历史学案人民版必修3：专题七1近代物理学的奠基人和革命者

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一 近代物理学的奠基人和革命者
课前预习
一．巨人肩上的思索
1．背景：近代科学的诞生以及①________定律的创立，冲击了②________学说的统治地位。
2．牛顿力学三定律
⑴时间：③________世纪末
⑵内容：牛顿在研究伽利略自由落体定律的基础上，得出了④________定律和⑤________定律，又在⑥________等人对碰撞运动研究的基础上总结出作用力与反作用力定律。
⑶地位：牛顿的运动三定律构成了近代⑦________体系的基础，成为整个近代⑧________学的重要支柱。
3．万有引力定律
⑴提出：从研究地球对⑨________的引力入手，综合了⑩________等人有关天体力学方面的研究成果，并运用他自己创立的 ________做计算工具，成功地导出了 ________定律。
4．著作：《自然哲学的数学原理》，总结了 ________体系以及在数学、天文学方面的研究成果。
特别提醒 牛顿力学建立在日常生活中常见的低速运动的物质之上。时间和空间被视为与物质运动无关而独立存在，是绝对的。这虽然能符合日常经验，但无法解释高速运动的物体运动的规律和微观世界中的粒子，牛顿力学体系面临着危机和挑战。
二．认识史上的飞跃
1．牛顿力学体系对自然界的 ________现象做出了系统的、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。它的确立使力学和 ________在理论上达到了相当完备的程度，同时也在生产和科学实验中得到广泛的应用和验证。
2．使科学摆脱了 ________的束缚，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。
3． ________的发现，体现了自然科学所具有的惊人的预见力和巨大的理论指导意义。
特别提醒 多角度分析牛顿取得成就的原因。⑴具备了较好的经济基础。当时英国资本主义经济的迅速发展，为牛顿在科学方面的贡献创造了条件。⑵具备了较好的知识条件。开普勒和伽利略的研究成果，特别是伽利略的实验观察法和培根所倡导的唯物主义的科学研究法。⑶英国资本主义确立后，资本主义生产力的迅速发展对力学提出了迫切的要求。⑷牛顿在科学领域的探索精神和不畏艰辛，勇于牺牲的思想品质。
自我校对：①自由落体；②亚里士多德；③17；④惯性；⑤加速度；⑥笛卡尔；⑦力学；⑧物理；⑨月球；⑩开普勒； 微积分； 万有引力； 力学； 力学； 天文学； 神学； 海王星；
三．驱走乌云的太阳
1．量子论提出的背景：19世纪末，①________问题成为物理学界的重大研究课题。
2．量子理论的诞生过程
⑴1879年，奥地利物理学家②________通过实验发现了黑体辐射的总能量与其温度之间的定量关系。
⑵德国物理学家③________发现了热辐射过程中的能量分布规律。
⑶1900年，普朗克提出了著名的④________概念。
⑷普朗克的《关于正常光谱能量分布定律的理论》发表，标志着⑤________理论的诞生。
3．发展
⑴1905年，⑥________运用量子理论成功地解释了光电效应，得出了光具有⑦________的结论。
⑵1923年，法国物理学家德布罗意提出⑧________理论，将量子论发展到一个新的高度。
⑶在量子理论基础上，奥地利、德国的物理学家建立了⑨________力学。
4．意义：
⑴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⑩________的各个层面进行深入探讨。
⑵从根本上改变了近代物理学中的传统观念，使 ________乃至整个自然科学的观念都发生了重大变革。
特别提醒 量子理论的产生与相对论的产生的共同点：从背景上看，都是经典物理学在某些领域已经十分完善但在另外的领域却遭遇重重问题的情况下，作为一种解释提出的；从产生过程看，两理论刚开始只是作为假说，但后来都得到精确的证明，并对修正经典物理学的不足和谬误之处起到了关键作用，成为现代物理学的支柱，并且都是科学大师们敢于向权威挑战、追求真理的结果。从量子理论和相对论产生的共同点来看，说明新事物的出现都是需要时间和过程的，人类的认识是一个不断前进的过程，是不断遭遇困惑和不断看清事实、寻找真理的过程。
四．爱因斯坦的“时空”
项目 狭义相对论 广义相对论
创立 1905年，爱因斯坦发表《论 ________的电动力学》一文 1916年，把狭义相对论推广到 ________运动的参考系中
内容 时间和空间都与物质的 ________有关，随着物质运动速度的变化而变化 物质存在的 ________空间是弯曲的，空间的结构取决于物质的质量及其分布情况；空间、 ________是物质存在的形式
意义 反映的是物体 ________运动的客观规律，是对牛顿力学的继承与发展 第一次阐述了 ________和物质的分布相联系的重要思想
影响 ⑴是对近代物理学理论框架的重大突破，形成了全新的时空观、运动观和 ________观。⑵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影响。⑶相对论同 ________理论一起，构成了现代物理学的基本理论框架。
特别提醒 相对论的提出是物理学上的巨大贡献，促进了核能的开发和利用。但核能是一把双刃剑，合理的利用核能将极大地造福人类，否则将会威胁世界和平甚至整个人类的生命财产安全。至今仍有许多国家违背国际公约，大搞核试验，威胁着世界和平。
自我校对：①黑体辐射；②斯蒂芬；③普朗克；④量子；⑤量子；⑥爱因斯坦；⑦波粒二象性；⑧物质波；⑨量子；⑩物质运动； 物理学； 动体； 运动； 高速； 加速； 现实； 时间； 四维时空； 物质； 量子；
l．近代自然科学兴起的原因
第一，资本主义生产的发展需要科技知识，又为科技发展奠定了物质基础，这是近代自然科学创立发展的社会前提。
第二，文艺复兴、宗教改革和资产阶级启蒙运动，为近代自然科学的诞生和发展奠定了思想基础。
第三，16－17世纪，伽利略、培根、笛卡儿等唯物主义思想家为近代自然科学研究创立了一般规律和经典方法。
第四，中国的四大发明、阿拉伯文化和希腊自然哲学传入西欧，开阔了人们的眼界，并为科学研究提供了丰富的材料。
第五，欧洲先进国家保护奖励科技发明，改革教育制度和专利制度，组织科研机构，推动了近代科学的创立和发展。由此可见，科技的进步离不开物质生产的发展、学术思想的自由、研究手段的进步、国家的重视。
2．牛顿力学体系的特征有哪些？其局限性是什么？
（1）特征
①注重实验。实验可以进一步揭示客观现象和过程之间的逻辑关系，并由此得出重要的结论。②力学体系的数学化。主要运用他创立的微积分做计算工具，这种数学化源于自然界内在的数学关系。
（2）局限性：牛顿经典力学体系建立在日常生活中常见的低速运动的物质之上。在牛顿力学中，存在着绝对的静止和绝对的时间。这种绝对的时空观符合人们的日常经验，但无法解释高速运动的物体运动的规律和微观世界中的粒子，这说明牛顿力学体系面临着危机和挑战。
3．牛顿力学体系与爱因斯坦相对论的关系如何？
（1）牛顿以天体运动和物体运动的规律为基础，提出了物体机械运动的三大定律和万有引力定律，它正确反映了宏观物体低速运动的规律。
（2）爱因斯坦在新的力学与电磁学的基础上，提出了包括宏观和微观世界在内的范围更为广阔的物质运动规律。他的理论既适用于低速运动物质，又适用于光速运动或接近光速运动的物质。
（3）爱因斯坦不仅否定了牛顿绝对的时空观，而且提出了质能转化原理，奠定了利用原子能的理论基础，加深了人们对物质和运动的认识，在科学、哲学上都具有重大意义。但并不是说，牛顿力学的光辉由此被抹掉，相反，牛顿力学的理论、牛顿的科学思想和方法仍然在广阔的领域发挥着指导作用。
4．量子论的主要内容是什么？其创立有什么意义？
⑴主要内容：物质的辐射能不是连续的，而是以最小的不可再分的能量单位即以一定数值的整数倍进行能量交换。
⑵意义
①量子论的提出开创了物理学的新纪元，在其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，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相对论和量子力学的确立是物理学革命的高潮，带动其他学科的理论都发生了革命性的突破。
5．从量子论和相对论的创立中我们可以得到什么启示？
（1）尊重事实，不迷信权威、勇于探索创新的科学精神。
（2）认识科学发展并不是一帆风顺的，但科学终将战胜愚昧和迷信。
（3）提醒我们不要被常识和日常经验所蒙蔽，要学会辩证地看问题。
（4）告诉人们对任何一种新生事物的认识都是一个极其艰难的过程。
（5）没有学术的民主和思想的自由，科学就不会繁荣。
1．爱因斯坦的相对论否定了牛顿的绝对时空论，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；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。
2．西方自然科学与中国古代传统科技的差异：中国古代科技内容上应用性强，对事物的发展规律探索不够，而西方主要是理论科学；中国古代科技研究方法主要采用传统的典籍整理与经验总结，缺少科学实验，而实验仅局限于观测数据及观测到的现象，对现象后的原因缺乏进一步的研究，而西欧近代科学则重在观测基础上的科学规律的总结；西方自然科学以资本主义商品经济发达为基础，中国传统科技以封建自然经济为依托。
3．牛顿力学体系是一个以实验为基础，以数学为表达形式的力学体系，它的建立标志着近代自然科学的形成。它的确立使力学和天文学等理论达到了相当完备的程度，同时在生产和科学实验中得到广泛的应用和验证，使科学从此摆脱了神学的束缚而向前发展。牛顿力学体系对自然界的力学现象作了系统合理的说明，从而完成了人类对自然界认识的第一次理论大综合。海王星的发现体现了它的惊人的科学预见性和巨大的理论指导意义。
4．相对论的提出是物理学上的一次重大革命，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。它否定了经典力学的绝对时空论，揭示了时间和空间的本质属性即揭示了空间和时间的可变性，而且说明时空的变化和时空的结构又同物质的运动和状态密不可分。从而形成了一种全新的时空观、运动观和物质观，是人类思想发展史上的一次根本变革，推动了整个自然科学特别是物理学的发展。
课堂反馈
（10年天津卷）1. 20世纪初，提出光量子假说，解决经典物理学无法解释的光电效应问题的科学家是
A.普朗克 B.麦克斯韦
C.玻尔 D.爱因斯坦
（10年福建卷）2．图9是一张历史研究性学习活动宣传海报的配图。据此判断．下列标题中最适合于这份海报的是
A．“超越时空的梦想”
B．“探索与发现：海王星”
C．“普朗克的假说与验证”
D．“比萨斜塔——亚里士多德力学学说的终结”
（10年江苏卷）3．“把能量的变化看成是跳跃式的进行，成功地解释了经典理论无法解释的某些现象，打破了经典物理学中一切过程都是连续变化的观念。”这一理论的诞生主要是由下列哪一问题引起的？
A．研究热辐射 B．揭示时空本质属性
C．解释光电效应 D．预测未知行星方位
课后练习
一．选择题
1．（2009高考广东单科）普朗克曾这样评论爱因斯坦的科学成就：“这个原理在物理世界观上所引起的革命，只有哥白尼世界体系的引入才能与之相提并论。”文中的”这个原理“是（ ）
A．日心说 B．相对论 C．量子假说 D．万有引力定律
2．（2010年金考卷·历史二）“奠基人”常用来形容在某个领域或事业初创过程中作出过重大贡献的人。那么，现代物理学的奠基人是（ ）
A．牛顿 B．爱因斯坦 C．普朗克 D．达尔文
3．“爱因斯坦是一个造物者！”这是著名华裔物理学家诺贝尔奖得主杨振宁对爱因斯坦的评价。杨振宁在这里高度评价爱因斯坦，主要依据是爱因斯坦提出的相对论（ ）
A．否定了牛顿经典力学
B．解释了微观粒子现象
C．揭示了时间、空间并非绝对不变的属性
D．指出了宏观物体的运动规律
4．近代物理学的发展，经历了从经典力学到相对论、量子论的发展过程，这表明（ ）
①科学的发展是无止境的 ②任何科学成就都是“站在巨人肩膀上”的发现 ③人类开始从宏观世界深入微观世界认识客观规律 ④人类对自然界的认识是随着时代前进而不断发展的。
A．①②③④ B．①②④ C．②③④ D．①②③
5．（中史参2010-2）伏尔泰认为：“如果全部自然界，一切行星，都要服从永恒的规律，而有一个小动物，五尺来高，却可以不把这些定律放在眼中，完全任意地为所欲为，那就太奇怪了。”伏尔泰所说的“永恒的规律”是指（ ）
A．伽利略的自由落体定律
B．牛顿的万有引力定律
C．达尔文的进化论
D．爱因斯坦的相对论
6．经典力学及后来的众多研究成果，促进了前两次工业革命的出现。其中经典力学的建立主要归功于下图中的（ ）
A．Max Planck B．Darwin
C．Newton D．Albert Einstein
7．19世纪末，经典物理学陷入危机且面临挑战的表现有（ ）
①物理学的一系列新的发现与经典物理学的理论体系产生了尖锐的矛盾②物理学家们的研究结果证明以太不存在③爱因斯坦提出相对论④量子假说的提出
A．①② B．③④ C．①③ D．②③
8．1931年1月31日在洛杉矶举行了《城市之光》首映式，卓别林和爱因斯坦站在一起，面对欢呼的人群，艺术之星对科学之星说：“他们欢呼我是因为他们都理解我，而他们欢呼你是因为没有人理解你。”这句话的含义是指（ ）
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
9．古代欧洲人们一直将亚里土多德的理论当成真理，牛顿力学体系建立后，也一度被看做绝对权威的理论，相对论出现后，解决了经典力学无法解决的难题。这说明（ ）
A．随着社会不断进步，人们会否定更多的真理
B．社会不断发展，促进社会发展的自然科学理论也不断进步
C．人类永远无法找到真理
D．经典力学体系已经过时，为社会所抛弃
10．如图是国际物理年标识，为纪念某科学理论诞生100周年，联合国确定2005年为国际物理年。与之相关的科学家是（ ）
A．牛顿 B．达尔文
C．爱因斯坦 D．普朗克
11．（2010高考信息卷·一）2009年，在诺贝尔奖各奖项即将揭晓之际，诺贝尔基金会评出了诺贝尔奖百余年历史上“最受尊崇的”三位获奖者。其中之一是1921年物理学奖得主阿尔伯特·爱因斯坦。“爱因斯坦是一个造物者！”这是著名华裔物理学家、诺贝尔奖得主杨振宁对爱因斯坦的评价。杨振宁在这里高度评价爱因斯坦，主要依据是他（ ）
A．否定了牛顿理学体系 B．创立了现代物理学
C．改变了人们的思维模式 D．提出了相对论
12．（2010高考信息卷·二）2009年10月1日国庆阅兵仪式44个地面方队中的“压轴”方队是——核导弹方队通过天安门广场（右图）。这支诞生于1966年的第二炮兵部队，是新中国为应对核威胁、打破核垄断、维护国家安全，被迫作出的历史性选择，是中国实施战略威慑的核心力量。核武器研究的理论依据主要是（ ）
A．达尔文的进化论 B．牛顿的经典力学
C．普朗克的量子论 D．爱因斯坦的相对论
二．材料题
13．阅读下列材料：
一位法国物理学家曾经这样评价爱因斯坦：“在我们这一代的物理学家中，无疑是爱因斯坦将位于最前列。他现在是，将来还是人类宇宙中最有光辉的巨星之一。”为纪念爱因斯坦逝世50周年，联合国第58次大会通过决议，确定2005年为“世界物理年”。
请回答：
⑴19世纪以来物理学取得了巨大成就。结合所学知识，完成下列表格。
科学家 国籍 科学理论
⑵爱因斯坦是历史上继牛顿之后最伟大的科学家之一。他的许多科学理论为日后的诸多技术奠定了基础。关于爱因斯坦孜孜不倦地探索科学的动机，以下组合中最为可能的是（ ）
①财富②名声③好奇心④科学的美⑤研制原子弹⑥创造神话
A．①② B．③④ C．①③ D．①②⑤
图一 宇宙飞船 图二 日本广岛上空的“蘑菇云”
⑶结合以上两幅图片，谈一谈科技与人类社会发展之间的关系。
14．阅读下列材料
材料一 材料二
伽利略（1564-1642） 牛顿（1642-1727）
材料三 材料四
爱因斯坦（1879-1955） 普朗克（1858-1947）
请回答：
⑴概括说明各位科学家在物理学上的主要贡献及其影响。
⑵以上科学家取得巨大成就的共同原因。
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