第11课物理学的重大进展 伽利略牛顿发表 由落体学的数学 发表《物成发入“电量子论 京理》 种起源》电机气时代”相对论时代 时空↓ +--+-+-+-+-+-- 7世纪初 经典力 进化论 工业革 汽时代 完成工 命开始 业革命 学习本单元一要抓住近代以来科学技术的发展这一基本线索,从物理学、生物学 指导 蒸汽机的改进和电气技术的应用、互联网的诞生四个方面掌握本单元的内 要结合物理学、生物学等相关学科的知识,运用科学技术是第一生产力的观点 全方位剖析科技发展给人类社会带来的巨大进步 [学习目标] 课程标准 重点难点 1.了解经典力学的主要内容,认识其在近1.掌握经典力学、相对论和量子论的主要内 代自然科学理论发展中的历史地位 容,认识其在近代自然科学理论发展中的历 2知道相对论、量子论的主要内容,认识史地位。(重点)2.理解经典力学与相对论及 其意义。 量子论之间的关系。(难点) 基础认知·学习思考 一、经典力学 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)16世纪末17世纪初,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 2.建立 (1)标志 年,牛顿出版了《自然晢学的数学原理》一书 (2)内容:物体运动三大定律和万有引力定律等。 (3)特征:①以实验为基础。②以数学为表达形式 3.意义
1 第 11 课 物理学的重大进展 学习本单元一要抓住近代以来科学技术的发展这一基本线索，从物理学、生物学、 蒸汽机的改进和电气技术的应用、互联网的诞生四个方面掌握本单元的内容；二 要结合物理学、生物学等相关学科的知识，运用科学技术是第一生产力的观点， 全方位剖析科技发展给人类社会带来的巨大进步。 [学习目标] 课程标准 重点难点 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。 1.掌握经典力学、相对论和量子论的主要内 容，认识其在近代自然科学理论发展中的历 史地位。(重点) 2.理解经典力学与相对论及 量子论之间的关系。(难点) 一、经典力学 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)16 世纪末 17 世纪初，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。 2．建立 (1)标志：1687 年，牛顿出版了《自然哲学的数学原理》一书。 (2)内容：物体运动三大定律和万有引力定律等。 (3)特征：①以实验为基础。②以数学为表达形式。 3．意义
经典力学体系对解释和预见物理现象具有决定性意义。后来,根据万有引力定律,人们发现 了海王星等。 思维点拨] 经典力学体现了近代科学的显著特征:一是注重实验;二是数学化。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 学习思考 1.伽利略在天文学领域取得了什么主要成就?为什么人们赞誉伽利略为“近代科学之父”? 提示①成就:伽利略观察星体,证明了哥白尼“日心说”的正确性。②原因: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。 相对论的创立 .背景 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,面临着挑战。 2.创立:20世纪初的德国物理学家爱因斯坦提出了相对论 内容 (1)狭义相对论: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 (2)广义相对论: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。 4.意义 (1)相对论的提出是物理学领域的一次重大革命。 (2)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 (3)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 [误区警示] 爱因斯坦的相对论并未全面否定牛顿力学体系。爱因斯坦的相对论只是否定了牛顿力学体系 的绝对时空观,并没有否定整个牛顿力学体系。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,至今仍指导着物理学的发展。相对论发展了牛顿力学, 打破了传统的绝对时空观 学习思考 2.教材Ps“学思之窗”对爱因斯坦的相对论持什么态度?其中的图示形象说明了运动物体 的什么特性 提示态度:相对论虽然有悖于人们的日常经验,但却符合物理学原理。特性:运动物体随 速度的增加而质量增加、时间变慢
2 经典力学体系对解释和预见物理现象具有决定性意义。后来，根据万有引力定律，人们发现 了海王星等。 [思维点拨] 经典力学体现了近代科学的显著特征：一是注重实验；二是数学化。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。 1．伽利略在天文学领域取得了什么主要成就？为什么人们赞誉伽利略为“近代科学之父”？ 提示 ①成就：伽利略观察星体，证明了哥白尼“日心说”的正确性。②原因：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。 二、相对论的创立 1．背景 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，面临着挑战。 2．创立：20 世纪初的德国物理学家爱因斯坦提出了相对论。 3．内容 (1)狭义相对论：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。 (2)广义相对论：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。 4．意义 (1)相对论的提出是物理学领域的一次重大革命。 (2)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。 (3)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。 [误区警示] 爱因斯坦的相对论并未全面否定牛顿力学体系。爱因斯坦的相对论只是否定了牛顿力学体系 的绝对时空观，并没有否定整个牛顿力学体系。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，至今仍指导着物理学的发展。相对论发展了牛顿力学， 打破了传统的绝对时空观。 2．教材 P56“学思之窗”对爱因斯坦的相对论持什么态度？其中的图示形象说明了运动物体 的什么特性？ 提示 态度：相对论虽然有悖于人们的日常经验，但却符合物理学原理。特性：运动物体随 速度的增加而质量增加、时间变慢
三、量子论的诞生与发展 1.背景 (1)19世纪末20世纪初,电子和放射线的发现,人们对物质的认识深入到了原子内部 (2)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.诞生:1900年,德国物理学家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。 3.发展 (1)爱因斯坦利用量子理论成功地解释了光电效应。 (2)丹麦物理学家玻尔提出了有关原子的量子理论。 (3)20世纪30年代,量子力学建立起来 4.意义 ()使人类对微观世界的基本认识取得革命性的进步。 (2)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。 (3)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。 [历史认识] 量子理论及在此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、原子核物 理等学科的发展,标志着人类对客观世界的认识,开始从宏观世界深入到微观世界,开创了 物理学的新纪元。 学习思考 3.普朗克是怎样解决“原子范围”内的问题的?有何意义? 提示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 意义:标志着量子论的诞生,使人类对微观世界的基本认识取得革命性的进步。 4.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。 深化探究·核心突破 主题一经典力学的特征与影响 1.特征 史料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
3 三、量子论的诞生与发展 1．背景 (1)19 世纪末 20 世纪初，电子和放射线的发现，人们对物质的认识深入到了原子内部。 (2)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．诞生：1900 年，德国物理学家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。 3．发展 (1)爱因斯坦利用量子理论成功地解释了光电效应。 (2)丹麦物理学家玻尔提出了有关原子的量子理论。 (3)20 世纪 30 年代，量子力学建立起来。 4．意义 (1)使人类对微观世界的基本认识取得革命性的进步。 (2)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。 (3)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。 [历史认识] 量子理论及在此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、原子核物 理等学科的发展，标志着人类对客观世界的认识，开始从宏观世界深入到微观世界，开创了 物理学的新纪元。 3．普朗克是怎样解决“原子范围”内的问题的？有何意义？ 提示 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。 意义：标志着量子论的诞生，使人类对微观世界的基本认识取得革命性的进步。 4．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。 主题一 经典力学的特征与影响 1．特征 史料 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
[问题思考]史料中“哈雷用牛顿力学算出了1682年出现的彗星的轨道”,体现出经典力学 的什么特点? 答案以实验为基础;以数学为表达形式 2.影响 史料一启蒙思想家们相信,如果牛顿可以发现主宰物质世界的自然法则的话,那么用他的 方法,他们也可以发现主宰人类社会的自然法则 [美]R.R.帕尔默《现代世界史》 史料二“牛顿的伟大工作能被这一理论或者任何别的理论代替。他伟大而明晰的观念,作 为自然晢学领域里整个近代概念结构的基础,将永远保持它独特的意义。”。 《巨人百传丛书—一爱因斯坦》 教你读史] ①指出了牛顿经典力学对启蒙思想所产生的影响。②指出牛顿经典力学对近代自然科学所产 生的影响,是人类对自然规律的第一次总结与概括,是近代物理学发展的理论基础 [问题思考]据史料一、二并结合所学知识,归纳牛顿经典力学的意义 答案牛顿力学打击了神学,促进了人们的思想解放,对人类自身的信心和启蒙运动产生了 积极影响。牛顿力学体系在自然哲学领域中具有基础性地位,标志着近代科学的形成 史论总结 经典力学的特征和影响 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。 2.影响 (1)促进了物理学的发展。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)标志着近代自然科学的形成。 (3)推动了工业革命的发展。牛顿力学和热学引发了第一次工业革命,使人类社会进入“蒸汽 时代” (4)为启蒙运动的兴起创造了条件。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 主题二相对论和量子论 相对论
4 星。 [问题思考] 史料中“哈雷用牛顿力学算出了 1682 年出现的彗星的轨道”，体现出经典力学 的什么特点？ 答案 以实验为基础；以数学为表达形式。 2．影响 史料一 启蒙思想家们相信，如果牛顿可以发现主宰物质世界的自然法则的话，那么用他的 方法，他们也可以发现主宰人类社会的自然法则。①——[美]R.R.帕尔默《现代世界史》 史料二 “牛顿的伟大工作能被这一理论或者任何别的理论代替。他伟大而明晰的观念，作 为自然哲学领域里整个近代概念结构的基础，将永远保持它独特的意义。” ② ——《巨人百传丛书——爱因斯坦》 [教你读史] ①指出了牛顿经典力学对启蒙思想所产生的影响。②指出牛顿经典力学对近代自然科学所产 生的影响，是人类对自然规律的第一次总结与概括，是近代物理学发展的理论基础。 [问题思考] 据史料一、二并结合所学知识，归纳牛顿经典力学的意义。 答案 牛顿力学打击了神学，促进了人们的思想解放，对人类自身的信心和启蒙运动产生了 积极影响。牛顿力学体系在自然哲学领域中具有基础性地位，标志着近代科学的形成。 经典力学的特征和影响 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。 2．影响 (1)促进了物理学的发展。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)标志着近代自然科学的形成。 (3)推动了工业革命的发展。牛顿力学和热学引发了第一次工业革命，使人类社会进入“蒸汽 时代”。 (4)为启蒙运动的兴起创造了条件。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。 主题二 相对论和量子论 1．相对论
史料17世纪牛顿创立的经典力学符合人们的日常经验,也被认为是天经地义的。但是到 19世纪末,物理学遇到了被称为“睛空上漂浮着两朵乌云”的两个无法解释的难题 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。 [英]皇家学会会长汤姆逊 [教你读史] ①指牛顿经典力学研究人们日常生活中易于理解的宏观世界。 ②相对论是关于时空和引力的基本理论,主要由爱因斯坦创立,依据研究的对象不同分为狭 义相对论和广义相对论。 [问题思考] (1)史料中“晴空上漂浮着两朵乌云”是指什么?后来驱散“两朵乌云”的是哪些新理论? (2)据史料,为什么说相对论是“人类思想上最伟大的成就之一”? 答案(1)“两朵乌云”:19世纪末,物理学的研究一方面深入到物质内部的微观世界,另 方面扩展到整个宇宙。这些研究已超出了经典物理学的范围。物理学遇到了被称为“晴空 上漂浮着两朵乌云”的两个无法解释的难题。 新理论:量子论和相对论 (2)相对论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,提出了全新 的时空观、运动观和物质观,发展了牛顿力学,推动物理学发展到一个新的高度。 2.量子论 史料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(这是物体的特性值一—逸出功)。那 些表而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》 教你读史] ①是量子论的内容:②是运用量子理论对光电效应的解释 [问题思考]根据史料,分析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。 答案理论基础: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 功地解释了光电效应。 5
5 史料 17 世纪牛顿创立的经典力学符合人们的日常经验①，也被认为是天经地义的。但是到 19 世纪末，物理学遇到了被称为“晴空上漂浮着两朵乌云”的两个无法解释的难题。 爱因斯坦的相对论②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。 ——[英]皇家学会会长汤姆逊 [教你读史] ①指牛顿经典力学研究人们日常生活中易于理解的宏观世界。 ②相对论是关于时空和引力的基本理论，主要由爱因斯坦创立，依据研究的对象不同分为狭 义相对论和广义相对论。 [问题思考] (1)史料中“晴空上漂浮着两朵乌云”是指什么？后来驱散“两朵乌云”的是哪些新理论？ (2)据史料，为什么说相对论是“人类思想上最伟大的成就之一”？ 答案 (1)“两朵乌云”：19 世纪末，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。这些研究已超出了经典物理学的范围。物理学遇到了被称为“晴空 上漂浮着两朵乌云”的两个无法解释的难题。 新理论：量子论和相对论。 (2)相对论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，提出了全新 的时空观、运动观和物质观，发展了牛顿力学，推动物理学发展到一个新的高度。 2．量子论 史料 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①……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——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。②——《爱因斯坦文集》 [教你读史] ①是量子论的内容；②是运用量子理论对光电效应的解释。 [问题思考] 根据史料，分析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。 答案 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 功地解释了光电效应