2018-2019学年高中历史 专题六 杰出的中外科学家 第2课 影响世界发展进程的科学巨人学案 人民版选修4

第2课影响世界发展进程的科学巨人[目标导航] 1.知道牛顿在物理学、天文学等领域的主要成就，认识牛顿在世界自然科学发展史上的崇高地位。

2.掌握爱因斯坦的相对论及其他的科学成就，认识爱因斯坦对维护世界和平所做出的巨大贡献。

一、牛顿：宇宙定律的发现者1．生平：出生于英格兰一个自耕农家庭；1661年进入剑桥大学三一学院，对自然现象产生浓厚兴趣。

2．主要科学成就(1)物理学领域①发现了万有引力定律，综合并表达了经典力学的三个基本定律：惯性定律、加速度定律、作用力与反作用力定律。

②1687年发表《自然哲学的数学原理》，从而诞生了天体力学。

“牛顿力学”体系的建立标志着近代科学体系的形成。

(2)天文学领域①用万有引力定律说明，力学规律支配天上的星体运动和地面上的物体运动。

②采用数学的方法，精确地计算和解决天体运动问题。

(3)数学领域①发现了二次项定理。

②创立了微积分，开辟了数学新纪元。

(4)光学领域①发现白光是由各种不同颜色的光组成的。

②制成第一架反射望远镜。

③提出了光的“微粒说”。

3．全面认识牛顿(1)是英国伟大的物理学家、天文学家、数学家和自然哲学家。

(2)建立起力学理论体系，成为宇宙定律的发现者。

(3)1689年，当选为英国议会中的大学代表，其后，把兴趣由科学转向政治、神学等问题。

[思维点拨]1．牛顿力学体系内容包括：力学三大定律及万有引力定律。

它产生的标志是1687年发表的《自然哲学的数学原理》。

2．牛顿力学的创立，标志着人类科学时代的开始。

[名师指津] 宗教迷信思想是科学的大敌。

牛顿晚年没有再取得重大成就，与其迷恋宗教和神秘思想密切相关。

二、爱因斯坦：追寻空间和时间的本质1．生平：1879年出生于德国一个犹太人家庭，1896年进入大学学习物理学。

2．提出狭义相对论(1)提出：1905年，《论动体的电动力学》发表，标志着狭义相对论的提出。

(2)内容①空间、时间、物质和物质运动之间紧密相连，不可分割。

②空间和时间在本质上是统一的，随着物质的运动而变化。

(3)影响：震动了物理学界，使爱因斯坦名扬欧洲。

3．推动量子力学发展(1)广义相对论①标志：1916年发表论文《广义相对论基础》。

②内容：万有引力是由于物质的存在和分布使时间和空间的性质不均匀而引起的，进一步揭示了时空、物质、运动和引力之间的统一性。

③意义：相对论与量子理论一起构成了现代物理学的两大支柱，促进了物理学的革命性变化。

(2)物理学其他领域①建立起质能关系式E＝mc2，为原子能的利用提供了理论依据。

②以量子理论解释光电效应、辐射过程、固体比热，发展了量子统计。

③1921年，因其光子理论获得诺贝尔物理学奖。

4．为人类和平进步而斗争(1)第一次世界大战爆发后，公开发表反战宣言，呼吁结束战争。

(2)第二次世界大战中建议美国研制原子武器，但对美国投掷原子弹轰炸日本广岛、长崎表示强烈不满。

(3)第二次世界大战后为反对核战争和美国国内法西斯主义，进行不懈斗争。

[易错提醒] 相对论并没有抹掉牛顿在历史上的光辉，实际上相对论发展了牛顿力学，把牛顿力学概括在相对论之中，牛顿所创造的概念至今仍然是指导物理学的重要思想。

[思维点拨] 爱因斯坦的伟大之处，不仅仅在于他取得的一系列科学成就，还在于他是一个爱好和平的反战斗士。

爱因斯坦是核武器理论的提出者，但又是极力反对核战争的倡导者。

[归纳总结] 爱因斯坦创立的狭义相对论和广义相对论，是人类认识自然过程中的一次质的飞跃，标志着物理学的重大突破，是在科学发展的道路上矗立起的一座新的里程碑，成为现今原子能科学、宇宙航行等科学的理论基础。

知识图示主题一牛顿的科学成就史料一牛顿在进行光学实验①自然界和自然规律隐藏在黑暗中，上帝说，让牛顿出生吧！于是一切都成为光明。

——蒲伯②从数学开始到牛顿时代为止，数学工作由牛顿完成了一大半。

——莱布尼茨史料二上中学时牛顿就喜欢做实验并记笔记，他将日常生活中发生的许多现象记录下来，还对所学的知识进行分类整理。

[史料解读](1)史料一中的图片说明牛顿通过光学实验发现了光的构成和光的“微粒说”。

①肯定了牛顿在光学方面的贡献。

②肯定了牛顿在数学方面的贡献。

(2)史料二涉及牛顿的一些科学研究方法：做实验、记笔记、分类整理等。

[问题思考](1)阅读史料一并结合所学知识解释，牛顿如何从光学实验和数学方面使“自然界和自然规律”变成光明的？(2)结合史料二归纳牛顿能使黑暗变成光明的原因。

提示(1)光学实验：自制折射望远镜，证明日光即白光由七色光组成，进一步说明了物体颜色的形成原理，奠定了光谱学的基础；提出光的本质是微粒的见解，统领西方物理学界两个世纪，与荷兰惠更斯的“波动说”构成了关于光的两大基本理论。

数学方面：提出了数学上有名的二次项定理和微积分的初步算法。

(2)原因：做实验、记笔记、积累知识、分类整理，将实验作为得出科学概念的主要途径；“归纳—演绎”法；忘我的勤奋探索精神。

牛顿的科学成就(1)牛顿是英国物理学家、天文学家和数学家。

(2)在天文学方面，他解释了潮汐现象，指出潮汐的大小不但同朔望月有关，而且与太阳的引力也有关系；牛顿从理论上推测出地球不是球体，而是两极稍扁、赤道略鼓，并由此说明了岁差现象等。

(3)在物理学上，牛顿基于伽利略、开普勒等人的工作，建立了三条运动基本定律和万有引力定律，并建立了经典力学的理论体系。

(4)在数学上，牛顿提出了“牛顿二次项定理”，并和莱布尼茨几乎同时创立了微积分学。

(5)在光学方面，牛顿发现白色日光由不同颜色的光构成，并制成“牛顿色盘”；关于光的本性，牛顿创立了光的“微粒说”。

在牛顿的著作《自然哲学的数学原理》中，他用数学解释了哥白尼的日心说和天体运动的现象。

(6)牛顿力学体系的建立是近代科学形成的标志，是人类认识史上对自然规律的第一次概括和总结。

主题二经典力学理论与相对论的关系史料一在牛顿时代，牛顿的道路是一位具有最高思维能力和创造力的人所能发现的唯一道路；①牛顿所创造的概念，至今仍然指导着我们的物理学思想。

——爱因斯坦史料二①绝对空间，就其本性而言，是与外界任何事物无关而且永远是相同的和不动的。

——牛顿《自然哲学的数学原理》史料三①空间和时间不可能离开物质而独立存在，②空间的结构和性质取决于物质的分布。

——爱因斯坦《相对论》[史料解读](1)由史料一中的①可知，爱因斯坦并没有否定牛顿力学，而是肯定了牛顿力学对现代物理学的指导意义。

(2)史料二中的①反映的是牛顿的绝对时空观。

(3)史料三中的①是说空间、时间是与外部事物相联系的，受其影响。

②说明空间取决于物质的分布，因此会有变化。

[问题思考](1)爱因斯坦认为相对论与牛顿力学是什么关系？(2)相对论对经典力学有什么新发展？提示(1)爱因斯坦认为，牛顿力学至今仍然在指导着我们的物理学思想。

因此，爱因斯坦并没有否定牛顿力学，而是认为牛顿力学是相对论的基础，相对论是牛顿力学的发展。

(2)牛顿认为空间是绝对的，而爱因斯坦认为时间、空间是相对的，爱因斯坦否定了牛顿的绝对时空观，弥补了经典力学在认识宏观世界上的不足。

经典力学理论与相对论的关系(1)批判和修正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而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。

(2)继承与发展①牛顿力学是整个力学的基础，他所关注的是宏观的世界和低速运动的物体。

②相对论发展了牛顿力学，把人类的目光引向了微观世界和高速运动的物体，又使得牛顿力学成为相对论力学在低速状态下的一个特例。

这既是对传统物理学的一次伟大革命，同时又促进了物理学研究的进一步发展。

主题三全面评价爱因斯坦史料①作为科学家，他的理论非常深奥，一般人无法领悟。

作为思想家，他的见解相当深邃，普通人难以理解。

可是，这样一位科学精英和思想精英，为什么会②走进大众的生活，成为家喻户晓的人物，并受到全世界男女老少的尊敬和爱戴呢？……③爱因斯坦是一位有社会责任感和科学良心的世界公民。

——《爱因斯坦与大科学的诞生》[史料解读]①说明爱因斯坦创立的相对论非常深奥，有悖于人们的日常经验，很难被理解。

②说明爱因斯坦被大众熟知并受到尊敬和爱戴。

③是爱因斯坦受尊敬和爱戴的原因。

[问题思考]1952年11月8日，以色列总理本·古里安提名爱因斯坦为总统候选人。

根据史料和所学知识，说明爱因斯坦被提名为以色列总统候选人的原因。

提示爱因斯坦在科学上做出了杰出贡献；具有强烈的正义感和社会责任感；是犹太人中的杰出人物。

全面评价爱因斯坦爱因斯坦，世界十大杰出物理学家，现代物理学的开创者、集大成者和奠基人，同时也是一位著名的思想家、哲学家和具有正义感的社会活动家。

(1)科学贡献①爱因斯坦提出光量子假说，圆满地解释了光电效应问题。

后来进行光辐射学的研究，并于1921年因光电效应研究获得诺贝尔物理学奖，他的研究推动了量子力学的发展。

②狭义相对论揭示了作为物质形式存在的空间和时间统一成一个四维空间，爱因斯坦的相对论是人类认识自然过程中的一次质的飞跃，推动了现代科学技术的发展。

(2)倡导和平①他反对侵略战争，反对军国主义和法西斯主义，反对民族压迫和种族歧视，为人类的进步进行坚决的斗争。

②倡议各国认识核战争的极端危险性，各国科学家用自己的言行来维护世界和平。

(3)爱因斯坦一生淡泊名利，他获得了许多荣誉，但他从来没把这些荣誉看得很重。

1．罗素说：“几乎所有现代世界与古代世界之间的区别，都得归功于十七世纪取得最辉煌成就的科学。

”这句话中“十七世纪取得最辉煌成就的科学”指的是( )A．相对论B．生物进化论C．量子力学D．经典力学答案 D解析注意限制词，“十七世纪取得最辉煌成就的科学”是经典力学。

2．牛顿万有引力定律的发现缘于对哪一领域成就的思考( )A．光学的领域B．天文学领域C．数学领域D．经典力学领域答案 B解析万有引力定律成为天文学上的基础定律，极大地推动了人们对天体运动的研究。

3．菲利普·费尔南德兹·阿迈斯托在评价某科学家时指出：在他的宇宙里，“每一种现象都是带有欺骗性。

物质和能量可以相互转换。

双胞胎以不同的速度衰老。

平行线可以交叉。

光线弯曲的径迹其实缠绕宇宙”。

这位科学家是( )A．伽利略 B．达尔文 C．牛顿 D．爱因斯坦答案 D解析根据题干中“物质和能量可以相互转换”“光线弯曲的径迹其实缠绕宇宙”分析，这一表述属于爱因斯坦相对论的内容，故选D项。

4．阅读下列材料：材料一牛顿(1642～1727年)，毕业于剑桥大学，后任该校教授。

英国皇家学会会员、会长。

牛顿除了在力学方面的贡献外，还是微积分的发明人之一；同时，他发现了太阳光的光谱，发明了反射式望远镜等。