2020高中历史第六单元现代世界的科技与文化第25课现代科学革命学案岳麓版必修3 13页

第25课　现代科学革命 学习本单元，一要注意把握科技与文化的重大成就，并对其背景、作用、经验教训等加以分析评价；二要注意紧密联系当时的历史背景及科技文化与政治、经济 的相互影响。‎ ‎ [学习目标]‎ 课程标准 重点难点 知道相对论、量子理论的主要内容，认识其意义。‎ ‎1.相对论和量子论的主要内容及意义。‎ ‎2.相对论、量子理论的内容；经典力学与相对论的关系。‎ 一、经典物理学的危机 ‎1.经典物理学的成就 ‎(1)在经典力学的基础上，19世纪物理学领域取得了长足的进步，把人类对自然界的认识推进到前所未有的深度和广度。‎ ‎(2)人们把以牛顿力学为代表的经典物理学看做绝对权威的理论。‎ ‎2.经典物理学的危机 ‎(1)19世纪末，物理学上出现了一系列新的发现，无法用经典物理学来解释，这使得经典物理学陷入了危机，面临着挑战。‎ ‎(2)物理学面临危机的同时，也迎来了一场伟大的革命。‎ ‎1.有个物理学家说：“19世纪物理学大厦已经全部建成，今后物理学家只是修饰和完善这座大厦。”这座“大厦”的奠基者是谁？‎ 13‎ 提示　牛顿。‎ 二、爱因斯坦与相对论 ‎1.地位 ‎20世纪初，爱因斯坦提出的相对论对物理学的发展带来了革命性的变化，爱因斯坦本人也因此成为继牛顿之后最伟大的科学家。‎ ‎2.内容 相对论的两个基本原理是相对性原理和光速不变原理。时间和空间都是物质存在的形式，时间、空间、运动、质量不是绝对不变的，而是相对的，可以互相转化。‎ ‎3.意义 ‎(1)相对论的提出是物理学领域最伟大的革命。它在很大程度上解决了经典物理学的危机，创立了一个全新的物理学世界，极大地扩展了物理学应用的领域。‎ ‎(2)相对论也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。‎ ‎[知识拓展]　相对论发展了牛顿力学 ‎(1)牛顿是近代自然科学的集大成者，他的经典力学不仅奠定了近代物理学的基础，而且为整个自然科学的发展提供了一个理论基础。爱因斯坦的相对论引发了物理学革命及科学思维革命，相对论发展了牛顿力学，揭示了时间、空间的可变性。‎ ‎(2)爱因斯坦的相对论只否定了牛顿力学的绝对时空观，没有否定整个牛顿力学。‎ ‎2.英国皇家学会会长汤姆逊说：“爱因斯坦的相对论是人类思想史上最伟大的成就之一，也许是最伟大的成就，它不是发现一个孤岛，而是发现了新的科学思想的新大陆。”汤姆逊的依据是什么？‎ 提示　相对论揭示了时空与物质的本质属性。‎ ‎3.你认为应该用什么理论来解释下面的这一现象。‎ 提示　相对论。‎ 三、量子理论中的微观世界 ‎1.提出和发展 ‎(1)1900年，德国理论物理学家普朗克提出了量子假说。‎ ‎(2)继普朗克的量子假说之后，爱因斯坦提出了光的量子理论。‎ 13‎ ‎(3)丹麦物理学家玻尔提出了原子的量子理论。‎ ‎2.意义 ‎(1)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。‎ ‎(2)量子力学对化学、生物学、医学、考古学、古生物学和地质学等科学领域都产生了重大影响，带来了许多划时代的技术创新，这直接推动了生产力的发展，从根本上改变了人类的物质生活。‎ ‎(3)量子理论和相对论一起，构成了现代物理学的基础，对自然科学，对整个人类的思维都产生了不可磨灭的影响。‎ ‎[易混易错]　量子论的创立并不是普朗克一人的贡献，而是普朗克、爱因斯坦、玻尔等科学家的集体贡献。从产生时间上看，它的提出比相对论还要稍早一些。‎ ‎4.为什么说相对论和量子论使人类对自然世界的科学探索又跃上了一个新的高度？‎ 提示　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，开阔了人们的视野，改变了人们认识世界的角度和方式。‎ 主题　现代物理学的发展 ‎1.相对论的提出 史料　20世纪初爱因斯坦①提出时间与物质分布、运动之间的辩证关系，提出了新的宇宙观，同时使得现代物理学和天文学如此结合②产生了天体物理学，为人类科学研究提供了新的更广泛的途径。——摘自《宇宙探险》‎ ‎①表明爱因斯坦提出了相对论。②相对论的重大意义。‎ 史料中科学理论有什么新发展？简要分析其发展的主要原因。‎ 答案　科学理论：由牛顿的经典力学到爱因斯坦的相对论。爱因斯坦在相对论中提出，物体的质量会随着时间、空间的变化而变化，这给人们辩证地看待世界提供了新途径。‎ 原因：经典力学无法解释研究中遇到的一些新问题；第二次工业革命的推动。‎ ‎2.量子理论 史料　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。③‎ 13‎ 要是没有这一发现，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。——《诺贝尔物理奖获得者》‎ ‎③表明该理论是量子理论及其意义。‎ 史料所述“这一发现”指的是什么？爱因斯坦在这方面研究的理论基础又是什么？‎ 答案　发现：量子理论。‎ 理论基础：普朗克于1900年提出的量子假说，量子论宣告诞生。‎ 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，爱因斯坦把普朗克的量子理论推广到光学中，成功解释了光电效应；狭义相对论和广义相对论都是爱因斯坦提出的。‎ ‎④从影响来看 a.量子理论和相对论一起，构成了现代物理学的基础，弥补了经典物理学的不足。‎ b.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。‎ c.它们不仅对物理学本身，对自然科学，而且对整个人类的思维都产生了不可磨灭的影响。‎ 13‎ ‎[记知识纲要]‎ ‎[背核心术语]‎ ‎1.爱因斯坦提出的相对论揭示了时间和空间的本质属性，发展了牛顿力学，将其概括在相对论力学之中，是物理学领域的一次重大革命。‎ ‎2.量子理论使人类对微观世界的基本认识取得革命性的进步。‎ ‎3.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，开阔了人们的视野，改变了人们认识世界的角度和方式。‎ ‎1.经典物理学所面临的危机，终于在20世纪初被物理学发展史上的两场伟大的革命所解决。这两场革命使人类(　　)‎ A.拥有了研究宏观世界和微观世界的理论体系 B.放弃了经典物理学的思想方法和科学理论 C.否定了此前物理学取得的一系列成果 D.改变了人们的思维方式和社交方式 答案　A 解析　相对论研究的是宏观世界，量子理论研究的是微观世界，故A项正确。相对论是对牛顿力学的继承和发展，故B、C两项不正确。相对论提出了相对的时空观，但并没有改变人们的社交方式，故D项不正确。‎ ‎2.某科学家逝世后，有人这样评价他：“在我们这一时代物理学史上，他现在是，将来也还是人类宇宙中有头等光辉的一颗巨星。……他也许比牛顿更伟大，因为他对于科学的贡献，更加深刻地进入了人类思想基本概念的结构中。”这位科学家是(　　)‎ A.达尔文 B.爱迪生 C.普朗克 D.爱因斯坦 答案　D 13‎ 解析　据材料信息“宇宙”“比牛顿更伟大”“深刻地进入了人类思想基本概念的结构中”等，可知这是对爱因斯坦的评价。达尔文提出了生物进化理论；爱迪生的主要成就是发明电灯等；普朗克是对微观世界进行研究，都与题意不符。‎ ‎3.下面框内对话中所论及的“新的宇宙”缘于(　　)‎ 甲：“我们总应该对这个伟大宇宙的突然灭亡而更为痛心一点吧。”‎ 乙：“什么宇宙？”‎ 甲：“昨天的宇宙呀，牛顿的宇宙，迄今为止，各种各样的宇宙系统都是我们的头脑可以理解的，这个新的宇宙却令人无法捉摸，在普通人看来，它大谬不然，这也正是它的伟大之处。”‎ A.牛顿的力学体系 ‎ B.达尔文的进化论 C.爱因斯坦相对论 ‎ D.普朗克的量子理论 答案　C 解析　根据本题的关键信息“这个新的宇宙却令人无法捉摸，在普通人看来，它大谬不然”以及“昨天的宇宙呀，牛顿的宇宙”可知，与之相对应的是爱因斯坦的相对论。‎ ‎4.这个形式简洁优美的理论蕴藏了太多令人惊讶的内容，100多年来，人们不时从中悟出宇宙层出不穷的奥秘。直到今天，这里还有很多内容没有被我们悟透。根据下图，这个理论应是(　　)‎ A.牛顿的力学理论 B.普朗克的量子假说 C.爱因斯坦的相对论 D.达尔文的进化论 答案　C 解析　根据“100多年来”以及所给图片中的信息“E＝mc‎2”‎可知，这是爱因斯坦的相对论。‎ ‎5.有人说：“普朗克的量子理论成为现代物理学的第一章，也是最基本的一章。”普朗克的量子理论对现代物理学的贡献不包括(　　)‎ A.证明了经典力学的局限性 B.揭示了宏观世界的运动规律 13‎ C.为现代科技提供了理论基础 D.与相对论一起构成了现代物理学的基础 答案　B 解析　量子理论使人类对微观世界的认识取得革命性的进步，与相对论一起构成了现代物理学的基础，促进了当代科技的发展。故B项说法错误，符合题意。‎ 课中思考题 量子理论和相对论的提出有什么共同点？这说明了什么？‎ 共同点：从背景上看，19世纪末，物理学得到了极大发展，物理学的研究一方面深入到物质内部的微观世界，另一方面扩展到整个宇宙。但是，一系列新发现无法用经典物理学来解释，使其陷入了危机，面临着挑战。从产生的过程看，都是科学大师们敢于向权威挑战，追求真理的结果；都经历了一个产生、发展和完善的过程，如相对论经历了由狭义相对论到广义相对论的发展，量子论则经历了量子假说、光的量子理论、原子的量子理论、量子力学的发展过程。说明的问题：科学的发展以前人的成果为基础，又在不断地超越前人，挑战未知世界。‎ 阅读与思考 启发：不要被常识和日常经验所蒙蔽，常识并不一定总是正确的；我们要对新生事物抱有正确的态度；要如同爱因斯坦一样敢于向权威挑战，追求真理。‎ 解析与探究 爱因斯坦向罗斯福总统提议在德国之前研制出原子弹，是出于防止德国形成核优势考虑的，这种做法是正确的。后来后悔是因为美军在日本投放原子弹，伤害了众多无辜平民的生命。从中得到的启示是要大力发展科学事业，并最大限度地运用科学为人类造福，而不是使科学成为人类的杀手。‎ 自我测评 现代物理学的两大理论支柱是相对论和量子论。相对论和量子论正确地反映了宏观的宇宙世界和微观的粒子世界的客观规律，打破了经典物理学绝对化的思维模式，描绘了一个崭新的世界，大大开阔了人们的视野，改变了人们看世界的角度和方式。相对论和量子论的提出不仅对物理科学本身，对自然科学，而且对整个人类的思维都产生了不可磨灭的影响。‎ ‎[基础达标]‎ ‎1.19世纪末，以牛顿力学为基础的经典物理学出现危机的根本原因是(　　)‎ 13‎ A.经典物理学不够完善 B.经典物理学自身的局限性 C.物理学出现一系列新发现 D.经典物理学仅能解释地球上的物理现象 答案　B 解析　经典物理学自身的局限性就在于仅是建立在物质低速运动状态下的研究理论，故选B项。‎ ‎2.爱因斯坦的相对论修正了经典力学体系，并非否定。在相对论中，牛顿三大定律依然正确，只不过在分析问题时还要考虑到相对论的效应而已。以上阐述的相对论与经典力学的关系是(　　)‎ A.各自独立 B.继承与发展 C.否定与对立 D.否定与发展 答案　B 解析　根据辩证法和唯物论，爱因斯坦的相对论是对牛顿经典力学的继承与发展。‎ ‎3.科幻片《星际穿越》是对以一种全新的模式重建了宇宙体系，物体不只是三维空间，而是四维的，长、宽、厚与时间组成四维的“时空连续统一体”科学理论的具体形象的表达。该理论的提出(　　)‎ A.大大加强了人类对微观世界的研究 B.为人们发现海王星提供了理论依据 C.为经典力学的创立奠定了理论基础 D.改变了人们认识世界的角度和方式 答案　D 解析　“长、宽、厚与时间组成四维的‘时空连续统一体’”，符合爱因斯坦广义相对论的观点，它改变了人们认识世界的角度和方式，故D项正确。‎ ‎4.它打开了人类认识微观世界的大门，深刻地改变了人们的生活、生产和观念……标志着一个新纪元的到来！这里的“它”是指(　　)‎ A.经典力学 B.进化论 C.量子理论 D.相对论 答案　C 解析　量子理论使人类对微观世界的基本认识有了革命性的进步。‎ ‎5.19世纪经典物理学被誉为“一座庄严雄伟的建筑体系和动人心弦的美丽殿堂”，然而到了19世纪末20世纪初它却风光不再。使“美丽殿堂”风光不再的主要原因是(　　)‎ A.牛顿力学体系缺乏科学基础 B.它不能解释物理学的所有问题 13‎ C.人们不再重视科学研究 D.相对论和量子论的诞生 答案　D 解析　19世纪末20世纪初牛顿力学体系“风光不再”，动摇它的是相对论和量子理论。相对论否定了经典力学的绝对时空观，将牛顿的力学概括在相对论力学当中；量子论使人类的认识深入微观世界，与相对论构成了现代物理学的基础。A、C说法错误；B不是主要原因。故选D。‎ ‎6.“黑体(能全部吸收外来辐射能的物体)腔壁由无数能量不连续的带电谐振子组成，它们所带的能量是一个最小能量单元的整倍数，这些带电谐振子通过吸收和辐射电磁波，与腔内辐射场交换能量。”下列与这一理论有关的说法正确的是(　　)‎ A.时空的性质跟物质本身的分布状态有关 B.是实验科学，是近代科学形成的标志 C.与“自然界无跳跃”的原则基本一致 D.在一定程度上弥补了经典力学对微观世界认识的不足 答案　D 解析　题干材料是普朗克有关量子理论的重要阐述。结合所学可知A项是爱因斯坦的广义相对论，B项是牛顿的经典力学，C项是与量子论相冲突的，量子论使人类对微观世界的认识取得革命性的进步。故选D项。‎ ‎7.下列有关兄弟俩的一组漫画反映了一个特殊的现象，最能对此进行解释的科学理论是(　　)‎ A.伽利略的自由落体定律 B.牛顿的经典力学体系 C.爱因斯坦的相对论 D.普朗克的量子理论 答案　C 解析　从漫画看，穿越时空返回地球之后，兄弟二人的年龄有了明显的差距，反映了时空的可变性。结合所学可知相对论可以对此作出科学解释。故选C项。‎ ‎8.‎‎1919年11月9日 13‎ 美国《纽约时报》头版文章有如下标题：“天之光歪斜”“科学家急切等待着日蚀观测的结果”“恒星不是在它们似乎应该所在的或被计算出来的位置上，但不必担心。”这些文章介绍的科学理论应该是(　　)‎ A.经典力学 B.量子理论 C.狭义相对论 D.广义相对论 答案　D 解析　根据题干时间可排除A项；依据“天之光”“恒星”排除B项；“不是在它们似乎应该所在的或被计算出来的位置上”说明受到引力影响，而狭义相对论是不考虑引力作用的，排除C项。结合所学可知这符合广义相对论，故选D项。‎ ‎9.由于“对能的性质所做的革命性的发现而被授予诺贝尔奖”的是(　　)‎ A.法拉第 B.达尔文 C.普朗克 D.爱因斯坦 答案　C 解析　法拉第发现电磁感应现象，故A项错误；达尔文主要研究进化论，故B项错误；普朗克研究能量子的变化，符合材料中“对能的性质所做的革命性的发现”的信息，故C项正确；爱因斯坦主要研究宏观领域变化，故D项错误。‎ ‎10.关于量子理论和量子力学影响的表述，错误的是(　　)‎ A.促进了原子物理、固体物理和原子核物理等科学的发展 B.标志着人类对客观规律的认识，开始从宏观世界深入到微观世界 C.带动化学、生物学、天文学、地理学等学科的理论发生了革命性的突破 D.深刻地揭示了时间和空间的本质属性 答案　D 解析　量子理论和量子力学的出现推动了现代物理学和其他学科的发展，并且使人们对客观世界的认识由宏观宇宙深入到微观世界，直接推动了社会生产力的发展，从根本上改变了人类的物质生活。结合选项进行分析，A、B、C三项的表述都是正确的；D项是爱因斯坦相对论产生的影响，符合题意。‎ ‎[能力提升]‎ ‎11.马克垚在《世界文明史》中指出，科学史上有据可查的关于物质世界的一般理论总共不过三种……但真正的科学革命，实际上只发生过两次。这两次指的是(　　)‎ A.第一次工业革命与第二次工业革命 B.牛顿经典力学与达尔文的进化论 C.牛顿经典力学与爱因斯坦的相对论 D.爱因斯坦的相对论与普朗克的量子理论 答案　C 13‎ 解析　第一次工业革命与第二次工业革命属于技术范畴的革命，故A项错误；达尔文的进化论属于生物学范畴，与科学革命没有关系，故B项错误；牛顿经典力学是近代科学形成的重要标志，相对论推动物理学发展成更完美的科学体系，故C项正确；普朗克的量子理论其历史地位有限，故D项错误。‎ ‎12.某科学理论颠覆了人类对宇宙和自然的“常识性”观念，提出了“时空的相对性”“四维时空”“弯曲空间”等全新的概念。该理论(　　)‎ A.弥补了经典力学认识世界的不足 B.开创了以实验为基础的近代科学 C.奠定了电气技术应用的理论基础 D.解决了热辐射理论上的疑点问题 答案　A 解析　依据材料“时空的相对性”等内容可知，该理论是相对论，相对论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，也发展了牛顿力学，故A项正确。‎ ‎13.19世纪的最后一天，英国著名物理学家汤姆逊发表了新年祝词：“晴朗的天空远处，还有两朵令人不安的乌云，它们的存在使得物理学的优美性和明晰性黯然失色。”第一朵与光的运动问题有关，第二朵出现在能量辐射的问题上。这说明了当时(　　)‎ A.近代物理学已失去存在的价值 B.经典力学面临非常严峻的挑战 C.相对论的提出冲击了固有理论 D.量子论的诞生改变了人的思维 答案　B 解析　由题目中的信息“两朵令人不安的乌云……使得物理学的优美性和明晰性黯然失色”可知，此时的经典力学面临严峻的挑战，故B项正确。迄今为止，近代物理学仍发挥着巨大的作用，故A项错误。相对论和量子论均诞生于20世纪初，晚于题目中的时间“19世纪的最后一天”，故C、D两项错误。‎ ‎14.一位著名的科学家在解释他的新的科学成果时，曾开玩笑说：“万有引力可无法对坠入爱河的人负责。”他的成果可能是(　　)‎ A.经典力学体系 B.进化论 C.相对论 D.量子理论 答案　C 解析　由题干信息可知，这一科学成果能够弥补万有引力定律的不足。结合所学知识可知，相对论打破了牛顿力学的绝对时空观，继承并发展了牛顿力学，故C项正确。‎ ‎15.“对于测量者来说，空间和时间都是相对的……表明科学已经达到了能够被人类所知的界限。一个清楚明白的宇宙已经消失，代之而来的是一个全新的宇宙。”这一理论(　　)‎ A.为蒸汽机的改良提供理论基础 13‎ B.有力推动了达尔文进化论的提出 C.极大地加速了电影与电视的发明 D.弥补了牛顿经典力学体系的不足 答案　D 解析　从材料“空间和时间都是相对的”可以判断是爱因斯坦的相对论。爱因斯坦的相对论反映的是物体高速运动的客观规律，弥补了牛顿经典力学体系的不足之处，故D项正确。‎ ‎16.阅读下列材料，回答问题。‎ 材料一　正是在物理学领域，牛顿进行了最有意义的研究。在这方面，他以伽利略的研究为基础，将后者的成果发展到辉煌的顶点。牛顿的一个朋友叙述了这位伟大的科学家是如何在观察果园里的苹果从果树上掉下来时，受到解决这一难题的暗示的。‎ ‎——斯塔夫里阿诺斯《全球通史》‎ 材料二　19世纪末，物理学的研究一方面深入到物质内部的微观世界，放射线和原子被发现，另一方面扩展到整个宇宙。随着光学等学科的深入发展，人们对在光速或接近光速运动状态下的物质的研究，也超出了经典物理学的范围。物理学被称为“晴空上漂浮着两朵乌云”的两个无法解释的难题。其一就是被认为是光、电等的传播载体的以太的不存在，这使得经典物理学赖以建立的绝对时空观受到了严峻挑战。——斯塔夫里阿诺斯《全球通史》‎ 材料三　爱因斯坦的狭义相对论和广义相对论开阔了无限小的微观世界和无限大的宏观世界的研究领域，成为原子能科学、天体物理学和宇宙学的理论基础。‎ ‎——张建华《世界现代史》‎ ‎(1)根据材料一，分析“伽利略的研究”是指什么。牛顿是如何将其“发展到辉煌的顶点”的？‎ ‎(2)根据材料二及所学知识，到19世纪时，经典物理学发展到何种程度？它所适用的范围主要是什么？19世纪末，物理学的发展对经典物理学提出了怎样的挑战？‎ ‎(3)结合材料三和所学知识，说明爱因斯坦狭义相对论的历史意义。‎ 答案　(1)自由落体定律和在力学方面的研究。牛顿在伽利略研究的基础上创立了经典力学。‎ ‎(2)发展程度：到19世纪，在经典力学的基础上，光学、天体物理学等新兴学科取得了长足的进步。把人类对自然界的认识推进到前所未有的深度和广度。‎ 适用范围：人类的日常生活。‎ 挑战：19世纪末，物理学的研究一方面深入到物质内部的微观世界，另一方面扩展到整个宇宙，超出了经典物理学的范围，经典物理学赖以建立的绝对时空观受到了严峻的挑战。‎ ‎(3)意义：改变了牛顿力学的绝对时空观念，揭露了物质和能量的相对性，为原子能的利用奠定了理论基础，是近代物理学领域的一次伟大革命。‎ 13‎ 解析　第(1)问结合伽利略和牛顿在物理学方面的贡献回答。第(2)问结合所学知识归纳概括即可。第(3)问，结合爱因斯坦的相对论的历史意义作答：改变了牛顿力学的绝对时空观念，揭露了物质和能量的相对性，为原子能的利用奠定了理论基础，是近代物理学领域的一次伟大革命。‎ 13‎