现代科学革命

第六单元　现代世界的科技与文化
第25课　现代科学革命
[课程标准]　知道相对论、量子论的主要内容，认识其意义。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
一、经典物理学的危机
1．辉煌
世纪，牛顿创立经典力学，到19世纪，人们把以____________为代表的经典物理学看做绝对权威。
2．危机
19世纪末，物理学上出现了一系列新的发现，无法用____________来解释，使得经典物理学陷入了危机，面临挑战。
二、爱因斯坦与相对论
1．提出
1905年，____________发表《论动体的电动力学》，完整地提出了____________，1916年又建立了____________。
2．内容
基本原理是________原理和____________原理。
(1)________和________都是物质存在的形式，随着物质运动速度的变化而变化。
(2)四维时空和物质的分布相联系，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)是物理学领域最伟大的革命，创立了一个全新的物理学世界。
(2)打破了经典物理学____________的思维模式，为人们提供了辩证地看待世界的途径。
三、量子理论中的微观世界
1．诞生
1900年，德国理论物理学家____________提出了量子假说。
2．发展
____________提出了光的量子理论；________提出了原子的量子理论。量子力学建立起来。
3．意义
(1)使人类对微观世界的基本认识有了革命性的进步。
(2)推动了________________的发展，从根本上改变了人类的物质生活。
(3)和____________一起，构成了____________的基础，对自然科学及整个人类的思维都产生了巨大影响。
知识点一　经典物理学的危机
1．19世纪末，经典物理学陷入危机且面临挑战的表现有(　　)　　　　　　　　　　　　　　　　　　
①物理学一系列新的发现与经典物理学的理论体系产生了尖锐的矛盾　②物理学家们试验的结果证明以太不存在　③爱因斯坦提出相对论　④量子假说的提出
A．①② B．③④ C．①③ D．②③
2．19世纪，以牛顿经典力学为基础的经典物理学之所以被看做是绝对权威的理论，主要是由于(　　)
A．经典力学日臻完善
B．根据万有引力发现了海王星
C．人们认识的局限性
D．经典物理学可以解释一切自然现象
知识点二　爱因斯坦与相对论
3．从经典力学到相对论的发展表明(　　)
①任何科学成就都是“站在巨人肩膀上”的发现　②人类对自然界的认识是随着时代的前进而不断发展的　③人类开始从宏观世界深入微观世界认识客观规律　④科学的发展是无止境的
A．①②③④ B．①②④
C．②③④ D．①②③
4．关于右图所示人物的叙述不正确的是(　　)
A．完全解决了经典物理学的危机
B．1905年提出狭义相对论
C．1905年提出了与经典物理学理论根本对立的光的量子理论
D．他的理论扩展了物理学应用的领域
5．某一理论被评价为“使人们的认识由低速领域扩大到高速领域，由宏观领域延伸到宇宙领域，人们第一次深刻地认识到时间、空间和物质的运动相互依赖。”这一理论的创立者是(　　)
A．伽利略 B．牛顿 C．爱因斯坦 D．普朗克
6．科学家是先进生产力的载体。下列科学理论与科学家匹配错误的是(　　)
A．进化论——达尔文 B．相对论——爱因斯坦
C．量子论——普朗克 D．经典力学——瓦特
7．“运动的尺缩短”“运动的钟变慢”的含义是(　　)
A．运动具有破坏性
B．运动会产生奇迹
C．时间、空间随着物质的运动而变化
D．这是相对论的简要概括说明
知识点三　量子理论中的微观世界
8．1900年，德国某物理学家以《正常光谱中能量分布的理论》为题，提出了一个大胆的假说，成为现代物理学的支柱之一，此假说是(　　)
A．相对论 B．量子理论
C．能量守恒定律 D．质量守恒定律
9．下列哪一理论的提出，使人类对微观世界的基本认识有了革命性的进步(　　)
A．自由落体运动规律的提出
B．相对论的提出
C．量子论的提出
D．万有引力定律的提出
10．为量子力学的建立奠定基础的科学家不包括(　　)
A．普朗克 B．爱因斯坦
C．玻尔 D．诺贝尔
题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
答案
11．阅读下列材料：
材料一　在以牛顿运动定律为基础的经典力学中，空间间隔、时间和质量这三个物理量都与物体的运动速度无关。一根尺子静止时是这样长，当它运动时还是这样长；一座钟无论处于静止状态还是处于运动状态，其快慢保持不变。
材料二　狭义相对论认为，对于两个相互运动的参照系，处于某一参照系中的观察者会发现另一参照系中的物体的运动距离缩短了，时钟也走慢了。这两个效应都是相对的，在本参照系中的观察者看不出这种效应。同时，这两个效应也是相互的，你看到我的尺缩钟慢，我也看到你的尺缩钟慢。
请回答：
(1)据上述材料指出经典力学和狭义相对论分别怎样阐述自己的“时空观”？
(2)相对论的提出彻底否定了牛顿力学体系，这种说法正确吗？为什么？
12．19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，已超出了经典物理学的范围。物理学遇到了被称为“晴空上漂浮着两朵乌云”的两个无法解释的难题，其中之一是被认为是光、电等的传播载体的以太的不存在。这使得牛顿的经典物理学赖以建立的绝对时空观受到了严峻的挑战。
请完成：
(1)经典物理学是谁创立的？它所适用的范围主要是什么？
(2)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)20世纪物理学的发展取得的两项最重大的成就是什么？它们与经典物理学的关系是什么？
第25课　现代科学革命
知识清单
一、1.17　牛顿力学　2.经典物理学
二、1.爱因斯坦　狭义相对论　广义相对论　2.相对性　光速不变　(1)时间　空间　3.(2)绝对化
三、1.普朗克　2.爱因斯坦　玻尔　3.(2)社会生产力　(3)相对论　现代物理学
对点训练
1．A　[③④是20世纪发生的，而且，相对论和量子假说是现代物理学的两大支柱，不可能是经典物理学的危机表现。]
2．C　[人们的认识受到时代和科学研究水平的影响，当时人们的研究领域还未深入到高速运动状态的宏观宇宙和物体内部的微观世界。]
3．B　[①②④从科学发展的继承性、特点等角度作了正确阐释。③较易误选，主要是学生对相对论涉及的研究领域认识模糊。相对论着重研究宏观世界高速运动的物体。]
4．A　[图片所示人物是爱因斯坦，A应为在很大程度上解决了19世纪末出现的经典物理学的危机，现在，他的理论也面临危机。]
5．C　[由“人们第一次深刻地认识到时间、空间和物质的运动相互依赖”可知该理论为相对论，故C项为正确答案。]
6．D　[经典力学是牛顿的成就。]
7．C
8．B　[学生容易注意到《正常光谱中能量分布的理论》而不知所措，应注意正确分析题干。量子理论与相对论组成现代物理学的两大支柱，普朗克提出量子假说。相对论于1905年由爱因斯坦提出。]
9．C　[1900年德国物理学家普朗克提出了量子假说，它使人类的认识深入到微观世界。在此基础上发展起来的量子力学，极大地促进了原子物理、固体物理和原子核物理等学科的发展。]
10．D　[继普朗克的量子假说提出后，爱因斯坦提出了光的量子理论，玻尔提出了原子的量子理论。]
综合运用
11．(1)牛顿力学体系认为：空间间隔、时间和质量这三个物理量与物体的运动速度无关，是一种绝对的时空观；狭义相对论认为：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，从而否定了牛顿体系的的绝对时空观。
(2)这种说法不正确。因为牛顿力学体系反映的是宏观物体低速运动的客观规律；而狭义相对论反映的是物体高速运动的客观规律，是对牛顿力学的继承和发展；狭义相对论否定的是牛顿力学体系的绝对时空观，推动物理学发展到一个新高度。
解析　第(1)问应抓住“时空观”这一中心内容，结合材料及所学知识回答。第(2)问要明确狭义相对论与牛顿力学体系理论是继承、发展的关系。
12．(1)牛顿。经典物理学适用的范围主要是我们日常生活中的物理现象。
(2)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严峻的挑战。
(3)相对论和量子理论。他们发展了经典物理学，弥补了经典物理学在宏观的宇宙世界和微观的粒子世界面前的空缺，为人类描绘了一个崭新的世界。
教材问题解答
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。