信不疑的真理。3意義經(jīng)典力學體系對解釋和預見物理現(xiàn)象具有決定性意義。后來，根據(jù)萬有引力定律，人們發(fā)現(xiàn)了海王星等。關(guān)鍵點撥1牛頓力學體系是人類對自然規(guī)律進行的第一次理論性概括和總結(jié)，它以實驗為基礎(chǔ)、以數(shù)學為表達形式，是近代自然科學理論體系中最先成熟和完善的核心理論體系。2伽利略的杰出成就為牛頓經(jīng)典力學的創(chuàng)立奠定了基礎(chǔ)，標志著物理學的真正開端；牛頓力學體系的建立標志著近代科學的形成，是經(jīng)典物理學的基礎(chǔ)。深化探究材料我好像是一個在海邊玩耍的孩子，不時為拾到比通常更好更光滑的石子或美麗的貝殼而歡欣鼓舞，而展現(xiàn)在我面前的是完全未探明的真理之海。牛頓臨終遺言思考根據(jù)材料列舉出牛頓撿到的“光滑的石子”和“美麗的貝殼”。說說牛頓的發(fā)現(xiàn)有什么科學意義？答案(1)創(chuàng)立微積分、提出物體運動三大定律和萬有引力定律(牛頓力學體系)。(2)科學意義：牛頓力學定律以嚴格的數(shù)學方法和邏輯體系把宇宙間的運動統(tǒng)一起來，對人類解釋和預見物理現(xiàn)象具有決定性意義。牛頓力學體系把天上、地上的物體運動概括到一個理論之中，使人類認識到支配日月星辰運轉(zhuǎn)的不是上帝，而是自然規(guī)律。這樣就把上帝從無生命現(xiàn)象的研究領(lǐng)域趕走了。二、相對論的創(chuàng)立1背景19世紀，隨著物理學研究的進展，經(jīng)典力學無法解釋研究中遇到的一些新問題，面臨著挑戰(zhàn)。2創(chuàng)立：20世紀初的德國物理學家愛因斯坦提出了相對論。3內(nèi)容(1)狹義相對論：物體運動時，質(zhì)量會隨著物體運動速度增大而增加，同時，空間和時間也會隨著物體運動速度的變化而變化，即會發(fā)生尺縮效應(yīng)和鐘慢效應(yīng)。(2)廣義相對論：空間和時間的性質(zhì)不僅取決于物質(zhì)的運動情況，也取決于物質(zhì)本身的分布狀態(tài)。4意義(1)相對論的提出是物理學領(lǐng)域的一次重大革命。(2)它否定了經(jīng)典力學的絕對時空觀，深刻地揭示了時間和空間的本質(zhì)屬性。(3)它也發(fā)展了牛頓力學，將其概括在相對論力學之中，推動物理學發(fā)展到一個新的高度。重點精講為什么說相對論的提出是物理學領(lǐng)域的一次重大革命？它否定了經(jīng)典力學的絕對時空觀，深刻地揭示了時間和空間的本質(zhì)屬性。它也發(fā)展了牛頓力學，將其概括在相對論力學之中，推動物理學發(fā)展到一個新的高度。深化探究材料思考(1)愛因斯坦是怎樣推翻牛頓的理論的？(2)如何理解牛頓的一番話？答案(1)愛因斯坦打破了牛頓創(chuàng)立的經(jīng)典力學的絕對時空觀，提出了狹義相對論和廣義相對論，發(fā)展了牛頓力學，推動物理學發(fā)展到一個新的高度。(2)相對論是在經(jīng)典物理學基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，兩者之間是繼承與發(fā)展而不是相互排斥的關(guān)系。相對論只否定了牛頓力學的絕對時空觀，并沒有否定整個牛頓力學。相對論發(fā)展了牛頓力學，牛頓力學是相對論力學在低速狀態(tài)下的一個特例。牛頓力學是整個力學的基礎(chǔ)，牛頓所創(chuàng)造的概念，至今仍指導著我們的物理學思想。三、量子論的誕生與發(fā)展1背景(1)19世紀末20世紀初，電子和放射線的發(fā)現(xiàn)，人們對物質(zhì)的認識深入到了原子內(nèi)部。(2)大量的實驗表明，微觀的粒子運動不能用經(jīng)典力學的理論來說明。2誕生：1900年，德國物理學家普朗克提出了量子假說，認為輻射像物質(zhì)一樣，是由具有能量的基本單位量子來實現(xiàn)的。3發(fā)展(1)愛因斯坦利用量子理論成功地解釋了光電效應(yīng)。(2)丹麥物理學家玻爾提出了有關(guān)原子的量子理論。(3)20世紀30年代，量子力學建立起來。歸納總結(jié)牛頓經(jīng)典力學反映的是宏觀物體低速運動的客觀規(guī)律，而相對論反映的是物體高速運動的客觀規(guī)律，是對牛頓力學的繼承和發(fā)展。牛頓力學是相對論的一種特例(物體低速運動狀態(tài))，包括在相對論體系中。量子論則是研究微觀世界粒子運動規(guī)律的科學。量子論與相對論一起，構(gòu)成了現(xiàn)代物理學的基礎(chǔ)。4意義(1)使人類對微觀世界的基本認識取得革命性的進步。(2)與相對論一起，構(gòu)成了現(xiàn)代物理學的基礎(chǔ)，彌補了經(jīng)典力學在認識宏觀世界和微觀世界方面的不足。(3)推動了物理學自身的進步，開闊了人們的視野，改變了人們認識世界的角度和方式。教材互補量子力學成為反映自然界基本規(guī)律的理論體系，指導著人們向物質(zhì)運動的各個層面進行深入探討。量子理論讓人們從根本上改變了近代物理學中的傳統(tǒng)觀念，使物理學乃至整個自然科學的觀念都發(fā)生了重大革命。(人民版)歸納總結(jié)量子理論及在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的量子力學，極大地促進了原子物理、固體物理、原子核物理等學科的發(fā)展，標志著人類對客觀世界的認識，開始從宏觀世界深入到微觀世界，開創(chuàng)了物理學的新紀元。課堂小結(jié)1“月亮既不會掉下來，也不會離去，那是因為它的運動正好抵消了地球的引力?！闭f這句話的科學家是()A牛頓 B波義耳 C拉瓦錫 D哥白尼答案A解析據(jù)題干材料中的“引力”這一關(guān)鍵詞可知為“萬有引力定律”。2“牛頓的發(fā)現(xiàn)，給人類帶來從未有過的自信。曾經(jīng)匍匐在上帝腳下的人類，終于大膽地抬起頭來，開始用自己理性的眼光打量世界?！边@說明牛頓的發(fā)現(xiàn)()A推動了天文學的發(fā)展B使人類徹底擺脫了神學的影響C促進了人類思想的解放D使人類開始關(guān)注現(xiàn)實世界答案C解析“人類用理性的眼光打量世界”，說明人們的思想得以解放，B項說法過于絕對。3愛因斯坦的相對論揭示的核心問題是()A時間、空間、物體質(zhì)量隨物體運動而變化B時間、空間、物體的質(zhì)量是永遠不變的C時間、空間、光速隨物體運動而變化D時間、空間、光速是永遠不變的答案A解析愛因斯坦在相對論中提出，物體的質(zhì)量會隨著時間、空間的變化而變化，這給人們辯證地看待世界提供了新途徑。4電視連續(xù)劇天仙配中有這樣的情節(jié)：唐朝張百勝因孝道而升天成為玉皇大帝，而后他的年齡基本上是恒定的，七仙女亦然，永葆青春。假設(shè)此情景成立，其科學依據(jù)最有可能的是()A相對論 B量子論C轉(zhuǎn)基因理論 D進化論答案A解析根據(jù)愛因斯坦的相對論，時間、質(zhì)量、重量等都不是固定不變的，而是處在不斷的變化中。5它打開了人類認識微觀世界的大門，深刻地改變了人們的生活、生產(chǎn)和觀念標志著一個新紀元的到來！這里的“它”是指()A經(jīng)典力學 B進化論C量子論 D相對論答案C解析使人類的認識深入到微觀世界的是量子論的出現(xiàn)。學思之窗提示牛頓確立了萬有引力定律和物體運動三大定律，之后光學、電磁學等與力學進一步統(tǒng)一，大大推動了物理學的發(fā)展。牛頓力學研究的是宏觀世界。愛因斯坦打破了牛頓以來傳統(tǒng)的絕對時空觀，于1905年提出了狹義相對論和光速不變原理，1916年愛因斯坦的廣義相對論發(fā)展了牛頓力學。將牛頓力學概括在相對論力學之中，推動物理學發(fā)展到一個新的高度。探究學習總結(jié)一、本課測評提示(1)量子論和相對論彌補了經(jīng)典物理學的缺點，掀起了物理學的革命，構(gòu)成了現(xiàn)代物理學的基本理論框架。(2)量子論和相對論的創(chuàng)立使人們的認識深入到新的層次和領(lǐng)域，特別是發(fā)現(xiàn)了微觀物質(zhì)的運動規(guī)律，為現(xiàn)代自然科學和現(xiàn)代技術(shù)革命提供了重要的理論基礎(chǔ)。(3)它們的提出，不僅推動了物理學自身的進步，而且開闊了人們的視野，改變了人類認識世界的角度和方式，在人類思想史上占有極其重要的地位。二、學習延伸提示發(fā)展狀況：二戰(zhàn)期間，德國法西斯與美國競相發(fā)展核武器，1945年，美國在日本投放原子彈，蘇聯(lián)也在1949年試驗成功原子彈，1957年蘇聯(lián)建成核電站，1964年中國制造出了原子彈。影響：核能的研究，一方面使人類處在核戰(zhàn)爭的陰影之下，另一方面，核能的和平開發(fā)與利用，又給人們帶來了生活的便利?；A(chǔ)達標1下圖中的情景能夠說明的問題是()伽利略面對教會的審判A伽利略的思想理論為后來經(jīng)典力學的創(chuàng)立和發(fā)展奠定了基礎(chǔ)B文藝復興解放了思想，對科學的研究產(chǎn)生了重要影響C伽利略時代人們的思想仍然受到教會的嚴厲禁錮D伽利略認識到要了解自然必須進行系統(tǒng)的觀察和實驗答案C解析本題圖中反映的情景是教會對伽利略的審判，由此可推斷出當時教會對人們思想的禁錮，對新思想者的迫害。A、D兩項表述的是伽利略的貢獻，B項論述的角度正好與圖中情景相反。2史學家在評論某位科學家時說，他“已經(jīng)向人們展示了理性的強大力量，那么已獲啟蒙的人即可循此途徑依靠理性來發(fā)現(xiàn)所有的人類制度都應(yīng)遵循的自然規(guī)律”。這位科學家應(yīng)該是()A亞里士多德 B伽利略C牛頓 D愛因斯坦答案C解析材料反映了科學發(fā)展對思想解放運動的啟蒙作用。牛頓的經(jīng)典力學改變了自古代中世紀以來人們的認識論和方法論，啟發(fā)人們以理性來認識世界。牛頓的科學革命為啟蒙運動提供了理論基礎(chǔ)。3根據(jù)國際天文學聯(lián)合會大會投票5號決議，冥王星被排除在行星行列之外，正式從九大行星中除名，而將其列入“矮行星”之列。冥王星的發(fā)現(xiàn)當時是根據(jù)()A哥白尼日心說的推算B牛頓力學的推算C法拉第定律的推算D愛因斯坦的相對論答案B解析根據(jù)牛頓天體力學，1930年2月18日美國天文學家湯博發(fā)現(xiàn)了太陽系第九大行星冥王星。冥王星的出現(xiàn)引起了人們的歡呼，被認為是牛頓力學的偉大成果。4他的墓志銘上寫著這樣的話：他以超乎尋常人的智力，用他所發(fā)明的數(shù)學方式，第一個證明了“行星的運動和圖像，彗星的軌道和大海的潮汐。”此人可能是()A哥白尼 B牛頓C達爾文 D普朗克答案B解析牛頓力學定律以嚴格的數(shù)學方法和邏輯體系把宇宙間的運動統(tǒng)一起來，對人類解釋與預見物理現(xiàn)象具有決定性的意義，如解釋了彗星的軌道和大海的潮汐。海王星的發(fā)現(xiàn)是證明牛頓力學和萬有引力定律有效性的最成功范例。本題選B項。5菲利普·費爾南德茲·阿邁斯托在評價某科學家時指出：在他的宇宙里，“每一種現(xiàn)象都是帶有欺騙性。物質(zhì)和能量可以相互轉(zhuǎn)換。雙胞胎以不同的速度衰老。平行線可以交叉。光線彎曲的徑跡其實纏繞宇宙?！边@位科學家是()A伽利略 B達爾文C牛頓 D愛因斯坦答案D解析本題考查學生對歷史事實的記憶和理解能力。根據(jù)題干中“物質(zhì)和能量可以相互轉(zhuǎn)換”“光線彎曲的徑跡其實纏繞宇宙”分析，屬于愛因斯坦的相對論的內(nèi)容。61919年11月9日美國紐約時報頭版文章有如下標題：“天之光歪斜”“科學家急切等待著日蝕觀測的結(jié)果”“恒星不是在它們似乎應(yīng)該所在的或被計算出來的位置上，但不必擔心?！边@些文章介紹的科學理論應(yīng)該是()A經(jīng)典力學 B狹義相對論C廣義相對論 D量子理論答案C解析經(jīng)典力學的發(fā)表是在1687年；狹義相對論發(fā)表于1905年；廣義相對論發(fā)表于1915年；量子理論發(fā)表于1900年。7史學家認為“17世紀后期科學革命的勝利為啟蒙運動提供了先決條件”。符合此“先決條件”的事件是()A哥白尼提出“日心說”B經(jīng)典力學的形成C達爾文提出生物進化論學說D伽利略發(fā)現(xiàn)自由落體定律答案B解析可從時間上來判斷分析排除各錯誤選項，A項是在1543年，C項是在1859年，D項是在1590年。故選B。8經(jīng)典物理學所面臨的危機，終于在20世紀初被物理學發(fā)展史上的兩場偉大的革命所解決。這兩場革命使人類()A擁有了研究宏觀世界和微觀世界的理論體系B放棄了經(jīng)典物理學的思想方法和科學理論C否定了此前物理學取得的一系列成果D轉(zhuǎn)變了人們的思維方式和社交方式答案A解析注意時間“20世紀初”，這兩場革命分別是愛因斯坦的相對論和普朗克的量子理論，分別使人們對宏觀和微觀世界的認識有了革命性的進步。能力提升91970年英國發(fā)行的D系列1英鎊紙幣的正面圖案上，牛頓身后是一根開花的蘋果樹枝，身邊的桌上是他手制的第一架反射式望遠鏡。紙幣背面左半部分的主要圖案，是各種橢圓形的天體運行軌道。紙幣紀念的牛頓的貢獻除反射式望遠鏡外還有()A機械運動三大定律B萬有引力定律C微積分D發(fā)現(xiàn)冥王星答案B解析從材料中“開花的蘋果樹枝”、“各種橢圓形的天體運行軌道”可知反映的是萬有引力定律。10宇宙探險一書認為，由于科學家“揭示了時間、空間與物質(zhì)分布、運動之間的辯證關(guān)系，提出了新的宇宙觀，同時使得現(xiàn)代物理學和天文學如此結(jié)合而產(chǎn)生了天體物理學，為人類研究和探索宇宙提供了新的更廣泛的途徑?！蹦阏J為為此作出最重要貢獻的應(yīng)是()A創(chuàng)立萬有引力的牛頓B創(chuàng)立相對論的愛因斯坦C提出量子假說的普朗克D提出太陽中心說的哥白尼答案B解析從材料“揭示了時間、空間與物質(zhì)分布、運動之間的辯證關(guān)系”可以很容易地推斷出答案為B。11普朗克曾這樣評論愛因斯坦的科學成就：“這個原理在物理世界觀上所引起的革命，只有哥白尼世界體系的引入才能與之相提并論。”文中的“這個原理”是()A相對論 B日心說C量子假說 D萬有引力定律答案A解析相對論描繪了一個嶄新的宏觀宇宙世界，打破了經(jīng)典物理學絕對化的思維模式，大大開闊了人們的視野，改變了人們看世界的角度和方式，為人們提供了辯證地看待世界的途徑。因此才有“這個原理在物理世界觀上所引起的革命，只有哥白尼世界體系的引入才能與之相提并論”的說法。據(jù)上述判斷可知正確答案為A。12愛因斯坦對19世紀末20世紀初誕生的某物理學理論評價說：“這一發(fā)現(xiàn)成為20世紀物理學研究的基礎(chǔ)要是沒有這一發(fā)現(xiàn)，那就不可能建立起分子、原子以及支配它們變化的能量過程的有用理論。”材料中的“這一發(fā)現(xiàn)”()A說明了物體空間和時間會隨著物體運動速度的變化而變化B說明了空間和時間的性質(zhì)取決于物質(zhì)的運動和本身的分布狀態(tài)C與物理學界長期信奉的“自然界無跳躍”的原則是一致的D開闊了人們的眼界并改變了人們認識世界的角度和方式答案D解析本題考查量子理論，根據(jù)題干內(nèi)容可以判斷是普朗克的量子論，故選D。13閱讀下列材料：20世紀初，相對論和量子理論出現(xiàn)，它們掀起了物理學革命，構(gòu)成了現(xiàn)代物理學的兩大支柱，并對其他學科產(chǎn)生了歷史性的影響。人類對自然世界的科學探索又躍上了一個新的高度。請回答：(1)結(jié)合所學知識，指出相對論和量子理論出現(xiàn)的歷史背景。(2)為什么說這兩大支柱的形成使人類對自然世界的科學探索又躍上了一個新的高度？答案(1)背景：19世紀，物理學的新發(fā)現(xiàn)對經(jīng)典力學的絕對時空觀提出了挑戰(zhàn)。(2)原因：愛因斯坦揭示了時間和空間的本質(zhì)屬性，將牛頓力學概括在相對論之中；普朗克的量子理論發(fā)現(xiàn)了微觀物質(zhì)的運動規(guī)律，為現(xiàn)代自然科學和技術(shù)革命提供了理論基礎(chǔ)。14閱讀下列材料，完成問題。材料一伽利略發(fā)現(xiàn)運動中的物體若無一定的外力使它轉(zhuǎn)向，便作勻速直線運動。這一發(fā)現(xiàn)要求人們必須能解釋：為什么行星不以直線飛離，而趨于落向太陽，結(jié)果形成橢圓形的運動軌道；為什么月亮同樣地趨于落向地球。斯塔夫里阿諾斯全球通史材料二 圖一 圖二材料三“在失重狀態(tài)下點燃的蠟燭會熄滅”，這是愛因斯坦的結(jié)論。上海市向明中學的學生設(shè)計了“失重”狀態(tài)下觀察燭光的各種實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在完全失重狀態(tài)下點燃的蠟燭依然是不滅的，只不過火焰呈圓形，亮度比較暗一點。2008年11月6日四川新聞網(wǎng)請回答：(1)材料一中伽利略的發(fā)現(xiàn)是被誰的什么理論成功解釋的？(2)材料二中兩人在科學理論上的成就分別是什么？(3)許多科學理論都受到過人們的質(zhì)疑，聯(lián)系材料三說明科學研究的特點。答案(1)牛頓的萬有引力定律。(2)圖一愛因斯坦提出了相對論；圖二普朗克提出了量子假說。(3)科學研究總是在不斷修正前人錯誤的過程中，在質(zhì)疑、釋疑的過程中探索發(fā)展的。10