第11課　物理學(xué)的重大進(jìn)展 學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.概述伽利略、牛頓對經(jīng)典力學(xué)作出的貢獻(xiàn)，理解近代科學(xué)的特點。(重點) 2．簡述相對論和量子論的內(nèi)容，認(rèn)識其意義。(重點) 3．比較經(jīng)典力學(xué)與相對論，認(rèn)識其區(qū)別與聯(lián)系。(難點) [自 主 預(yù) 習(xí)·探 新 知] 一、經(jīng)典力學(xué) 1．背景：文藝復(fù)興運動不僅解放了人們的思想，也對科學(xué)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(yù)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(xué)形成的標(biāo)志 伽利略發(fā)現(xiàn)的自由落體定律不是近代科學(xué)形成的標(biāo)志。伽利略發(fā)現(xiàn)的自由落體定律等物理學(xué)定律，開創(chuàng)了近代科學(xué)，為經(jīng)典力學(xué)的創(chuàng)立奠定了基礎(chǔ)。牛頓力學(xué)體系的建立是近代科學(xué)形成的標(biāo)志。 二、相對論的創(chuàng)立 1．背景：19世紀(jì)，隨著物理學(xué)研究的進(jìn)展，經(jīng)典力學(xué)面臨挑戰(zhàn)。 2．創(chuàng)立：20世紀(jì)初，德國物理學(xué)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(zhì)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(zhì)不僅取決于物質(zhì)的運動情況，也取決于物質(zhì)本身的分布狀態(tài)。 4．意義 (1)相對論的提出是物理學(xué)領(lǐng)域的一次重大革命。 (2)它否定了經(jīng)典力學(xué)的絕對時空觀，深刻地揭示了時間和空間的本質(zhì)屬性。 (3)它發(fā)展了牛頓力學(xué)，將其概括在相對論力學(xué)之中，推動物理學(xué)發(fā)展到一個新的高度。 [深度點撥]　正確認(rèn)識相對論和經(jīng)典力學(xué)的關(guān)系 愛因斯坦的相對論是對牛頓經(jīng)典力學(xué)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(xué)的絕對時空觀，并沒有否定整個牛頓力學(xué)。牛頓力學(xué)是相對論力學(xué)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(jì)末20世紀(jì)初，人們對物質(zhì)的認(rèn)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(xué)的理論來說明。 2．誕生：1900年，德國物理學(xué)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(yīng)。 (2)丹麥物理學(xué)家玻爾提出了有關(guān)原子的量子理論。 (3)20世紀(jì)30年代，量子力學(xué)建立起來。 4．意義 (1)量子論使人類對微觀世界的基本認(rèn)識取得革命性的進(jìn)步，成為20世紀(jì)最深刻、最有成就的科學(xué)理論之一。 (2)它與相對論一起，構(gòu)成了現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)，彌補了經(jīng)典力學(xué)在認(rèn)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(xué)自身的進(jìn)步，而且開闊了人們的視野，改變了人們認(rèn)識世界的角度和方式。 [輕巧識記]　圖示法理解物理學(xué)的發(fā)展 知識網(wǎng)絡(luò) 知識精要 1.牛頓創(chuàng)建了萬有引力定律和力學(xué)三定律，建立了經(jīng)典力學(xué)，改變了自古代中世紀(jì)以來人們的認(rèn)識論和方法論。 2.19世紀(jì)末20世紀(jì)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(rèn)識世界的角度和方式，標(biāo)志著人類邁入現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)時代。 3.量子論和相對論一起，構(gòu)成了現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)。 [合 作 探 究·攻 重 難] 經(jīng)典力學(xué) [史料實證] 史料　牛頓的物理學(xué)分析方法現(xiàn)今開始不僅被應(yīng)用于物質(zhì)世界，而且被應(yīng)用于思想知識的整個領(lǐng)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?！睂ふ覜Q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(zhì)。 ——[美]斯塔夫里阿諾斯《全球通史》 [教你讀史] 史料關(guān)鍵句是第一句，說明了牛頓物理學(xué)分析方法對物質(zhì)世界和人類社會兩個層面的影響。 [史料應(yīng)用] 伏爾泰所說的“永恒的法則”指的是什么？根據(jù)史料并結(jié)合所學(xué)知識，分析牛頓經(jīng)典力學(xué)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(xué)為啟蒙思想家探求人類社會的法則提供了科學(xué)理論依據(jù)。 經(jīng)典力學(xué)的特征和意義 (1)特征 ①注重實驗。實驗可以進(jìn)一步揭示客觀現(xiàn)象和過程之間內(nèi)在的邏輯關(guān)系，并由此得出重要的結(jié)論。 ②數(shù)學(xué)化。這種數(shù)學(xué)化的根源是自然內(nèi)在的數(shù)學(xué)關(guān)系。自然的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)是近代科學(xué)的先驅(qū)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(xué)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(zhì)世界的認(rèn)識在不斷深入。 (2)意義 ①把自然界中一切力學(xué)現(xiàn)象囊括在力學(xué)體系中，成為人類認(rèn)識自然的歷史上對自然規(guī)律的第一次總結(jié)與概括。 ②形成以實驗為基礎(chǔ)、以數(shù)學(xué)為表達(dá)形式的牛頓力學(xué)體系，即經(jīng)典力學(xué)體系，標(biāo)志著近代科學(xué)的形成和人類科學(xué)時代的開始。 ③牛頓力學(xué)和熱學(xué)引發(fā)了第一次技術(shù)革命，使人類社會進(jìn)入蒸汽時代。 ④牛頓用數(shù)學(xué)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(xué)奠定了科學(xué)基礎(chǔ)；打擊了神學(xué)，促進(jìn)了人類思想的解放。 量子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(dá)到的巔峰。但是，當(dāng)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(jì)初，相對論和量子理論出現(xiàn)，它們掀起了物理學(xué)革命，構(gòu)成了現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱，并對其他學(xué)科產(chǎn)生了歷史性的影響。人類對自然世界的科學(xué)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(xué)的關(guān)系。 (2)史料二以句號為界，從兩個層面分析了相對論和量子論出現(xiàn)的影響。 [史料應(yīng)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(xué)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(xué)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(xué)的絕對時空觀，它發(fā)展了牛頓力學(xué)，牛頓力學(xué)是相對論力學(xué)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(xué)在認(rèn)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(rèn)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(gòu)成了現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)。 2．影響 (1)量子論是研究微觀世界粒子運動規(guī)律的科學(xué)。量子論對化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、考古學(xué)、古生物學(xué)和地質(zhì)學(xué)等科學(xué)領(lǐng)域都產(chǎn)生了重大影響，帶來了許多劃時代的技術(shù)創(chuàng)新，使人類對微觀世界的認(rèn)識有了革命性的進(jìn)步。 (2)相對論指出了時間、空間和物體的質(zhì)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(xué)，將牛頓力學(xué)概括在相對論力學(xué)之中，推動物理學(xué)發(fā)展到一個新的高度；相對論打破了經(jīng)典物理學(xué)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(xué)的缺陷，掀起了物理學(xué)的革命，對物理學(xué)本身，對自然科學(xué)，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(jì)末，物理學(xué)得到了發(fā)展，一系列新發(fā)現(xiàn)無法用經(jīng)典物理學(xué)解釋，經(jīng)典物理學(xué)陷入了危機。 (2)從產(chǎn)生的過程看：都是敢于挑戰(zhàn)權(quán)威，追求真理的結(jié)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(guān)，愛因斯坦把普朗克的量子理論推廣到光學(xué)中，成功解釋了光電效應(yīng)；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(gòu)成了現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)，彌補了經(jīng)典物理學(xué)的不足。 ②都大大開闊了人們的視野，改變了人們看世界的角度和方式。 ③它們不僅對物理學(xué)本身，對自然科學(xué)，而且對整個人類的思維都產(chǎn)生了不可磨滅的影響。 [當(dāng) 堂 達(dá) 標(biāo)·固 雙 基] 1．17世紀(jì)，人們通過物理實驗證明“物體越重，下落越快”的古典物理學(xué)定律是錯誤的。對此做出最大貢獻(xiàn)的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)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(xué)領(lǐng)域進(jìn)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(guān)于“物體落下的速度與重量成正比例”的學(xué)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(fù)興后，近代自然科學(xué)迅速發(fā)展，產(chǎn)生了一批卓著的科學(xué)成果。下列成就屬于牛頓的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號：12322118】 A．自由落體定律 B．萬有引力定律 C．電磁感應(yīng)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(xué)，經(jīng)典力學(xué)包含牛頓三定律和萬有引力定律，故選B項。] 3．有一位科學(xué)家，他不僅彌補了牛頓經(jīng)典力學(xué)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(xué)奠定了基礎(chǔ)，他的最突出的貢獻(xiàn)是(　　) A．進(jìn)化論 B．相對論 C．電磁感應(yīng) D．自由落體定律 B　[從題干材料“彌補了牛頓經(jīng)典力學(xué)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(xué)奠定了基礎(chǔ)”可知，這位科學(xué)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。] 4．愛因斯坦說自己是站在牛頓的肩上取得了科學(xué)成就。下列關(guān)于牛頓經(jīng)典力學(xué)與愛因斯坦相對論關(guān)系的說法不正確的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號：12322119】 A．牛頓力學(xué)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(xué)體系失去了其存在的價值 C．相對論否定了牛頓力學(xué)體系的絕對時空觀 D．相對論繼承和發(fā)展了牛頓力學(xué)體系 B　[愛因斯坦繼承和發(fā)展了牛頓的力學(xué)原理，進(jìn)一步揭示了時間和空間的本質(zhì)屬性。相對論否定的是牛頓力學(xué)體系的絕對時空觀，但沒有完全否定牛頓力學(xué)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(rèn)識取得革命性進(jìn)步，成為20世紀(jì)重要科學(xué)理論，提出量子論假說的是(　　) 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(xué)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(xué)在微觀世界方面的不足。] 6．下列科學(xué)家與其科學(xué)成就的對應(yīng)關(guān)系中，不正確的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號：12322120】 A．伽利略——物理學(xué)的真正開端 B．牛頓——其經(jīng)典力學(xué)標(biāo)志著現(xiàn)代科學(xué)的形成 C．愛因斯坦——物理學(xué)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(rèn)識，從宏觀世界深入微觀世界 B　[牛頓的經(jīng)典力學(xué)標(biāo)志著近代科學(xué)的形成，故選B項。A、C、D三項對應(yīng)關(guān)系都正確。] 7．閱讀下列材料，回答問題。 材料一　牛頓(1642～1727年)，畢業(yè)于劍橋大學(xué)，后任該校教授，英國皇家學(xué)會會員、會長。牛頓除了在力學(xué)方面的貢獻(xiàn)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(yuǎn)鏡等。 材料二　愛因斯坦(1879～1955年)，德國物理學(xué)家。1905年獲哲學(xué)博士學(xué)位。曾在多所大學(xué)任教授，并當(dāng)選為普魯士科學(xué)院院士。1921年，他因在光電效應(yīng)上的貢獻(xiàn)獲得諾貝爾物理學(xué)獎。1933年，因受納粹政權(quán)迫害，遷居美國。1940年入美國籍。 (1)材料一中牛頓在物理學(xué)方面的突出貢獻(xiàn)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(xué)方面的突出貢獻(xiàn)是什么？有什么意義？ [答案]　(1)貢獻(xiàn)：創(chuàng)建經(jīng)典力學(xué)體系，標(biāo)志近代科學(xué)的形成。特點：一是注重實驗，二是數(shù)學(xué)化。 (2)貢獻(xiàn)：提出相對論、光量子論。意義：揭示時空的本質(zhì)屬性，是物理學(xué)領(lǐng)域的一次重大革命；利用量子理論成功解釋光電效應(yīng)出現(xiàn)的現(xiàn)象及光的本質(zhì)，推動量子論的發(fā)展。 7