高中歷史高中歷史必修必修3人民版人民版專題七近代以來科學(xué)技術(shù)的輝煌專題七近代以來科學(xué)技術(shù)的輝煌第第1課近代物理學(xué)的奠基人和革命者課近代物理學(xué)的奠基人和革命者 課標(biāo)要求了解經(jīng)典力學(xué)的主要內(nèi)容，認(rèn)識其在近代自然科學(xué)理論發(fā)展中的歷史地位；知道相對論、量子論的主要內(nèi)容，認(rèn)識其意義。一、認(rèn)識史上的飛躍牛頓力學(xué)體系1基礎(chǔ)：意大利科學(xué)家伽利略創(chuàng)立了 ，推翻了亞里士多德的學(xué)說。自由落體定律自由落體定律2內(nèi)容(1)17世紀(jì)末，牛頓通過進(jìn)一步的定量試驗，得出了 和 ，又在笛卡爾等人對碰撞運(yùn)動的研究基礎(chǔ)上總結(jié)出作用力和反作用力定律。(牛頓的 構(gòu)成了近代力學(xué)體系的基礎(chǔ)，成為整個近代物理學(xué)的重要支柱。)慣性定律慣性定律加速度定律加速度定律運(yùn)動三定律運(yùn)動三定律 (2)牛頓從研究地球?qū)υ虑虻囊θ胧?，綜合了 等 人的研究，運(yùn)用自己創(chuàng)立的 做計算工具，成功地 導(dǎo)出了 定律。 (3)1687年，牛頓撰寫的 出版， 標(biāo)志著經(jīng)典力學(xué)體系的初步建立。開普勒開普勒微積分微積分萬有引力萬有引力自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理3意義(1)對自然界的 做出了系統(tǒng)、合理的說明，從而完成了人類對 認(rèn)識史上的第一次理論大綜合。(2)它的確立使 和 在理論上達(dá)到了相當(dāng)完備的程度，同時也在生產(chǎn)和科學(xué)實驗中得到廣泛的應(yīng)用和驗證。(3)為人們準(zhǔn)確計算地球的平均密度和扁平率、正確解釋潮汐成因、發(fā)現(xiàn) 提供了理論指導(dǎo)。力學(xué)現(xiàn)象力學(xué)現(xiàn)象自然界自然界力學(xué)力學(xué)天文學(xué)天文學(xué)海王星海王星深層點撥 牛頓力學(xué)體系是人類對自然規(guī)律進(jìn)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(xué)為表達(dá)形式，是近代自然科學(xué)理論體系中最先成熟和完善的核心理論體系。二、驅(qū)走烏云的太陽量子力學(xué)與量子論1誕生：1900年，德國物理學(xué)家 提出了量子概念，他在關(guān)于正常光譜能量分布定律的理論中闡述了這一思想，標(biāo)志著量子理論的誕生。普朗克普朗克2發(fā)展(1)德國科學(xué)家愛因斯坦：將量子理論推廣到光學(xué)中，成功地解釋了 ，得出光具有波粒二象性的結(jié)論。(2)法國物理學(xué)家德布羅意：提出 理論。(3)奧地利、德國的物理學(xué)家建立了 。光電效應(yīng)光電效應(yīng)物質(zhì)波物質(zhì)波量子力學(xué)量子力學(xué)3意義(1)量子力學(xué)成為反映自然界基本規(guī)律的理論體系，指導(dǎo)著人們向物質(zhì)運(yùn)動的各個層面進(jìn)行深入探討。(2)量子理論讓人們從根本上改變了近代物理學(xué)中的傳統(tǒng)觀念，使物理學(xué)乃至整個 的觀念都發(fā)生了重大變革。誤區(qū)警示 量子理論同愛因斯坦的相對論一起構(gòu)成了現(xiàn)代物理學(xué)的基本理論框架，但愛因斯坦的相對論的提出比普朗克的量子理論要晚。自然科學(xué)自然科學(xué)三、愛因斯坦的“時空”相對論1主要內(nèi)容(1)狹義相對論：1905年，愛因斯坦發(fā)表了 一文，創(chuàng)立了 。認(rèn)為時間和空間都與物質(zhì)的 有關(guān)，隨著物質(zhì) 的變化而變化。(2)廣義相對論：1916年，愛因斯坦建立了 。第一次闡述了 和 相聯(lián)系的重要思想。的電動力學(xué)的電動力學(xué)論動體論動體狹義相對論狹義相對論運(yùn)動運(yùn)動運(yùn)動速度運(yùn)動速度廣義相對論廣義相對論四維時空四維時空物質(zhì)的分布物質(zhì)的分布2意義(1)是對近代物理學(xué)理論框架的重大突破，它不僅揭示了 的可變性，而且說明，無論是空間還是時間都不可能單獨發(fā)生變化，其改變與物質(zhì)的運(yùn)動和狀態(tài)密不可分。( 2 ) 是 人 類 思 想 發(fā) 展 史 中 的 一 次 根 本 性 變 革 ， 同 一起，構(gòu)成了現(xiàn)代物理學(xué)的基本理論框架?？臻g、時間空間、時間量子理論量子理論易混易錯 相對論與經(jīng)典力學(xué)并不矛盾，而是對經(jīng)典力學(xué)的繼承和發(fā)展。相對論只是否定了牛頓力學(xué)的絕對時空觀，并沒有否定整個牛頓力學(xué)。 主題一近代物理學(xué)成就牛頓經(jīng)典力學(xué)體系1牛頓力學(xué)體系的特征是什么？有何局限性？(1)特征注重實驗。實驗可以進(jìn)一步揭示客觀現(xiàn)象和過程之間的邏輯關(guān)系，并由此得出重要的結(jié)論。力學(xué)體系的數(shù)學(xué)化。主要運(yùn)用他創(chuàng)立的微積分做計算工具，這種數(shù)學(xué)化源于自然界內(nèi)在的數(shù)學(xué)關(guān)系。 (2)局限性：牛頓經(jīng)典力學(xué)體系建立在日常生活中常見的低速運(yùn)動的物質(zhì)之上。在牛頓力學(xué)體系中，存在著絕對的靜止和絕對的時間。這種絕對的時空觀符合人們的日常經(jīng)驗，但無法解釋高速運(yùn)動的物體運(yùn)動的規(guī)律和微觀世界中的粒子，這說明牛頓力學(xué)體系面臨著危機(jī)和挑戰(zhàn)。2如何理解牛頓力學(xué)體系的歷史地位？(1)牛頓力學(xué)三定律構(gòu)成了近代力學(xué)體系的基礎(chǔ)，成為近代物理學(xué)的重要支柱。(2)牛頓力學(xué)體系完成了人類對自然界認(rèn)識史上第一次理論大綜合。(3)使力學(xué)和天文學(xué)在理論上達(dá)到完備的程度，并得到應(yīng)用和驗證。(4)使科學(xué)擺脫神學(xué)束縛，標(biāo)志著近代科學(xué)的形成。材料18世紀(jì)時，牛頓創(chuàng)立經(jīng)典力學(xué)理論后，運(yùn)動三定律和萬有引力定律為人類真正認(rèn)識地球、展開對太空的研究奠定了科學(xué)基礎(chǔ)，機(jī)械動力、天文觀察裝置的發(fā)明和使用，天體中的一顆一顆行星的發(fā)現(xiàn)又為人類正確認(rèn)識宇宙帶來了希望。據(jù)材料說明牛頓經(jīng)典力學(xué)包括哪些內(nèi)容？結(jié)合所學(xué)知識說明其地位。答案內(nèi)容：經(jīng)典力學(xué)包括運(yùn)動三定律(慣性定律、加速度定律、作用力和反作用力定律)和萬有引力定律。地位：是人類對自然界認(rèn)識史上的第一次理論大綜合。 用圖示法歸納近代物理學(xué)成就 主題二現(xiàn)代物理學(xué)成就量子理論和相對論1愛因斯坦相對論的內(nèi)涵是什么？為什么說相對論的提出是物理學(xué)領(lǐng)域的一次重大革命？(1)內(nèi)涵狹義相對論：時間和空間隨著物質(zhì)運(yùn)動速度的變化而變化；廣義相對論：物質(zhì)存在的現(xiàn)實空間不是平坦的，而是彎曲的，空間的結(jié)構(gòu)取決于物質(zhì)的質(zhì)量及其分布情況，空間彎曲的程度體現(xiàn)為引力場強(qiáng)度。 (2)它否定了經(jīng)典力學(xué)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(xué)，將其概括在相對論力學(xué)之中，推動物理學(xué)發(fā)展到一個新的高度。2相對論和量子論有何巨大意義？相對論是物理學(xué)思想的一次重大革命。相對論發(fā)展了牛頓力學(xué)，否定了牛頓的絕對時空觀，指出了時間和空間的辯證關(guān)系，即時間和空間不是絕對不變的，而是隨著物質(zhì)的運(yùn)動而變化的；并提出質(zhì)能轉(zhuǎn)化原理，奠定了開發(fā)利用原子能的理論基礎(chǔ)，加深了人們對物質(zhì)和運(yùn)動的認(rèn)識。 量子理論是人類對微觀世界認(rèn)識的革命性進(jìn)步；直接推動社會生產(chǎn)力的發(fā)展，從根本上改變?nèi)祟惖奈镔|(zhì)生活。 量子理論和相對論構(gòu)成了現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)，開闊人們的視野，改變?nèi)藗兛词澜绲慕嵌群头绞?，對整個人類的思維產(chǎn)生重要的影響。材料英國著名物理學(xué)家湯姆生在展望20世紀(jì)物理學(xué)前景時講道：“動力理論肯定了熱和光是運(yùn)動的兩種方式，現(xiàn)在，它的美麗而晴朗的天空卻被兩朵烏云籠罩了。”他所說的第二朵“烏云”，尤以黑體輻射理論出現(xiàn)的“紫外災(zāi)難”最為突出。(1)驅(qū)走第二朵“烏云”的太陽指什么？誰提出來的？(2)這一理論的提出有何重大意義？答案(1)指物理學(xué)上的量子理論。它是由普朗克在1900年提出的。(2)量子理論提出的意義：一是使人類對微觀世界的基本認(rèn)識有了革命性的進(jìn)步；二是對化學(xué)、生物學(xué)等科學(xué)領(lǐng)域都產(chǎn)生了重大影響，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；三是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)生了深遠(yuǎn)影響。 用圖示法歸納現(xiàn)代物理學(xué)成就 主題三近現(xiàn)代物理學(xué)的三大理論成果的關(guān)系1相對論和經(jīng)典力學(xué)的關(guān)系是怎樣的？(1)相對論打破了牛頓以來傳統(tǒng)的絕對時空觀，但并非全盤否定牛頓力學(xué)。牛頓力學(xué)反映的是宏觀物體低速運(yùn)動的客觀規(guī)律。(2)狹義相對論反映的是物體高速運(yùn)動的客觀規(guī)律，是對牛頓力學(xué)的繼承和發(fā)展。(3)牛頓力學(xué)是相對論的一種特例(宏觀物體低速運(yùn)動狀態(tài))，包括在相對論體系中。2歸納近現(xiàn)代物理學(xué)的三大理論成果的關(guān)系是什么？(1)牛頓力學(xué)的創(chuàng)立為相對論的提出奠定了基礎(chǔ)。(2)量子理論和相對論的提出，使人們對物質(zhì)世界的認(rèn)識深入到微觀領(lǐng)域和宏觀宇宙世界。量子理論和相對論一起，構(gòu)成了現(xiàn)代物理學(xué)的基本理論框架，開闊了人們的視野，改變了人們認(rèn)識世界的角度和方式。(3)相對論是對牛頓力學(xué)的繼承和發(fā)展，否定了牛頓力學(xué)的絕對時空觀，將牛頓力學(xué)概括在相對論力學(xué)之中，推動物理學(xué)發(fā)展到一個新的高度。材料19世紀(jì)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，放射線和電子被發(fā)現(xiàn)，另一方面擴(kuò)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的運(yùn)動狀態(tài)下物質(zhì)的研究，超出了經(jīng)典物理學(xué)的范圍。物理學(xué)中被稱為“晴空上漂浮的兩朵烏云”的兩個無法解釋的難題，其一就是以太(占據(jù)天體空間的物質(zhì))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(yán)峻挑戰(zhàn)。(1)19世紀(jì)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)？(2)20世紀(jì)物理學(xué)的發(fā)展取得的兩項最重大的成就是什么？其發(fā)展的原因是什么？答案(1)19世紀(jì)末，物理學(xué)家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(kuò)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了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。(2)量子理論和相對論。發(fā)展原因：科技革命的推動；經(jīng)典物理學(xué)出現(xiàn)危機(jī)；科學(xué)理論的重大突破。 用圖示法歸納近現(xiàn)代物理學(xué)的三大理論成果 【學(xué)習(xí)思考】 1(P121)牛頓力學(xué)體系的建立為什么會引起人類認(rèn)識上的巨大飛躍？提示(1)牛頓的力學(xué)體系對自然界的力學(xué)現(xiàn)象作出了系統(tǒng)、合理的說明，完成了人類對自然界認(rèn)識史上的第一次理論大綜合。(2)適用于整個太陽系、一切天體運(yùn)動以及宇宙中的所有物體。(3)使力學(xué)和天文學(xué)在理論上達(dá)到了相當(dāng)完備的程度，同時也在生產(chǎn)和科學(xué)實踐中得到廣泛的應(yīng)用和驗證。(4)使科學(xué)擺脫了神學(xué)的束縛，向前發(fā)展。2(P123)有人說，人類可以認(rèn)識比已知事物更高層次上的事物，但我們永遠(yuǎn)不能認(rèn)識宇宙的全部。你認(rèn)為這種說法正確嗎？請結(jié)合你了解的知識，談?wù)勛约旱目捶?。提示正確。人的生命是有限的，而宇宙是無限的。【自我測評】(P124)簡述牛頓的主要科學(xué)成就及其影響。提示牛頓的主要科學(xué)成就是牛頓力學(xué)體系的建立，包括：慣性定律；加速度定律；作用力和反作用力定律；萬有引力定律。影響：牛頓的運(yùn)動三定律構(gòu)成了近代力學(xué)體系的基礎(chǔ)，成為整個近代物理學(xué)的重要支柱；對自然界的力學(xué)現(xiàn)象作出了系統(tǒng)的、合理的說明，從而完成了人類對自然界認(rèn)識史上的第一次理論大綜合；成為近代科學(xué)形成的標(biāo)志?！静牧祥喿x與思考】(P124)材料中說“相對論是人類思想史上最偉大的成就之一?！蹦阃膺@一說法嗎？為什么？提示同意。愛因斯坦相對論的建立否定了經(jīng)典力學(xué)的絕對時空論，從本質(zhì)上修正了由狹隘經(jīng)驗建立起來的時空觀，深刻揭示了時間和空間的本質(zhì)屬性。同時，他也發(fā)展了牛頓力學(xué)，將牛頓力學(xué)概括在相對論力學(xué)之中，推動物理學(xué)發(fā)展到了一個新的高度。相對論的提出，是對近代物理學(xué)理論框架的重大突破，形成全新的時空觀、運(yùn)動觀和物質(zhì)觀，是人類思想發(fā)展史的一次根本性變革，對整個自然科學(xué)和哲學(xué)都產(chǎn)生了極其深遠(yuǎn)的影響。相對論同量子理論一起構(gòu)成了現(xiàn)代物理學(xué)的基本理論框架。