第25课现代科学革命 导学案

第25课　现代科学革命

[课标要求]　知道相对论、量子论的主要内容，认识其意义。
课前案——梳理知识?强化双基
一、经典物理学的危机与爱因斯坦相对论
【主干知识】
1．经典物理学的成就
(1)在经典力学的基础上，19世纪物理学领域取得了长足的进步，把人类对自然界的认识推进到前所未有的深度和广度。
(2)人们把以 为代表的经典物理学看做绝对权威的理论。
2．经典物理学的危机
(1)19世纪末，物理学上出现的一系列新的发现，无法用经典物理学来解释，这使得经典物理学陷入了 ，面临着挑战。
(2)物理学面临危机的同时，也迎来了一场伟大的革命。
3．相对论的提出
(1)1905年，爱因斯坦发表《论动体的电动力学》一文，完整地提出了 。
(2)1916年，又建立了广义相对论。
4．相对论的主要内容：相对论的两个基本原理是 和光速不变原理。时间和空间都是物质存在的形式，时间、空间、运动、质量是相对的，可以互相转化。
5．相对论诞生的意义
(1)相对论的提出为物理学的发展带来了革命性的变化，成为现代物理学的一大支柱，爱因斯坦本人也成为继牛顿之后的最伟大的科学家。
(2)是物理学领域最伟大的革命，在很大程度上解决了经典物理学的危机，创立了一个全新的物理学世界，极大地扩展了物理学应用的领域。
(3)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。
【重点精讲】近代科技产生和发展的原因
（1）经济：商品经济的发展和资本主义生产关系的产生、发展是近代科技产生的前提和根本动力。
（2）政治：资产阶级民主政治的建立，为近代科技提供了自由发展的空间。
（3）思想：思想的解放为近代科技的发展去除了精神枷锁。文艺复兴、宗教改革和启蒙运动等思想解放运动的出现和发展，都为近代科技的发展创造了条件。
[深度点拨]
经典物理学的局限性
17世纪牛顿创立的经典力学，经后人不断补充发展，日臻完善。但是，经典物理学是以日常生活中常见的低速运动的物质为研究对象的，在这里，时间和空间被认为是绝对的，是与物质运动无关的因素。因此，一旦物理学研究的这种基础发生变化，如所研究的物质是以光速或接近光速运动时，经典物理学的某些结论就变得不准确了。
[重点精讲]
1．20世纪初，爱因斯坦提出的相对论，并没有使牛顿力学失去辉煌。因为任何自然科学都经历了从低级到高级的发展历程，相对论是对牛顿力学的发展，牛顿力学仍是现代物理学的重要基础，二者是继承与发展的关系，而不是相互排斥的关系。
2．为什么说相对论的提出是物理学领域的一次重大革命？
它否定了经典力学的绝对时空观，深刻地揭示了时间和空间的本质属性。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。
【重点精讲】光速不变原理
在狭义相对论中，指的是无论在何种惯性系中观察，光在真空中的传播速度都是一个常数，不随光源和观察者所在参考系的相对运动而改变。
二、量子理论中的微观世界
【主干知识】
1．提出和发展
(1)1900年， 提出了量子假说。
(2) 提出了光的量子理论，丹麦物理学家玻尔提出了原子的量子理论。在此基础上，量子力学建立起来了。
2．意义
(1)量子理论是现代物理学的另一大支柱，是20世纪最深刻、最有成就的科学理论之一，使人类对 的基本认识有了革命性的进步。
(2)量子力学对许多科学领域都产生了重大影响，带来了许多划时代的技术创新，直接推动了社会生产力的发展，从根本上改变了人类的物质生活。
[教材互补]
量子力学成为反映自然界基本规律的理论体系，指导着人们向物质运动的各个层面进行深入探讨。量子理论让人们从根本上改变了近代物理学中的传统观念，使物理学乃至整个自然科学的观念都发生了重大革命。(人民版)
[核心比较]
经典力学、量子理论和相对论之间的关系
(1)牛顿力学的创立为相对论的提出奠定了基础。
(2)相对论是对牛顿力学的继承和发展，否定了牛顿力学的绝对时空观，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。(3)量子理论和相对论的提出，使人们对物质世界的认识深入到微观领域和宏观宇宙世界。量子理论和相对论一起，构成了现代物理学的基础，开阔了人们的视野，改变了人们认识世界的角度和方式。
[归纳总结]
量子理论及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、原子核物理等学科的发展，标志着人类对客观世界的认识，开始从宏观世界深入到微观世界，开创了物理学的新纪元。
[归纳总结]
牛顿定律与爱因斯坦相对论的关系
(1)相对论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，深刻地揭示了时间和空间的本质属性。
(2)相对论同时也发展了牛顿力学，把牛顿力学概括在相对论力学之中，牛顿力学只是相对论力学在低速运动状态时的一个特例。狭义相对论是对牛顿力学的继承和发展。

课中案——合作探究·突破重难
探究点一 经典物理学的危机
材料 爱因斯坦与牛顿的对话(虚拟)：
爱因斯坦：你真伟大，你建立了牛顿力学框架体系，相对论中存在的问题都被你指了出来。
牛 顿：你比我更伟大，相对论在许多学科中有着广泛的应用，它和量子力学一起，已成为近代物理学的两大基础理论，相对论包容了我的三条运动定律及万有引力定律。
爱因斯坦：你我的理论都有瑕疵。
牛 顿：哪有十全十美的理论，大家不用我们的理论，他们没有别的理论可用，圣人、神仙也要犯错误，你我都是凡人，你我的身躯已经融入了自然界，但是，你我的灵魂还留在人间。
——毛民义：相对论网站
(1)根据材料探究牛顿力学体系与爱因斯坦相对论的关系。
(2)牛顿说“你我的灵魂还留在人间”，他们留给人类的“灵魂”是什么？





探究点二 爱因斯坦及其相对论
材料一 爱因斯坦说过这样的名言：“一个人对社会的价值首先取决于他的感情、思想和行动对增进人类利益有多大作用。” 20世纪最后一期的《时代》周刊也将其评选为“世纪人物”，称他为“天才、政治难民、人道主义者、原子和宇宙谜的开启者”“以其伟大的思想和无与伦比的形象独占鳌头”。
材料二 当原子弹从潘多拉魔盒里跳出来后，爱因斯坦痛心地说：“早知如此，我宁可当个修表匠！”爱因斯坦的懊悔，代表了人类良知的高度，是人类良心发出的最强音。
(1)依据材料一及所学知识，阐述这位伟大人物对人类的贡献。
(2)探究材料二中爱因斯坦关于原子弹的观点。
(3)从爱因斯坦话中分析，应如何对待科学的发展？






探究点三 量子理论产生的背景
材料：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。但大量实验表明，微观粒子的运动不能用通常的宏观物体运动规律来描述。经典物理学所研究的是具有相当的直观性，全都看得见、摸得着的所谓宏观物体，无法正确描述原子内部世界里的各种粒子。
科学家们为了总结热辐射的规律，推导出了两个公式。但这两个公式的计算结果总是和实验结果不相符合。

加热到不同温度的物体发出不同颜色的光
思考：上述材料说明经典物理学在19世纪末20世纪初面临怎样的“尴尬”？是怎样解决的？






探究点四 量子理论的主要内容和意义
材料一　有人认为：“量子力学成为反映自然界基本规律的理论体系，指导着人们向物质运动的各个层面进行深入探讨。”
材料二　普朗克提出了量子理论假说后，因为思想僵化，不但不敢相信自己的理论，反而把自己提出的理论收回去。1900年，43岁的普朗克发表了他划时代的革命性的量子假说。但是他“想方设法要把量子假说纳入经典物理学理论中去，然而终归徒劳”。这些徒劳无益的做法持续了许多年，花费了他不少心血。
思考：(2)你同意材料一中的观点吗？为什么？
(3)从材料二中你可以得到怎样的启发？对新与旧的事物我们应该采取怎样的一种态度？









课后案——应用拓展·能力提升
一、选择题
1.哥白尼、牛顿和爱因斯坦被称为近代以来最伟大的科学家,其理论的共同之处是(　　)
A.动摇了欧洲中世纪宗教神学的理论基础
B.改变了人类对自然界的认识
C.推动了技术的重大突破
D.科学地概括出物质运动的定律
2.1931年1月31日在洛杉矶举行了《城市之光》首映式,卓别林和爱因斯坦在一起,面对欢呼的人群,艺术之星对科学之星说:“大家欢迎我是因为他们都能理解我,大家欢迎你是因为他们都不理解你。”这句话的含义是(　　)
A.绝大多数人盲目欢迎爱因斯坦
B.相对论有悖于人们的日常经验
C.物理学理论与人们的日常生活相距很远
D.伟大的科学家不如著名的艺术家
3.19世纪末20世纪初,科学家们认为“人们距离可知世界的边界已经不遥远”。打破这种认识的是(　　)
A.经典力学 B.生物进化论
C.相对论和量子理论 D.电力的发明
4.1945年,日本的广岛和长崎遭到了美国原子弹的打击,伤亡惨重。爱因斯坦闻知后,认为“人类打开了潘多拉魔匣”。人类打开“潘多拉魔匣”的钥匙是(　　)
A.牛顿经典力学 B.相对论
C.量子力学 D.自由落体定律
5.从理论上来说,虫洞不仅可以切割空间,还能切割时间。美国天体物理学家艾瑞克·W.戴维斯曾在美国航空航天学会期刊上发表文章,提出了利用虫洞或可能穿越回过去的观点。这一观点提出的科学依据主要是(　　)
A.相对论
B.量子论
C.牛顿力学
D.太阳中心论
6.《世界:一部历史》对某一科学理论这样描述道:“物质和能量可以互相转换,双胞胎以不同的速度衰老,平行线可以交叉……直觉的观念荡然无存,就像进入了《爱丽斯漫游奇境记》中的兔子洞一样。”其中,将人们的思想认识带进“兔子洞”的是(　　)
A.经典力学理论 B.进化论
C.相对论 D.量子论
7.你认为可以采用什么理论来解释下图所示现象(　　)

A.相对论 B.量子理论
C.万有引力定律 D.质量不变理论
8.爱因斯坦的相对论修正了经典力学体系,并非否定。在相对论中,牛顿三大定律依然正确,只不过在分析问题时还要考虑到相对论的效应而已。由以上阐述判断,相对论与经典力学的关系是(　　)
A.各自独立 B.继承与发展
C.否定与对立 D.完全一致
9.在普朗克提出量子假说之后,爱因斯坦意识到普朗克量子假说的革命性意义,并进一步发展了普朗克的能量子概念,使量子理论进入到一个新阶段。爱因斯坦对普朗克能量子概念的发展表现在(　　)
A.提出狭义相对论 B.提出光的量子理论
C.提出广义相对论 D.提出原子的量子理论
10.下列科学家与其科学成就的对应关系中,不正确的是
(　　)
A.伽利略——近代科学之父
B.爱因斯坦——标志人类进入科学时代
C.达尔文——提出了生物进化论
D.普朗克——宣告了量子论的诞生
11.帕尔默在《现代世界史》中写道:“二百年来,此定律一直是不可动摇的,总为每个新的相关发现所证实。只是在近一个世纪内,才发现它有局限性……在亚原子结构的微观世界里,或在整个物质宇宙的宏观世界中,这个定律并不适用。”这评价的是(　　)
A.生物进化论 B.经典力学
C.量子理论 D.相对论
12. 1933年希特勒上台后,犹太科学家爱因斯坦最终选择移民美国,放弃愿意为他提供避难所的欧洲国家。悉知该消息时,法国科学家保罗·朗之万评价道:“这是一件大事,它的重要性就如同梵蒂冈从罗马搬到新大陆一样。”在此,朗之万(　　)
A.谴责纳粹德国迫害犹太科学家
B.担心欧洲大陆的战争威胁日益临近
C.意识到世界科学中心即将转移
D.觉察到科学家全球流动为大势所趋
二、非选择题
13.阅读材料,完成下列要求。
材料一　19世纪末,正当物理学家庆贺“物理学大厦”落成之际,科学实验却发现了许多经典物理学无法解释的事实。首先是世纪之交物理学的三大发现:电子、X射线和放射性现象的发现。其次是经典物理学的万里晴空中出现了两朵“乌云”:“以太漂移”的“零结果”和黑体辐射的“紫外灾难”。
材料二　20世纪初,爱因斯坦发表了一篇具有划时代意义的论文,为物理学的发展做出了重要贡献。为纪念这一奇迹100周年,联合国大会召开的第58次会议鼓掌通过了2005年为“国际物理年”的决议。
(1)材料一中的“物理学大厦”指的是什么?它是在怎样的背景下落成的?
(2)根据材料二,20世纪初,物理学理论有什么新发展?其发展的原因是什么?
(3)物理学理论的新发展在当时有什么意义?














14.阅读图片,完成下列要求。

(1)图1、图2、图3中的人物各是谁?各有何突出贡献?
(2)有人认为,人类可以认识比已知事物更高层次的事物,但我们永远不能认识宇宙的全部。你认为这种说法正确吗?请结合物理学理论上的巨大变化,谈谈你的认识。
(3)结合所学知识,你认为上述三人能取得伟大成就的原因是什么?











第25课　现代科学革命
课前案——梳理知识?强化双基
牛顿力学、危机、狭义相对论、相对性原理、绝对化、普朗克、爱因斯坦、微观世界
课中案——合作探究·突破重难
探究点一 经典物理学的危机
提示：(1)牛顿力学反映的是宏观物体低速运动的客观规律，而相对论反映的是物体高速运动的客观规律；相对论是对牛顿力学的继承与发展。
(2)科学探究精神。
探究点二 爱因斯坦及其相对论
提示：(1)他创立的相对论为科学发展带来了革命性的变化；根据相对论得出的质量能量公式为原子弹的研制提供了理论依据；他提出的光量子假说推动了量子力学的发展，奠定了现代物理学的理论基础。
(2)原子弹用于战争给人类的生存造成威胁；原子弹的威胁使人类在国际事务中更加注重秩序，不敢轻易发动战争。
(3)科学理论对科学的发展有巨大的推动作用，但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。
探究点三 量子理论产生的背景
答案：尴尬：微观粒子的运动不能用经典物理学的原理说明，经典物理学存在局限性，面临着危机和挑战。
解决：1900年，德国物理学家普朗克提出量子假说，后来，爱因斯坦提出了光的量子理论，丹麦物理学家玻尔提出了原子的量子理论。使人类对微观世界的基本认识取得了革命性的进步。
探究点四 量子理论的主要内容和意义
答案： (1)同意。因为量子理论使人类对微观世界的基本认识有了革命性的进步，弥补了经典物理学的不足，大大开阔了人们的视野，改变了人们看世界的角度和方式；量子理论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。
(2)启发：勇于创新，坚持真理等。
态度：辩证分析新旧事物的优劣之处，坚持和发扬好的一面，摒弃坏的一面。
课后案——应用拓展·能力提升
1.答案:B
2.解析:人们不理解爱因斯坦是指不理解相对论,因为相对论与日常经验不符。
答案:B
3.解析:相对论和量子理论冲破了原有的科学理论束缚,打开了人类认识世界的新视角。
答案:C
4.解析:爱因斯坦的相对论揭示了质量和能量的关系,这就为原子弹的制造提供了理论依据。
答案:B
5.解析:解读材料关键信息,“虫洞不仅可以切割空间,还能切割时间”,根据爱因斯坦的相对论,时间和空间不是绝对的,在一定条件下,人类可以实现时空的穿越。尽管虫洞从未被证实存在,但爱因斯坦的广义相对论已经预测了这些通过时空的理论上存在的通道。故选A项。
答案:A
6.解析:“物质和能量可以互相转换”等信息反映的是爱因斯坦的相对论。
答案:C
7.解析:漫画反映的是爱因斯坦的相对论。
答案:A
8.解析:相对论只是否定了经典力学的绝对时空观,它也发展了牛顿力学,将其概括在相对论力学之中。B项符合题意。
答案:B
9.解析:根据题干信息“量子理论”,可知,A、C两项不符合题意;原子的量子理论是由丹麦物理学家玻尔提出的;爱因斯坦提出了光的量子理论,把量子理论推进到一个新阶段。故选B项。
答案:B
10.解析:标志人类进入科学时代的是牛顿的力学体系。
答案:B
11.答案:B
12.解析:从题干中可以看出,朗之万的话与谴责纳粹德国之间没有关系,故A项错误;题干中的话并不能体现出欧洲大陆战争威胁日益临近,故B项错误;爱因斯坦是继牛顿之后最伟大的科学家,他当时在科学界处于举足轻重的地位,因而其移民到美国意味着世界科学中心的转移,故C项正确;题干中的话与科学家全球流动没有联系,故D项错误。
答案:C
二、非选择题
13.参考答案:(1)经典物理学。背景:资本主义经济的发展;人文主义的兴起和发展极大地解放了人们的思想;自然科学从神学的束缚中解脱出来。
(2)发展:由经典物理学发展到相对论。原因:科技革命的推动;经典物理学出现危机;科学理论有了重大突破。
(3)意义:相对论的提出是物理学领域最伟大的革命,在很大程度上解决了19世纪末出现的经典物理学的危机,极大地扩展了物理学应用的领域。同时,相对论也打破了经典物理学绝对化的思维,为人们提供了辩证看待世界的途径。
14.参考答案:(1)图1是牛顿,创立了经典力学体系;图2是爱因斯坦,创立了相对论,提出了光的量子理论;图3是普朗克,提出了量子假说。
(2)这种说法是正确的。牛顿力学体系确立后,经后人不断补充发展,日臻完善。在此基础上,光学、热力学、电磁学等新兴学科取得了长足进步,把人类对自然界的认识推进到前所未有的深度和广度。19世纪物理学上出现了一系列新的发现,无法用经典物理学来解释,从而使经典物理学陷入危机,面临着挑战,于是,相对论和量子理论诞生。相对论的提出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,打破了经典物理学绝对化的思维模式。量子理论使人类对微观世界的基本认识有了革命性进步。这充分说明人类对科学的认识和探索一直是不断前进和发展的,但同时也是永无止境的。
(3)善于继承前人的成果;既尊重权威又不迷信权威,有敢于突破勇于创新的胆识;保持旺盛大胆的想象;进行科学实验;具有坚定的科学信念和坚定不移的毅力等。