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2019-2020年高中歷史第六單元杰出的科學家第5課20世紀的科學偉人愛因斯坦學案新人教版 清單一　在科學領域的貢獻 提出狹義相對論與推動量子力學的發(fā)展 1.提出狹義相對論 (1)成長歷程： ①出身：1879年，出生于德國南部一個小城烏爾姆的猶太血統(tǒng)家庭。 ②童年：善于思考，對自然界的現(xiàn)象總愛尋根問底。 ③中學：被趕出校門，堅持自學。 ④大學：進入瑞士蘇黎世聯(lián)邦工業(yè)大學師范系，主修數(shù)學和物理。迷上了物理學，為以后從事理論物理學研究打下了基礎。 (2)提出狹義相對論： ①提出：1905年6月，發(fā)表了《論物體的電動力學》，標志著狹義相對論的提出。 ②內(nèi)容：相對性原理和光速不變原理。 ③意義：改變了牛頓力學的時空觀念，揭露了物質(zhì)和能量的相當性，為原子能的利用奠定了理論基礎，是近代物理學領域的一次偉大革命。 相對論的產(chǎn)生，順應科學發(fā)展的時代要求，愛因斯坦對科學的濃厚興趣、勤奮嚴謹、不倦探索、敢于創(chuàng)新等，這是他成功的諸多因素。 2．推動量子力學的發(fā)展 (1)廣義相對論： ①標志：1916年發(fā)表論文《廣義相對論的基礎》。 ②內(nèi)容：等效原理與廣義相對性。 ③意義：改變了人們對宇宙的認識，在廣義相對論的指引下，天體和宇宙演化的觀測研究及理論探討前所未有地蓬勃開展起來。 (2)推動量子力學發(fā)展： ①1905年提出光量子假說，解釋經(jīng)典物理學無法解釋的光電效應問題。 ②1921年因光電效應研究而獲得諾貝爾物理學獎，他的研究推動了量子力學的發(fā)展。 (3)其他成就：在宇宙學、統(tǒng)一場論等領域取得重大研究成果。 清單二　在人類和平事業(yè)方面的貢獻 為人類和平進步而斗爭 1.捍衛(wèi)和平 (1)一戰(zhàn)時：在僅有四人參加的反戰(zhàn)宣言上簽字。 (2)一戰(zhàn)后：致力于恢復各國人民的相互諒解，并為此到法、英、荷等國奔走。 (3)30年代：開始呼吁各國人民為和平而斗爭。 (4)二戰(zhàn)中：為美國用原子彈轟炸日本城市終生遺憾。 (5)二戰(zhàn)后：致力于防止核戰(zhàn)爭，親自領導組織了“原子科學家非常委員會”。 2．評價 (1)愛因斯坦創(chuàng)立的相對論是人類認識自然過程中一次質(zhì)的飛躍，這個理論已經(jīng)成為原子能科學、宇宙航行等科學理論基礎。 (2)如果沒有愛因斯坦，原子能發(fā)電站、宇宙飛船等現(xiàn)代科技或許還在探索之中。 愛因斯坦不僅是一位偉大的科學家，還是一位具有正義感的社會活動家?！　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　? 探究點一　愛因斯坦相對論與牛頓力學體系的關系　 [史料探究] 材料一　在牛頓時代，牛頓的道路是一位具有最高思維能力和創(chuàng)造力的人所能發(fā)現(xiàn)的唯一道路；牛頓所創(chuàng)造的概念，至今仍然指導著我們的物理學思想。 (1)材料一中“牛頓所創(chuàng)造的概念”指的是什么？愛因斯坦的相對論與它的關系如何？ [答案]　牛頓：經(jīng)典力學。愛因斯坦的相對論是對牛頓經(jīng)典力學的繼承與發(fā)展。 材料二　在一片“牛頓被推翻了”的叫喊聲中，愛因斯坦說：“可是人們不要以為，牛頓的偉大工作能被這一理論或者任何別的理論代替。他偉大而明晰的觀念，作為自然哲學領域里整個近代概念結(jié)構的基礎，將永遠保持它獨特的意義?！? ——摘自《巨人百傳叢書——愛因斯坦》 (2)材料二中為什么人們認為“牛頓的偉大工作”會被相對論代替？愛因斯坦的回答展現(xiàn)了他怎樣的人格魅力？ [答案]　理由：以牛頓力學為代表的經(jīng)典物理學陷入危機，相對論突破了經(jīng)典力學體系，揭示了時間和空間的本質(zhì)屬性。魅力：謙遜、寬容、理性等。 [結(jié)論形成] 愛因斯坦的相對論與牛頓力學體系的關系 (1)牛頓力學體系概括了物體機械運動的基本定律。但物體只有在低速運動情況下，這一定律才適用。 (2)愛因斯坦的相對論指出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，物質(zhì)質(zhì)量隨運動速度的變化而變化，并提出質(zhì)能轉(zhuǎn)化原理。它奠定了人類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，在哲學和科學上都具有重大意義。 (3)愛因斯坦的相對論，從本質(zhì)上修正了由狹隘經(jīng)驗建立起來的時空觀，更深刻地揭示了時間和空間的本質(zhì)屬性，進一步發(fā)展了牛頓力學，使牛頓力學成為相對論力學在低速狀態(tài)下的一個特例。但牛頓力學并沒有失去光輝，牛頓提出的關于物體運動的三個定律，仍是整個力學的基礎，牛頓所創(chuàng)造的概念，至今仍然指導著我們的物理學思想。 探究點二　全面評價愛因斯坦　 [史料探究] 材料一　愛因斯坦在1905年發(fā)表了六篇劃時代的論文，分別為《關于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的一個試探性觀點》《分子大小的新測定方法》……《論物體的電動力學》《物體的慣性同它所含的能量有關嗎？》……因此這一年被稱為“愛因斯坦奇跡年”。100年后的xx年因此被定為“世界物理年”。 (1)結(jié)合材料一和所學知識分析，為什么1905年被稱為“愛因斯坦奇跡年”？ [答案]　因為這一年愛因斯坦發(fā)表了六篇劃時代的論文，其中《論物體的電動力學》是有關相對論的第一篇論文，它的發(fā)表標志著狹義相對論的提出，使近代物理學領域的發(fā)展進入一個新的階段。 材料二　他所作的光線經(jīng)過太陽引力場要彎曲的預言，于1919年由英國天文學家亞瑟斯坦利愛丁頓的日全食觀測結(jié)果所證實。1916年他預言的引力波在1978年也得到了證實。 (2)結(jié)合材料二和所學知識分析，愛因斯坦預言的證實有何意義？ [答案]　證實了愛因斯坦廣義相對論的正確性。廣義相對論改變了人們對宇宙的認識，以廣義相對論為指導的天體和宇宙演化的觀測研究及理論探討前所未有地蓬勃開展起來。 材料三　愛因斯坦因在光電效應方面的研究，被授予1921年諾貝爾物理學獎。不過在瑞典科學院的公告中并未提及相對論，原因是認為相對論存在爭議。 (3)結(jié)合材料三和所學知識指出愛因斯坦獲得諾貝爾物理學獎的具體成就，并分析相對論不能獲獎的原因。 [答案]　成就：光電效應研究。原因：瑞典科學院認為相對論存在爭議。 [結(jié)論形成] 全面評價愛因斯坦 愛因斯坦，世界十大杰出物理學家，現(xiàn)代物理學的開創(chuàng)者、集大成者和奠基人，同時也是一位著名的思想家、哲學家和具有正義感的社會活動家。 (1)科學貢獻： ①愛因斯坦提出光量子假說，圓滿地解釋了光電效應問題。后來進行光輻射學的研究，并于1921年因光電效應研究獲得諾貝爾物理學獎，他的研究推動了量子力學的發(fā)展。 ②狹義相對論揭示了作為物質(zhì)形式存在的空間和時間統(tǒng)一成一個四維空間，愛因斯坦的相對論是人類認識自然過程中的一次質(zhì)的飛躍，推動了現(xiàn)代科學技術的發(fā)展。 (2)倡導和平： ①他反對侵略戰(zhàn)爭，反對軍國主義和法西斯主義，反對民族壓迫和種族歧視，為人類的進步進行堅決地斗爭。 ②倡議各國認識核戰(zhàn)爭的極端危險性，呼吁各國科學家用自己的言行來維護世界和平。 (3)愛因斯坦一生淡泊名利，他獲得了許多榮譽，但他從來沒把這些榮譽看得很重。 一、選擇題(每小題4分，共24分) 1．1919年11月7日，歷來謹慎的英國《泰晤士報》出現(xiàn)醒目的標題文章：《科學中的革命》，兩個副標題是“宇宙新理論”、“牛頓觀念的破產(chǎn)”，愛因斯坦迅速成為萬人敬仰的科學英雄。促成這一現(xiàn)象的原因最可能是(　　) A．狹義相對論的提出，改變了牛頓力學的時空觀念 B．廣義相對論第一次提出了思維時空和物質(zhì)分布相聯(lián)系的思想 C．光量子假說的提出，解決了經(jīng)典力學無法解決的光電效應 D．英國天文學家通過天文觀測證實愛因斯坦的光線彎曲預言 解析：選D　狹義相對論的提出是1905年，廣義相對論是1915年，故A、B兩項錯誤，1905年，提出了光量子假說，解決了經(jīng)典物理學無法解釋的光電效應，故C項錯誤；1919年11月6日召開的英國皇家天文學會和皇家學會聯(lián)合舉行的大會上天文學家羅伊爾的一項宣布：“星光確實按照愛因斯坦引力理論的預言發(fā)生偏折”，故D項正確。 2．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”。這位科學家是(　　) A．伽利略　　　　　　　 B．達爾文 C．牛頓 D．愛因斯坦 解析：選D　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，這一表述屬于愛因斯坦相對論的內(nèi)容，故選D項。 3．“愛因斯坦是一個造物者！”這是著名華裔物理學家諾貝爾獎得主楊振寧對愛因斯坦的評價。楊振寧在這里高度評價愛因斯坦，主要依據(jù)是愛因斯坦 (　　) A．否定牛頓力學體系 B．創(chuàng)立現(xiàn)代物理學 C．改變了人們的思維模式 D．創(chuàng)立了相對論 解析：選D　相對論并沒有否定牛頓力學體系，而是發(fā)展了牛頓力學，將其概括在相對論力學之中，排除A項；現(xiàn)代物理學有兩大支柱，一是相對論，二是普朗克提出的量子論，排除B項；人們的思維模式改變不只是因為相對論，排除C項。愛因斯坦的貢獻在于創(chuàng)立了相對論，D項正確。 4．1931年，法國物理學家保羅朗之萬曾說：“大家都知道，在我們這一時代的物理學史中，(他)的地位將在最前列。他現(xiàn)在是并且將來也還是人類宇宙中有頭等光輝的一顆巨星……因為他對于科學的貢獻更深入到人類思想基本概念的結(jié)構中。”他評論的這位科學家是(　　) A．伽利略 B．牛頓 C．普朗克 D．愛因斯坦 解析：選D　分析材料，伽利略和牛頓依據(jù)生活的年代可直接排除，普朗克主要的成就在量子理論上，本題選創(chuàng)立了相對論的愛因斯坦。 5．愛因斯坦1931年2月16日在美國加利福尼亞理工學院的演講中指出：“你們只懂得應用科學本身是不夠的，關心人的本身，應當始終成為一切技術在奮斗的主要目標……用以保證我們科學思想的成果會造福于人類，而不致成為禍害。”你認為，下列對此言論理解最準確的是(　　) A．科學工作者必須懂得“科學是一柄雙刃劍” B．從事科學工作的人必須關注人類本身的身心發(fā)展 C．學校的科學教育必須堅持以關心人的福禍為出發(fā)點 D．科學工作者必須堅持用科學造福于人類 解析：選D　“用以保證我們科學思想的成果會造福于人類，而不致成為禍害”可見愛因斯坦認為科學工作者必須堅持用科學造福于人類，故D項正確；因為“科學是一柄雙刃劍”，所以愛因斯坦認為有良知的科學工作者必須使科學造福人類而不是帶來災難，故A項錯誤；B項不是材料的核心意思，故B項錯誤；愛因斯坦的此言論并沒有直接涉及教育問題，故D項錯誤。 6．愛因斯坦說：“我不知道第三次世界大戰(zhàn)用什么武器，但是第四次世界大戰(zhàn)人們將只會用木棒和石頭打仗了。”這個言論表明愛因斯坦是一位(　　) A．反對戰(zhàn)爭的科學家 B．極端的民族主義者 C．狂熱的愛國主義者 D．鼓吹戰(zhàn)爭的社會活動家 解析：選A　第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，愛因斯坦曾致力于防止核戰(zhàn)爭，成為一個著名的反戰(zhàn)運動活動家，故A項符合題意；B、C、D三項均與題干信息不符。 二、非選擇題(第7題12分，第8題14分，共26分) 7．閱讀下列材料： 材料一　(英國)皇家學會會長湯姆遜曾說過：“愛因斯坦的相對論是人類思想史最偉大的成就之一，也許就是最偉大的成就。它不是發(fā)現(xiàn)了一個孤島，而是發(fā)現(xiàn)了新的科學思想的新大陸。”愛因斯坦獲得諾貝爾獎來之不易。當時，有不少德國的諾貝爾獎獲得者威脅說，如果給相對論授獎，他們就要退回已獲的獎章，結(jié)果評選委員會找到了一個辦法，讓愛因斯坦作為光電效應理論的建立者而得獎，相對論始終沒有獲得諾貝爾獎。 ——吳國盛《科學的歷程》 材料二　一般公眾，甚至許多當權的人都沒有意識到使用核彈的戰(zhàn)爭究竟會引起怎樣的后果。一般公眾仍然用城市的毀滅來想象，據(jù)了解，新的核彈比舊的核彈有更大的威力，一顆原子彈能毀滅廣島，而一顆氫彈能毀滅像倫敦、紐約和莫斯科那樣的特大城市。我們向自己提出的問題應當是：能采取怎樣的措施來制止一場其結(jié)局對一切方面都必然是災難的軍事競賽。 ——《羅素－愛因斯坦宣言》 請回答： (1)結(jié)合材料一分析，應如何看待愛因斯坦獲得諾貝爾獎時所發(fā)生的事情？(4分) (2)材料二反映了愛因斯坦哪些主張？(4分) (3)結(jié)合材料一、二，簡評愛因斯坦。 (4分) 解析：第(1)問，首先從材料中提取有效信息，即相對論不為人們所理解，然后談看法。第(2)問，從材料中直接提取信息，然后對這些信息進行整合歸納。第(3)問，從愛因斯坦具有高度的社會責任感角度進行回答。 答案：(1)說明人們對任何一種新生事物的認識都是一個極其艱難的過程，即使在以尊重真理為最高準則的科學界也不例外；映襯了愛因斯坦敢于打破權威、勇于探索和堅持真理的科學精神。 (2)反對使用原子武器和核軍備競賽；主張維護世界的和平與發(fā)展。 (3)愛因斯坦不僅是一個偉大的科學家，也是一個具有高度責任感的社會活動家。 8．閱讀下列材料，回答問題。 材料一　“我并不認為自己是‘原子彈之父’。我是以一種很間接的方式參與其中的。事實上，我沒有預見到原子能會在我這個時代釋放出來。我只是在理論上認為它是可能的。通過鏈式反應的偶然發(fā)現(xiàn)，它成為了現(xiàn)實，而這不是我能預料到的。它是哈恩在柏林發(fā)現(xiàn)的，但他曲解了自己的發(fā)現(xiàn)。正確的解釋是麗塞梅特勒提供的，他從德國逃出來，將消息告訴了尼爾斯玻爾?！薄坝捎谖也荒茴A知原子能在今后的益處，我只好說目前它是個威脅。但也許這樣也好，它可迫使人類在國際事務中遵守秩序，倘若沒有這種恐懼的壓力，這種秩序不會出現(xiàn)。” ——愛因斯坦 材料二　愛因斯坦等人建議造原子彈是出于止戰(zhàn)救世之社會責任心，戰(zhàn)后反對核軍備競賽也是出于保衛(wèi)和平的社會責任心。這里的問題出在科學成果一旦付諸應用，就不再是科學家所能控制的了。愛因斯坦一心想搶在希特勒之前造出原子彈，使世界免于浩劫，未曾料到戰(zhàn)后核軍備競賽竟將世界推向毀滅的邊緣。 材料三　羅素與愛因斯坦幾乎是同一時代的人，政治觀點比較接近。當愛因斯坦為核時代的人類安全呼吁時，他對原子能的利用前景進行了預測：“人類最重要的發(fā)現(xiàn)之一就是利用原子能的方法。迄今為止，人們主要注意的是它在戰(zhàn)爭中的重要作用，而忽視它可能產(chǎn)生的和平作用，應當說是一個重大錯誤。原子能在不久的將來可以為我們提供新的能源，尤其是在陸地、海上和空中運輸?shù)哪茉?。它在醫(yī)療方面的廣泛作用已經(jīng)得到了證明，并且，它今后治愈的病人數(shù)目將很快趕上它能殺死的人的數(shù)目?！薄叭藗兛梢钥隙ǖ氖牵涸幽軐⒃诤芏喾矫嫒〈汉褪妥鳛橐环N能源，因此而使勞動生產(chǎn)率提高。” (1)材料一中愛因斯坦承認自己是“原子彈之父”嗎？為什么？如何認識愛因斯坦與原子彈的關系？(6分) (2)材料二中愛因斯坦建議造原子彈和戰(zhàn)后反對核軍備競賽的共同目的是什么？試結(jié)合所學知識舉例說明。(4分) (3)結(jié)合材料一、三以及所學知識，分析原子能對人類的影響。(4分) 解析：本題考查愛因斯坦與原子彈的關系，以及愛因斯坦為和平事業(yè)利用核能所做的貢獻。第(1)、(2)問，注意從材料中提取有效信息并結(jié)合所學知識回答。第(3)問，可以從積極和消極兩個方面回答。 答案：(1)不承認。原因：因為沒有預見到原子彈在他那個時代釋放出來成為現(xiàn)實，原子彈是經(jīng)歷了其他科學家的努力和美國政府的支持而最終產(chǎn)生的。關系：愛因斯坦只不過為原子彈的研制提供了理論基礎，建議造原子彈是出于止戰(zhàn)救世之社會責任心，他本人并未參與其中。 (2)目的：保衛(wèi)和平、止戰(zhàn)救世之社會責任心。舉例：致力于防止核戰(zhàn)爭，領導組織“原子科學家非常委員會”，出版《原子科學家公報》等。 (3)積極方面：迫使人類在國際事務中采用秩序，不敢發(fā)動世界大戰(zhàn)；原子能的多種和平應用，提供新的能源，在醫(yī)療方面的廣泛應用等。消極方面：原子彈給人類生存造成威脅，戰(zhàn)后核軍備競賽竟將世界推向毀滅的邊緣，威脅了世界的和平與安全。