第5课 20世纪的科学伟人爱因斯坦 学案 (1)

第5课20世纪的科学伟人爱因斯坦 学案
[课标要求]　了解爱因斯坦的成长历程及主要科学成就，认识他在社会发展中的作用。
一、提出狭义相对论
1．成长历程
(1)出身：1879年，出生于德国南部小城乌尔姆的一个犹太血统家庭。
(2)童年：善于思考，对自然界的现象总爱寻根问底。
(3)中学：被赶出校门，坚持自学。
(4)大学：进入瑞士苏黎世联邦工业大学师范系，主修数学和物理。迷上了物理学，为以后从事理论物理学研究打下了基础。
2．提出狭义相对论
(1)提出：1905年6月，发表了《论物体的电动力学》，标志着狭义相对论的提出。
(2)内容：相对性原理和光速不变原理。
(3)意义：改变了牛顿力学的时空观念，揭露了物质和能量的相当性，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。
[重点精讲]
狭义相对论的基本要点是什么？其意义是什么？
(1)要点：指出时间、空间与物质运动不是各自孤立存在的，时间和空间是随着物质的运动而变化的，物质的质量也是随运动速度的变化而变化的。
(2)意义：该理论揭示了空间、时间、物质、运动之间的本质上的统一性，把牛顿的力学理论作为一种特殊情况(当运动速度远比光速低的时候)概括在内，从而建立了一个既适用于宏观、低速，又适用于微观、高速的运动理论。
[深度点拨]
爱因斯坦的相对论实际上是对牛顿经典力学的继承与发展，其关系用图示表示如下：
二、推动量子力学的发展
1．广义相对论
(1)标志：1916年发表论文《广义相对论的基础》。
(2)内容
①等效原理，即在一个加速运动的系统里，物体会自动改变运动状态，而改变这种运动状态的力，就是惯性力。
②广义相对性，即在加速运动系统里的惯性力，可以运用到时空中的各种物体运动上。
(3)意义：改变了人们对宇宙的认识，在广义相对论的指引下，天体和宇宙演化的观测研究及理论探讨前所未有地蓬勃开展起来。
2．推动量子力学发展
(1)1905年提出光量子假说，解决经典物理学无法解释的光电效应问题。
(2)1921年因光电效应研究而获得诺贝尔物理学奖，他的研究推动了量子力学的发展。
3．其他成就
在宇宙学、统一场论等领域取得重大研究成果。
[易混易错]
爱因斯坦的相对论是现代物理学的标志，而吹响现代物理学第一声号角的是量子论。相对论广博，量子论实用并且最早用于技术研究，如果说相对论作为时空的物理理论从根本上改变了人们以往的时空观念，那么量子论则在很大程度上改变了人们的实践。
深化探究
材料　在20世纪，我们极其幸运地目睹了我们世界的物理图像的两次重大革命。第一次革命推翻了我们的空间和时间观，把两者结合为我们现在称之为时空的东西，人们发现这种时空以一种微妙的方式弯曲着，从而引起人们早就熟悉的、无处不在而又神秘的引力现象。第二次革命完全改变了我们理解物质和辐射本性的方式，给了我们一种实在的图像……——《爱因斯坦创造了什么样的人类奇迹》
思考　结合爱因斯坦的科学成就及影响，阅读上述材料回答：
(1)材料中被推翻的“我们的空间和时间观”是指什么？
(2)“我们现在称之为时空的东西”是指什么？
(3)概括爱因斯坦的科学成就对现代科技的影响。
答案　(1)以牛顿经典力学为基础建立起来的静止的、绝对的时空观。
(2)以相对论为基础建立起来的时空观。
(3)狭义相对论为原子能的利用奠定了理论基础；广义相对论推动了天体和宇宙演化的观测研究，奠定了宇宙航行等科学的理论基础。
三、为人类和平进步而斗争
1．捍卫和平
(1)一战时：在仅有四人参加的反战宣言上签字。
(2)一战后：致力于恢复各国人民的相互谅解，并为此到法、英、荷等国奔走。
(3)30年代：开始呼吁各国人民为和平而斗争。
(4)二战中：为美国用原子弹轰炸日本城市终生遗憾。
(5)二战后：致力于防止核战争，亲自领导组织了“原子科学家非常委员会”。
2．评价
(1)爱因斯坦创立的相对论是人类认识自然过程中一次质的飞跃，这个理论已经成为原子能科学、宇宙航行等科学的理论基础。
(2)如果没有爱因斯坦，原子能发电站、宇宙飞船等现代科技或许还在探索之中。
[教材互补]
为了人类获得永久的和平，爱因斯坦一度建议联合建立一个“世界政府”，或者把联合国改组为世界政府。这种美好的愿望虽然是不现实的，但他作为一个具有强烈正义感和社会责任感的“世界公民”却是真实的。(北师版)
深化探究
材料　爱因斯坦余生的大部分精力都用来纠正他所犯的这个“最痛心的错误”。1947年，他在联合国大会上说道；“今后若干年内，自然科学家的态度将决定人类文明的命运。人类终于懂得，当前的任务是什么，这就是寻求谅解，为的是实现各国人民间、不同信仰的各民族间的彻底谅解。”——《阿尔伯特·爱因斯坦：不允许自己沉默》
思考　结合爱因斯坦的社会活动，阅读上述材料回答：
(1)爱因斯坦“最痛心的错误”指什么？
(2)爱因斯坦如何看待科技与人类社会的相互关系？
(3)爱因斯坦身上体现了哪些优秀品质？
答案　(1)建议美国总统罗斯福研制原子弹，成为美国原子弹研究的发起人之一。
(2)从全人类的立场看待科技进步，反对科技的滥用。
(3)坚持献身科学的理想主义；维护正义、反对法西斯和强调以人为本的强烈社会责任感；不迷信权威、不惧怕困难、不计名利；独立自主、自由思考、刨根问底地追求科学真理。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1．“他打破绝对静止的时空观，改变着人们看世界的角度和方式；他爱好和平反对战争。”文中的“他”是指(　　)
A．牛顿 B．达尔文
C．爱因斯坦 D．普朗克
答案　C
解析　爱因斯坦建立相对论，揭示了空间和时间的可变性，打破了绝对静止的时空观，是人类思想发展史上的一次根本性变革。
2．关于爱因斯坦的说法不正确的是(　　)
A．1879年出生于德国
B．由于品学兼优，受到老师的欢迎
C．1905年他发表了《论物体的电动力学》
D．具有刻苦钻研的科学精神
答案　B
解析　爱因斯坦上中学时由于总爱提出一些难以回答的问题而不受老师欢迎。
3．普朗克曾这样评论爱因斯坦的科学成就：“这个原理在物理世界上所引起的革命，只有哥白尼世界体系的引入才能与之相提并论。”文中的“这个原理”是(　　)
A．相对论 B．日心说
C．量子假说 D．万有引力定律
答案　A
解析　相对论树立了全新的时空观、运动观和物质观，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，故A项符合题意；B项是哥白尼的科学成就，C项是普朗克的科学成就，D项是牛顿的科学成就。
4．20世纪初，物理学本身发生了一场革命性的变化。下列选项中推动这一变化的是(　　)
A．电的发明和利用 B．量子论的提出和发展
C．经典力学的发展 D．原子能在军事上的应用
答案　B
解析　解答本题的关键是抓住题干提供的时间“20世纪初”。电的发明和利用是在19世纪；经典力学是在17世纪末；原子能在军事上的应用是在20世纪四五十年代。
5．爱因斯坦对待原子弹的态度前后貌似矛盾，实则相同。爱因斯坦主张制造和销毁原子弹都是为了(　　)
A．人类和平 B．拯救犹太人
C．摧毁法西斯 D．证明其理论的科学性
答案　A
解析　爱因斯坦因忧虑纳粹德国提议率先研制成原子弹，以制止战争，销毁原子弹则是为了
消除核威胁。都是为了人类和平，故选择A项。
[学思之窗]
1．提示　爱因斯坦的科学创新体现了向权威挑战、大胆质疑、追求真理的精神。
2．提示　爱因斯坦热爱科学，也热爱人类。他没有因为埋头于科学研究而把自己置于社会之外，一直关心着人类的文明和进步，并为之顽强、勇敢地战斗。他说过：“人只有献身于社会，才能找出那短暂而又有风险的生命的意义。”他自己正是这样去做的。
3．提示　对爱因斯坦来说，生命的意义在于设身处地地替别人着想，忧他人之忧，乐他人之乐，并竭尽全力为改善人类境况而奋斗。
[学习延伸]
2．提示　(1)科技进步具有双重作用，可用来自我毁灭，也可造福人类。科技造成的灾难实际上是其应用者——特定的制度体系造成的。科学的发展为战争杀伤力增强创造条件，威胁世界和平。因此，他积极致力于防止核战争。
(2)没有变化。爱因斯坦建议造原子弹的目的是为了制止战争。
(3)爱因斯坦不仅是一位伟大的科学家，还是一位具有正义感的社会学家，他的言行反映了他的社会良知和对人类和平与进步的关心。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
[基础达标]
1．爱因斯坦是历史上继牛顿之后最伟大的科学家之一，他在1905年发表的五篇论文涉及分子动力论、相对论和量子理论，为日后的诸多技术奠定了基础。关于爱因斯坦孜孜不倦地探索科学的动机，正确的是(　　)
①财富　②名声　③好奇心　④科学的美　⑤研制原子弹　⑥创造神话
A．①② B．③④
C．①⑥ D．②⑤
答案　B
解析　科学家探索科学的动机，不为名，不为利，只是出于科学的好奇心和对科学的美的追求；至于⑥只是特殊时期的产物，⑤则与科学探索无关。
2．在相对论创立之初，法国著名物理学家朗之万曾说，全世界只有12个人能懂相对论。爱因斯坦关于相对论的第一篇论文是(　　)
A．《关于光和色的新理论》 B．《自然哲学中的数学原理》
C．《论物体的电动力学》 D．《广义相对论的基础》
答案　C
解析　A项和B项都是牛顿的作品，D项把狭义相对论扩大为广义相对论；《论物体的电动力学》标志着狭义相对论的提出。
3．相对论的提出推动物理学发展到一个新的高度，依据是(　　)
①相对论从本质上修正了由狭隘经验建立起来的时空观
②相对论深刻地揭示了时间和空间的本质属性　③将牛顿力学概括在相对论力学之中　④将人类对客观规律的认识开始从宏观世界深入到微观世界
A．①②③ B．①③④
C．③④ D．②③
答案　A
解析　④是量子论的重大意义，故应排除。
4．爱因斯坦是20世纪科学革命的发动者和主将，他的研究成果十分丰富。以下研究成果属于爱因斯坦的有(　　)
①狭义相对论　②广义相对论　③光量子假说　④光的本质学说
A．①②③④ B．①②③
C．①② D．②③
答案　B
5．1931年“九一八事变”后，爱因斯坦向各国呼吁采取联合的经济制裁制止日本对华侵略；20世纪30年代，当战争阴影在德国呈现时，爱因斯坦呼吁各国人民为和平而斗争。这些行动表明爱因斯坦是一位(　　)
A．极端的民族主义者
B．极具正义感的社会活动家
C．狂热的爱国主义者
D．创造能力极强的科学家
答案　B
解析　本题考查学生的分析理解能力。爱因斯坦不仅是一位伟大的科学家，还是一位具有正义感的社会活动家，时刻关心人类的和平与进步。
[能力提升]
6．阅读下列材料：
材料一　20世纪初，爱因斯坦从相对论出发提出著名的质能关系式E＝mc2，这为核开发提供了理论基础。
材料二　德国十分重视这一理论的军事价值，在相关研究中处于领先地位。第二次世界大战爆发之后，爱因斯坦向美国总统罗斯福建议，应抢在德国之前研制出原子弹。
材料三　美国政府于1945年8月投放原子弹到日本广岛、长崎，造成平民伤亡严重。爱因斯坦得知后，非常痛心，他说，致信罗斯福提议研制核武器，是自己一生中最大的错误和遗憾。他甚至懊悔当初从事科研。
请回答：结合上述材料，分析爱因斯坦的做法究竟是对还是错？从中我们得到什么启发？我们应怎样对待科学的发展？
答案　(1)爱因斯坦基于他对维护人类和平的热忱而做出上述举动，也是正确的。
(2)启发：科学研究应用于促进社会发展、保持人类和平等方面；科学对军事技术进步的推动作用巨大，有时能起到以暴制暴，从而换取和平的作用；科学研究的初衷，与其后的实际应用效果之间可能会出现较大偏差等。
(3)态度：科学的发展本身是客观而不受任何利益集团左右的。我们应以理性的态度来看待科学的发展，既要努力学习，进一步推动科学发展，同时也要控制科研成果的实际应用，使其向着保护人类的方向发展。
解析　本题属于开放性问题，应鼓励学生畅所欲言，答案不求唯一。对爱因斯坦的做法和认识可从其主观目的即维护世界和平方面考虑；科技的发展具有双重作用，我们应尽量趋利避害，使其为人类和平进步事业的发展做出贡献。
7．阅读下列材料：
在一片“牛顿被推翻了”的叫喊声中，爱因斯坦说：“可是人们不要以为，牛顿的伟大工作能被这一理论或者任何别的理论代替。他伟大而明晰的观念，作为自然哲学领域里整个近代概念结构的基础，将永远保持它独特的意义。”——《巨人百传丛书——爱因斯坦》
请回答：为什么人们认为“牛顿的伟大工作”会被相对论代替？材料中爱因斯坦的回答体现了他怎样的人格魅力？
答案　理由：以牛顿力学为代表的经典物理学陷入危机，相对论突破了经典力学的绝对时空观，揭示了时间和空间是相对的本质属性(或形成系统而科学的时空观、物质观)。魅力：谦逊、宽容、理性等。