《物理学的重大进展》
近现代物理学发展史是一部一代代物理学家精心实验观察、大胆质疑、开拓创新、发现真理、坚持真理、推动人类文明前进的历史。伽利略以其勤奋、执著和智慧开创了科学实验的道路，开启了物理学的科学研究大门；牛顿站在巨人的肩膀上，集前人之大成奠定了经典物理学的基石；20世纪以相对论和量子力学为基础的现代物理学的发展，使人类的视野既深入到微观世界，又延伸到宇宙深处。现代物理学的广泛应用使人类文明进入到一个日新月异迅猛发展的时代。可以说物理学奠定了现代人类文明发展的基础。
本课分三小目介绍了从16世纪末17世纪初到19世纪末20世纪初物理学的每一次重大进步。第一目“经典力学”讲述伽利略进行科学研究的背景，他在物理学方面和天文学方面的重大贡献和意义；牛顿经典力学建立的背景及概况，经典力学建立的标志及其显著特征，还分析了经典力学建立的重要影响。第二目“相对论的创立”分析了相对论提出的历史背景，讲述了相对论的提出及其主要内容，分析了相对论提出的历史意义。第三目“量子论的诞生与发展”首先分析量子论诞生的背景，接着介绍了量子论的诞生和发展及量子力学，最后分析了量子论及其影响。
【知识与能力目标】
1、识记伽利略、牛顿、爱因斯坦、普朗克等物理学家对物理学发展所作出的重大成就；
2、理解经典力学在近代自然科学理论发展中的历史地位；相对论和量子论诞生的原因、意义；探究经典力学体系的特点；
3、比较相对论、量子论与牛顿力学的关系。思考“日心说”与“地心说”相比的进步性，探究经典力学体系的特点、影响。
【过程与方法目标】
通过引导学生对近代以来物理学的重大发展的讨论和分析，培养学生运用历史唯物主义和辩证唯物主义观点分析、比较和评价历史问题的能力。
【情感态度价值观目标】
通过对伽利略等科学家不畏艰难追求真理的事例的讲述，培养学生勇于探索、执著追求和捍卫真理的优良品质，以及为理想献身的精神，对其进行正确的世界观和人生观的教育；
通过对近代以来物理学的重大发展的讲述，使学生认识到科学理论是不断完善、创新的，人类对客观规律的认识是不断深入的。
【教学重点】
伽利略对物理学发展的重大贡献；经典力学的建立；相对论的提出；量子论的诞生。
【教学难点】
物理学各阶段发展的原因。
本节课主要采用讲述和提问法进行，由于本课内容理论性较强，课堂上可多采用问题比较法、问题探究法，引导学生思考、讨论，进行教学，使学生从感知历史中不断积累历史知识，进而不断加深对历史和现实的理解过程；同时借助物理学方面比较丰富的课外资料、图片、人物等资料，注重探究学习，善于从不同的角度发现问题，积极探索解决问题的方法，养成独立思考的学习习惯。
【新课导入】
复习导入法——
从必修三第二单元《西方人文精神的起源及其发展》中文艺复兴运动的影响入手，联系文艺复兴以来西方科学事业的发展历程，指出近代的思想解放运到对科技的巨大推动作用。同时，近代自然科学不断冲破宗教神学的束缚，推动思想解放和社会变革，自然科学与社会科学相互促进。由此导入本课的学习。
【新课讲授】
一、近代物理学——经典力学
回顾必修三第二单元第6课文艺复兴背景的相关知识，补充中世纪的神学世界观对人们思想认识的束缚，思考：经典力学体系实在怎么样的历史背景下建立的？
教师引导学生从经济、思想等角度思考问题、分析问题，突破教学难点。
经济因素：14-17世纪，欧洲资本主义经济的不断发展；
思想因素：文艺复兴运动的推动，人文主义思想广泛转播；
主观努力：科学家的不懈探索。
鼓励学生阅读教材，分析科学家的努力有哪些？以伽利略、牛顿为例展开教学。
1、伽利略
（1）生平介绍——经典力学的奠基者
（2）成就
①创立科学的研究方法：实验和观察。
②物理学：实验证明力与运动状态的关系，发现自由落体定律等。
希腊学者亚里士多德认为地球上的物体运动有天然运动和受迫运动。他认为物体的受迫运动是推动者加于被推动者的，推动者一旦停止推动，运动就会立即停止。
伽利略首先运用理想实验的方式进行逻辑推理，从推理中发现物体下落的快慢和它的重量无关。伽利略设想，如果亚里士多德的观点是正确的，那么，让轻重不同的两个物体下落时，重的物体下落快，轻的物体下落慢。可是，把它们绑在一起让其下落会出现什么情形呢？按照亚里士多德的观点，绑在一起后的物体会比原来重的物体更重，所以它们就比重的物体下落得快。可是，从另一方面分析，绑在一起后，由于重的物体要带动轻的物体运动，它们应该比重的物体下降得慢一些。这显然是两个互相矛盾的结论。无论如何，绑在一起的两个物体只能以一个速度下落，而推理的过程又是完全正确的，因此推理的前提必然是错误的。伽利略由这个推理得出结论：物体下落的快慢与重量无关，所有物体下落快慢都是相同的。伽利略的研究表明，外力并不是维持运动状态的原因，而只是改变运动状态的原因。这是对古希腊哲学家亚里士多德以来有关运动观念的重大变革，为经典力学的建立奠定基础。他的发现以及他开始的科学研究方法，是人类思想史上伟大的成就之一，标志着物理学的真正开端。
③天文学：
自制望远镜观察天体并取得大量成果的第一人，证明了哥白尼“日心说”的正确性。哥白尼在1543年出版的《天体运动论》中，提出：太阳位于宇宙的中心，有五颗当时已知的行星和地球围绕太阳旋转，颠倒了1000多年的日地关系重新颠倒过来，引起了中世纪宇宙观的彻底革命，沉重打击了封建教会的神权统治。伽利略对哥白尼学说的传播和天文学的发展作出了重要贡献。1569年他自创了用以观察天体的第一架望远镜，从望远镜里他发现月球表面有高山深谷，并不是以前人们所说的月球表面是光滑的；木星有四颗卫星，很相似于行星绕着太阳转，他看到银河是由无数恒星组成的，还观察到哥白尼曾推论的金星有盈亏现象。
伽利略是力学的奠基者，他在世时曾预言“一门广博精深的科学已经启蒙。我在这方面的工作只是它的开始，那些比我更敏锐的人所用的方法与手段将会探索到各个遥远的角落。”那个比他更敏锐的人就是牛顿。在伽利略研究的基础上，英国科学家牛顿进一步研究，创立了经典力学体系。
2、牛顿
（1）生平介绍
牛顿（1642—1727）是著名的英国科学家，在物理学、数学、天文学等许多方面作出了卓越的贡献。牛顿出生于英国的林肯郡，1665年（23岁）毕业于著名的剑桥大学三一学院，获得学士学位。三年后（26岁）又获得文学硕士学位。1669年（27岁），开始担任三一学院的教授。牛顿最突出的贡献是在力学方面，他在前人的研究基础上，总结出了机械运动的三个基本定律，还发现了万有引力定律。在光学方面，牛顿也作出了巨大贡献。他在1666年用三棱镜分析日光时，发现了日光是由不同的颜色即不同波长的光构成的，奠定了光谱分析的基础，制作了牛顿色盘。他在1704年出版了《光学》一书，创立了光的“微粒说”。同时，他在热学方面也有研究成果，确定了冷却定律，这一定律表明：当物体表面与周围存在温度差时，单位时间内从单位面积上散失的热量与这一温度差成正比。在数学方面，他与莱布尼兹几乎同时创立了微积分学，同时，他还在前人研究基础上，建立了二项式定理。在天文学领域，他在1671年创制了反射望远镜，初步考察了行星的运动规律；他还解释了潮汐现象，并预言地球不是正球体，并由此说明了岁差现象。1687年，他发表了著名的《自然哲学数学原理》一书，用数学方式解释了哥白尼的学说和天体运动的现象，阐明了机械运动三定律和万有引力定律等。在哲学思想上，牛顿认为时间、空间是客观存在的，但同时也认为时间和空间同运动的物质是脱离的，相互之间没有必然的联系，进而提出了所谓的绝对时间和绝对空间的概念。牛顿曾经长期担任英国皇家学会会长，他还担任过英国议会议员，被授予爵士称号。
（2）成就
1687年牛顿发表《自然哲学的数学原理》，提出物体运动三大定律（惯性定律、比例定律、作用与反作用定律）和万有引力定律。
（3）特点
牛顿经典力学体系以实验为基础，以数学为表达形式。经典力学最显著的特征之一就是注重实验，实验可以进一步揭示客观现象和过程之间内在的逻辑联系，并由此得出重要的结论。另一个显著特征是它的数学化，这种数学化的根源是自然内在的数学关系。自然的数学结构是近代科学的先驱们深信不疑的真理。
（4）意义
①标志着经典力学的形成和自然科学的形成，推动了物理学自身的发展, 促进了近代自然科学的进步，为海王星、冥王星等的发现奠定了理论基础；
②冲击了宗教神学，推动了启蒙运动的发展和思想解放；
③推动了生产力的进步和资本主义的发展。
二、现代物理学——相对论和量子论
1、现代物理学产生的历史背景：
（1）19世纪科学得到了飞速发展；
（2）经典力学无法解释研究中遇到的一些问题，如高速运动的微观粒子等。
经典力学认为，时间和空间与物质运动无关，存在着绝对的静止和绝对的时间。这与人们的一般看法一致。但到了19世纪，经典力学无法解释研究中遇到的一些新问题，面临着挑战。
2、相对论的提出及主要内容：
相对论包含狭义相对论和广义相对论。
狭义相对论认为，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，即会发生尺缩效应和钟慢效应。
广义相对论认为，空间和时间的性质不仅取决于物质的运动情况，也取决于物质本身的分布状态。
【难点突破】利用图片演示“相对论与牛顿力学的关系”。
相对论打破了牛顿以来传统的绝对时空观，但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。牛顿力学是相对论的一种特例（物体低速运动状态），包括在相对论体系中。
3、意义：
（1）相对论的提出是物理学思想的一次重大革命，它否定了经典力学的绝对时空论，从本质上修正了由狭隘经验建立起来的时空观，深刻地揭示了时间和空间的本质属性。即：揭示了时空的可变性、时空变化的联系性，树立了新的时空观、运动观、物质观。这一理论被后人誉为20世纪人类思想史上最伟大的成就之一。
（2）爱因斯坦的相对论也发展了牛顿力学，将牛顿力学概括在相对论力学之中，推动物理学发展到一个新的高度。
19世纪经典物理学达到巅峰状态，在人们心目中，经典物理学已经达到近乎完美的程度。但是年轻的普朗克发现物理学恒爱有很大的发展空间。
量子论的诞生与发展
采用学生自学的形式，让学生自己去归纳学习要点。
1、诞生的背景：
（1）19世纪末20世纪初，电子和放射性的发现，打开了原子的大门，使人们对物质的认识深入到了原子内部；
（2）大量的实验表明，微观粒子的运动不能用通常的宏观物体的运动规律进行描述。量子论在这种背景下诞生。
2、量子论
结合20世纪初的国际环境，思考：量子论产生的时代背景？
理论条件：电子和放射线的发现；
思想条件：人们的科学思想进一步提升；
经济条件：社会经济迅速发展，社会生产力的需求。
（1）诞生：1900年，德国物理学家普朗克提出量子假说，宣告了量子论的诞生。
普朗克由于创立了量子理论而获得了诺贝尔物理学奖。
（2）发展：
①爱因斯坦利用量子论成功地解释了光电效应出现的现象及光的本质，进一步推动了量子论的发展；
②丹麦物理学家玻尔把量子论用于原子结构的研究，创立了原子结构的理论；
③经过这些科学家的共同努力，到20世纪30年代量子力学最终建立。量子力学是研究微观世界粒子运动规律的科学。
今天，我们的现代文明，从电脑，电视，手机到核能，航天，生物技术，几乎没有哪个领域不依赖于量子论。量子力学和狭义相对论结合形成原子核物理学，指导制造原子弹、氢弹和建立核电站。量子力学还为电子技术、半导体技术和激光技术等奠定了理论基础。
（3）影响：
①量子论使人类对微观世界的基本认识取得革命性的进步，成为20世纪最深刻、最有成就的科学理论之一；
②量子论与相对论一起构成现代物理学的基础，并弥补了经典力学在认识宏观世界和微观世界方面的不足；
③推动了物理学自身的进步，开阔了人们的视野，改变了人们认识世界的角度和方式。
【本课小结】
相对论和量子论是现代物理学的两大支柱，共同构成了经典物理学的基础。这两种理论的提出，解决了经典物理学在微观领域及宏观世界方面所面临的问题，改变了人们看世界的方式和角度，它们不仅对物理学本身，对自然科学，而且对人类的思维都产生了重大影响。
略。
课件19张PPT。科学勃兴 进展辉煌转化生产 科技革命文艺复兴 思想解放经典力学、相对论和量子论、进化论三次科学技术革命科技历程 回顾——中世纪的神学世界观对人们思想认识的束缚一、近代物理学——经典力学思考：经典力学体系建立的历史背景是什么？思想条件：经济条件：主观条件：文艺复兴的推动资本主义经济的发展科学家的探索成就：经典力学体系的建立阅读教材54-55，思考：经典力学体系的建立过程中哪两位科学家起到了关键的作用？他们在科学研究领域有哪些成就？一、近代物理学——经典力学1、 奠基——伽利略科学研究领域的成就：（3）开创近代科学的研究方法：观察实验和逻辑论证（1）物理学：力与运动状态的关系，自由落体定律（2）天文学：自制望远镜，证实了“日心说”对地球认识的变化 1609年，伽利略创制了天文望远镜。他观测到月球表面凹凸不平，并绘制了第一幅月面图。伽利略的折射式望远镜伽利略的手稿2、建立——牛顿（2）建立起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。（1）1687年，出版《自然哲学的数学原理》，提出运动三大定律和万有引力定律。科学研究领域的成就：物体运动+天体运动 依据牛顿的相关理论，科学家于1781年发现 “天王星”，1846年又发现“海王星”。 推动了生产力的进步和资本主义的发展。 冲击了宗教神学，推动了启蒙运动的发展和思想解放。3、经典力学体系的影响（3）经济发展：（1）自然科学：（2）思想认识： 标志着经典力学的形成和自然科学的形成，推动了物理学自身的发展, 促进了近代自然科学的进步，为海王星、冥王星等的发现奠定了理论基础。 19世纪科学飞速发展，经典力学体系的无法解释一些新问题。探究：近代物理学发展到现代物理学的历史背景？二、现代物理学——相对论和量子论自身局限：思想条件：主观条件：宏观、低速、绝对时空观生产力的进一步发展（两次工业革命）科学家的探索精神（怀疑、求真）启蒙运动的影响（理性主义）经济条件：自身需要：研究领域的拓展 物理学危机1、 现代物理学产生的历史背景2、成就之一：相对论探究：爱因斯坦的相对论对经典力学有哪些突破?（1）1905年，爱因斯坦提出狭义相对论和光速恒定假
设。（质量、空间、时间随着运动速度的变化而
变化，即尺缩效应和钟慢效应。）
（2）1916年，爱因斯坦提出广义相对论（时间和空间
的结构和性质不仅取决于物体的运动状态，也取
决于物质本身的分布状态，即时空可以扭曲。）狭义相对论：
打破了绝对时
空观，同时也
适用于物体高
速运动状态经典力学的局限：
适用于低速运动
状态绝对时空观广义相对论进一步深化了对时间、空间和引力现象的认识经典力学狭义相对论广义相对论影响：否定了经典力学的绝对时空观，弥补了经典力学在宏观物体高速运动研究的不足。相对论提出的历史意义（1）相对论的提出是物理学领域的一次重大革命，他否定了经典力学的绝对时空论，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。
（2）发展了牛顿力学，将牛顿力学概括在相对论力学之中，推动物理学发展到了新的高度。3、 成就之二：量子论量子论提出的历史背景是什么？理论条件：电子和放射线的发现人们的科学思想进一步提升思想条件：经济条件：社会经济迅速发展，社会生产力的需求量子论的发展历程 1900年，德国物理学家普朗克提出量子假说。①爱因斯坦利用量子理论成功解释了光电效应；
②玻尔提出了有关原子的量子理论；
③20世纪30年代，量子力学建立。（1） 诞生：（2） 发展：量子论的重要影响（1） 使人类对微观世界的认识取得重大进步，是20世纪最深刻、最有成就的科学理论之一；
（2） 量子论与相对论共同构成现代物理学的基础，弥补了经典力学在认识宏观世界和微观世界方面的不足；
（3） 改变了人们认识世界的角度和方式。
