历史必修三专题七1近代物理学的奠基人和革命者

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二、现代物理学
（二）爱因斯坦创立相对论
2、相对论的提出及主要内容： 1905年，刚刚得到博士学位的爱因斯坦发表的 （1）提出： 一篇题为《论动体的电动力学》的文章，提出了著名的相对 论，引发了二十世纪物理学的另一场革命。 相对论包含狭义相对论和广义相对论。 （2）内容： 狭义相对论（1905年）认为，①物体运动时，质量会随着物 体运动速度增大而增加，②同时，空间和时间也会随着物体 运动的变化而变化，即会发生尺缩效应和钟慢效应。 广义相对论（1916年）认为，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。
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牛顿为工业革命创造了一把科学的钥匙， 瓦特拿着这把钥匙开启了工业革命的大门。
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【高考真题】（2010· 福建文 综20）图9是一张历史研究性 学习涉笔活动宣传海报的配 图。据此判断，下列标题中 最适合于这份海报的是（ ） A．“超越时空的梦想” B．“探索与发现：海王星” C．“普朗克的假说与验证” D．“比萨斜塔—亚里士多 德力学学说的终结” 解析：B。此题对图片信息的解读要求较高，第一层信息 月亮受地球引力影响绕着地球转，第二层信息月亮运行同 时还受其它星体引力的影响，科学家们正是根据万有引力 定律预测和计算才发现了海王星的，故选B。此题用排除 13 法也比较容易选出B。
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一、经典力学：
3、评价：
意义： （1）科学意义： ①牛顿力学体系完成了人类对自然界认识史上的第一次理论 大综合，标志近代科学的形成。 ②体现了自然科学惊人的预见力和巨大的理论指导意义。 ③适用于整个太阳系、一切天体运动以及宇宙中的所有物体 （2）社会意义： ①思想：把造物主（神）从无生命现象的研究领域驱逐出去 ，促进了思想解放； ②经济：经典力学及其后物理学的研究成果，促进了两次科 技革命的出现，推动了经济发展。 局限：只适用宏观世界低速运动状态，绝对的时空观无法解 释微观高速运动现象。
（二）爱因斯坦创立相对论
3、意义： 是对牛顿力学的继承和发展，是对近代物理学理 （1）科学： 论框架的重要突破。 ①相对论的提出是物理学思想的一次重大革命，它否定了经 典力学的绝对时空论。 这一理论被后人誉为20世纪人类思想史上最伟大的成就之一 。 ②爱因斯坦的相对论也发展了牛顿力学，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。 ③相对论同量子理论一起，构成现代物理学的基本理论框架 。 形成了全新的时空观、运动观和物质观，是人类 （2）思想： 思想发展史中的一次根本性变革，对整个自然科学和哲学都 产生了极其深远的影响。
【单元综述】
科学技术是推动人类社会向前发展的原动力。本专 题主要叙述了物理学、生命科学和人类生产力发展 进步的过程。 讲述人类在物理学领域对自然运动变化规律的探索 、在生命科学领域对生命起源的探索、在应用自然 力量改造人类生产生活方面的重大事件、重要现象 及相关人物，讲述了人类认识由低级向高级发展的 历程，从科学技术层面了解人类社会发展的基本特 征。
为相对论的提 出奠定基础
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专题七 近代以来科学技术的辉煌
第一节 近代物理学的奠基人和革命者
[课标要求] 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。知道相对论、量子 论的主要内容，认识其意义。
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一、经典力学：
1、背景
（1）物质基础： 17世纪英国资本主义经济的迅速发展； （2）思想基础： 文艺复兴和宗教改革运动解放了人们的思想 ，科学逐渐从神学的桎梏中解放出来，进入到实验科学的时代 ； （3）理论基础： 以伽利略为代表的科学家勇于探索的努力， 奠定了经典力学的理论基础。 ①亚里士多德的学说： ②伽利略的贡献： “巨人肩上的思索”
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穿越时空的梦想 爱因斯坦为说明相对论讲了这样一个故事， 在未来的某一时间里，有一对２０岁的孪生兄弟， 弟弟乘宇宙飞船以２９万千米／秒的速度飞行， 哥哥留在地理上，５０年以后，当哥哥已经变成 白发老人时，他去迎接回到地球上的弟弟，却发 现弟弟还是一个３０多岁的年轻人．
天上一日，地上一年
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二、现代物理学
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相对论和量子力学是现代物理学的两大基本支柱。奠定了经典 物理学基础的经典力学，不适用于高速运动的物体和微观领域 。相对论解决了高速运动问题；量子力学解决了微观亚原子条 件下的问题。相对论颠覆了人类对宇宙和自然的“常识性”观 念，提出了“时间和空间的相对性”、“四维时空”、“弯曲 空间”等全新的概念。 狭义相对论最著名的推论是质能公式，它可以用来计算核反应 过程中所释放的能量，并导致了原子弹的诞生。而广义相对论 所预言的引力透镜和黑洞，也相继被天文观测所证实。
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二、现代物理学
（一）量子论的诞生与发展 2、量子论的诞生、发展和量子力学：
（1）诞生：1900年，德国物理学家普朗克提出量子假说，宣 告了量子论的诞生。同年，《关于正常光谱能量分布定律的理 论》的发表标志着量子理论的诞生。 普朗克由于创立了量子理论而获得了诺贝尔物理学奖。 （2）发展： ①1905年，德国科学家爱因斯坦利用量子论成功地解释了光电 效应出现的现象及光的本质，进一步推动了量子论的发展。 ②丹麦物理学家玻尔把量子论用于原子结构的研究，创立了原 子结构的理论。 ③1923年，法国物理学德布罗意提出物质波理论将量子论发展 到一个新的高度。 ④数年之后，在量子理论的基础上，在数位科学家的共同努力 ，到20世纪30年代量子力学最终建立。 16 量子力学是研究微观世界粒子运动规律的科学。
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一、经典力学：
1、背景 2、牛顿创立经典力学
牛顿曾谦逊地说：“如果我比别人看得远些，那是因为我站 在巨人们的肩上。” “我好像是一个在海边玩耍的孩子，不时为拾到比通常更光 滑的石子或更美丽的贝壳而欢欣鼓舞，而展现在我面前的是 完全未探明的真理之海。” ——牛顿临终遗言 惯性定律 伽利略的自由落 加速度定律 体定律 笛卡尔等人对碰 撞运动的研究 开普勒等人有关 天体力学方面的 研究成果 作用力与反作用 力定律 万有引力定律
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海王星和冥王星的发现
海王星
以前发现的行星，都是先通过肉眼或望远镜看到，然后根据观 测记录计算出它们的运动轨道。而海王星的发现，是先通过理 论分析，计算出了它的运动轨道，然后用望远镜按照计算的结 果去观测，果然在预言的位置附近发现了它。 2006年8月在布拉格召开的国际天文学联合会大会上通过了行 星的定义。按照定义，冥王星已不能算是行星了，所以原先的 太阳系九大行星就变成了八大行星，即水星、金星、地球、火 10 星、木星、土星、天王星和海王星。Biblioteka 14二、现代物理学
（一）量子论的诞生与发展 1、诞生的背景：
（1）在牛顿力学的基础上，声学、光学、电磁学和热学有了 进一步发展。 （2）19世纪末20世纪初，电子和放射性的发现，打开了原子 的大门，使人们对物质的认识深入到了原子内部。 （3）大量的实验表明，微观粒子的运动不能用通常的宏观物 体的运动规律进行描述。量子论在这种背景下诞生。
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一、经典力学：
1、背景 2、牛顿创立经典力学
（1）标志：1687年《自然哲学的数学原理》 （2）内容：运动三大定律和万有引力定律 【牛顿第一定律】即惯性定律 【牛顿第二定律】牛顿第二定律的一般表述为：物体运动的加 速度a的大小与其所受合力的大小成正比，与其质量m成反比， 加速度a的方向与所受合力F的方向相同。其表示式为F＝kma 【牛顿第三定律】即“作用与反作用定律”。 （3）特点：以实验为基础，以数学为表达形式 经典力学最显著的特征之一就是注重实验，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。另一个显著特征是它的数学化，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。
（2）意义： ①大大改变了古希腊以来有关运动的观念，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。 自由落体定律的发现是伽利略把科学实验和理性思维相结合 解决物理学问题的典范。它不仅发现了物体下落运动的客观 规律，而且为人类认识自然找到了一条正确的途径和方法， 因此，现在人们称伽利略为物理学之父。正是由于伽利略创 立的科学方法，物理学研究才走上正确道路。 ②伽利略在天文学上的发现和观点，摧毁了教会的信条而证 明了哥白尼学说的正确。
自 由 落 体 定 律
牛顿曾谦逊地说：“如果 我比别人看得远些，那是 因为我站在巨人们的肩 上。”
3） 牛顿（1642—1727
附：伽利略奠定基础
（1）成就： ①创立科学的研究方法：实验和观察。 ②物理学：实验证明力与运动状态的关系，发现自由落体定 律等。 希腊学者亚里士多德认为地球上的物体运动有天然运动和受迫 运动。他认为物体的受迫运动是推动者加于被推动者的，推动 者一旦停止推动，运动就会立即停止。这在中世纪的欧洲长期 被教会奉为教条。 伽利略的研究表明，外力并不是维持运动状态的原因，而只是 改变运动状态的原因。这是对古希腊哲学家亚里士多德以来有 关运动观念的重大变革，为经典力学的建立奠定基础。他的发 现以及他开始的科学研究方法，是人类思想史上伟大的成就之 一，标志着物理学的真正开端。 ③天文学：自制望远镜观察天体并取得大量成果的第一人， 证明了哥白尼“日心说”的正确性。
【质疑与思考】：以牛顿的理论为代表的经典物理学理 论是不是就绝对正确、无所不能的呢？ 牛顿力学体系的建立既有巨大的意义，也有其局限之处 。 经典力学体系建立在日常生活中常见的低速运动的物质 之上，认为存在绝对静止和绝对时间，然而，随着科学 的飞速发展，物理学出现一系列新现象，无法用经典力 学来解释高速运动的微观粒子发生的现象，这使其陷入 危机，面临着挑战。爱因斯坦的相对论正是在这样背景 下产生的。
二、现代物理学
（一）量子论的诞生与发展 3、量子论和量子力学的影响：
（1）成为反映自然界基本规律的理论体系，指导着人们向物 质运动的各个层面进行深入探讨。 量子论使人类对微观世界的基本认识取得革命性的进步，成为 20世纪最深刻、最有成就的科学理论之一。 （2）让人们从根本上改变了近代物理学中的传统观念，使物 理学乃至整个自然科学的观念都发生了重大变革。 量子论与相对论一起构成现代物理学的基础，并弥补了经典力 学在认识宏观世界和微观世界方面的不足。 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。