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(全國通用版)2018-2019高中歷史 第四單元 近代以來世界的科學發(fā)展歷程 第11課 物理學的重大進展學案 新人教版必修3

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1、 第11課 物理學的重大進展 學習目標:1.概述伽利略、牛頓對經(jīng)典力學作出的貢獻,理解近代科學的特點。(重點) 2.簡述相對論和量子論的內(nèi)容,認識其意義。(重點) 3.比較經(jīng)典力學與相對論,認識其區(qū)別與聯(lián)系。(難點) [自 主 預 習·探 新 知] 一、經(jīng)典力學 1.背景:文藝復興運動不僅解放了人們的思想,也對科學研究產(chǎn)生了重要影響。 2.歷程 3.意義 (1)這一體系對解釋和預見物理現(xiàn)象,具有決定性意義。 (2)根據(jù)萬有引力定律,人們發(fā)現(xiàn)了海王星等。 [誤區(qū)警示] 近代科學形成的標志 伽利略發(fā)現(xiàn)的自由落體定律不是近代科學形成的標志。伽利略發(fā)現(xiàn)的自由落體定律等物理

2、學定律,開創(chuàng)了近代科學,為經(jīng)典力學的創(chuàng)立奠定了基礎。牛頓力學體系的建立是近代科學形成的標志。 二、相對論的創(chuàng)立 1.背景:19世紀,隨著物理學研究的進展,經(jīng)典力學面臨挑戰(zhàn)。 2.創(chuàng)立:20世紀初,德國物理學家愛因斯坦提出了相對論。 3.內(nèi)容 (1)狹義相對論:物體運動時,質量會隨著物體運動速度增大而增加,同時,空間和時間也會隨著物體運動速度的變化而變化。 (2)廣義相對論:空間和時間的性質不僅取決于物質的運動情況,也取決于物質本身的分布狀態(tài)。 4.意義 (1)相對論的提出是物理學領域的一次重大革命。 (2)它否定了經(jīng)典力學的絕對時空觀,深刻地揭示了時間和空間的本質屬性。 (

3、3)它發(fā)展了牛頓力學,將其概括在相對論力學之中,推動物理學發(fā)展到一個新的高度。 [深度點撥] 正確認識相對論和經(jīng)典力學的關系 愛因斯坦的相對論是對牛頓經(jīng)典力學的概括,而不是否定。愛因斯坦的相對論只是否定了牛頓經(jīng)典力學的絕對時空觀,并沒有否定整個牛頓力學。牛頓力學是相對論力學在低速狀態(tài)下的一個特例。 三、量子論的誕生與發(fā)展 1.背景 (1)19世紀末20世紀初,人們對物質的認識深入到了原子內(nèi)部。 (2)微觀的粒子運動不能用經(jīng)典力學的理論來說明。 2.誕生:1900年,德國物理學家普朗克提出了量子假說,宣告了量子論的誕生。 3.發(fā)展 (1)愛因斯坦利用量子理論成功地解釋了光電效應

4、。 (2)丹麥物理學家玻爾提出了有關原子的量子理論。 (3)20世紀30年代,量子力學建立起來。 4.意義 (1)量子論使人類對微觀世界的基本認識取得革命性的進步,成為20世紀最深刻、最有成就的科學理論之一。 (2)它與相對論一起,構成了現(xiàn)代物理學的基礎,彌補了經(jīng)典力學在認識宏觀世界和微觀世界方面的不足。 (3)它與相對論的提出,不僅推動了物理學自身的進步,而且開闊了人們的視野,改變了人們認識世界的角度和方式。 [輕巧識記] 圖示法理解物理學的發(fā)展 知識網(wǎng)絡 知識精要 1.牛頓創(chuàng)建了萬有引力定律和力學三定律,建立了經(jīng)典力學,改變了自古代中世紀以來人們的認識論和方

5、法論。 2.19世紀末20世紀初,普朗克提出了量子假說,愛因斯坦提出了相對論,改變了人們認識世界的角度和方式,標志著人類邁入現(xiàn)代科學技術時代。 3.量子論和相對論一起,構成了現(xiàn)代物理學的基礎。 [合 作 探 究·攻 重 難] 經(jīng)典力學 [史料實證] 史料 牛頓的物理學分析方法現(xiàn)今開始不僅被應用于物質世界,而且被應用于思想知識的整個領域及人類社會。正如伏爾泰(法國著名的啟蒙思想家)所說的:“整個自然界、所有行星竟會服從永恒的法則……這是非常奇異的。”尋找決定人類事物的這些永恒法則,是法國革命之前的所謂的啟蒙運動的實質。 ——[美]斯塔夫里阿諾斯《全球通史》 [教你讀史]

6、 史料關鍵句是第一句,說明了牛頓物理學分析方法對物質世界和人類社會兩個層面的影響。 [史料應用] 伏爾泰所說的“永恒的法則”指的是什么?根據(jù)史料并結合所學知識,分析牛頓經(jīng)典力學對啟蒙運動產(chǎn)生的影響。 【提示】 “永恒的法則”:牛頓的萬有引力定律。影響:受自然界存在著“規(guī)律和法則”的啟發(fā),啟蒙思想家開始了對人類社會發(fā)展規(guī)律的探究;牛頓經(jīng)典力學為啟蒙思想家探求人類社會的法則提供了科學理論依據(jù)。 經(jīng)典力學的特征和意義 (1)特征 ①注重實驗。實驗可以進一步揭示客觀現(xiàn)象和過程之間內(nèi)在的邏輯關系,并由此得出重要的結論。 ②數(shù)學化。這種數(shù)學化的根源是自然內(nèi)在的數(shù)學關系。自然的數(shù)學結構是近

7、代科學的先驅們深信不疑的真理。 ③研究人們?nèi)粘I钪幸子诶斫獾暮暧^世界。后來科學發(fā)現(xiàn)所揭示的是人們沒有直接經(jīng)驗的微觀現(xiàn)象,表明人們對物質世界的認識在不斷深入。 (2)意義 ①把自然界中一切力學現(xiàn)象囊括在力學體系中,成為人類認識自然的歷史上對自然規(guī)律的第一次總結與概括。 ②形成以實驗為基礎、以數(shù)學為表達形式的牛頓力學體系,即經(jīng)典力學體系,標志著近代科學的形成和人類科學時代的開始。 ③牛頓力學和熱學引發(fā)了第一次技術革命,使人類社會進入蒸汽時代。 ④牛頓用數(shù)學方法精確描述宇宙運行的自然法則,為法國啟蒙思想和唯物主義哲學奠定了科學基礎;打擊了神學,促進了人類思想的解放。 量子

8、論和相對論的地位及影響 [史料實證] 史料一 牛頓先生,很抱歉推翻了您的理論,不過您的成就是您那個時代一個人的智力和創(chuàng)造力所能達到的巔峰。但是,當我們對宇宙萬物有了更深入的了解以后,這些觀念將會被一些更抽象的新觀念所取代。 ——愛因斯坦 史料二 20世紀初,相對論和量子理論出現(xiàn),它們掀起了物理學革命,構成了現(xiàn)代物理學的兩大支柱,并對其他學科產(chǎn)生了歷史性的影響。人類對自然世界的科學探索又躍上了一個新的高度。 ——《世界文化簡史》 [教你讀史] (1)抓住史料一中心句“對宇宙萬物有了更深入的了解以后”來分析愛因斯坦的理論及其與牛頓力學的關系。 (2)史料二以句號為界,從兩個層面分析

9、了相對論和量子論出現(xiàn)的影響。 [史料應用] (1)史料一中愛因斯坦以什么理論“推翻”了牛頓的理論?它是對牛頓力學的完全否定嗎? (2)史料二為什么說這兩大支柱的形成使“人類對自然世界的科學探索又躍上了一個新的高度”? 【提示】 (1)相對論。相對論只是否定了經(jīng)典力學的絕對時空觀,它發(fā)展了牛頓力學,牛頓力學是相對論力學在低速狀態(tài)下的一個特例。 (2)相對論和量子論彌補了經(jīng)典力學在認識宏觀世界和微觀世界方面的不足,開闊了人們的視野,改變了人們認識世界的角度和方式。 量子論和相對論的地位及影響 1.地位 量子論和相對論一起構成了現(xiàn)代物理學的基礎。 2.影響 (1)量子論是研究

10、微觀世界粒子運動規(guī)律的科學。量子論對化學、生物學、醫(yī)學、考古學、古生物學和地質學等科學領域都產(chǎn)生了重大影響,帶來了許多劃時代的技術創(chuàng)新,使人類對微觀世界的認識有了革命性的進步。 (2)相對論指出了時間、空間和物體的質量不是絕對不變的,而是隨著物體的運動而發(fā)生變化,打破了傳統(tǒng)的絕對時空觀;相對論發(fā)展了牛頓力學,將牛頓力學概括在相對論力學之中,推動物理學發(fā)展到一個新的高度;相對論打破了經(jīng)典物理學絕對化的思維,為人們提供了辯證地看待世界的途徑。 (3)量子論和相對論彌補了經(jīng)典物理學的缺陷,掀起了物理學的革命,對物理學本身,對自然科學,對整個人類生活與思維都產(chǎn)生了不可磨滅的影響。 量子理

11、論和相對論的異同 1.不同點:相對論描繪的是一個嶄新的宏觀宇宙世界,量子理論描繪的是微觀粒子世界。 2.相同點 (1)從背景上看:19世紀末,物理學得到了發(fā)展,一系列新發(fā)現(xiàn)無法用經(jīng)典物理學解釋,經(jīng)典物理學陷入了危機。 (2)從產(chǎn)生的過程看:都是敢于挑戰(zhàn)權威,追求真理的結果,都經(jīng)歷了一個產(chǎn)生、發(fā)展和完善的過程。 (3)從產(chǎn)生的主觀因素看:都和愛因斯坦有關,愛因斯坦把普朗克的量子理論推廣到光學中,成功解釋了光電效應;狹義相對論和廣義相對論都是愛因斯坦提出的。 (4)從影響來看 ①量子理論和相對論一起,構成了現(xiàn)代物理學的基礎,彌補了經(jīng)典物理學的不足。 ②都大大開闊了人們的視野,改變了

12、人們看世界的角度和方式。 ③它們不僅對物理學本身,對自然科學,而且對整個人類的思維都產(chǎn)生了不可磨滅的影響。 [當 堂 達 標·固 雙 基] 1.17世紀,人們通過物理實驗證明“物體越重,下落越快”的古典物理學定律是錯誤的。對此做出最大貢獻的是(  ) 【導學號:12322117】 A.亞里士多德      B.牛頓 C.蘇格拉底 D.伽利略 D [伽利略在力學領域進行過著名的比薩斜塔重物自由下落實驗,推翻了亞里士多德關于“物體落下的速度與重量成正比例”的學說(兩個鐵球同時落地),建立了自由落體定律,故選D項。] 2.文藝復興后,近代自然科學迅速發(fā)展,產(chǎn)生了一批卓著的科學成果。

13、下列成就屬于牛頓的是(  ) 【導學號:12322118】 A.自由落體定律 B.萬有引力定律 C.電磁感應現(xiàn)象 D.能量守恒定律 B [牛頓的成就是創(chuàng)立經(jīng)典力學,經(jīng)典力學包含牛頓三定律和萬有引力定律,故選B項。] 3.有一位科學家,他不僅彌補了牛頓經(jīng)典力學的不足,還把物體運動規(guī)律引入微觀世界,并為現(xiàn)代原子能科學奠定了基礎,他的最突出的貢獻是(  ) A.進化論 B.相對論 C.電磁感應 D.自由落體定律 B [從題干材料“彌補了牛頓經(jīng)典力學的不足”“把物體運動規(guī)律引入微觀世界”“為現(xiàn)代原子能科學奠定了基礎”可知,這位科學家是愛因斯坦,愛因斯坦的成就是創(chuàng)立了相對論,故選B項。

14、] 4.愛因斯坦說自己是站在牛頓的肩上取得了科學成就。下列關于牛頓經(jīng)典力學與愛因斯坦相對論關系的說法不正確的是(  ) 【導學號:12322119】 A.牛頓力學是相對論在低速狀態(tài)下的一個特例 B.相對論出現(xiàn)后,牛頓力學體系失去了其存在的價值 C.相對論否定了牛頓力學體系的絕對時空觀 D.相對論繼承和發(fā)展了牛頓力學體系 B [愛因斯坦繼承和發(fā)展了牛頓的力學原理,進一步揭示了時間和空間的本質屬性。相對論否定的是牛頓力學體系的絕對時空觀,但沒有完全否定牛頓力學體系,B項錯誤,符合題意。] 5.量子論使人類對微觀世界的基本認識取得革命性進步,成為20世紀重要科學理論,提出量子論假說

15、的是(  ) A.牛頓 B.普朗克 C.愛因斯坦 D.玻爾 B [1900年,為了解決熱輻射理論上的疑點,德國物理學家普朗克提出了量子假說。量子論的誕生彌補了經(jīng)典力學在微觀世界方面的不足。] 6.下列科學家與其科學成就的對應關系中,不正確的是(  ) 【導學號:12322120】 A.伽利略——物理學的真正開端 B.牛頓——其經(jīng)典力學標志著現(xiàn)代科學的形成 C.愛因斯坦——物理學思想的一次重大革命 D.普朗克——量子論誕生,人類對客觀規(guī)律的認識,從宏觀世界深入微觀世界 B [牛頓的經(jīng)典力學標志著近代科學的形成,故選B項。A、C、D三項對應關系都正確。] 7.閱讀下列材料,

16、回答問題。 材料一 牛頓(1642~1727年),畢業(yè)于劍橋大學,后任該校教授,英國皇家學會會員、會長。牛頓除了在力學方面的貢獻外,還是微積分的發(fā)明人之一;同時他發(fā)現(xiàn)了太陽光的光譜,發(fā)明了反射式望遠鏡等。 材料二 愛因斯坦(1879~1955年),德國物理學家。1905年獲哲學博士學位。曾在多所大學任教授,并當選為普魯士科學院院士。1921年,他因在光電效應上的貢獻獲得諾貝爾物理學獎。1933年,因受納粹政權迫害,遷居美國。1940年入美國籍。 (1)材料一中牛頓在物理學方面的突出貢獻是什么?這一成就有什么特點? (2)材料二中愛因斯坦在物理學方面的突出貢獻是什么?有什么意義? [答案] (1)貢獻:創(chuàng)建經(jīng)典力學體系,標志近代科學的形成。特點:一是注重實驗,二是數(shù)學化。 (2)貢獻:提出相對論、光量子論。意義:揭示時空的本質屬性,是物理學領域的一次重大革命;利用量子理論成功解釋光電效應出現(xiàn)的現(xiàn)象及光的本質,推動量子論的發(fā)展。 7

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