第11课 物理学的重大进展 学案 (4)

第11课
物理学的重大进展
学案
[课标要求]　
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；知道相对论、量子论的主要内容，认识其意义。
[预习导学]
一、经典力学
1．背景
(1)
的影响：不仅解放了人们的思想，也对科学研究产生了重要影响。（文艺复兴运动）
(2)伽利略的贡献
①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发现了自由落体定律等物理学定律，开创了以
为根据并具有严密逻辑体系的近代科学，为经典力学的创立和发展奠定了基础。（实验事实）
2．建立
(1)标志：1687年，牛顿出版了《
》一书。（自然哲学的数学原理）
(2)内容：物体运动
和
等。（三大定律、万有引力定律）
(3)特征：①以
为基础。②以数学为表达形式。（实验）
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
等。（海王星）
[误区警示]
伽利略的杰出成就为牛顿经典力学的创立奠定了基础，标志着物理学的真正开端；牛顿力学体系的建立标志着近代科学的形成，是经典物理学的基础。
二、相对论的创立
1．背景：19世纪，随着物理学研究的进展，
无法解释研究中遇到的一些新问题，面临着挑战。（经典力学）
2．创立：20世纪初的德国物理学家
提出了相对论。（爱因斯坦）
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，同时，空间和时间也会随着物体运动
的变化而变化，即会发生
和钟慢效应。（速度、尺缩效应）
(2)广义相对论：空间和时间的性质不仅取决于物质的
情况，也取决于物质本身的
状态。（运动、分布）
4．意义
(1)相对论的提出是
领域的一次重大革命。（物理学）
(2)它否定了
的绝对时空观，深刻地揭示了时间和空间的本质属性。（经典力学）
(3)它也发展了牛顿力学，将其概括在相对论力学之中，推动物理学发展到一个新的高度。
[误区警示]
正确认识相对论和牛顿力学的关系：爱因斯坦的相对论只否定了牛顿的绝对时空观，没有否定整个牛顿力学。牛顿力学是相对论力学在低速状态下的一个特例。牛顿力学是整个力学的基础，牛顿所提出的概念，至今仍指导着我们的物理学思想。相对论发展了牛顿力学，打破了传统的绝对时空观。
三、量子论的诞生与发展
1．背景
(1)19世纪末20世纪初，电子和放射线的发现，人们对物质的认识深入到了原子内部。
(2)大量的实验表明，
运动不能用经典力学的理论来说明。（微观的粒子）
2．诞生：
年，德国物理学家普朗克提出了量子假说，认为辐射像物质一样，是由具有能量的基本单位
来实现的。（1900、量子）
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
提出了有关原子的量子理论。（玻尔）
(3)20世纪30年代，
建立起来。（量子力学）
4．意义
(1)使人类对
的基本认识取得革命性的进步。（微观世界）
(2)与
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。（相对论）
(3)推动了物理学自身的进步，而且开阔了人们的视野，改变了人们认识世界的
。（角度和方式）
[误区警示]
爱因斯坦的相对论仍然是对宏观世界的探究与认识，而量子论的提出使人类对世界的研究进入微观世界。
[课堂讲义]
主题一　牛顿经典力学
1．为什么说伽利略是经典力学的奠基者？
伽利略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，为后来经典力学的创立和发展奠定了基础。
2．经典力学的历史地位
(1)把自然界中一切力学现象囊括在力学体系中，成为人类认识自然的过程中对自然规律的第一次总结与概括。
(2)形成以实验为基础、以数学为表达形式的牛顿力学体系，即经典力学体系，标志着近代科学的形成和人类科学时代的开始。
(3)牛顿力学和热力学引发了第一次工业革命，使人类社会进入蒸汽时代。
(4)牛顿用数学方法精确描述宇宙运行的自然法则，为法国启蒙思想和唯物主义哲学奠定了科学基础，打击了神学，促使人类思想不断解放。
3．西方近代科技的特点
(1)科学研究主要运用实验方法，运用概念进行判断推理。
(2)科学研究的重点是对事物及规律的探索。
(3)出现了科学应用，建立起了物理、化学学科体系。
4．科技发展、思想解放、资本主义发展三者之间的关系
(1)思想解放促进了科技发展，科技发展又推动了思想解放。
(2)资本主义发展是科技发展的物质基础，科技发展又推动了经济的迅速发展。
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……伽利略对科学的贡献就在于毁灭直觉的观点而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　长期以来，人们一直认为彗星是神秘的，根本不能用科学来说明。牛顿说，既然彗星也是天体，就必然遵循力学规律。他的好友哈雷用牛顿力学算出了1682年出现的彗星的轨道，指出它的回归周期是75～76年，由此预言它将在1758年再次出现……1758年这颗彗星果然如期出现，因此被命名为哈雷彗星。
——《百度文库》
(1)依据材料一，结合所学知识指出爱因斯坦所说的“伽利略的发现”是什么？分析这一发现的意义。
①发现了自由落体定律，确定匀速运动和匀加速运动这两个新概念。
②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)材料二中的牛顿力学是牛顿何时创立的，其内容有哪些？
①牛顿力学是牛顿在1687年出版的《自然哲学的数学原理》一书中提出来的。
②其内容包括物体运动三大定律和万有引力定律等。
(3)材料二中“哈雷用牛顿力学算出了1682年出现的彗星的轨道”，这体现出经典力学的什么特点？
以实验为基础；以数学为表达形式。
(4)结合材料说明经典力学的创立有什么意义？
经典力学体系对解释和预见物理及天文现象，具有决定性意义。如根据万有引力定律，人们发现了海王星等。
[方法总结]
形象理解万有引力定律
苹果落地，牛顿思考它的原因
牛顿从苹果落地这一日常现象发现地球引力作用，从而发现了万有引力定律。
主题二　现代物理学的发展
1．相对论和量子论产生的意义
(1)量子论与相对论一起，构成了现代物理学的两大支柱。经典物理学所适用的主要是我们日常生活中的物理现象，但在宏观的宇宙世界和微观的粒子世界面前，就显得不太够用了。
(2)量子论的形成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。同时在量子论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科学的发展。
(3)相对论的提出否定了经典力学的绝对时空观，从本质上修正了由狭隘经验建立起来的时空观，深刻揭示了时间和空间的本质属性，推动物理学发展到一个新的高度。
(4)总之，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，构成了现代物理学的基本理论框架。
2．牛顿力学体系与爱因斯坦相对论的关系
(1)爱因斯坦的相对论否定了牛顿的绝对时空论，并非全盘否定牛顿力学。牛顿力学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。
(2)牛顿、爱因斯坦都为物理学的发展作出了巨大贡献，推动了近现代自然科学的发展。
材料一　牛顿先生，很抱歉推翻了您的理论，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，当我们对宇宙万物有了更深入的了解以后，这些观念将会被一些更抽象的新观念所取代。
——爱因斯坦
材料二　20世纪初，相对论和量子理论出现，它们掀起了物理学革命，构成了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。
——《世界文化简史》
(1)材料一中爱因斯坦以什么理论“推翻”了牛顿的理论？这一理论的内容是什么？是对牛顿力学的完全否定吗？
①相对论。
②内容：物体运动时，质量会随着物体运动速度增大而增加，同时，空间和时间也会随着物体运动速度的变化而变化，即会发生尺缩效应和钟慢效应。
③不是。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。
(2)材料二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”？
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。
(3)量子力学的产生和相对论的产生有什么共同点？这说明了什么？
①共同点：从背景上看，19世纪末，物理学的新发现对经典力学的绝对时空观提出了挑战。从产生过程看，第一，都是科学大师们敢于向权威挑战，追求真理的结果。第二，都经历了一个产生、发展、完善的过程。
②说明：社会意识是一定的社会存在的反映；任何事物的产生和发展都要经历一个曲折的过程。
[方法总结]
图示法理解物理学的发展