高二历史学案：第课物理学的重大进展含解析

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精第四单元近代以来世界的科学发展历程第11课物理学的重大进展知识点一经典力学1．经典力学的奠基者—-伽利略（1）背景：①文艺复兴运动不仅解放了人们的思想,也对科学研究产生了重要影响。（2）成就:1604年，伽利略发现了著名的②自由落体定律.自制望远镜观察天体,证明了哥白尼“日心说”的正确性。(3）意义：开创了以③实验事实为根据并具有严密逻辑体系的近代科学，为后来经典力学的创立和发展奠定了基础.2．经典力学的建立（1)标志：1687年牛顿出版了《④自然哲学的数学原理》。（2）内容：万有引力定律和物体运动三大定律。(3）特征：以实验为基础,以⑤数学为表达形式.(4）意义：这一体系对解释和预见物理现象,具有决定性意义。后来，根据⑥万有引力定律，人们发现了海王星等。经典力学的历程知识点二相对论的创立1．背景：19世纪,随着物理学研究的进展，⑦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．提出：20世纪初,德国物理学家爱因斯坦经过多年的研究，提出了⑧相对论，包括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,⑨空间和时间也会随着物体运动速度的变化而变化,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⑩分布状态。3．意义：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⑪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。知识点三量子论的诞生与发展1．基础：19世纪末20世纪初，电子和放射线的发现使人们对物质的认识深入原子内部.2．诞生：1900年，德国物理学家⑫普朗克提出了量子假说，宣告了量子论的诞生。3．发展：爱因斯坦利用量子理论成功地解释了⑬光电效应，丹麦物理学家玻尔提出了有关原子的量子理论。4．意义:量子论使人类对⑭微观世界的基本认识取得革命性的进步，它与相对论一起，构成了现代物理学的基础，弥补了经典力学在认识宏观世界和微观世界方面的不足，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.图示法理解物理学的发展［师生互动1]伽利略用自己制造的望远镜发现了许多用肉眼看不见的星体,证明了哥白尼提出的“日心说"的正确性。这反映了伽利略怎样的科学研究方法？提示：以观察和实验推理论证的研究方法。[师生互动2］观察下列图片(1）概括说明上述图片中各位科学家在物理学上的主要贡献及影响。（2)指出以上科学家取得巨大成就的共同原因。提示：（1)伽利略提出自由落体定律，为经典力学的建立奠定基础；牛顿创立经典力学体系,标志着近代科学的形成;爱因斯坦创立相对论，是物理学的重大革命；普朗克提出量子论，开创了物理学的新纪元。(2）勇于探索、执着追求；社会进步，生产力的发展。［师生互动3］牛顿力学体系的建立标志着物理学的真正开端吗？提示:不是。伽利略的杰出成就为牛顿经典力学的创立奠定了基础，标志着物理学的真正开端.[师生互动4］文艺复兴之后西方科技为什么能够迅速发展?提示：文艺复兴打破了封建神学的束缚,解放了人们的思想(重视科学实验，反对先验论，富于探究精神)；这场思想解放运动适应了资本主义发展的需要，为近代自然科学和各种学术的发展清除了思想障碍。爱因斯坦的相对论完全否定了牛顿力学体系。[试一试］这种观点是错误的。这种观点没有正确理解爱因斯坦的相对论与牛顿力学体系的关系。两者之间的关系如下:(1）牛顿力学体系概括了物体机械运动的基本定律，这些定律有一个不容忽视的前提，即物体运动在低速情况下，这些定律才适用。（2)1905年和1916年，爱因斯坦相继提出狭义相对论和广义相对论，否定了牛顿绝对的时空观,提出了时间和空间的辩证关系,即时间和空间不是绝对不变的,而是随物质的运动而变化，物质质量随运动速度的增大而增加.相对论的提出加深了人们对物质和运动的认识，在物理学和哲学上都具有重大意义。（3）但并不是说,相对论完全否定了牛顿力学体系,牛顿力学在历史上的光辉被相对论抹掉，而应该理解为相对论发展了牛顿力学，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下的一个特例，牛顿所创造的概念和定律至今仍然是物理学的重要思想.主题一经典力学的确立、特点、意义材料一：抛射体45度时射程最远—-仅用数学便得到如此严格的证明，这使我心中充满又惊又喜的感觉……大炮和迫击炮轰击时，最大射程(即炮弹发射的最远距离)，是在仰角45度时获得的……但是要理解为什么发生这种情况，这比从别人那里得到证据甚至反复实验得到的证据重要的多……通过探索原因而达到对某一效应的理解会使人顿开茅塞，从而使理解和确证其他事实无须再借助实验,目前的例子恰好证明了这一点……——伽利略《关于两门新科学的对话》材料二：长期以来，人们一直认为彗星是神秘的，根本不能用科学来说明。牛顿说，既然彗星也是天体，就必然遵循力学规律。他的好友哈雷用牛顿力学算出了1682年出现的彗星的轨道,指出它的回归周期是75～76年,由此预言它将在1758年再次出现……1758年这颗彗星果然如期出现，因此被命名为哈雷彗星。——百度文库请分析：(1)根据材料一及所学知识指出，伽利略在科学研究上的重要贡献是什么？有何重要意义？(2）根据材料及所学知识指出,哈雷彗星发现的重要前提条件有哪些？(3）哈雷彗星的发现说明了科学研究的巨大威力是什么？提示：(1)贡献:发现了数学在科学研究中的重要作用，开创了实验与数学相结合的科学研究方法。意义：为经典力学的建立奠定了基础，标志着物理学的真正开端。（2)①文艺复兴运动解放了人们的思想，自然科学研究开始摆脱教会的束缚。②牛顿力学体系的形成，提出了万有引力定律。③以实验为基础,以数学为表达形式的科学研究方法的出现。(3）对于解释和预见物理及天文现象，具有决定性意义。1．近代科学发展的原因.提示：（1）社会原因:资本主义的发展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基础.(2）思想基础：文艺复兴、宗教改革和启蒙运动，为近代自然科学的诞生和发展奠定了思想基础.（3)制度基础：欧洲的民族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。（4）外在因素：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素材。(5)主观原因：科学家的努力探索，促进了科学的发展。2．经典力学的特征和历史地位及影响。提示：（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内在的逻辑联系，并由此得出重要的结论。②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。③研究人们日常生活中易于理解的宏观世界。后来科学发现所揭示的是人们没有直接经验的微观现象，表明人们对物质世界的认识在不断深入。（2)地位和影响①把自然界中一切力学现象囊括在力学体系中，成为人类在认识自然的历史上对自然规律的第一次总结与概括。②形成以实验为基础、以数学为表达形式的牛顿力学体系，即经典力学体系，标志着近代科学的形成和人类科学时代的开始。③牛顿力学和热学引发了第一次技术革命，使人类社会进入“蒸汽时代”。④牛顿用数学方法精确描述宇宙运行的自然法则，为法国启蒙思想和唯物主义哲学奠定了科学基础；打击了神学，促进人类思想不断解放。[例1]牛顿曾经说过:“我所以有这样的成就，是因为我站在巨人们的肩膀上的缘故.”由于伽利略、开普勒等前人的努力，牛顿才有可能用已经准备好了的材料建立起一座宏伟的经典力学大厦，这座大厦建立起来的标志是()A．《力学中的哲学原理》的发表B．《科学的经典力学原理》的发表C．《力学和数学的原理》的发表D．《自然哲学的数学原理》的发表[解析]本题考查对牛顿经典力学建立标志的掌握。由上图可知牛顿的经典力学是建立在伽利略的成就之上的，其标志是《自然哲学的数学原理》的发表。[答案]D主题二相对论和量子论对物理学的发展材料一：(英国)皇家学会会长汤姆逊致辞说：“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。”……1921年，爱因斯坦获得了诺贝尔奖.这奖来得十分不易。当时有不少德国的诺贝尔奖获得者威胁说,如果给相对论授奖,他们就要退回已获的奖章,结果评选委员会找到了一个办法，让爱因斯坦作为光电效应理论的建立者而得奖,相对论始终没有获诺贝尔奖。--吴国盛《科学的历程》材料二：能量子钻进物体的表面层……把它的全部能量给予了单个电子……一个在物体内部具有动能的电子当它到达物体表面时已经失去了它的一部分能量。此外还必须假设，每个电子在离开物体时还必须为它脱离物体做一定量的功P（这是物体的特性值--即逸出功).那些表面上朝着垂直方向被激发的电子，将以最大法线速度离开物体。-—《爱因斯坦文集》请分析：（1）材料一为什么说相对论是“最伟大的成就之一”?“相对论始终没有获诺贝尔奖"说明了什么问题？(2)根据材料二回答，爱因斯坦这一研究的理论基础是什么？在这方面他有何贡献？（3）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:（1)原因：相对论否定了经典力学的绝对时空观，深刻揭示了时间和空间的本质属性，提出了全新的时空观、运动观和物质观;发展了牛顿力学,将其概括在相对论力学之中,将物理学发展到一个新的高度。问题：相对论脱离人们的正常思维和感受,不被人们理解和接受。(2)理论基础：普朗克于1900年提出的量子假说，量子论宣告诞生.贡献:用量子理论成功解释了光电效应。(3）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。1．教材P56[学思之窗]你认为应该怎样评价牛顿和爱因斯坦的贡献？提示：牛顿确立了万有引力定律和运动三大定律，之后光学、电磁学等与力学进一步统一，大大推动了物理学的发展，牛顿力学研究的是宏观世界。爱因斯坦打破了牛顿以后传统的绝对时空观，于1905年提出了狭义相对论和光速不变原理，1916年爱因斯坦完成了广义相对论的最终形式.爱因斯坦的相对论发展了牛顿力学,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。2．量子论和相对论的地位及影响。提示:（1)地位：量子论和相对论一起构成了现代物理学的基础.(2）影响①量子论是研究微观世界粒子运动规律的科学。量子论对化学、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,使人类对微观世界的认识有了革命性的进步。②相对论指出了时间、空间和物体的质量不是绝对不变的，而是随着物体的运动而发生变化，打破了传统的绝对时空观；相对论发展了牛顿力学,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；相对论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途径.③量子论和相对论弥补了经典物理学的缺陷，掀起了物理学的革命，对物理学本身，对自然科学,对整个人类生活与思维都产生了不可磨灭的影响。［例2](2018·江苏卷）牛顿认为宇宙是按照可测量的、可描述的机械原理进行运转的。1927年，德国物理学家海森堡提出了测不准原理：没有人能够确知一个电子的运动轨迹，因为通过光来观测电子这个行为本身将会扰乱电子的位置.与这一认识变化相关的是（)A．经典力学的诞生 B．进化论的传播C．电气革命的出现 D．量子论的提出[解析]人们认识电子的运动轨迹以及光与电子运动规律间关系的基础,与量子论的提出密切相关，故D项正确；经典力学是17世纪牛顿提出的，揭示了宏观物体的运动规律，与电子运动无关，故A项错误;进化论是19世纪中期达尔文提出的，反映的是生物进化理论，故B项错误；电气革命是第二次工业革命的成果,不属于理论物理学的范畴，故C项错误。［答案]D1．有学者指出：现在《美国遗产词典》将“科学”定义为“对自然现象的观察、鉴定、描述、实验研究与理论分析”。从本质上来说，这就是伽利略的方法.对该学者这种说法的理解正确的是（B）A．我们今天科学研究的具体方法仍然超越不了伽利略B．伽利略的贡献在于开创了现代科学研究的基本方法C．自从有了伽利略，人类才开始进行科学研究D．伽利略已经给“科学”下了精确的定义解析：伽利略开创了用实验和数学研究的科学研究方法，对后世科学研究产生了重大影响，B项正确;A、C、D三项说法明显不对.2．观察下图,据图可以得出西方近代自然科学发展的主要特点是（C）A．生活实践经验的总结B．实用性技术应用性强C．科学观察、实验的研究方法D．重视经验综合，轻视理论研究解析:比萨斜塔昭示着实验的方法，而牛顿苹果落地，则是观察法，C项正确；材料信息与生活实践经验无关，实用性也不强，但背后体现着理论探讨,A、B、D三项错误。3．牛顿的发现被认为“跳出了神秘的黑匣子,用理性的光芒照亮了人类"。这是因为牛顿力学体系的创立(C）A．开启了人类文明史上的蒸汽时代B．标志着人类科学时代的开始C．从根本上冲击了宗教神学的基础D．是人类对自然界认识的飞跃解析:“神秘的黑匣子”指教会的说教。瓦特改良蒸汽机开启了人类文明史上的蒸汽时代，故A项错误；牛顿力学标志着人类科学时代的开始,但与材料无关，故B项错误；牛顿力学体系对自然界的力学现象做出了系统的、合理的说明，从而使自然科学研究建立在科学的基础之上,这是对基督教神学世界观的挑战，彻底否定了上帝创世说，故C项正确；牛顿力学是人类对自然界认识的飞跃,但与材料无关，故D项错误.4．下面框内对话中所论及“新的宇宙”缘于（C)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．普朗克的量子论解析：爱因斯坦的相对论否定牛顿力学的绝对时空观,故选C项。5．著名导演史蒂夫·诺兰的科幻大作《星际穿越》公映，迅速风靡全球,引发了学习物理知识的热潮，“黑洞”“虫洞"“五维空间”成为人们热议的名词，如果人类能够实现星际穿越，其理论来自于哪一位科学家(A）A．爱因斯坦 B．普朗克C．伽利略 D．牛顿解析：题目中的“黑洞”“虫洞”“五维空间”颠覆了传统