2019-2020年高中歷史 第25課現(xiàn)代科學(xué)革命全套課程教案 岳麓版必修3課標要求：知道相對論、量子論的主要內(nèi)容，認識其意義。教學(xué)目標：知識與能力：通過本課的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解在經(jīng)典物理學(xué)危機的基礎(chǔ)上現(xiàn)代科學(xué)革命產(chǎn)生的必然性，明白現(xiàn)代科學(xué)的兩大支柱相對論和量子理論的基本觀點，并認識到愛因斯坦在相對論、普朗克在量子理論的形成和創(chuàng)立過程中的重大作用。過程與方法：結(jié)合相對論和量子論各自的理論基礎(chǔ)和研究方向，闡明兩者對人類歷史和現(xiàn)代生活的重大意義。情感態(tài)度與價值觀：結(jié)合辯證法原理，正確對待科學(xué)的發(fā)展。教學(xué)重點：相對論、量子論的主要內(nèi)容及意義。教學(xué)難點：相對論、量子論的主要內(nèi)容。課時：本節(jié)教材用一課時。板書設(shè)計：第六單元 現(xiàn)代世界的科技與文化第25課 現(xiàn)代科學(xué)革命一、經(jīng)典物理的危機絕對權(quán)威危機二、愛因斯坦與相對論1最偉大2相對論三、量子理論中的微觀世界1普朗克，愛因斯坦，玻爾2相對論和量子理論的評價：教學(xué)過程：導(dǎo)入新課：同學(xué)們還記得1687年出版的自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理是哪位科學(xué)家的巨著嗎？牛頓。這部巨著的意義是什么？建立起一個完整的力學(xué)理論體系，實現(xiàn)了物理學(xué)史上的第一次大飛躍。下面請同學(xué)們來閱讀本課的引言：19世紀，以牛頓力學(xué)為代表的經(jīng)典物理學(xué)已經(jīng)日趨完善，達到了高峰。但是一些新的研究發(fā)現(xiàn)對它提出了挑戰(zhàn)，導(dǎo)致了經(jīng)典物理學(xué)的危機。正是在這種情況下，相對論和量子理論出現(xiàn)，它們掀起了物理學(xué)革命，構(gòu)成了現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱，并對其他學(xué)科產(chǎn)生了歷史性的影響。人類對自然世界的科學(xué)探索又躍上了一個新的高度。今天，我們學(xué)習(xí)第25課現(xiàn)代科學(xué)革命。一、 經(jīng)典物理學(xué)的危機二、 先請同學(xué)們聽一段小故事，當?shù)聡锢碇奈锢韺W(xué)家普朗克年輕時向他的老師求教，是選擇音樂還是物理學(xué)作為自己的終身的職業(yè)時，得到的答復(fù)是：“物理學(xué)基本上是一門已經(jīng)完成了的科學(xué)，因此，對于物理學(xué)的研究實際上是不會有多大成果的。”這個小故事說明了什么道理？請同學(xué)們閱讀本目內(nèi)容，從教材中找到這個問題的答案。教材P106本目內(nèi)容第三自然段：當時，人們把以牛頓力學(xué)為代表的經(jīng)典物理學(xué)看做絕對權(quán)威的理論，認為一切自然現(xiàn)象都可以用經(jīng)典物理學(xué)加以說明，而且物理學(xué)已經(jīng)發(fā)展到了完整、系統(tǒng)和成熟的階段，以后的工作只不過是在細節(jié)上做些修正和補充，在計算上更細致一點，使理論更加完善。板書：絕對權(quán)威那么，經(jīng)典物理學(xué)的危機又來自哪里呢？仍然請同學(xué)們在教材的本目中找到答案。教材P106本目內(nèi)容倒數(shù)第三自然段：然而，正是在這個時候，物理學(xué)上出現(xiàn)了一系列新的發(fā)現(xiàn)，無法用經(jīng)典物理學(xué)來解釋，這使得經(jīng)典物理學(xué)陷入了危機，面臨著挑戰(zhàn)。板書：絕對權(quán)威危機而經(jīng)典物理學(xué)陷入危機的具體難題是“晴空是漂浮著的兩朵烏云”，而為了驅(qū)散這兩朵烏云，物理學(xué)掀起了一場革命，誕生了現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱相對論和量子論。我們先來看第一大支柱。三、 愛因斯坦與相對論四、 直至今天，愛因斯坦都被視為科學(xué)界最偉大的科學(xué)家之一。板書：1最偉大請同學(xué)們看教材P107第一自然段，了解愛因斯坦的生平。相對論是愛因斯坦最重要的成就，也是20世紀最重要的科學(xué)成就之一。板書：2相對論相對論由狹義相對論和廣義相對論組成。狹義相對論首先就瓦解了牛頓經(jīng)典力學(xué)中的絕對時空觀，指出經(jīng)典力學(xué)僅僅在低速運動狀態(tài)下合理，從而化解了以太之謎，直接驅(qū)散了漂浮在物理學(xué)晴空上的第一朵烏云。在廣義相對論中，愛因斯坦將相對性原理由慣參考系進一步擴大到任意參考系，并把牛頓的引力理論作為其中的一部分內(nèi)容。教材P107第二、三自然段對相對論作了簡單地介紹，文字閱讀框穿越時空的夢想也對相對論的相對性原理作了直觀的說明，請同學(xué)們閱讀。關(guān)于相對性原理，有一個時間與空間相對性的例證。一個觀察者看來是同時發(fā)生的事件，另一個向他作相對運動的觀察者看來便不是同時發(fā)生的。兩個這樣的觀察者對兩個事件之間的時間間隔的估計將會不一致，同時他們對距離的衡量也會不一致。假定兩個作相對勻速運動的觀察者所得到的光速相同，那么，只要他們對時間與空間運用不同的量度，就能對于現(xiàn)象得到相同的自然規(guī)律，并能精確地說明這種差距有多少，換句話說，每個觀察者都有自己的一套時間空間的框架，對于一切觀察者全都相同的絕對空間時間是不存在的。關(guān)于光速不變原理，也有例證，就是尺縮效應(yīng)和鐘慢效應(yīng)。假定一個觀察者B帶著一只座鐘和一把碼尺，并把碼尺指向他運動的方向。當他向觀察者A旁邊走過時，在A起來他的尺子不足一碼長，他的鐘也變慢了。B相對于A的速度愈大，這差額也就愈大。假如B用光速在A的旁邊通過，我們得到的結(jié)果是驚人的，這時B的碼尺長度將等于0，他的鐘也完全不足了。這就是說光速的速度的極限，宇宙間沒有任何東西能以大于光速的速度運動。運動尺子的縮短和運動時鐘的變慢效應(yīng)，都是相對時空的基本屬性，與物體內(nèi)容結(jié)構(gòu)無關(guān)。如果物體的速度比光速小得多，相對論力學(xué)就可以解釋牛頓力學(xué)。相對論與我們的生活常識有著巨大的差距，但卻被科學(xué)實驗所證實，這就給我們提出了一個問題：常識總是正確的嗎？常識和正確的理論起沖突的時候，應(yīng)當怎樣分辨呢？常識是我們在生活的經(jīng)驗和過程中所具備的，甚至可以說，是構(gòu)成我們正常生活的基礎(chǔ)，所以常識是根深蒂固的。這種根深蒂固、雷打不動的認識，往往構(gòu)成了我們尋找真理和本質(zhì)，在探詢?nèi)粘Ｉ钪獾氖挛锏囊?guī)律時，我們認識的障礙。日常生活中，常識是必要的，但是科學(xué)發(fā)展和人類進步不是只靠常識和直覺就可以的。因此，從這個角度來理解，科學(xué)家們通過精確、巧妙的物理學(xué)實驗得出的理論，也是經(jīng)過了同常識的反復(fù)斗爭而做出的，這更加體現(xiàn)出科學(xué)探索之路的艱難。相對論是人類精神寶庫中璀璨的明珠，而相對論的發(fā)明者愛因斯坦也因此名垂青史。關(guān)于相對論的評價，是教材P107本目內(nèi)容的最后一個自然段。找學(xué)生閱讀教材P107本目內(nèi)容的最后一個自然段：相對論的提出是物理學(xué)領(lǐng)域最偉大的革命。它在很大程度上解決了19世紀末出現(xiàn)的經(jīng)典物理學(xué)的危機，可以廣泛地解釋不同運動狀態(tài)的物質(zhì)，創(chuàng)立了一個全新的物理學(xué)世界，極大地擴展了物理學(xué)應(yīng)用的領(lǐng)域。同時，相對論也打破了經(jīng)典物理學(xué)絕對化的思維模式，為人們提供了辯證地看待世界的途徑。自相對論橫空出世以后，人類的認識有了極大的擴展：由低速領(lǐng)域跨入高速領(lǐng)域，由宏觀領(lǐng)域延伸到宇宙觀領(lǐng)域，由我們生存的三維空間到時間、空間共同構(gòu)成的四維空間。對地整個人類來說，由相對論引發(fā)了史無前例的改變，不僅僅局限于一個時代：人們認識到時間和空間的相互依賴關(guān)系、時間和空間的相對意義，認識到時間、空間與物質(zhì)運動相互依賴關(guān)系。對于人類意識來說，這的確是一場深刻的革命。相對論驅(qū)散了漂浮在物理學(xué)晴空上的第一朵烏云，那么，另一朵烏云是怎樣被驅(qū)散的呢？三、量子理論中的微觀世界量子理論的提出，同樣是源于實驗和公式之間的不合。教材P107本目內(nèi)容的第一、二自然段，教材P108第一、二、三、四、五自然段介紹了量子理論的創(chuàng)立過程，請同學(xué)們閱讀。量子理論的創(chuàng)始人是誰？德國科學(xué)家普朗克。板書：1普朗克量子理論的創(chuàng)立過程是一個不斷懷疑和不斷假設(shè)的過程，普朗克于1900年提出量子假說是“不得不”的結(jié)果。因為作為一位嚴謹?shù)目茖W(xué)家，其最基本的態(tài)度就必須是尊重事實，歷史上因為墨守成規(guī)和不尊重事實而失去重大發(fā)現(xiàn)的實例舉不勝舉。但是量子理論本身和物理學(xué)中早已流行了很久的思維方式相差甚遠，與一般人的常識更是有天壤之別，所以即便是在物理學(xué)界反應(yīng)也十分冷淡。普朗克本人也曾經(jīng)出現(xiàn)過反復(fù)和動搖，并最終導(dǎo)致他沒有做出更加偉大的理論創(chuàng)新。這也反映了人類認識事物本質(zhì)的反復(fù)性和曲折性。量子理論的發(fā)展過程和相對論不同，相對論基本是愛因斯坦憑著一己之力創(chuàng)立的，而量子理論的發(fā)展則凝聚了很多科學(xué)家的聰明才智。教材還提到了哪些科學(xué)家的哪些貢獻呢？愛因斯坦的光量子理論，玻爾的原子的量子理論。板書：1普朗克，愛因斯坦，玻爾在人類對微觀世界的認識上，量子理論是一座里程碑，從當前的實踐來看，量子理論對人類物質(zhì)生活的改變作用更大一些，請同學(xué)們看教材P108倒數(shù)第二、四自然段，這是量子理論的現(xiàn)實意義。找學(xué)生閱讀教材P108倒數(shù)第四自然段：量子理論是20世紀最深刻、最有成就的科學(xué)理論之一，使人類對微觀世界的基本認識有了革命性的進步。找學(xué)生閱讀教材P108倒數(shù)第二自然段：量子力學(xué)對化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、考古學(xué)、古生物學(xué)和地質(zhì)學(xué)等科學(xué)領(lǐng)域都產(chǎn)生了重大影響，帶來了許多劃時代的技術(shù)創(chuàng)新，如半導(dǎo)體和激光器的發(fā)明等。這直接推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展，從根本上改變了人類的物質(zhì)生活。相對論和量子理論的出現(xiàn)，掀起了物理學(xué)革命，構(gòu)成了現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱，并對其他學(xué)科產(chǎn)生了歷史性的影響。請看教材P108最后一個自然段，這是對相對論和量子理論的總體評價。板書：2相對論和量子理論的評價：找學(xué)生閱讀教材P108最后一個自然段：量子理論和相對論一起，構(gòu)成了現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)，彌補了經(jīng)典物理學(xué)的不足，描繪了一個嶄新的宏觀宇宙世界和微觀粒子世界，大大開闊了人們的視野，改變了人們看世界的角度和方式。它們不僅對物理科學(xué)本身，對自然科學(xué)，而且對整個人類的思維都產(chǎn)生了不可磨滅的影響。量子理論和相對論突破了經(jīng)典物理學(xué)理論，對傳統(tǒng)科學(xué)的錯誤觀念和狹隘觀念也進行了否定，豐富了人類的知識寶庫；其探索和創(chuàng)新精神，也是人類認識世界、了解世界的歷程在曲折中前進的規(guī)律的生動說明。小結(jié)：量子理論和相對論發(fā)展了經(jīng)典物理學(xué)，彌補了經(jīng)典物理學(xué)在宏觀宇宙世界和微觀的粒子世界面前的空缺，為人類描繪了一個嶄新的世界，對整個人類的思維都產(chǎn)生了不可磨滅的影響。但是理論的發(fā)展是無限的，人類的認識過程也是沒有止境的。作業(yè)：閱讀下列材料：19世紀末，物理學(xué)的研究一方面深入到物質(zhì)內(nèi)部的微觀世界，放射線和原子被發(fā)現(xiàn)，另一方面擴展到整個宇宙。隨著光學(xué)等學(xué)科的深入發(fā)展，人們對在光速或接近光速運動狀態(tài)下的物質(zhì)的研究，也超出了經(jīng)典物理學(xué)的范圍。物理學(xué)被稱為“晴空上漂浮著兩朵烏云”的兩個無法解釋的難題，其一就是以太的不存在。這使得經(jīng)典物理學(xué)賴以建立的絕對時空觀受到了嚴峻的挑戰(zhàn)。（1）經(jīng)典物理學(xué)形成的基礎(chǔ)是什么？這一基礎(chǔ)建立的理論是什么？提示：17世紀牛頓創(chuàng)立的經(jīng)典力學(xué)。它是建立在絕對時空觀的理論之上的。（2）到19世紀時，經(jīng)典物理學(xué)發(fā)展到何種程度？他所適用的范圍主要是什么？提示：到19世紀，在經(jīng)典力學(xué)的 基礎(chǔ)上，光學(xué)、熱力學(xué)、電磁學(xué)、天體物理學(xué)等新興學(xué)科取得了長足的進步，把人類對自然界的認識推進到前所未有的深度和廣度。它所適用的范圍主要是我們?nèi)粘Ｉ钪械奈锢憩F(xiàn)象。（3）19世紀末，物理學(xué)的發(fā)展對經(jīng)典物理學(xué)提出了怎樣的挑戰(zhàn)？提示：19世紀末，物理學(xué)的研究一方面深入到物質(zhì)內(nèi)部的微觀世界，另一方面擴展到整個宇宙，超出了經(jīng)典物理學(xué)的范圍，經(jīng)典物理學(xué)賴以建立的絕對時空觀受到嚴峻挑戰(zhàn)。（4）20世紀物理學(xué)的發(fā)展取得的兩項最重大的成就是什么？它們與經(jīng)典物理學(xué)的關(guān)系是什么？提示：量子理論和相對論。它們發(fā)展了經(jīng)典物理學(xué)，彌補了經(jīng)典物理學(xué)在宏觀宇宙世界和微觀的粒子世界面前的空缺，為人類描繪了一個嶄新的世界，對整個人類的思維都產(chǎn)生了不可磨滅的影響。課堂反饋：