專題七 近代以來科學技術的輝煌 第1課近代物理學的奠基人和革命者 課標要求了解經(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 知道相對論 量子論的主要內(nèi)容 認識其意義 1 基礎 意大利科學家伽利略創(chuàng)立了 推翻了亞里士多德的學說 2 內(nèi)容 1 17世紀末 牛頓通過進一步的定量試驗 得出了和 又在笛卡爾等人對碰撞運動的研究基礎上總結(jié)出作用力和反作用力定律 牛頓的構(gòu)成了近代力學體系的基礎 成為整個近代物理學的重要支柱 預習導學梳理 知識 點撥 一 認識史上的飛躍 牛頓力學體系 自由落體定律 慣性定律 加速度定律 運動三定律 2 牛頓從研究地球?qū)υ虑虻囊θ胧?綜合了等人的研究 運用自己創(chuàng)立的做計算工具 成功地導出了定律 3 1687年 牛頓撰寫的 出版 標志著經(jīng)典力學體系的初步建立 開普勒 微積分 萬有引力 自然哲學的數(shù)學原理 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識史上的第一次理論大綜合 2 它的確立使和在理論上達到了相當完備的程度 同時也在生產(chǎn)和科學實驗中得到廣泛的應用和驗證 3 為人們準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 力學現(xiàn)象 自然界 力學 天文學 海王星 深層點撥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 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 二 驅(qū)走烏云的太陽 量子力學與量子論1 誕生 1900年 德國物理學家提出了量子概念 他在 關于正常光譜能量分布定律的理論 中闡述了這一思想 標志著量子理論的誕生 2 發(fā)展 1 德國科學家愛因斯坦 將量子理論推廣到光學中 成功地解釋了 得出光具有波粒二象性的結(jié)論 普朗克 光電效應 2 法國物理學家德布羅意 提出理論 3 奧地利 德國的物理學家建立了 3 意義 1 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 2 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 使物理學乃至整個的觀念都發(fā)生了重大變革 物質(zhì)波 量子力學 自然科學 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 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 認為時間和空間都與物質(zhì)的有關 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 論動體的電動 力學 狹義相對論 運動 運動速度 廣義相對論 四維時空 物質(zhì)的分布 2 意義 1 是對近代物理學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)代物理學的基本理論框架 空間 時間 量子理論 易混易錯相對論與經(jīng)典力學并不矛盾 而是對經(jīng)典力學的繼承和發(fā)展 相對論只是否定了牛頓力學的絕對時空觀 并沒有否定整個牛頓力學 課堂講義理解 深化 探究 主題一近代物理學成就 牛頓經(jīng)典力學體系 1 牛頓力學體系的特征是什么 有何局限性 1 特征 注重實驗 實驗可以進一步揭示客觀現(xiàn)象和過程之間的邏輯關系 并由此得出重要的結(jié)論 力學體系的數(shù)學化 主要運用他創(chuàng)立的微積分做計算工具 這種數(shù)學化源于自然界內(nèi)在的數(shù)學關系 2 局限性 牛頓經(jīng)典力學體系建立在日常生活中常見的低速運動的物質(zhì)之上 在牛頓力學體系中 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 但無法解釋高速運動的物體運動的規(guī)律和微觀世界中的粒子 這說明牛頓力學體系面臨著危機和挑戰(zhàn) 2 如何理解牛頓力學體系的歷史地位 1 牛頓力學三定律構(gòu)成了近代力學體系的基礎 成為近代物理學的重要支柱 2 牛頓力學體系完成了人類對自然界認識史上第一次理論大綜合 3 使力學和天文學在理論上達到完備的程度 并得到應用和驗證 4 使科學擺脫神學束縛 標志著近代科學的形成 探問題材料18世紀時 牛頓創(chuàng)立經(jīng)典力學理論后 運動三定律和萬有引力定律為人類真正認識地球 展開對太空的研究奠定了科學基礎 機械動力 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)又為人類正確認識宇宙帶來了希望 據(jù)材料說明牛頓經(jīng)典力學包括哪些內(nèi)容 結(jié)合所學知識說明其地位 答案內(nèi)容 經(jīng)典力學包括運動三定律 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 是人類對自然界認識史上的第一次理論大綜合 教方法用圖示法歸納近代物理學成就 主題二現(xiàn)代物理學成就 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領域的一次重大革命 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)為引力場強度 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 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 2 相對論和量子論有何巨大意義 1 相對論是物理學思想的一次重大革命 相對論發(fā)展了牛頓力學 否定了牛頓的絕對時空觀 指出了時間和空間的辯證關系 即時間和空間不是絕對不變的 而是隨著物質(zhì)的運動而變化的 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 加深了人們對物質(zhì)和運動的認識 2 量子理論是人類對微觀世界認識的革命性進步 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 3 量子理論和相對論構(gòu)成了現(xiàn)代物理學的基礎 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 探問題材料英國著名物理學家湯姆生在展望20世紀物理學前景時講道 動力理論肯定了熱和光是運動的兩種方式 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 答案指物理學上的量子理論 它是由普朗克在1900年提出的 2 這一理論的提出有何重大意義 答案量子理論提出的意義 一是使人類對微觀世界的基本認識有了革命性的進步 二是對化學 生物學等科學領域都產(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本身 對自然科學 而且對整個人類的思維都產(chǎn)生了深遠影響 教方法用圖示法歸納現(xiàn)代物理學成就 主題三近現(xiàn)代物理學的三大理論成果的關系1 相對論和經(jīng)典力學的關系是怎樣的 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 牛頓力學反映的是宏觀物體低速運動的客觀規(guī)律 2 狹義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 3 牛頓力學是相對論的一種特例 宏觀物體低速運動狀態(tài) 包括在相對論體系中 2 歸納近現(xiàn)代物理學的三大理論成果的關系是什么 1 牛頓力學的創(chuàng)立為相對論的提出奠定了基礎 2 量子理論和相對論的提出 使人們對物質(zhì)世界的認識深入到微觀領域和宏觀宇宙世界 量子理論和相對論一起 構(gòu)成了現(xiàn)代物理學的基本理論框架 開闊了人們的視野 改變了人們認識世界的角度和方式 3 相對論是對牛頓力學的繼承和發(fā)展 否定了牛頓力學的絕對時空觀 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 探問題材料19世紀末 物理學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) 另一方面擴展到整個宇宙 隨著光學等學科的深入發(fā)展 人們對在光速或接近光速的運動狀態(tài)下物質(zhì)的研究 超出了經(jīng)典物理學的范圍 物理學中被稱為 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)典物理學賴以建立的絕對時空觀受到了嚴峻挑戰(zhàn) 1 19世紀末 物理學的發(fā)展對經(jīng)典物理學提出了怎樣的挑戰(zhàn) 答案19世紀末 物理學家的研究一方面深入到物質(zhì)內(nèi)部的微觀世界 另一方面擴展到整個宇宙 超出了經(jīng)典物理學的范圍 經(jīng)典物理學賴以建立的絕對時空觀受到了嚴峻的挑戰(zhàn) 2 20世紀物理學的發(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)典物理學出現(xiàn)危機 科學理論的重大突破 教方法用圖示法歸納近現(xiàn)代物理學的三大理論成果 當堂檢測鞏固 應用 反饋 1 觀察下圖 據(jù)圖可以得出西方近代自然科學發(fā)展的主要特點是 1 2 3 4 5 6 A 生活實踐經(jīng)驗的總結(jié)B 實用性技術 應用性強C 科學觀察 實驗的研究方法D 重視經(jīng)驗綜合 輕視理論研究解析由圖片所示信息可知西方近代自然科學重視觀察 實驗的研究方法 答案C 1 2 3 4 5 6 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 這主要肯定牛頓的發(fā)現(xiàn) A 直接推動天文學的革命B 使人類徹底擺脫神學的束縛C 促使人類開始關注現(xiàn)世生活D 促成理性與思想的自由發(fā)展 1 2 3 4 5 6 解析牛頓的發(fā)現(xiàn) 使上帝失去了權利 不能指引星辰運行的路程 不能命令太陽靜止 所以 促使人們用理性的眼光去認識社會 答案D 1 2 3 4 5 6 3 使人類克服了經(jīng)典物理學的危機 對微觀世界的基本認識有了革命性的進展 指的是 A 牛頓力學體系的建立B 進化論的提出C 自由落體定律的提出D 量子論的提出 1 2 3 4 5 6 解析抓住 微觀世界 這一題眼 結(jié)合 克服了經(jīng)典物理學的危機 這個前提 進行分析判斷 A C兩項屬于經(jīng)典物理學成就 B項為生物學成就 均可排除 只有D項正確 答案D 1 2 3 4 5 6 4 愛因斯坦相對論的提出 是物理學領域最偉大的革命 它 A 否定了牛頓力學的原理B 主要解釋了宏觀世界里不同運動狀態(tài)的物質(zhì)C 揭示了時間 空間并非絕對不變的屬性D 修正了能量 質(zhì)量互相轉(zhuǎn)化的理論 1 2 3 4 5 6 解析本題易錯選A項 原因在于對相對論和牛頓力學二者關系認識不清 相對論是對牛頓力學的繼承和發(fā)展 答案C 1 2 3 4 5 6 5 相對論與牛頓力學的關系是 相對論徹底否定了牛頓力學 相對論發(fā)展了牛頓力學 相對論將牛頓力學概括在其中 牛頓力學為相對論力學的提出奠定了基礎A B C D 1 2 3 4 5 6 解析相對論只是否定了牛頓力學的絕對時空觀 牛頓力學是相對論力學在低速運動狀態(tài)下的一個特例 答案B 1 2 3 4 5 6 6 閱讀下列材料 材料一在以牛頓運動定律為基礎的經(jīng)典力學中 空間間隔 時間和質(zhì)量這三個物理量都與物體的運動速度無關 一根尺子靜止時都是這樣長 當它運動時還是這樣長 一座鐘無論處于靜止狀態(tài)還是處于運動狀態(tài) 其快慢保持不變 1 2 3 4 5 6 材料二狹義相對論認為 對于兩個相互運動的參照系 處于某一參照系中的觀察者會發(fā)現(xiàn)另一參照系中的物體的運動距離縮短了 時鐘也走慢了 這兩個效應都是相對的 在本參照系中的觀察者看不出這種效應 同時 這兩個效應也是相互的 你看到我的尺縮鐘慢 我也看到你的尺縮鐘慢 1 2 3 4 5 6 請回答 1 據(jù)材料一 二概括牛頓和愛因斯坦的理論 解析本題的重點在于分析材料 從理論內(nèi)容上分析相對論否認了絕對時空論 從牛頓力學和狹義相對論反映的物質(zhì)運動的低速和高速兩方面 理解 相對論是對牛頓力學的繼承和發(fā)展 解答本題的關鍵是從理論內(nèi)容和實質(zhì)上理解其含義 1 2 3 4 5 6 答案牛頓力學認為時間 空間和質(zhì)量與物體的運動速度無關 時間和空間是絕對的 狹義相對論認為時間和空間都與物質(zhì)的運動有關 隨著物質(zhì)運動速度的變化而變化 1 2 3 4 5 6 2 分析材料一和材料二的關系 答案相對論否認了牛頓力學的絕對時空觀 但不是全盤否定 而是對牛頓力學的繼承和發(fā)展 1 2 3 4 5 6 教材問題解答答疑 釋惑 應用 學習思考1 P121 牛頓力學體系的建立為什么會引起人類認識上的巨大飛躍 提示 1 牛頓的力學體系對自然界的力學現(xiàn)象作出了系統(tǒng) 合理的說明 完成了人類對自然界認識史上的第一次理論大綜合 2 適用于整個太陽系 一切天體運動以及宇宙中的所有物體 3 使力學和天文學在理論上達到了相當完備的程度 同時也在生產(chǎn)和科學實踐中得到廣泛的應用和驗證 4 使科學擺脫了神學的束縛 向前發(fā)展 2 P123 有人說 人類可以認識比已知事物更高層次上的事物 但我們永遠不能認識宇宙的全部 你認為這種說法正確嗎 請結(jié)合你了解的知識 談談自己的看法 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成就及其影響 提示牛頓的主要科學成就是牛頓力學體系的建立 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 牛頓的運動三定律構(gòu)成了近代力學體系的基礎 成為整個近代物理學的重要支柱 對自然界的力學現(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識史上的第一次理論大綜合 成為近代科學形成的標志 材料閱讀與思考 P124 材料中說 相對論是人類思想史上最偉大的成就之一 你同意這一說法嗎 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 將牛頓力學概括在相對論力學之中 推動物理學發(fā)展到了一個新的高度 相對論的提出 是對近代物理學理論框架的重大突破 形成全新的時空觀 運動觀和物質(zhì)觀 是人類思想發(fā)展史的一次根本性變革 對整個自然科學和哲學都產(chǎn)生了極其深遠的影響 相對論同量子理論一起構(gòu)成了現(xiàn)代物理學的基本理論框架