历史：7.1《近代物理学的奠基人和革命者》学案(人民版必修3)

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专题七 近代以来科学技术的辉煌
一、近代物理学的奠基人和革命者
江苏省仪征中学 王玉兵（211900）
[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。
[知识结构]
（一）巨人肩上的思索（经典力学体系的创立和发展）
1．经典力学的奠基者——意大利科学家伽利略
（1）伽利略对亚里士多德力学观的否定
的力学观：必须有力作用在物体上，物体才能运动，没有力的作用，物体就会静止。
通过观察、实验和推理，得出结论：如果运动物体不受阻碍，它将速度保持不变地持续运动下去。
（2）开创科学的研究方法：观察、实验和推理。
（3）突出成就：创立了 定律，从而推翻了亚里士多德的学说。
2．牛顿对前人科学理论的发展
（1）科学巨著
《 》总结了牛顿力学体系以及在数学、天文学方面的研究成果。
（2）经典力学体系的主要内容
（3）经典力学体系的历史地位
①理论：牛顿力学体系正确地反映了宏观物体低速运动的客观规律，对自然界的力学现象做出了系统、合理的说明，从而完成了人类对 认识史上的 次理论大综合。
②影响：经典力学体系的建立标志着近代科学的形成；从此科学摆脱了神学的束缚向前发展。
③实践：根据 定律，人们准确地算出地球的平均密度和扁平率；正确地解释了潮汐的成因；还发现了海王星。
（二）驱走乌云的太阳（量子理论的诞生）
1．量子理论的诞生
（1）基础：奥地利物理学家 对黑体的研究成果。
（2）诞生：1900年，德国物理学家 提出了量子概念。并在《关于正常光谱能量分布定律的理论》中，阐述了这一思想，标志着量子理论的诞生。
2．量子理论的发展
（1）德国爱因斯坦：将量子理论推广到光学中，成功解释了 ，得出光具有波粒二象性的结论。
（2）法国 ：提出物质波理论。
（3）数年后，奥地利、德国的物理学家建立了量子力学。
3．量子论和量子力学的意义
（1）量子力学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。
（2）量子理论让人们从根本上改变了近代物理学中的传统 ，使物理学乃至整个 的观念都发生了重大变革。
（三）爱因斯坦的“时空”（相对论的建立）
1．狭义相对论
（1）提出： 年，爱因斯坦发表《论动体的电动力学》，创立 。
（2）内容：相对性原理和光速不变原理；时间和空间都与物质的 有关，随着物质运动 的变化而变化。（E=mc2）
（3）认识：否认了牛顿力学的 观点，是对牛顿力学的 和 。
2．广义相对论
（1）提出： 年，爱因斯坦把狭义相对论推广到 运动的参考系中，建立了广义相对论。
（2）内容：①物质存在的现实空间不是平坦的，而是 的；②空间弯曲的程度体现为引力场强度；③时间、空间不是 的实在，它们是物质存在的 。
（3）认识：它第一次阐述了 时空和物质的分布相联系的重要思想。
3．相对论建立的意义
（1）爱因斯坦相对论的建立，是对近代物理学理论框架的重大突破，它不仅揭示了空间、时间的 ，时空的变化和时空结构同物质的运动和状态密不可分。
（2）这种全新的时空观、运动观和物质观的形成，是人类 发展史中的一次根本性变革，对整个自然科学和哲学都产生了深远的影响。
（3）相对论同 一起，构成了现代物理学的基本理论框架。
[共同探究之一]
“我好像是一个在海边玩耍的孩子，不时为拾到比通常更光滑的石子或更美丽的贝壳而欢欣鼓舞，而展现在我面前的是完全未探明的真理之海。”
——牛顿临终遗言
牛顿捡到了哪些“光滑的石子”和“美丽的贝壳”？
著作：《自然哲学的数学原理》（1687）
他提出了物体机械运动的三大定律和万有引力定律，创建牛顿力学体系。
[共同探究之二]相对论与牛顿力学的关系怎样？
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。
[课堂训练]
1．创立了自由落体定律，从而推翻了亚里斯多德的学说的是（ ）
A、伽利略 B、牛顿 C、爱因斯坦 D、普朗克
2．近代科学进入了全面繁荣的时代，各门自然科学的理论体系纷纷建立起来是在（ ）
A 、17世纪 B 、18世纪 C 、19世纪 D 、20世纪
3．实现了自然科学第一次理论性大综合的是（ ）
A、哈维的血液循环学说 B、法拉第的电磁感应理论
C、牛顿的经典力学体系 D、爱因斯坦的相对论
4．指出“物质间所存在的万有引力，是由于物质的存在和分布使时间和空间的性质不均匀而引起的”是（ ）
A、牛顿力学理论 B、万有引力理论 C、广义相对论 D、狭义相对论
5．同相对论理论一起，构成了现代物理学的基本理论框架的是（ ）
A、万有引力定律 B、日心说 C、量子理论 D、牛顿力学理论
6．近代自然科学同古代科学相比的主要特征是（ ）
①实验验证 ②直观感受 ③数学表达 ④哲学思维
A、①② B、①③ C、②③ D、③④
7．19世纪，英国科学家开尔文认为物理学晴朗的天空中还留有“两朵乌云”，这里“乌云”是指（ ）
①热学的黑体研究 ②量子理论研究 ③光学中的“以太”研究 ④相对论的研究
A、①② B、①③ C、②③ D、③④
8．使物理学乃至整个自然科学的观念都发生了重大变革的科学成就是（ ）
A、经典力学 B、量子理论 C、狭义相对论 D、广义相对论
9．解释尺缩效应和钟慢效应的科学理论是（ ）
A、牛顿的力学体系 B、万有引力定律 C、量子理论 D、相对论
专题七 近代以来科学技术的辉煌
一、近代物理学的奠基人和革命者
[知识结构]
（一）巨人肩上的思索（经典力学体系的创立和发展）
1．经典力学的奠基者——意大利科学家伽利略
（1）伽利略对亚里士多德力学观的否定
亚里士多德的力学观：必须有力作用在物体上，物体才能运动，没有力的作用，物体就会静止。
伽利略通过观察、实验和推理，得出结论：如果运动物体不受阻碍，它将速度保持不变地持续运动下去。
（2）开创科学的研究方法：观察、实验和推理。
（3）突出成就：创立了自由落体定律，从而推翻了亚里士多德的学说。
2．牛顿对前人科学理论的发展
（1）科学巨著
《自然哲学的数学原理》总结了牛顿力学体系以及在数学、天文学方面的研究成果。
（2）经典力学体系的主要内容
（3）经典力学体系的历史地位
①理论：牛顿力学体系正确地反映了宏观物体低速运动的客观规律，对自然界的力学现象做出了系统、合理的说明，从而完成了人类对自然界认识史上的第一次理论大综合。
②影响：经典力学体系的建立标志着近代科学的形成；从此科学摆脱了神学的束缚向前发展。
③实践：根据万有引力定律，人们准确地算出地球的平均密度和扁平率；正确地解释了潮汐的成因；还发现了海王星。
（二）驱走乌云的太阳（量子理论的诞生）
1．量子理论的诞生
（1）基础：奥地利物理学家斯蒂芬对黑体的研究成果。
（2）诞生：1900年，德国物理学家普朗克提出了量子概念。并在《关于正常光谱能量分布定律的理论》中，阐述了这一思想，标志着量子理论的诞生。
2．量子理论的发展
（1）德国爱因斯坦：将量子理论推广到光学中，成功解释了光电效应，得出光具有波粒二象性的结论。
（2）法国德布罗意：提出物质波理论。
（3）数年后，奥地利、德国的物理学家建立了量子力学。
3．量子论和量子力学的意义
（1）量子力学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。
（2）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变革。
（三）爱因斯坦的“时空”（相对论的建立）
1．狭义相对论
（1）提出：1905年，爱因斯坦发表《论动体的电动力学》，创立狭义相对论。
（2）内容：相对性原理和光速不变原理；时间和空间都与物质的运动有关，随着物质运动速度的变化而变化。（E=mc2）
（3）认识：否认了牛顿力学的绝对时空观点，是对牛顿力学的继承和发展。
2．广义相对论
（1）提出：1916年，爱因斯坦把狭义相对论推广到加速运动的参考系中，建立了广义相对论。
（2）内容：①物质存在的现实空间不是平坦的，而是弯曲的；②空间弯曲的程度体现为引力场强度；③时间、空间不是独立的实在，它们是物质存在的形式。
（3）认识：它第一次阐述了四维时空和物质的分布相联系的重要思想。
3．相对论建立的意义
（1）爱因斯坦相对论的建立，是对近代物理学理论框架的重大突破，它不仅揭示了空间、时间的可变性，时空的变化和时空结构同物质的运动和状态密不可分。
（2）这种全新的时空观、运动观和物质观的形成，是人类思想发展史中的一次根本性变革，对整个自然科学和哲学都产生了深远的影响。
（3）相对论同量子理论一起，构成了现代物理学的基本理论框架。
惯性定律
经典力学体系
牛顿运动三定律
加速度定律
作用和反作用定律
万有引力定律
惯性定律
经典力学体系
牛顿运动三定律
加速度定律
作用和反作用定律
万有引力定律
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