物理学的重大进展教案

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【特色教案】17世纪初的一天，在意大利比萨斜塔上进行了一场著名的实验．物理学家伽利略从塔顶抛出了质量不一的两个球，结果这两个球同时落地。这一实验证明了物体的下落速度与物体的质量无关，它否定了从古希腊以来人们关于物体大小决定了下降速度快慢的认识，为近代力学的发展奠定了基础。知识结构：历史条件：①中世纪农业手工业的发展（物质基础）；历史条件：①中世纪农业手工业的发展（物质基础）；②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。匀速运动和匀加速运动两个定律。1、奠基者伽利略：16世纪末17世纪初，伽利略等人已经认识到，为了解自然界，必须进行系统的观察和实验。伽利略通过实验证实，外力并不是维持运动状态的原因，只是改变运动状态的原因。通过实验，他发现了自由落体定律等物理学定律，大大改变了古希腊哲学家亚里士多德以来有关运动的观念，意义：开创了以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。匀速运动和匀加速运动两个定律。应用比较的方法，让学生深入理解和掌握伽利略对物理学做出的贡献：应用比较的方法，让学生深入理解和掌握伽利略对物理学做出的贡献：希腊学者亚里士多德认为地球上的物体运动有天然运动和受迫运动。他认为物体的受迫运动是推动者加于被推动者的，推动者一旦停止推动，运动就会立即停止。意义意大利物理学家伽利略物体下落时的距离与所用时间的平方成正比，而物体下落的速度与物体的重量无关，这就是著名的落体定律。他还通过实验证实了匀速运动定律和匀加速运动定律。他的发现以及他开始的科学研究方法，是人类思想史上伟大的成就之一，标志着物理学的真正开端。历史纵横伽利略是利用望远镜观察天体并取得大量成果的第一人。他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。1632年，伽利略因在一本书中宣传“日心说”，遭到罗马教会的迫害。他被教会判处终身监禁，这本书也遭到教会的查禁。了解自然必须进行观察和实验；了解自然必须进行观察和实验；物理学外力只是改变运动状态的原因；归纳伽利略成就发现了自由落体定律等物理学定律；天文学：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。归纳意大利物理学家伽利略的贡献：归纳意大利物理学家伽利略的贡献：通过实验，他发现了自由落体定律等物理学定律，开创了以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。他的发现以及他开始的科学研究方法，是人类思想史上伟大的成就之一，标志着物理学的真正开端。他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。2、经典力学的建立：【1】经典力学建立的背景：【1】经典力学建立的背景：17～18世纪，近代自然科学中突出发展起来；工场手工业时期经济上的需要；经典力学领域中，最重要的成就是万有引力定律和运动三定律的发现，牛顿则是其中的集大成者，故经典力学又称牛顿力学。（2）经典力学建立的标志：经典力学建立的标志是牛顿确立的万有引力定律和运动三大定律。经典力学建立的标志是牛顿确立的万有引力定律和运动三大定律。（3）经典力学的显著特征：注重实验；数学化，这种数学化的根源是自然内在的数学关系。在伽利略研究基础上，英国科学家牛顿确认了物体宏观运动的规律。1687年，牛顿出版了《自然哲学的数学原理》一书，提出了物体运动三大定律和万有引力定律等。此书标志着经典力学的成熟。他把地球上的物体的运动和天体运动概括到同一个理论之中，形成了一个以实验为基础、以数学为表达形式的牛顿力学体系，即经典力学体系。这一体系对解释和预见物理现象，具有决定的意义。后来，根据万有引力定律，人们发现了海王星等（3）经典力学的显著特征：注重实验；数学化，这种数学化的根源是自然内在的数学关系。教你轻松记忆教你轻松记忆（1）经典力学内容特征意义运动三大定律、万有引力定律实验、数学化统一（天上、地下的运动），标志（近代科学形成）大大推动了物理学的发展。经典力学体系的建立标志着近代科学的形成。资料回放我不知道世人对我是怎样看的，不过我只觉得自己像是一个在海滨玩耍的孩子，有幸拾到光滑美丽的石子，但真理的大海，我还没有发现。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。——牛顿学思之窗1781年，人们发现了太阳系的第七大行星——天王星，但它的理论位置与实际观测不符。科学家们设想有一颗未知的行星对它产生了影响。后来，经过科学家的计算，1846年，人们终于发现了海王星。这是对牛顿万有引力的应用。证明了其正确性。思考这是对牛顿万有引力的应用。证明了其正确性。海王星的发现说明了什么?◎相对论的创立（1）相对论提出的历史背景 （1）背景：经典物理学的危机 ①19世纪末三大发现：x射线、放射性和电子。 ②经典力学无法解释研究中的新问题，如：黑体辐射、光电效应等等。（2）相对论的提出及主要内容经典力学认为，时间和空间与物质运动无关，存在绝对的静止和绝对的时间。这与人们的一般看法一致。20世纪，随着物理学研究的进展，经典力学无法解释研究中遇到的一些新问题，面临着挑战。20世纪初，德国物理学家爱因斯坦经过多年的研究，提出了相对论，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大，同时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，空间和时间的性质仅取决于物质的运动情况，也取决于物质本身的分布状态。 (2)相对论的提出及主要内容： (2)相对论的提出及主要内容： ①1905年，爱因斯坦提出狭义相对论和光速不变原理。 ②1916年，他完成了广义相对论的最终形式。历史纵横相对论的观点与人们的日常经验不一致，但它在物理学上却十分合理，并为实验所证实。爱因斯坦为了说明时间的相对性，曾经举出这样的例子：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。他的计算表明：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。 （3）与牛顿力学的关系 ①相对论打破了牛顿以来传统的绝对时空观。 ②相对论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。 ③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。（3）相对论提出的历史意义 （4）相对论建立的意义 （4）相对论建立的意义 ①相对论的提出是对近代物理学思想的一次重大革命。 ②它否定经典力学的绝对时空论，深刻地揭示了空间、时间的本质属性。 ③它发展了牛顿力学，推动物理学发展到一个新的高度。 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。教你轻松记忆：相对论教你轻松记忆：相对论内容特征意义广义、狭义打破绝对时空观物理学的革命，对牛顿力学的既否定又发展◎量子论的诞生与发展（1）量子论诞生的背景 ①19世纪末20世纪初，电子和放射性的发现。 ②实验表明微观粒子的运动不能用宏观物体的运动规律进行描述。 19世纪末20世纪初，电子和放射线的发现，打开了原子的大门，人们对物质的认识深入到了原子内部。大量的实验表明，微观的粒子运动不能用经典力学的理论来说明。 （2）过程 （2）过程 ①1900年，德国普朗克提出量子假说。 ②爱因斯坦提出了光的量子理论。 ③玻尔提出有关原子的量子理论。1900年，为了解决热辐射理论卜的疑点，德国物理学家普朗克提山了量子假说。他认为：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论的诞生。普朗克做出了一个大胆的假设物体在发射辐射与吸收辐射时能量的交换或变化．是以不连续的方式进行的，是以一定数量值的整数倍跳跃式要化的，在辐射的发射和吸收过程中。能量不是无限可分的，而是有一个最小的份额单元。这个最小的能量单元普朗克称之为“能量子”或“量子”。他因提出量子假说，获得1918年诺贝尔物理学奖。 （3）意义 ①20世纪最深刻、最有成就的科学理论之一。 ②标志着人类对客观规律的认识，开始从宏观世界深入到了微观世界。 ③在量子论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。 ④对化学、生物学、医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。量子论与物理学界几百年来信奉的“自然界无跳跃”的原则发生冲突，遭到许多物理学家的反对，但也得到了一些科学家的支持。爱因斯坦利用量子理论成功地解释了光电效应应，丹麦物理学家玻尔提出了有关原子的量子理论。20世纪30年代，量子力学建上起来。量子论使人类对微观世界的基本认识取得革命性的进步，成为20世纪最深刻、最有成效的科学理论之一。它与相对论一起，构成了现代物理学的基础。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。它们的提出，不仅推动丁物理学自身的进步而且开阔了人们的视野，改变了人们认识世界的角度和方式。教你轻松记忆量子论教你轻松记忆量子论诞生发展意义量子假说量子力学微观世界知识深化： 相对论与牛顿力学的关系 知识深化： 相对论与牛顿力学的关系 (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，即物体运动是在低速情况下，这些定律才适用。 (2)20世纪初，爱因斯坦提出相对论，否定了牛顿的绝对时空观，指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，而是随着物质的运动而变化，物质质量随运动速度的变化而变化，并提出质能转化原理，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，在哲学和科学上都具有重大意义。 (3)相对论发展了牛顿力学，牛顿力学是相对论力学在低速状态下的一个特例。牛顿力学是整个力学的基础，牛顿所创造的概念，至今仍指导着我们的物理学思想。牛顿在科学史上做出了杰出的贡献。本课要旨●牛顿创建了万有引力定律和力学三定律，建立了经典力学，改变了自古代中世纪以来人们的认识论和方法论。●19世纪末20世纪初，普朗克提出了量子假说，爱因斯坦提出了相对论，改变了人们认识世界的角度和方式。探究学习总结【本课测评】相对论和量子论的出现，有什么意义?【学习延伸】20世纪初，爱因斯坦提出了著名的质量能量公式：Ｅ＝mC⒉，这一理论为核能的开发提供了依据，第二次世界大战期间和战后，核能研究得到迅速发展。请查找资料，了解20世纪核能研究发展的基本情况，谈一谈这一研究的发展对人类社会产生厂哪些影响。【演练广场】一、选择题1：经典力学的产生归根结蒂是（）A．生产力发展的结果B．资本主义民主政治建立的结果C．思想解放的结果D．牛顿不懈努力的结果答案：A。辨析：生产力的不断进步对科学技术提出新的要求，推动着科学技术的发展。故答案为A。2：物理学的真正开端是（）A．牛顿创立的经典力学体系B．爱因斯坦提出相对论C．普朗克提出量子假说D．伽利略的发现及他开始的科学研究方法答案：D。辨析：伽利略开创了以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。故答案为D。3：“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分布状态。”这是哪个科学家提出的（）A．伽利略B．牛顿C．爱因斯坦D．普朗克答案：C辨析：这段论述符合爱因斯坦的广义相对论。故答案为C。4：下列对牛顿力学体系的认识不正确的是（）A．牛顿力学体系是爱因斯坦相对论中的一种特殊情况下的理论B．牛顿力学体系标志着近代自然科学的形成C．牛顿力学体系正确反映了宏观物体低速运动的客观规律D．牛顿力学体系不能适用于整个客观世界，相对论兴起后，应该否定答案：D辨析：爱因斯坦只是否定了经典力学的绝对时空观，但是并没有否定牛顿力学理论，因为该理论是当运动速度远低于光速的时候适用的一种理论，因此牛顿力学体系是相对论的一种特殊情况。牛顿提出的关于物体运动三大定律，是整个力学的基础，牛顿所创造的概念仍指导着今天的物理学思想。故答案为D。5：相对论的提出是物理学思想的一次重大革命，突出表现在相对论（）①否定了经典力学的绝对时空观②深刻的揭示了时间和空间的本质属性③推动物理学发展到一个新高度④使人类对客观世界的认识开始从宏观世界深入到微观世界A．①②③B．②③④C．①③④D．①②答案：A。辨析：④是对量子论意义的表述，不符合题意。故答案为A。6：（2009广东历史卷，21）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．万有引力定律答案：B．辨析：本题用排除法。日心说是哥白尼提出的，量子假说是普朗克首先提出的，万有引力定律是牛顿经典力学的组成部分。爱因斯坦的主要学说是相对论，它的提出是物理学思想的一次革命，它否定了经典力学的绝对时空观，把物理学发展到一个新高度，普朗克高度评价爱因斯坦即基于此。故答案为B。7：(20XX年高考海南卷)20世纪初，爱因斯坦相对论的提出是物理学的一场变革。它（）A．否定了经典力学体系B．打破了绝对时空观C．彻底解决了19世纪以来物理学面临的危机D．标志着对物质世界的认识开始进入微观粒子世界答案：B。辨析：相对论是对经典力学的发展而非否定，C项错在“彻底解决”，标志着对物质世界的认识进入微观世界的是量子理论。故答案为B。8：(20XX年上海高考)“月亮既不会掉下来，也不会离去，那是因为它的运动正好抵消了地球的引力”。说这句话的科学家是（）A．牛顿B．波义耳C．拉瓦锡D．哥白尼答案：A辨析：注意题干中的“引力”，应该考查的是万有引力定律。故答案为A。9：（20XX年江苏单科15）一位科学家的墓碑上镌刻着这样的铭文：“他以神一般的力量……第一个说明了行星的运动和图像。”这位科学家应该是（）A．伽利略B．牛顿C．爱因斯坦D．普朗克答案：B。辨析：伽利略自制望远镜，观测到一些肉眼看不见的行星，证明了“日心说”的正确性，但是并没有说明行星的运动和图像；爱因斯坦主要贡献是相对论，打破了牛顿的经典力学体系；普朗克主要是提出了“量子假说”。牛顿提出了物理学三大定律和万有引力定律，用科学说明了行星的运动和图像，打破了基督教之前所宣扬的“神的力量”。故答案为B。10：（20XX年广东单科21）19世纪，西方宗教信仰的虔诚度降低。与这一趋势形成无关的科学家是（）A．牛顿B．达尔文C．爱因斯坦D．伽利略答案：C。辨析：爱因斯坦提出相对论是在20世纪初，与19世纪西方宗教信仰的虔诚度降低无关。故答案为C。11．经典力学体系的建立标志着近代科学的形成，主要是因为它（）A．将天体的运动和地球上的运动概括在同一理论之中B．是人类认识自然的历史上对自然规律进行的第一次理论性概括和总结C．具有相当程度的科学性和预见性D．建立了一套实验观察与数学演绎相结合的科学研究方法12．有学者指出：《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（）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13．在未来的某一时间，有一对20岁的孪生兄弟，弟弟乘宇宙飞船以29万千米/秒的速度飞行，哥哥留在地球上。50年后，当哥哥已经变成白发苍苍的老人时，他去迎接回到地球的弟弟，却发现弟弟还是一个30多岁的年轻人！你认为应该用什么理论来解释这一现象（）A．相对论B．量子理论C．万有引力定律D．质量不变定律14．在宏观世界中，看起来相同的物体总是可以区别的，但是在微观世界中，同一类粒子却无法区分。例如，所有的电子的一切性质都完全一样。下列哪一理论的提出，使人类对微观世界的基本认识有了革命性的进步（）A．自由落体运动定律的提出B．相对论的提出C．量子论的提出D．万有引力定律的提出15．爱因斯坦说：“牛顿时代已经成为历史……但是伟大的思想家与艺术家的工作将永远流传于世……”以下属于“牛顿时代”科技成就的是（）A.“太阳中心说”B．相对论C.万有引力定律D．量子力学16．近代前期，自然科学得以迅速发展的人文动力是（）①冲破了神学思想的束缚②理性主义的熏陶③资本主义经济发展对科技的需要④文艺复兴运动的深入发展A．①③④B．①②③④C．①②④D．①④17．超越时空的梦想越来越多的出现在电影里。有人认为，也许在将来的某一天这会变成为现实。这主要依据（）A．量子理论B．牛顿力学体系C．法拉第的学说D．自由落体定律18．有一次，爱因斯坦与卓别林共同出席一个宴会，他们都受到了热烈的欢迎。卓别林对爱因斯坦开玩笑说：“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。”是指（）A．绝大多数人盲目地欢迎爱因斯坦B．相对论有悖于人们的日常生活C．理论物理与人们日常生活很远D．伟大的科学家不如著名艺术家19．右图是四十集香港电视连续剧《寻秦记》的男主角项少龙，他从21世纪穿越到了秦朝统一前。这种题材的文学作品和影视节目盛行一时，请问为这类作品和节目盛行提供科学依据的是（）A．基因改造工程B．空间控制理论C．相对论D．量子论（二）材料解析题20．阅读下列材料，回答相关问题：19世纪末，物理学家的研究一方面深入到物质内部的微观世界，放射线和原子被发现，另一方面扩展到整个宇宙。随着光学等学科的深入发展，人们对在光速或接近光速运动状态下的物质的研究，而超出了经典物理学的范围。物理学被称为“晴空上漂浮的两朵乌云”的两个无法解释的难题，其一就是以太的不存在。这使的经典物理学赖以建立的绝对时空观受到了严峻的挑战。请回答：（1）经典物理学的基础（代表）是什么？（2）19世纪时，经典物理学发展到何种程度？他所适