2020_2021学年高中历史第4单元近代以来世界的科学发展历程第11课物理学的重大进展教案新人教版必修3 7页

第11课　物理学的重大进展 课 程 标 准 素 养 解 读 ‎1.了解经典力学的主要内容，认识其在近代自然科学理论发展中的历史地位。‎ ‎2．知道相对论、量子论的主要内容，认识其意义。‎ ‎1.从历史解释角度理解经典力学的主要内容，认识其在近代自然科学理论发展中的历史地位。‎ ‎2．从历史解释角度，识记相对论、量子论的主要内容，认识其意义。‎ ‎3．运用唯物史观理解近现代物理学的重大成就，评价其推动社会进步的意义。‎ 知识点一　经典力学 ‎1．背景：文艺复兴运动不仅解放了人们的思想，也对科学研究产生了重要影响。‎ ‎2．历程 ‎3．意义 ‎(1)这一体系对解释和预见物理现象，具有决定性意义。‎ ‎(2)根据万有引力定律，人们发现了海王星等。‎ 近代科学形成的标志 伽利略发现的自由落体定律不是近代科学形成的标志。伽利略发现的自由落体定律等物理学定律，开创了近代科学，为经典力学的创立奠定了基础。牛顿力学体系的建立是近代科学形成的标志。‎ 知识点二　相对论的创立 ‎1．背景：19世纪，经典力学面临挑战。‎ ‎2．创立：20世纪初，德国物理学家爱因斯坦提出了相对论。‎ ‎3．内容 ‎(1)狭义相对论：物体运动时，质量会随着物体运动速度增大而增加，‎ - 7 -‎ 空间和时间也会随着物体运动速度的变化而变化。‎ ‎(2)广义相对论：空间和时间的性质不仅取决于物质的运动情况，也取决于物质本身的分布状态。‎ ‎4．意义 ‎(1)相对论的提出是物理学领域的一次重大革命。‎ ‎(2)它否定了经典力学的绝对时空观，深刻地揭示了时间和空间的本质属性。‎ ‎(3)它发展了牛顿力学，推动物理学发展到一个新的高度。‎ 经典力学体系与相对论内在关系 知识点三　量子论的诞生与发展 ‎1．背景 ‎(1)19世纪末20世纪初，人们对物质的认识深入到了原子内部。‎ ‎(2)微观的粒子运动不能用经典力学的理论来说明。‎ ‎2．诞生：1900年，德国物理学家普朗克提出了量子假说，宣告了量子论的诞生。‎ ‎3．发展 ‎(1)爱因斯坦利用量子理论成功地解释了光电效应。‎ ‎(2)丹麦物理学家玻尔提出了有关原子的量子理论。‎ ‎(3)20世纪30年代，量子力学建立起来。‎ ‎4．意义 ‎(1)量子论使人类对微观世界的基本认识取得革命性的进步，成为20世纪最深刻、最有成就的科学理论之一。‎ ‎(2)它与相对论一起，构成了现代物理学的基础，弥补了经典力学在认识宏观世界和微观世界方面的不足。‎ ‎(3)推动了物理学自身的进步，开阔了人们的视野，改变了人们认识世界的角度和方式。‎ 图示法理解物理学的发展 - 7 -‎ 经典力学的特征和意义 ‎　史料一　1590年，伽利略在比萨斜塔上做了“两个铁球同时落地”的著名实验，从此推翻了亚里士多德“物体落下的速度和重量成比例”的学说①，纠正了这个持续了1 900年之久的错误结论。‎ ‎——《中学历史教学参考资料》‎ ‎[解读]　①表明伽利略推翻了亚里士多德的错误结论，对近代科学研究做出了重大贡献。‎ ‎[思考]　根据史料一及所学知识，指出伽利略在科学研究上的主要贡献。有何意义？‎ ‎【提示】　贡献：①伽利略通过实验证实，外力并不是维持运动状态的原因，只是改变运动状态的原因。②通过实验，他发现了自由落体定律等物理学定律，开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系的近代科学。意义：为牛顿经典力学的创立和发展奠定了基础。‎ 史料二　1781年，人们发现了天王星，但它的理论计算位置与实际观测始终不符。根据万有引力理论……一些科学家进行了大量计算，根据他们的计算结果，1846年9月，人们终于发现了海王星②。‎ ‎[解读]　②反映了牛顿力学体系对天文学研究的影响。‎ ‎[思考]　根据史料二及所学知识，分析人类能够发现海王星的原因。‎ ‎【提示】　文艺复兴运动解放了人们的思想，自然科学研究开始摆脱教会的束缚；牛顿力学体系形成，提出了万有引力定律；以实验为基础、以数学为表达形式的科学研究方法的出现。‎ ‎　经典力学的特征和意义 ‎1．特征 ‎(1)注重实验：实验可以进一步揭示客观现象和过程之间内在的逻辑联系，并由此得出重要的结论。‎ ‎(2)数学化：这种数学化的根源是自然内在的数学关系。自然的数学结构是近代科学的先驱们深信不疑的真理。‎ - 7 -‎ ‎(3)研究人们日常生活中易于理解的宏观世界。后来科学发展所揭示的是人们没有直接经验的微观现象，表明人们对物质世界的认识在不断深入。‎ ‎2．意义 ‎(1)自然科学角度 ‎①把自然界中力学现象囊括在同一体系中，是人类认识自然历史上对自然规律的第一次总结与概括。‎ ‎②有助于人类解释和预见物理现象，是经典物理学、天文学、现代工程力学等的理论基础。‎ ‎③标志着近代科学的形成和人类科学时代的开始。‎ ‎(2)生产力和社会发展角度：引发了第一次工业革命，使人类进入“蒸汽时代”。‎ ‎(3)哲学角度 ‎①打击了神学，促进了人类思想的进一步解放。‎ ‎②为法国启蒙思想和唯物主义哲学奠定了科学基础。‎ 量子论和相对论的地位及影响 ‎　史料一　牛顿先生，很抱歉推翻了您的理论①，不过您的成就是您那个时代一个人的智力和创造力所能达到的巅峰。但是……这些观念将会被一些更抽象的新观念所取代。‎ ‎——爱因斯坦 ‎[解读]　①说明爱因斯坦在一定程度上否定了牛顿的理论。‎ ‎[思考]　史料一中爱因斯坦以什么理论“推翻”了牛顿的理论？它是对牛顿力学的完全否定吗？‎ ‎【提示】　相对论。相对论只是否定了经典力学的绝对时空观，它发展了牛顿力学，牛顿力学是相对论力学在低速状态下的一个特例。‎ 史料二　能量子钻进物体的表面层……把它的全部能量给予了单个电子……一个在物体内部具有动能的电子，当它到达物体表面时已经失去了它的一部分能量。此外还必须假设，每个电子在离开物体时还必须为它脱离物体做一定量的功P(这是物体的特性值——逸出功)。那些表面上朝着垂直方向被激发的电子②，将以最大法线速度离开物体。‎ ‎——《爱因斯坦文集》‎ ‎[解读]　史料二中②处是运用量子理论对光电效应的解释。‎ ‎[思考]　根据史料二，分析爱因斯坦这一研究的理论基础是什么，在这方面他有何贡献。‎ ‎【提示】　基础：普朗克于1900年提出的量子假说，量子论宣告诞生。贡献：用量子理论成功地解释了光电效应。‎ ‎　量子论和相对论的地位及影响 ‎1．地位 量子论和相对论一起构成了现代物理学的基础。‎ - 7 -‎ ‎2．影响 ‎(1)量子论是研究微观世界粒子运动规律的科学。量子论带来了许多划时代的技术创新，使人类对微观世界的认识有了革命性的进步。‎ ‎(2)相对论打破了传统的绝对时空观，发展了牛顿力学，推动物理学发展到一个新的高度，为人们提供了辩证地看待世界的途径。‎ ‎(3)量子论和相对论弥补了经典物理学的缺陷，掀起了物理学的革命，对物理学本身，对自然科学，对整个人类生活与思维都产生了不可磨灭的影响。‎ 量子理论和相对论的异同 ‎1．不同点：相对论描绘的是一个崭新的宏观宇宙世界，量子理论描绘的是微观粒子世界。‎ ‎2．相同点 ‎(1)从背景上看：19世纪末，物理学得到了发展，一系列新发现无法用经典物理学解释，经典物理学陷入了危机。‎ ‎(2)从产生的过程看：都是敢于挑战权威、追求真理的结果，都经历了一个产生、发展和完善的过程。‎ ‎(3)从产生的主观因素看：都和爱因斯坦有关，爱因斯坦利用量子理论成功解释了光电效应；相对论是爱因斯坦提出的。‎ ‎(4)从影响来看 ‎①都是现代物理学的基础，弥补了经典物理学的不足。‎ ‎②都大大开阔了人们的视野，改变了人们看世界的角度和方式。‎ ‎③都对物理学本身、自然科学和整个人类的思维产生了重要影响。‎ ‎[课堂小结]‎ 时 空 坐 标 答 题 术 语 ‎1.牛顿建立了经典力学，改变了自中世纪以来人们的认识论和方法论。经典力学是近代自然科学理论体系中最先成熟和完善的核心理论体系。‎ ‎2．相对论的提出是物理学领域最伟大的革命之一。它在很大程度上解决了19世纪末出现的经典物理学的危机，打破了经典物理学绝对化的思维模式，为人们提供了辩证地看待世界的途径。‎ ‎3．量子理论是20世纪最深刻、最有成就的科学理论之一，使人类对微观世界的基本认识有了革命性的进步。量子力学对其他科学领域都产生了重大影响，从根本上改变了人类的物质生活。‎ - 7 -‎ ‎1．开创了以实验事实为根据并有严密逻辑体系的近代科学家是(　　)‎ A．哥白尼　　B．伽利略　　C．爱迪生　　D．瓦特 B　[伽利略通过实验发现了自由落体定律，开创了以实验事实为根据并有严密逻辑体系的近代科学，为后来经典力学的创立和发展奠定了基础。故选B项。]‎ ‎2．某科学家曾高度评价“把天体力学和地面上的物体力学统一起来”的某一成就：“把________誉为人类心灵的最高产物，并说：‘因为宇宙只有一个，而在世界历史上也只有________能做它的定律的解释者。’”两处________应填入(　　)‎ A．《天体运行论》　哥白尼 B．《自然哲学的数学原理》　牛顿 C．《物种起源》　达尔文 D．《论动体的电动力学》　爱因斯坦 B　[1687年牛顿发表的《自然哲学的数学原理》一书提出了物体运动的三大定律，将天体力学和地面上的物体力学统一起来，故B项正确。]‎ ‎3．相对论的提出是物理学领域的一次重大革命。它的创立者是(　　)‎ A．普朗克 B．达尔文 C．牛顿 D．爱因斯坦 D　[20世纪初，德国物理学家爱因斯坦经过多年研究，提出了相对论。故选D项。]‎ ‎4．他说过：“提出一个问题往往比解决一个问题更重要。”当大多数物理学家沿着牛顿的道路继续前行时，他却走上了一条创新之路，提出了对牛顿力学体系和绝对时空观进行根本性变革的理论。他是(　　)‎ A．达尔文 B．爱迪生 C．普朗克 D．爱因斯坦 D　[对牛顿力学体系和绝对时空观进行根本性变革的理论是爱因斯坦的相对论。]‎ ‎5．有一次，爱因斯坦与卓别林共同出席一个宴会，他们都受到了热烈的欢迎。卓别林笑着说：“大家欢迎我是因为他们都能理解我，大家欢迎你是因为他们都不理解你。”此语意指(　　)‎ A．绝大多数人盲目欢迎爱因斯坦 B．相对论有背于人们的生活常识 C．理论物理与人们日常生活很远 D．伟大的科学家不如知名艺术家 B　[相对论的观点与人们的日常经验不太一致，甚至有着尖锐的冲突，但它在物理学上却非常合理并且为实验所证实。]‎ ‎6．“这一发现成为20世纪物理学研究的基础，从那个时候起几乎完全决定了物理学的发展。要是没有这一发现，‎ - 7 -‎ 那就不可能建立起分子、原子以及支配它们变化的能量过程的有用理论。”这一“发现”指的是(　　)‎ A．经典力学 B．进化论 C．相对论 D．量子论 D　[从材料信息“分子、原子”看，这一发现指的是量子论。]‎ ‎7．阅读下列材料：‎ 材料一　伽利略的发现以及他所应用的科学的推理方法，是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正开端。这个发现告诉我们，根据直接观察所得出的直觉的结论，常常不是可靠的，因为它们有时会引到错误的线索上去……伽利略对科学的贡献就在于毁灭直觉的观点并用新的观点来代替它，这就是伽利略的发现的重大意义。‎ ‎——爱因斯坦《物理学的进化》‎ 材料二　20世纪初，相对论和量子论出现，它们掀起了物理学革命，成为现代物理学的两大支柱，并对其他学科产生了历史性的影响。人类对自然世界的科学探索又跃上了一个新的高度。‎ 请回答：‎ ‎(1)爱因斯坦所说的“伽利略的发现”指的是什么？分析这一发现的意义。‎ ‎(2)结合所学知识指出相对论和量子论出现的历史背景。为什么说这两大支柱的形成使人类对自然世界的科学探索又跃上了一个新的高度？‎ ‎[解析]　第(1)问，根据所学知识答出伽利略的科学成就，由材料信息“标志着物理学的真正开端”归纳出其意义。第(2)问，结合19世纪经典物理学的危机说明历史背景；从两大成就弥补了经典力学的不足以及为现代科技发展提供理论基础的角度概括出原因。‎ ‎[答案]　(1)伽利略：发现了自由落体定律。意义：为经典力学的建立奠定了基础，标志着物理学的真正开端。‎ ‎(2)背景：19世纪物理学的新发现对经典力学体系提出挑战。原因：相对论和量子论弥补了经典力学在认识宏观世界和微观世界方面的不足，并且它们的提出为现代自然科学和技术革命提供了理论基础。‎ - 7 -‎