《序言：物理学：物质及其运动规律的科学》-教案高中物理人教版（2019）【新教材】必修第一册（word版含答案）

序言
物理学——研究物质及其运动规律的科学
一、教材分析
本教学设计选自上海新课标高中物理教材的序言，是高中物理的第一堂课。对学生开始学习物理有着承前启后的作用。通过序言的学习，学生概括的了解了物理学的研究领域，研究方法、蕴含的科学精神，丰富的科技应用和充满挑战的未来发展。为进一步开展物理内容的学习，提升物理学科核心素养奠定基础。
教学目标
1、通过序言的学习，让学生对物理产生浓厚的兴趣激发、探索的兴趣和积极性。
2、使学生认识物理学概况，了解物理学的研究范围。知道学习物理学的重要意义。
3、让学生树立学好物理的信念。
三、教学重点和难点
让学生了解物理、增加兴趣、激发志趣、掌握方法。
四、教学过程
【引入】
大家在初中已经学习了一些物理知识，相信大家对物理学有了一定的了解。今天是我们进入高中物理的第一课，同学们能不能分享一下你们心目中的物理学是怎样的？同学们对物理学有什么印象呢？
【学生活动】
讲述学生心目中的物理学
【教师讲授】
一、物理学是研究物质结构和运动基本规律的学科。
回望历史，人类自古以来就对自然界充满好奇。日出日落、辰宿列张、春华秋实、寒来暑往，大自然的各种神奇现象，让人们惊叹不已的同时渴望着弄清其背后的规律和联系。在好奇心和人类提高生产力水平的需求驱使下，人类对自然规律进行着不懈的探索。
洞察天地，万物之理——物理学概述
早在2000多年前的古希腊时期，亚里士多德、阿基米德等一批科学家就开始了对物理现象和规律的探索，并发现了杠杆原理、浮力定律等规律。这是物理学的萌芽时期。16~?17世纪，伽利略和牛顿等人在前人工作的基础上创立了系统性的力学理论，建立了实验观测和理论分析计算相结合的现代研究方式。
【教师提问】
你们还知道哪些著名的物理学家吗？
【学生活动】
1687?年，牛顿出版了他的名著《自然哲学的数学原理》。这标志着现代意义的物理学正式诞生。经过四个世纪的发展，物理学已经成为一个分支众多、深刻影响当代科学技术发展乃至人类社会文明进步的基础学科。
物理学是一门实验科学，也是一门崇尚理性、遵循逻辑推理的理论科学。由于物质世界纷繁复杂，有限的实验和观察难以完全揭示其背后的本质规律和内在联系。因此，在依赖先进的科学装置的同时，物理学的发展山必须借助于强有力的数学中工具和大型计算技术，以及深刻的洞察力和丰富的想象力。
今天，物理学中的基本概念和理论、实验方法和手段，已经越来越广泛的应用于其他学科，极大的丰富了人类对物质世界的认识，推动了科学技术的创新和革命，促进了生产力的发展和人类文明的进步。
二、物理学和其他科学技术
物理学和激光技术
　　　　　
物理学与宇航工程
　　　　　　　　
物理学与纳米技术
观察现象，揭示本质——物理学研究的特点
物理研究对象——大到宇宙空间，小到微观原子核，近到衣、食、住、行，研究物质存在的基本形式，以及它们的性质和运动规律，与我们的生活无处不在。
由于交通工具的缺乏，古人大部分活动只能在陆地上进行，出现“天圆地方”等学说。
16~17世纪，哥白尼、第谷和开普勒等人通过详尽的观测和分析，逐渐认识到地球和其他行星都在绕着太阳运动，并找到了这些运动的规律。随着工具的发展人们对客观事物的观察越来越全面，认识也越来越深刻。最终，依据这些观测和分析，牛顿发现了万有引力定律揭示了这些运动规律的根源。伽利略和牛顿还认识到物体，即便在不受力的情况下，也会一直运动下去，这个结论是和我们通常的直觉相反的。这种对内在规律深刻的认识靠的是精确的实验和严密的逻辑分析，二者缺一不可。
一代代的物理学家在探究客观世界的过程中，发现了很多行之有效的研究方法。在物理学习中，我们不仅要掌握具体的知识，而且要学习和体会这些物理方法，并努力运用他们解决各种实际问题。
物理学与社会进步
揭示自然，
造福人类——物理学的应用
物理学的发展，推动了工业、农业和信息技术等方面的进步，引发了一次次的产业革命，改变了人类的生产和生活方式。技术的进步又为物理学的研究提供了更为强大的手段，并引发人们对物理问题进行更深人的思考，从而反过来促进物理学的发展。
【教师提问】同学们还知道哪些物理学和哪些生活中的应用息息相关吗？
创立于17世纪的牛顿力学，被广泛地应用于工程技术，大大推动了社会发展。18~
19世纪，工程上对蒸汽机等热机的改进需求，又迫使人们对热的问题进行深入研究，引发了热力学的巨大进步。
19~
20世纪初，电磁学的发展，直接导致发电机和无线电通信的诞生，使电能被广泛利用。电走进了千家万户，世界被电灯点亮，电话和电报把各地的人们连接起来，人类从此进人了电气时代。
进入20世纪以后，物理学的研究范围更加广阔。人们掌握了微观世界的规律，这更为有力地推动了技术的进步和社会的变革。对原子核的认识，使人们掌握了核能，建造了核电站并发展了治疗肿瘤的放疗等技术；对固体中电子运动的研究，引发了半导体工业的诞生，导致了晶体管、集成电路和大容量电子存储技术的发明，从而使人们可以制造半导体芯片；对原子、分子物理和光学的深人研究，引发了原子钟、激光和光纤通信等技术的诞生。原子钟是卫星定位系统的核心，激光被广泛用于工业、通信、医疗和国防，而遍布全球的光纤网是互联网的物理载体，它把全世界连在一起。毫不夸张地说，20
世纪是物理学的世纪，人们每时每刻都在享受物理学发展带来的果实。今天世界的整个面貌，都和物理学的巨大进步密不可分。
四、物理学与思维观念
学以致知，客观理性——物理学背后的科学精神
物理学的发展和成就与它所蕴含的科学精神密不可分。
首先是学以致知的探索精神。前面说过，人类对自然界的好奇心是科学发展最重要的动力之一。人们在它的驱使下研究很多问题，其中，有的能直接转化成技术，服务于实际应用，但是也有很多是当时看不到直接用途的，比如伽利略研究的力和运动的问题、牛顿发现的万有引力定律，当时都属于无用之学。正是这些看似没有用的、以求知为目的的探索，使人们获得了对自然规律完整深人的认识。
其次是实事求是的客观精神。物理学的目的是求真，客观事实是判断对错的标准，对就是对，错就是错。猜想和论断必须能经受得住实验的检验和逻辑的推敲。19世纪末20世纪初，当人们发现权威的牛顿学说不适用于微观和高速情况时，便认真地对其进行修正;
1936
年大名鼎鼎的爱因斯坦向杂志投出一篇论文，审稿人和编辑发现论文有错，便毫不犹豫地指出并拒稿。这些都是物理学史上实事求是、务实求真的佳话。
还有就是理性分析的精神。物理学强调数学计算和逻辑分析，环环相扣，有原因才有结果。不合平逻辑的地方必然意味着有问题，必须搞清楚。物理学的殿堂中，没有诡辩者的位置。
需要指出的是，科学精神不仅对科学研究很重要，而且在社会生产、日常生活的各方面都是有价值的。现代社会分工精细、节奏紧凑，很多时候“失之毫厘，差之千里”这就要求我们在工作和生活中要做到实事求是、严谨认真并且讲求逻辑，敬畏和尊重客观规律，从而提高效率、减少失误。另外，秉承实事求是和讲求逻辑的精神，还会使我们在碰到问题的时候，面对现实、认真分析，根据实际作出判断与选择，不盲从、不走极端。
五、物理学的未来
前景广阔，
充满挑战——物理学的未来
19世纪下半叶，以力学、
热学和电磁学为主要内容的经典物理学，几乎能解释当时已知的所有物理现象。因此，当20世纪第一个春天来临之际，英国物理学家开尔文在“新春献词”的演说中，踌躇满志地宣告:“科学大厦已经基本建...后章物理学家只需做一些零碎的修补工作就行了。”但话音刚落，他的预言就被个接一个的重大发现所打破。
在微观领域内，已经深入到基本粒子的亚核世界（10-15
厘米），并建立起统一描述电磁、弱、强相互作用的标准模型，引起了人们测量观、因果观的深刻变革。在在宇观领域内，研究的探针已达到1028
厘米的空间标度和1017
秒的宇宙纪元；广义相对论的理论预言，在巨大的时空尺度上得到了证实，引起了人们时空观、宇宙观的深刻变革。宏观领域内，关于物质存在状态和运动形式的多样性、复杂性的探索，也取得了突破性的进展。
在20世纪，物理学捷报频传，重大发现一此伏被起，从来没有停止过。
那么，21世纪还会有重要的发现吗？著名法国物理学家、诺贝尔奖得主德布罗意在《物理学的未来》一文中说:“我们的知识越是发展，自然就越是以其多种表现证明它拥有无尽的财富，甚至在很先进的科学领域，如物理学，我们也没有理由认为我们已经耗尽了自然财富，或者认为我们已经接近完整地掌握了自然界的全部财富
事实正是这样的，当前，还有许多困扰物理学的难题。例如，目前的物质结构理论认为“夸克”构成了质子、中子等强子，但是，夸克为什么不能单独存在？如何将描述微观世界运动的量子力学和描述引力的广义相对论结合起来，以解释宇宙的起源和演化？能否像用麦克斯韦理论统一描述电和磁-样，用某理论统一描述自然界的四种基本相互作用(弱力、强力、电磁力和引力？这些问题都有待人们去探索。此外，技术发展的需求，也提出了许多有价值的问题。如何制造可以方便使用的超导材料?如何开发更为清洁的能源?如何进一步提升计算机的性能?这些问题都与物理学直接相关。
物理学如同一座大厦，已经被建设得很壮观了，但尚未完工，也许永远也不会完工，更壮观的还在后面，还在等待着我们去建设和探索。
“江山代有才人出，各领风骚数百年。”综观世界科技史，许多重要的科学发现都产生于科学家风华正茂的青年时期，在这个阶段他们思维敏捷、敢于创新。年轻的同学们，你们当中一定会有人沿着前辈的足迹，为物理学的发展作出自己的贡献。千里之行，始于足下，学好高中物理，你就在通向成功的道路上迈出了坚实的一步。
当然，多数同学今后未必进行基础科学的研究。但是，不论从事什么职业，高中物理积累的科学知识，学到的科学方法和实事求是、讲求逻辑的理性科学精神，都将会使你终身受益。