二 影响世界发展进程的科学巨人 教案 (2)

专题六　杰出的中外科学家
第二分专题
影响世界进程的科学巨人
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专题七
近代以来科学技术的发展
【课标要求】
了解牛顿、爱因斯坦等人的成长历程及主要科学成就，认识他们在社会发展中的作用。
【教学重难点】
重点：了解牛顿、爱因斯坦成长的历程及主要科学成就，认识他们对科学及社会发展所产生的巨大推动作用。
难点：正确理解科学技术与社会发展的辩证关系。
【教学过程】
一、牛顿：宇宙定律的发现者
英国诗人波普曾经这样写道：自然界和自然规律，隐藏在黑暗中，上帝说：让牛顿出生吧！于是，一切都变得光明。
　有一天，牛顿在茶园里思考引力问题的时候，一个苹果从树上落下来。受到苹果落地的启发，牛顿心中豁然开朗：为什么苹果总是垂直落向地面呢？为什么苹果不向外侧或向上运动，而总是向着地球中心运动呢？这肯定是有一个向下的力拉着它，而且这个向下的拉力必须指向地球中心，而不是指向地球的其他部分，所以苹果总是垂直下落，或者总是朝向地球的中心。苹果砸头居然砸出了伟大的万有引力定律，真是得来全不费功夫！牛顿真有这么好的天赋吗？在灵感突发的背后又隐含着多少心血和汗水、思考与探索？
（一）、牛顿成长历程
1、少年时代：出生在英格兰的自耕农家庭，喜欢读书、沉思、做实验
2、大学时代：1661年，牛顿进入剑桥大学三一学院。在大学阶段，得到巴罗教授的赏识和指导，被引进近代自然科学的殿堂，后为研究生。1665年，大学毕业后留在大学研究室。
3、乡下时光：在自然科学领域内的思考，为其一生的重大科学发现奠定了坚实的基础。
被称为“近代科学开创者”的牛顿为人类社会的发展做出了巨大的贡献。他的科学成就为现代科学的发展奠定了基础。
（二）、牛顿的科学成就
　　1、物理学：创立经典力学
经典力学的主要内容：万有引力定律和牛顿三大定律（惯性定律、加速度定律、作用与反作用力定律）
意义：
（1）牛顿力学体系完成了物理学发展史上第一次大综合，其标志就是他于1687年所发表的巨著——《自然哲学的数学原理》。
（2）人们把牛顿力学体系的建立当作近代科学体系形成的标志。
（3）为近代天文学奠定了基础，对以后的天体研究起了极大的推动作用；
另外，牛顿力学理论能够预见新的物理现象，并能以天文观测或试验论证其正确性，如：海王星的发现过程。
　　2、天文学：牛顿用万有引力定律说明，天上的星体运动和地面上的物体运动都受到力学规律的支配，并采用数学的方法，精确地计算和解决天体运动问题。
3、数学：发现二次项定理，创立了微积分，开辟了数学新纪元。
　
4、光学：牛顿发现白光是由各种不同颜色的光组成的。他制成第一架反射望远镜，提出了光的“微粒说”。
　　
◆牛顿获得巨大成就的原因
　　⒈主观条件：
善于思考与观察的学习习惯；虚心好学的学习态度；严肃的科学态度；
　　科学的研究方法；勤奋的探索精神；善于吸收前人的研究成果（“如果说我看得远，那是因为我站在巨人的肩上”例如：伽俐略、开普勒、笛卡尔）　　
⒉客观条件：①西欧思想解放运动提供思想基础；②英国资产阶级革命的洗礼；③前人的研究成果为牛顿提供很好的条件；④社会经济的发展为理论研究提供物质基础又对理论发展提出迫切要求。
（结合课本155页的学习思考：17世纪中期，欧洲历史正处于一个巨大的转折和变化时期。当时英国正处在资产阶级革命的风暴中；欧洲的启蒙运动也在发动阶段。而在自然科学方面，哥白尼的“太阳中心说”，伽利略的自由落体定律和加速度概念，开普勒、布鲁诺、培根等科学家的发现，都预示着科学界一个革命时代的来临。）
（三）、晚年的牛顿
　1、政治地位提高：1689年，他被选为英国议会中的大学代表，后被封为贵族。
2、兴趣转变：转向政治、神学等问题
　　
40岁以后，他把兴趣逐渐转向政治、化学（贱金属变成黄金）、神学问题，写了近200万言的著作，毫无价值。晚年的牛顿开始致力于对神学的研究，他否定哲学的指导作用，虔诚地相信上帝，埋头于写以神学为题材的著作。当他遇到难以解释的天体运动时，竟提出了“神是第一推动力”的谬论。他说：“上帝统治万物，我们是他的仆人而敬畏他、崇拜他。”
　3、逝世：1727年在伦敦逝世，被安葬在威斯敏斯特大教堂　
他在辞世之前曾简短地评价过自己：
　“我不知道世人怎样看我，但我自己以为我不过像一个在海边玩耍的孩子，不时为发现比寻常更为美丽的一块卵石或一片贝壳而沾沾自喜，至于展现在我面前的浩瀚的真理海洋，却全然没有发现。”
　　英国著名诗人在他的墓碑上镌刻着铭言：让人们欢呼这样一位多么伟大的巨匠，人类荣耀曾经因他而在世界上存在过。
　　1942年爱因斯坦为纪念牛顿诞生300周年而写的文章，对牛顿的一生作如下的评价：“只有把他的一生看作为永恒真理而斗争的舞台上一幕才能理解他。”
　　阅读教材，结合以上材料，就应该怎样评价牛顿谈谈你的看法。
　（四）评价牛顿
　“金无足赤，人无完人”，瑕不掩瑜。
牛顿终归是伟大的牛顿，他的科学贡献将永载史册。
　牛顿是英国物理学家、天文学家、数学家和自然哲学家，是经典力学建立者，是近代科学之父；
　他创建了经典力学的理论体系，在光学、数学、天文学研究方面也做出划时代发明和发现；
　牛顿是17世纪科学革命中所涌现出来最伟大的科学家，也是人类历史上最伟大的科学家之一。
二、
爱因斯坦：追寻空间和时间的本质
成长经历
1、出生：1879年出生在德国一个经营电器作坊的犹太人家庭中。　
2、中学：因厌恶德国学校的军国主义教育，自动放弃学籍和德国国籍，只身去了意大利米兰。
3、大学：1896年，进入大学学习物理学，毕业后利用业余时间开展科学研究
4、工作：担任瑞士伯尔尼专利局技术员。
5、逝世：1955年，病逝。
（二）科学成就
1、创立狭义相对论（1905年提出）　
狭义相对论认为时间不是绝对的（即固定不变的）。爱因斯坦指出，随着物体（观察者所见到的）线性运动速度的加快，时间会变慢。使用同步原子钟已证实了这个结论的正确性，将一个钟表留在地面上，而携带另一个以很快速度移动（如在喷气式飞机上），随后进行比较，静止的钟表总比另一个稍微快一点。
什么是狭义相对论？
相对论的例子：一卷录音带，如果在地面上播放需要一个小时；在快速飞行的宇宙飞船里播放，宇宙飞船里的人测定也是一个小时。但是由地面上的人员，来测定在宇宙飞船中播放的时间呢？根据牛顿的理论，因为时间是绝对的，所以也是一小时；但是爱因斯坦的理论则认为应该是一个多小时，因为时间是相对的，在不同速度下测量时间，长度是不一样的。
爱因斯坦1905年提出的相对论，后来称作狭义相对论，以光速永不改变、相对性原则来推论，得到“时间”会因速度快慢而改变的结论。
2、广义相对论（1916年提出）
1915年，爱因斯坦发表了他的广义相对论。他解释了引力作用和加速度作用没有差别的原因。他还解释了引力是如何和时空弯曲联系起来的，利用数学，爱因斯坦指出物体使周围空间、时间弯曲，在物体具有很大的相对质量（例如一颗恒星）时，这种弯曲可使从它旁边经过的任何其它事物，即使是光线，改变路径。
意义：相对论的创立为人们认识宏观宇宙打开了一扇新的窗口，它与量子理论一起构成了现代物理学的两大支柱，奠定了现代物理学的基础，为物理学的发展带来革命性的变化。
“相对论”妙解：
有一次，群众包围了从德国移居美国的科学家爱因斯坦的住宅，要他用“最简单的话”解释清楚他的“相对论”。当时，据说全世界只有几个高明的科学家看得懂他关于“相对论”的著作。爱因斯坦走出住宅，对大家说：“比方这么说——你同你最亲的人坐在火炉边，一个钟头过去了，你觉得好像只过了5分钟！反过来，你一个人孤孤单单地坐在热气逼人的火炉边，只过了5分钟，但你却像坐了一个小时。——唔，这就是相对论！”
时间与永恒：
由于相对论的观点与人们的日常经验不太一致，甚至有着尖锐的冲突，相对论从一开始就受到包括一些科学家在内的很多人的反对。1921年爱因斯坦获得了诺贝尔奖，当时不少德国的诺贝尔奖获得者威胁说，如果给相对论授奖，他们就要退回已获得的奖章，结果评选委员会只好让爱因斯坦作为光电效应理论的建立者得奖，相对论始终没有获得诺贝尔奖。但相对论在物理学上却非常合理且为实验所证实。
上述现象说明了什么问题？给我们什么启发？
　
说明：像许多事物一样，科学的发展道路也并非一帆风顺，往往会遇到很多阻力。
启示：要敢于怀疑常识，勇于创新，因为即使生活中习以为常、看起来无懈可击的规律也可能是不科学的。
　　接下来我们通过几个例子让同学们了解爱因斯坦的科学理论在现实生活中的应用。
电脑显示器：在短促的瞬间，电子显像在显示屏上——这正好符合爱因斯坦的狭义相对论。
精准的激光：当你到超市购物，你手里的每一件商品条形码也得益于爱因斯坦的激光理论，只有激光才能准确读出条形码中的编码。
数码相机：假期你和家人轻松郊游。当你打开数码相机，准备摄下家人温馨的笑容时，要先感谢爱因斯坦。从镜头飞进来的光子会把半导体里的电子挤走，这同样利用了光电效应。
控制X射线的能量：你长了一个肿瘤，幸亏是良性的，但因长在胸腺上，手术后需要放射治疗。医生在为你实施放射治疗前，需要估计X射线可能对你细胞造成的伤害，根据就是爱因斯坦的E=mc2（即能量=质量乘光速平方）。据此理论人们造出原子弹、氢弹的同时，也治好你的胸腺瘤。
3、在物理学其他领域也有很大贡献：质能关系、量子统计、光子理论
（三）、捍卫和平
　　爱因斯坦一心希望科学造福于人类，但他却目睹了科学技术在两次世界大战中所造成的巨大破坏。因此，他认为战争与和平的问题是当代的首要问题，除科研成果之外，他一生中发表得最多的也是这方面的言论。
　　1939年8月2日，爱因斯坦出于对人类命运的极大关注，写信给罗斯福总统，建议美国务必抢在法西斯德国之前制造出原子弹。
　　1945年8月，美国先后在日本的广岛、长崎投下两颗原子弹，加速了日本法西斯的投降，但对无辜平民的伤害也同样令全世界震惊。爱因斯坦陷入了巨大的后悔与痛苦之中，自认一生最大错误就是建议研制原子弹。
爱因斯坦想依靠原子弹战胜法西斯国家，结束战争，但原子弹完成它的使命后，他本身又成为严重威胁人类安全的因素。
　　他痛心地说：“早知如此，我宁可当个修表匠！”。战后，爱因斯坦为开展反对核战争的和平运动进行了不懈斗争。他说过一句很有名的话：我不知道第三次世界大战用什么武器，但是第四次世界大战人们将只会用木棒和石头打仗了。
——爱因斯坦
从这件事中，我们能得到什么启发？我们应如何对待科学的发展？
科学的双重性——科学技术本身是一把双刃剑。科技能造福人类，推动生产力水平的提高，但如果运用不当，也能危害人类，成为毁灭人类的力量。今天科学技术的威力不得不让我们关注科技利用问题和科学技术的伦理道德问题。合理利用科技已成为人类社会发展的必要条件。
　三、科学改变世界
1、科学成为促进社会经济结构和上层建筑变革的重要力量。2、为丰富人们的精神生活、提高科学文化和社会管理水平、促进人类精神文明，创造了有利条件。
四、评价爱因斯坦
爱因斯坦是世界历史上继牛顿之后最伟大的科学家。他创立了狭义相对论和广义相对论，标志着物理学的重大突破，在科学发展的道路上矗立起一座新的里程碑。
◆试比较相同时期近代科技在中国和欧洲出现不同结局的原因。（世纪金榜82页第12题）