岳麓版必修三第六单元第25课现代科学革命学案

第25课　现代科学革命 2019.10.6
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课程标准 知道相对论、量子理论的主要内容，认识其意义。
重点难点 1.相对论和量子论的主要内容及意义。2.相对论、量子理论的内容；经典力学与相对论的关系。
【基础知识梳理】
一、经典物理学的危机
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)人们把以牛顿力学为代表的经典物理学看做绝对权威的理论。
【思考】有个物理学家说：“19世纪物理学大厦已经全部建成，今后物理学家只是修饰和完善这座大厦。”这座“大厦”的奠基者是谁？
2．经典物理学的危机
(1)19世纪末，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，这使得经典物理学陷入了危机，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。
深化理解 在牛顿经典力学中，存在着绝对静止和绝对的时间。这种绝对的时空观符合人们的日常工作经验，但无法解释高速运动的物体的运动规律和微观世界中的粒子。
二、爱因斯坦与相对论
1．地位 20世纪初，爱因斯坦提出的相对论对物理学的发展带来了革命性的变化，爱因斯坦本人也因此成为继牛顿之后最伟大的科学家。
2．内容
相对论的两个基本原理是相对性原理和光速不变原理。时间和空间都是物质存在的形式，时间、空间、运动、质量不是绝对不变的，而是相对的，可以互相转化。
判断正误 相对论是对牛顿经典力学的否定。(　　)
提示　爱因斯坦相对论是对牛顿力学绝对时空观的否定，但没有否定整个牛顿力学。
INCLUDEPICTURE "左括.TIF" \* MERGEFORMAT 思考你认为应该用什么理论来解释下面的这一现象。
3．意义
(1)相对论的提出是物理学领域最伟大的革命。它在很大程度上解决了经典物理学的危机，可以广泛的解释不同运动状态的物质，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。
(2)相对论也打破了经典物理学绝对化的思维模式，为人们提供了辩证地看待世界的途径。
三、量子理论中的微观世界
1．提出和发展
(1)1900年，德国理论物理学家普朗克提出了量子假说。
(2)继普朗克的量子假说之后，爱因斯坦提出了光的量子理论。
(3)丹麦物理学家玻尔提出了原子的量子理论。
判断正误 普朗克的量子论使人们开始认识微观世界。(　　)
提示　普朗克的量子论加深了人们对微观世界的认识。
2．意义
(1)量子理论是20世纪最深刻、最有成就的科学理论之一，使人类对微观世界的基本认识有了革命性的进步。
(2)量子力学对化学、生物学、医学、考古学、古生物学和地质学等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，这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。
(3)量子理论和相对论一起，构成了现代物理学的基础，对自然科学，对整个人类的思维都产生了不可磨灭的影响。
思考　为什么说相对论和量子论使人类对自然世界的科学探索又跃上了一个新的高度？
提示　相对论和量子论弥补了经典力学在认识宏观世界和微观世界方面的不足，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 牛顿经典力学、相对论和量子论三者之间的关系
(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，弥补了经典物理学的不足。量子论和相对论一起，构成了现代物理学的基本理论框架，开阔了人们的视野，改变了人们认识世界的角度和方式。
(4)三者是继承与发展的关系，一起推动了物理学的发展。
【体系构建】
INCLUDEPICTURE "唯物史观A.TIF" \* MERGEFORMAT 科学在“扬弃”中发展——量子理论和相对论的共同点及说明的道理
(1)共同点：从产生的背景看，19世纪末，物理学得到了极大发展，物理学的研究一方面深入到物质内部的微观世界，另一方面扩展到整个宇宙；但是，一系列新发现无法用经典物理学来解释，使经典物理学陷入了危机，面临着挑战。从产生的过程看，都是科学大师们敢于向权威挑战，追求真理的结果；都经历了一个产生、发展和完善的过程，如相对论经历了由狭义相对论到广义相对论的发展，量子理论则经历了量子假说、光的量子理论、原子的量子理论、量子力学的发展过程。
【巩固练习】
1．作为我国空间科学卫星系列的首发星——我国第一颗暗物质粒子探测卫星已于2015年12月17日发射升空。暗物质研究被称为21世纪物理学时空两朵乌云之一。巧合的是在100多年前，物理学界也曾经有两朵令人不安的乌云，其中第二朵出现在能量辐射的问题上。当时为了驱散这一“乌云”(　　)
A．伽利略提出自由落体定律 B．牛顿提出万有引力定律
C．普朗克创立量子理论 D．爱因斯坦提出相对论
2．一位著名的科学家在解释他的新的科学成果时，曾开玩笑说：“万有引力可无法对坠入爱河的人负责。”他的成果可能是(　　)
A．经典力学体系 B．进化论 C．相对论 D．量子理论
3． (英国)皇家学会会长汤姆逊说：“爱因斯坦的相对论是人类思想史上最伟大的成就之一，也许就是最伟大的成就，它不是发现一个孤岛，而是发现了新的科学思想的新大陆。”爱因斯坦相对论的提出是物理学思想的一场重大革命。这是因为相对论(　　)
A．否定了牛顿的力学原理 B．借鉴了德国科学家普朗克的学说
C．揭示了时间、空间并非绝对不变的属性 D．修正了能量质量互相转化的理论
4．“把两个完全一样的钟，分别放在地球的北极和赤道上。由于地球自转的缘故，赤道上的钟会比北极的钟走得慢一些。计算表明：当速度增大时，时间将会变慢；当速度达到光速时，时间也就停止。”这一理论(　　)
A．证明了哥白尼的“日心说”的正确性 B．形成了以数学为表达形式的力学体系
C．开创了具有严密逻辑体系的近代科学 D．深刻地揭示了时间和空间的本质属性
5．1921年，诺贝尔委员会决定授予爱因斯坦诺贝尔物理学奖，但评委会在通知他获奖的信中写道：“这次给你授奖没有考虑你在相对论(即狭义相对论)和引力论(即广义相对论)方面所做出的贡献。”这说明(　　)
A．相对论的理论体系还不够成熟 B．相对论不是爱因斯坦的最大成就
C．科学界还没有普遍接受相对论 D．爱因斯坦还没有公开相对论成果
6．爱因斯坦和普朗克是20世纪世界著名的科学家，分别创立了相对论和量子理论。它们的共同之处有(　　)
①揭示了时间、空间的可变性　②深刻改变了自然科学的观念　③突破了近代物理学的传统　④构成现代物理学的理论框架
A．①②③ B．①②④ C．①③④ D．②③④
7． 19世纪末，物理学的万里晴空飘来了两朵乌云，正是这“两朵乌云”成为20世纪伟大物理学革命的导火线。为这场“革命”做出重大贡献的代表人物是(　　)
A．牛顿 B．爱因斯坦 C．达尔文 D．法拉第
8．下面框内对话中所论及的“新的宇宙”缘于(　　)
甲：“我们总应该对这个伟大宇宙的突然灭亡而更为痛心一点吧。”乙：“什么宇宙？”甲：“昨天的宇宙呀，牛顿的宇宙，迄今为止，各种各样的宇宙系统都是我们的头脑可以理解的，这个新的宇宙却令人无法捉摸，在普通人看来，它大谬不然，这也正是它的伟大之处。”
A．牛顿的力学体系 B．达尔文的进化论 C．爱因斯坦相对论 D．普朗克的量子理论
9．爱因斯坦在一次学术研讨会上幽默地说：“牛顿，请原谅我。”这样说是因为他(　　)
A．否定了牛顿力学体系 B．创立了万有引力定律
C．否定了牛顿的时空观 D．成功解释了光电效应
10． 2010年，华裔科学家周钦文的团队用超精准原子钟做了一项实验，实验发现：升高后的铝原子钟快于未升高桌面上另一台铝原子钟，两者差异为每79年快900亿分之一秒，这一结果表明(　　)
A．相对论理论在实践中得到完善 B．相对论的科学性得到实验验证
C．科学实验对相对论提出了挑战 D．相对论已经为大多数人所接受
11．有学者指出：“爱因斯坦的狭义相对论并没有与牛顿的绝对空间——就我们使用‘绝对空间’一词所指的那种狭隘意义上来讲——最终断绝关系。”这反映出狭义相对论(　　)
A．自身存在局限 B．开创全新研究领域
C．超越世人认知 D．否定了绝对时空观
12．它打开了人类认识微观世界的大门，深刻地改变了人们的生活、生产和观念……标志着一个新纪元的到来！这里的“它”是指(　　)
A．经典力学 B．进化论 C．量子理论 D．相对论
13．“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发的(　　)
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
14．中微子是组成自然界的最基本的粒子之一。2015年10月6日，诺贝尔物理学奖授予日本科学家梶田隆章以及加拿大科学家阿瑟·麦克唐纳，以表彰他们发现中微子振荡的现象从而证实了中微子有质量。最先为研究中微子奠定理论基础的科学家是(　　)
A．普朗克 B．爱因斯坦 C．玻尔 D．达尔文
15．普朗克年轻时曾向他的老师表示，要献身于理论物理学。老师劝他说：“年轻人，物理学是一门已经完成了的科学，不会再有多大的发展了，将一生献给这门学科，太可惜了。”打破该老师看法的是(　　)
A．万有引力定律的发现 B．量子假说的提出C．电力的发现与应用 D．牛顿力学定律的发现
16．“黑体(能全部吸收外来辐射能的物体)腔壁由无数能量不连续的带电谐振子组成，它们所带的能量是一个最小能量单元的整倍数，这些带电谐振子通过吸收和辐射电磁波，与腔内辐射场交换能量。”下列与这一理论有关的说法正确的是(　　)
A．时空的性质跟物质本身的分布状态有关
B．是实验科学，是近代科学形成的标志
C．与“自然界无跳跃”的原则基本一致
D．在一定程度上弥补了经典力学对微观世界认识的不足
17．19世纪经典物理学被誉为“一座庄严雄伟的建筑体系和动人心弦的美丽殿堂”，然而到了19世纪末20世纪初它却风光不再。使“美丽殿堂”风光不再的主要原因是(　　)
A．牛顿力学体系缺乏科学基础 B．它不能解释物理学的所有问题
C．人们不再重视科学研究 D．相对论和量子论的诞生
18．中国科学院任定成教授认为科学理论的发展是一种累积式的发展，即不抛弃旧理论，并将其归化入更全面的理论当中。下列史实符合任教授观点的是(　　)
A．神创论与进化论 B．相对论与量子理论C．经典力学与相对论 D．经典力学与量子理论
19．美国宇宙学家保罗·戴维斯曾说：“生命由原子造就，而原子是按照量子机制行事的。”“生命已经存在很长时间了，有充足的时间来学习一些量子的‘把戏’，如果这样做能够赋予它优势的话。”从中可知，其认为(　　)
A．生命进化是量子“把戏”的结果 B．量子理论可能适用于生命科学研究
C．生命进化经历了一个复杂的历程 D．量子机制赋予了生命进化的优势
20．在1935年的一篇论文中，爱因斯坦提出了一个新证据，断言量子理论无法对自然界进行完全的描述。根据爱因斯坦的说法，一些无法被量子理论预见的物理现象应该能被观测到。阿斯派特做了一系列著名的实验，证明了量子理论的正确性。材料主要说明(　　)
A．量子理论可解释微观领域的运动现象 B．爱因斯坦否定了量子理论的正确性
C．宏观世界只能用相对论来解释 D．现代物理学注重理论研究和实验
21．“这一发现成为20世纪物理学研究的基础，从那个时候起几乎完全决定了物理学的发展。要是没有这一发现，那就不可能建立起分子、原子以及支配它们变化的能量过程的有用理论。”关于“这一发现”，下列说法错误的是(　　)
A．它揭示了时空的属性，弥补了经典力学的不足
B．它打开了认识微观世界的大门，改变了人类认识世界的角度和方式
C．它解决了热辐射理论的疑点，有助于成功解释光电效应
D．它推动了现代物理学的重大发展，开阔了人们的视野
22．阅读下列材料，回答问题。
材料一　我不知道在别人看来，我是什么样的人；但在我自己看来，我不过就像是一个在海滨玩耍的小孩，为不时发现比寻常更为光滑的一块卵石或比寻常更为美丽的一片贝壳而沾沾自喜，而对于展现在我面前的浩瀚的真理的海洋，却全然没有发现。——牛顿临终遗言
材料二　有一次，一个美国记者问爱因斯坦关于他成功的秘诀。他回答：“早在1901年，我还是22岁的青年时就已经发现了成功的公式。我可以把这公式的秘密告诉你，那就是A＝X＋Y＋Z！A就是成功，X就是努力工作，Y是懂得休息，Z是少说废话！这公式对我有用，我想对许多人也是一样有用。”
材料三　德国著名的物理学家普朗克年轻时曾向他的老师表示要献身于理论物理学，老师劝他说：“年轻人，物理学是一门已经完成了的科学，不会再有多大的发展了，将一生献给这门学科，太可惜了。”19世纪理论物理学达到了巅峰状态，但其中也隐含着巨大的危机。在人们的心目中，经典物理学已经达到了近乎完美的程度。
(1)根据材料二我们知道“A＝X＋Y＋Z”带给爱因斯坦成功，结合所学知识说明其伟大成就。








(2)你怎样理解材料三中普朗克的老师对他的告诫，近乎完美的经典物理学存在什么局限性？







(3)通过对以上材料的分析，结合所学知识，谈谈这三位科学家能给你什么启示和动力。







第25课　现代科学革命 2019.10.6（答案）
【巩固练习】
1． 答案　C解析　根据题目中的关键信息“2015年”“100多年前”可以得知，这朵“乌云”出现在20世纪初期。伽利略提出自由落体定律是在16世纪末，与题目中的时间不符，故A项错误；万有引力定律是牛顿在1687年于《自然哲学的数学原理》上发表的，与题目中的时间不符，故B项错误；爱因斯坦的狭义相对论是在1905年提出，广义相对论是在1916年提出，是对牛顿的绝对时空观的否定，并非为辐射问题而提出，不符合题意，故D项错误。
2． 答案　C 解析　由题干信息可知，这一科学成果能够弥补万有引力定律的不足。结合所学知识可知，相对论打破了牛顿力学的绝对时空观，继承并发展了牛顿力学，故C项正确。
3． 答案　C解析　结合所学可知，相对论揭示了时空与物质的本质属性，可以广泛地解释不同运动状态的物质，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，同时，相对论也打破了经典物理学绝对化的思维，为人们提供了辩证地看待世界的新途径，因此相对论是物理学思想的一场重大革命，故C项正确。
4． 答案　D解析　根据材料的描述可知，速度越快，时间越慢。爱因斯坦说当一物体以光速运动，它的时间是停止的，这是爱因斯坦的相对论，赤道上线速度比北极上线速度快得多，所以赤道上的钟会比北极的钟走得慢一些。
5． 答案　C解析　狭义相对论提出于1905年，广义相对论建立于1916年，表明相对论的理论体系已相当成熟，故A项错误；相对论是爱因斯坦的最大成就，故B项错误；“这次给你授奖没有考虑你在相对论(即狭义相对论)和引力论(即广义相对论)方面所做出的贡献”表明科学界还没有普遍接受相对论，故C项正确；爱因斯坦在1915年未完成广义相对论的创建工作，在1916年初正式发表相关论文，故D项错误。
6．答案　D解析　揭示了时间、空间的可变性只符合爱因斯坦的相对论，排除含①的选项。两人不仅在学术研究上影响深远，而且对人的思想认识上也产生了重大影响。
7． 答案　B解析　根据材料和所学可知，20世纪初为驱散“两朵乌云”提出了相对论和量子理论，代表人物为爱因斯坦和普朗克，故B项正确；牛顿、达尔文、法拉第等与此无关，故A、C、D三项错误。
8． 答案　C解析　本题考查的是对相对论影响和内容的理解。相对论否定了经典力学的绝对时空观，所以材料中“牛顿的宇宙”是昨天的宇宙，“新的宇宙”指的是相对论。
9． 答案　C解析　爱因斯坦的相对论揭示了时间和空间的相对性，其是对牛顿经典力学的继承和发展，否定牛顿力学体系的表述错误，故A项错误；牛顿创立了万有引力定律，故B项错误；相对论否定了牛顿的绝对时空观，故C项正确；爱因斯坦的光电效应与牛顿经典力学无关，故D项错误。
10． 答案　B解析　题目中的实验是对相对论的验证，不是完善，故A项错误；题目中的实验对相对论的科学性予以验证，故B项正确；题目中的实验结果验证了相对论的正确性，并不是提出了挑战，故C项错误；相对论被验证和为大多数人接受不是一回事，故D项错误。
11． 答案　A解析　材料中“没有……最终断绝关系”说明狭义相对论并未完全否定牛顿力学中的绝对空间观，未完全解决牛顿力学中的问题，存在着一定局限性，A项正确，D项错误；材料表明，狭义相对论并未与牛顿的绝对空间观断绝关系，B项错误；材料涉及的是狭义相对论与牛顿力学的关系，不能反映狭义相对论的超前性，C项错误。
12． 答案　C解析　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。
13． 答案　A解析　根据所学可知“这一理论”指量子理论。1900年，为了解决热辐射理论的疑点，德国物理学家普朗克提出了量子假说，A项正确；揭示时空本质属性的是爱因斯坦的相对论，B项错误；爱因斯坦利用光的量子理论成功地解释了光电效应，C项错误；能预测未知行星方位的是牛顿经典力学，D项错误。
14． 答案　A解析　1900年，普朗克提出了量子假说，认为辐射像物质一样，是由具有能量的基本单位量子来实现的，这一假说宣告了量子理论的诞生，与材料中“中微子是组成自然界的最基本的粒子之一”相符，故A项正确。
15． 答案　B解析　材料“物理学是一门已经完成了的科学，不会再有多大的发展了”说明普朗克的老师认为物理学的发展空间很小，而普朗克提出量子假说，改变了人们认识世界的角度和方法，打破了老师的看法。
16． 答案　D解析　题干材料是普朗克有关量子理论的重要阐述。结合所学可知A项是爱因斯坦的广义相对论，B项是牛顿的经典力学，C项是与量子论相冲突的，量子论使人类对微观世界的认识取得革命性的进步。故选D项。
17． 答案　D解析　19世纪末20世纪初牛顿力学体系“风光不再”，动摇它的是相对论和量子理论。相对论否定了经典力学的绝对时空观，将牛顿的力学概括在相对论力学当中；量子论使人类的认识深入微观世界，与相对论构成了现代物理学的基础。A、C说法错误；B不是主要原因。故选D。
18． 答案　C解析　经典力学是关于宏观低速运动的科学理论，认为时空是绝对的，而相对论否定了经典力学的绝对时空观，将其包含在相对论力学之中，故C项正确。
19． 答案　B解析　材料意思是指研究生命进化的时候，可以参考量子理论的内容，所谓“把戏”，是指量子学规则，故A项错误；戴维斯的意思是说运用量子理论可以帮助生命科学研究取得更好的成绩，故B项正确；材料主要指出量子学与生命科学研究之间的关系，并没有提及生命进化本身的历程问题，故C项错误；量子机制是原子行事的规则，不等于说量子机制赋予了生命进化的优势，这种说法曲解了材料原意，故D项错误。
20． 答案　D解析　“量子理论可解释微观领域的运动现象”不是材料主旨，故A项错误；爱因斯坦只是说明了量子理论的局限性，而不是否定量子理论的正确性，故B项错误；相对论在材料中没有体现，故C项错误；材料中爱因斯坦的新证据和阿斯派特的实验说明现代物理学重视理论研究和实验，故D项正确。
21． 答案　A解析　根据材料信息“20世纪物理学”和“分子、原子以及支配它们变化的能量过程的有用理论”可知该发现应为量子理论，A项说法是关于相对论的论述，故A项错误，符合题目要求；B、C、D三项正确揭示了量子理论的意义，排除。
22．
答案　(1)①爱因斯坦经过多年的研究，打破了牛顿以来传统的绝对时空观，于1905年提出了狭义相对论，又于1916年建立了广义相对论。相对论被后人誉为20世纪人类思想史上最伟大的成就之一。②爱因斯坦利用量子理论成功地解释了光电效应出现的现象及光的本质，进一步推动了量子理论的发展。
(2)理解：经典力学体系的建立标志着近代科学的形成，19世纪理论物理学达到了巅峰状态，物理学似乎是一门已经完成了的科学。局限性：经典物理学研究的是人们日常生活中易于理解的宏观世界，没有涉及人们没有直接经验的微观世界。经典力学的绝对时空观认为时间和空间是绝对的。
(3)①科学真理需要勇于探索、执着追求的精神。②人类对客观规律的认识在不断深入，科学理论在不断完善和创新，只有勇于探索、不懈追求，才能有所成就。