高中历史 第七单元 25 物理学的长足进步学案 北师大版必修3

1、学案25物理学的长足进步课标要求1.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。2.知道相对论、量子论的主要内容，认识其意义。一、牛顿与经典力学1背景(1)由于封建主义的禁锢，欧洲中世纪科学技术的发展十分缓慢。(2)随着资本主义萌芽的产生、新航路的开辟和殖民扩张的推动，16世纪末，欧洲开始进入近代科学技术的发展时期。(3)17世纪下半叶，牛顿在开普勒发现三大行星运行规律的基础上，总结伽利略的力学研究成果，创立了经典力学体系。2创立：1687年，自然哲学的数学原理出版，标志着以实验为基础、以数字为表达形式的经典力学体系的形成。自学帮助1中世纪：“中世纪”一词是从15世纪后期

2、的人文主义者开始使用的，意指古典(希腊、罗马)文化期与古典文化“复兴”期之间的时代，约公元4世纪或5世纪至15世纪。传统上认为这是欧洲文明史上发展比较缓慢的时期。2经典力学：又称牛顿力学。它反映的是宏观物体低速运动的客观规律。它包括四个最主要的规律，即牛顿运动三大定律(惯性定律、加速度定律、作用力和反作用力定律)、万有引力定律。3主要内容(1)物体运动三定律，是机械运动的基本规律，主要包括惯性定律、加速度定律和作用与反作用定律。(2)万有引力定律则认为，宇宙间的一切物体都有互相吸引的力，并给出计算两个物体之间吸引力的公式。4地位和影响(1)经典力学体系的建立，成为近代科学技术发展史上的一个重要

3、里程碑。(2)牛顿的力学理论，对此后两个世纪科学的发展，产生了深刻的影响。重点精讲为什么说伽利略是经典力学的奠基者？伽利略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。关键点拨牛顿力学体系是近代自然科学理论中最先成熟和完善的核心理论体系。与以往的科学体系相比，最大的特点就是以实验为基础，以数字为表达形式。这也是近代科学必须具备的特点。深化探究材料一如果我比别人看得远些，那是因为我站在巨人们的肩上。牛顿思考(1)伽利略是意大利著名的物理学家，但他却受到了教会的审判。他遭受审判的原因是什么？他的研究成果有何价值？(2)牛顿

4、通过自己的努力发现了自然界物体运动的规律，但他却非常谦虚。请结合所学知识，思考牛顿经典力学出现的原因。答案(1)原因：发现了自由落体定律，改变了教会认可的传统观念。价值：为经典力学的创立和发展奠定了基础。(2)思想条件：文艺复兴不仅解放了人们的思想，对科学研究也产生了重要的影响；物质条件：资本主义发展为其提供了物质基础；伽利略开创了以实验为根据的科学研究方法，为经典力学的创立奠定了基础。材料二在我自己看来，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。牛顿思考(3)牛顿把取得的科学

5、成就比作“光滑的卵石”或“美丽的贝壳”，经典力学产生的标志是什么？牛顿取得了哪些科学成就？有何突出特点？ (4)牛顿以怎样的态度看待他所取得的成就？在他身上我们能够学到科学家的哪些优秀品质？答案(3)标志：1687年发表自然哲学的数学原理。成就：物体运动三定律和万有引力定律。特点：注重实验、数学化。(4)谦虚，认为他的发现还非常有限。优秀品质：敢于挑战权威、执着、谦虚、创新。材料三英国著名诗人亚历山大蒲伯曾写过一首赞美牛顿的诗：自然和自然界的规律，隐藏在黑暗里。上帝说：“让牛顿去吧！”于是一切成为光明。艺术家笔下的牛顿像神一样在制定宇宙规律思考(5)为什么说牛顿以前“自然和自然界的规律，隐藏在

6、黑暗里”？牛顿是怎样让“一切成为光明”的？答案牛顿以前的中世纪欧洲，基督教神学统治一切，实行愚民政策；人们普遍认为一切都是上帝创造的，都是不可知的。牛顿的经典力学将天体的运动和地球上物体的运动概括在同一理论之中，能够完整地解释天体和地球上的一切现象，揭示了自然界的规律。从此，科学摆脱了神学的束缚向前发展，同时也打击了神学，促进了人们思想的进一步解放。二、爱因斯坦和相对论1背景：随着科学实验的进步，经典力学无法解释研究中出现的一些新问题。2创立：20世纪初，德国物理学家爱因斯坦提出了相对性原理和光速不变原理，进而创立了相对论。3内容(1)狭义相对论：光速是物质运动的极限速度。物体的质量、空间和时

7、间随着物体运动速度的变化而变化，证明了时间和空间是物质运动的基本属性。这就将绝对时空观发展到相对论时空观。(2)广义相对论：揭示了四维时空同物质的统一关系，从而在更深层次上否定了绝对时空观。自学帮助相对论：爱因斯坦的相对论包括狭义相对论和广义相对论。认为时间、空间和物体的质量随着物体运动速度的变化而变化，空间和时间不可能离开物质而独立存在，空间结构和性质取决于物质的分布。4意义(1)相对论的创立，为物理学的发展开辟了广阔道路，引起了一场深刻的物理学革命。(2)创立了新的时空观，进一步丰富和发展了经典力学并把它概括在相对论理论之中。(3)相对论以其新的世界观和方法论，促进了人类的认识能力和思维模

8、式的发展。重点精讲为什么说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。深化探究材料假如在太阳系外类地行星上发现了智慧生物，人类派出两名宇航员乘坐以光子火箭推进的飞船去探访。两名宇航员在地球上用过早点后上午8点动身，11点即到达目的地，晚上9点半回到地球。虽然两名宇航员仅仅感到只用了1天的时间，但是回到家后却惊讶地发现，自己的子女已经超过自己的年龄，因为地球上已经过去了41年的时间。这种“山中方一日，世上已千年”的境遇实在令人稀奇。思考(1)牛顿力学确认了物体宏

9、观运动的规律，解释了自然界的一切运动现象，为什么还要提出相对论？ (2)请结合材料，说说爱因斯坦相对论的内容是什么？相对论与牛顿力学之间是怎样的关系？(3)有一次，爱因斯坦与卓别林同时出席一个宴会，他们都受到热烈欢迎。卓别林笑着说：“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。”如何理解“大家欢迎你是因为他们都不理解你”这句话的含义？这给我们什么启示？答案(1)19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，面临挑战。(2)内容：物体运动时，质量会随着物体运动速度增大而增加，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

10、。关系：牛顿经典力学反映的是宏观物体低速运动的客观规律，而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个特例。(3)“欢迎”是因为爱因斯坦创立的相对论是物理学领域的一次重大革命，他推动了物理学发展到一个新的高度。“不理解”是因为爱因斯坦相对论的观点与人们日常生活经验不一致，甚至有着尖锐的冲突。启示：这就提醒我们不要被常识和日常经验所蒙蔽，常识并不一定是正确的，要学会辩证地看问题。同时也说明人们对任何新生事物的认识都有一个极其艰难的过程。三、量子论的创立1背景：随着现代科学的发展，特别是电子和放射线的发现，使人们的研究开始进入原子内部。2发展进程(1)19

11、00年，德国物理学家普朗克提出了著名的“量子假说”。(2)1905年，爱因斯坦提出了光量子论。(3)丹麦物理学家玻尔把量子概念推广到原子内部的能量状态。(4)1925年左右，量子力学最终建立。理解概念量子论：是现代物理学的两大基石之一。它揭示了微观物质世界的基本规律，为原子物理学、核物理学和粒子物理学奠定了理论基础。它能很好地解释原子结构、原子光谱的规律性、化学元素的性质、光的吸收和辐射等。3量子论的意义(1)与相对论等一起，引起了物理学的一场重大革命，并促进了现代科学技术的突破性发展。(2)揭开了微观世界的奥秘，改变了人们对整个物质世界的认识。(3)许多交叉科学都是立足于这块基石之上发展起来

12、的。重点精讲牛顿力学与相对论和量子论的关系(1)牛顿力学的创立为相对论的提出奠定了基础。(2)量子理论和相对论的提出，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。量子理论和相对论一起，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。(3)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。深化探究材料19世纪经典物理学达到巅峰状态，在人们心目中，经典物理学已经达到近乎完美的程度。这时，年轻的德国人普朗克和他的老师发生了一段对话：普朗克：“老师，我准备把我的一生都献给物理理论学！”老师

13、：“年轻人，物理学是一门已经完成了的学科，不会再有多大的发展，把一生都献给这门学科，太可惜了。”思考(1)为什么普朗克的老师认为物理学“是一门已经完成了的学科”？老师的判断对吗？为什么？ (2)普朗克说“把一生都献给物理理论学”，他为量子力学的建立做出了怎样的贡献？还有谁也做出了突出的贡献？量子理论的建立有何意义？答案(1)牛顿力学确认了物体宏观运动的规律，解释了自然界的物理现象。不对。牛顿力学不能解释宏观物体高速运动的现象和微观粒子运动的现象。(2)贡献：1900年，普朗克提出了量子假说，标志着量子论的诞生。爱因斯坦利用量子理论成功解释了光电效应；丹麦物理学家玻尔提出了有关原子的量子理论。意

14、义：量子力学使人类对微观世界的认识取得了革命性的进步，开阔了人们的视野，改变了人们认识世界的角度和方式。1某日，在江苏电视台某著名节目中给出了一个谜面：“巨匠、17世纪、力学、英国”(提示语：打一位近代伟大的科学家)。据此，你认为谜底是()A伽利略 B牛顿C普朗克 D爱因斯坦答案B解析从关键词“17世纪”“英国”“力学”即可得出结论。2中秋时节是钱塘潮的最佳观赏期，潮起潮落，美丽壮观。苏东坡有千古名句“八月十八潮，壮观天下无”。下列哪位科学家的理论可用来解释钱塘潮的壮观景象()A伽利略的自由落体定律B牛顿的经典力学体系C普朗克的量子论D爱因斯坦的相对论答案B解析钱塘潮是由于月球和太阳的引潮力作

15、用，使海洋水面发生周期性涨落的潮汐现象。牛顿的万有引力定律可对潮汐现象作出科学的解释。320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解析爱因斯坦的相对论提出时间和空间都是物质存在的形式，随着物质运动速度的变化而变化，时间、空间、运动、质量不是绝对不变的，而是相对的。4在20世纪最后一期的时代周刊中，评选出了一位“世纪人物”。时代周刊称他为“天才、政治难民、人道主义者、原子和宇宙谜的开启者”“以其最伟大的思想和无与伦比的形象独占鳌头。”这位“世纪人物”应该

16、是()A牛顿 B普朗克C爱迪生 D爱因斯坦答案D解析从材料中“原子和宇宙谜的开启者”等信息可以看出此人是指爱因斯坦。5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量子论 D相对论答案C解析经典力学解释了物体宏观运动的规律，进化论解释了生命演进的规律，量子理论解释了微观物体运动的规律，相对论认识了时空的本质。 基础达标1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()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，轻视理论研究答案C解析由图片所示信息可知西方近代自

17、然科学重视观察、实验的研究方法。2“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伽利略C布鲁诺 D哥白尼答案A解析牛顿的最重大贡献之一是发现了万有引力定律。题干中的材料，是运用万有引力定律解释月亮总是围绕地球运动的原因。3根据国际天文学联合会大会投票5号决议，冥王星被排除在行星行列之外，正式从九大行星中除名，而将其列入“矮行星”。冥王星的发现当时是根据()A哥白尼日心说的推算B牛顿力学的推算C法拉第定律的推算D爱因斯坦的相对论答案B解析根据牛顿天体力学，1930年2月18日美国天文学家汤博发现了太阳系第九大行星冥王星。冥王星的出现引起了

18、人们的欢呼，被认为是牛顿力学的伟大成果。41846年某日，德国天文学家加勒在根据某科学定律推算出的位置上找到了一颗后来被命名为海王星的行星，这一天被人们评价为某理论“最辉煌的一天”。该理论是()A牛顿力学 B普朗克量子理论C达尔文进化论 D爱因斯坦相对论答案A解析根据信息“根据某科学定律推算出的位置上找到了一颗后来被命名为海王星的行星”可知，这一“科学定律”是万有引力定律。故“该理论”是牛顿力学。5爱因斯坦的相对论揭示的核心问题是()A时间、空间、物体质量随物体运动而变化B时间、空间、物体的质量是永远不变的C时间、空间、光速随物体运动而变化D时间、空间、光速是永远不变的答案A解析爱因斯坦在相对

19、论中提出，物体的质量会随着时间、空间的变化而变化，这给人们辩证地看待世界提供了新途径。6爱因斯坦的相对论修正了经典力学体系，并非否定。在相对论中，牛顿三大定律依然正确，只不过在分析问题时还要考虑到相对论的效应而已。以上阐述的相对论与经典力学的关系是()A各自独立 B继承与发展C否定与对立 D否定与发展答案B解析由材料中的“修正”和“并非否定”等表述可以得出是一种继承与发展的关系。7“这一发现成为二十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。”“这一发现”指的是()A牛顿万有引力定律B法拉第的电

20、磁学C普朗克的量子理论 D爱因斯坦的相对论答案C解析牛顿万有引力定律是19世纪的理论，故A项可以排除；从材料中“分子”“原子”等信息，可以判断为普朗克的量子理论。8“使人类克服了经典物理学的危机，对微观世界的基本认识有了革命性的进展”指的是()A牛顿力学体系的建立B进化论的提出C自由落体定律的提出D量子论的提出答案D解析经典物理学研究的是宏观世界，量子理论研究的是微观世界。能力提升9“在科学上，没有哪个理论能够得到完全的证明，当它出现时，总是有待进一步检验和审视。正是这一不断自我纠错与完善的特性，使科学成为人类理解自然机制最为严谨、最为有效的手段。”下列史实符合该论述的是()从亚里士多德学说到

21、自由落体定律从经典力学到相对论从万有引力定律到电磁感应理论从量子理论到光电效应的成功解释A BC D答案B解析自由落体定律是对亚里士多德学说的否定，相对论是对经典力学的完善；光电效应的成功解释是对量子理论的完善。不符合题意。10经典物理学所面临的危机，终于在20世纪初被物理学发展史上的两场伟大的革命所解决。这两场革命使人类()A拥有了研究宏观世界和微观世界的理论体系B放弃了经典物理学的思想方法和科学理论C否定了此前物理学取得的一系列成果D转变了人们的思维方式和社交方式答案A解析材料中两场革命是指量子理论和相对论。相对论研究的是宏观世界，量子理论研究的是微观世界，故A项正确。相对论是对牛顿力学的

22、继承和发展，故B、C项不正确。相对论提出了相对的时空观，但并没有改变人们的社交方式，故D项不正确。111919年11月9日美国纽约时报头版文章有如下标题：“天之光歪斜”“科学家急切等待着日蚀观测的结果”“恒星不是在它们似乎应该所在的或被计算出来的位置上，但不必担心。”这些文章介绍的科学理论应该是()A经典力学 B狭义相对论C广义相对论 D量子理论答案C解析经典力学的发表是在1687年；狭义相对论发表于1905年；广义相对论发表于1915年；量子理论发表于1900年。12电视连续剧天仙配中有这样的情节：唐朝张百胜因孝道而升天成为玉皇大帝，而后他的年龄基本上是恒定的，七仙女亦然，永葆青春。假设此情

23、景成立，其科学依据最有可能的是()A相对论 B量子论C转基因理论 D进化论答案A解析根据爱因斯坦的相对论，时间、质量、重量等都不是固定不变的，而是处在不断的变化中。13阅读下列材料：材料一在自然哲学的数学原理的序言里，牛顿写道：理性力学应当是研究任何力所引起的运动和产生任何运动的力的科学。因此，本书被命名为自然哲学的数学原理。因为，自然哲学的一切难题都涉及通过各种运动现象来研究自然力，再通过这些自然力来解释其他现象。材料二爱因斯坦与牛顿的对话(虚拟)爱因斯坦：你真伟大，你建立了牛顿力学框架体系，相对论中存在的问题都被你指了出来。牛顿：你比我更伟大，相对论在许多学科中有着广泛的应用，它和量子力学

24、一起，已成为现代物理学的两大基础理论，相对论包容了我的三条运动定律及万有引力定律。爱因斯坦：你我的理论都有瑕疵。牛顿：哪有十全十美的理论，大家不用我们的理论，他们没有别的理论可用，圣人、神仙也要犯错误，你我都是凡人，你我的身躯已经融入了自然界，但是，你我的灵魂还留在人间。毛民义：相对论网站请回答：(1)材料一中牛顿的伟大发现是什么？牛顿的“众多发现”在人类文明史上产生了什么巨大的历史作用？(2)根据材料二并结合所学知识，指出牛顿力学体系与爱因斯坦相对论的关系。他们留给人类的“灵魂”是什么？答案(1)发现：万有引力定律。作用：构成了近代力学体系，完成了人类对自然认识史上的第一次理论大综合，成为17世纪科学革命的主要成就；