人民版高中历史必修3专题7.1 近代物理学的奠基人和革命者(教案1)

第1课近代物理学的奠基人和革命者（教案1）
【课程标准】
1、了解经典力学的主要内容。

2、认识其在近代自然科学理论发展中的历史地位。

3、知道相对论、量子论的主要内容，认识其意义。

【教学过程】
检测预习：
一、认识史上的飞跃
1．时代背景
(1)中世纪亚里士多德的学说长期被教会奉为教条。

(2)伽利略创立自由落体定律，推翻了亚里士多德的学说。

2．经典力学的建立
(1)主要内容：
①牛顿运动三定律：惯性定律、加速度定律、作用力与反作用力定律，构成了近代力学体系的基础，成为整个近代物理学的重要支柱。

②万有引力定律。

(2)建立标志：1687年，《自然哲学的数学原理》发表。

3．经典力学的影响与应用
(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。

(2)使力学和天文学在理论上达到相当完备的程度，并得到广泛的应用和验证。

(3)万有引力定律准确地算出了地球的平均密度和扁平率。

(4)正确地解释了潮汐的成因。

(5)利用万有引力定律，科学家发现了海王星。

二、驱走乌云的太阳
1．量子理论的诞生
(1)19世纪以来，物理学家定义了一种理想物体——黑体，作为热辐射研究的标准物体。

(2)1879年，奥地利物理学家斯蒂芬通过实验发现了黑体辐射的总能量与其温度之间的定量关系。

(3)1900年，德国物理学家普朗克提出了著名的量子概念，标志着量子理论的诞生。

2．量子力学的建立
(1)1905年，爱因斯坦把普朗克的量子理论推广到光学中，成功解释了光电效应。

(2)1923年，法国物理学家德布罗意又提出物质波理论，认为微观粒子也具有波动性。

(3)数年之后，奥地利、德国的物理学家建立了量子力学。

3．历史意义
(1)量子力学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索。

(2)量子理论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。

三、爱因斯坦的“时空”
1．狭义相对论
(1)提出：1905年，爱因斯坦发表了《论动体的电动力学》一文，创立了狭义相对论。

(2)内容：认为时间与空间都与物质的运动有关，随着物质运动速度的变化而变化。

(3)与经典力学的关系：
①否定了牛顿的绝对时间和绝对空间，使“以太”概念不再需要。

②狭义相对论反映的是物体高速运动状态下的客观规律，是对牛顿力学的继承和发展。

2．广义相对论
(1)提出：1916年，爱因斯坦把狭义相对论推广到加速运动的参考系中，建立了广义相对论。

(2)内容：
①物质存在的现实空间不是平坦的，而是弯曲的，空间的结构取决于物质的质量及其分布情况。

②空间、时间不是独立的实在，它们是物质存在的形式。

3．历史意义
(1)是对近代物理学理论框架的重大突破，不仅揭示了时间、空间的可变性，而且说明了时空的变化和时空结构同物质的运动和状态密不可分。

(2)是人类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。

合作探究：
1．物理学的奠基人和革命者
2．相对论不是对牛顿经典力学的否定
爱因斯坦的相对论是对牛顿经典力学的发展，而不是否定。

爱因斯坦的相对论只否定了牛顿的绝对时空观，没有否定整个牛顿力学。

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，牛顿所提出的很多概念，至今仍具有指导意义。

3、材料一但是，正是在物理学领域，牛顿进行了最有意义的研究。

在这方面，他以伽利略的研究为基础，将后者的成果发展到辉煌的顶点。

——斯塔夫里阿诺斯《全球通史》材料二 20世纪初，在物理学领域掀起了一场伟大的革命，取得了一系列辉煌成果，爱因斯坦的相对论和普朗克的量子论则是这场革命中最伟大的理论成果。

(1)根据材料一说明，“伽利略的研究”指的是什么？
(2)根据材料二并结合所学知识回答，相对论和量子论分别是什么时候提出的？
(3)结合所学知识，简要分析经典力学与相对论的关系。

提示：
(1)自由落体定律。

(2)1905年，爱因斯坦提出狭义相对论；1916年，他提出了广义相对论，二者统称为相对论。

1900年，普朗克提出量子假说，宣告了量子理论的诞生。

(3)相对论否定了牛顿力学的绝对时空观，并把它概括在相对论力学中，是对牛顿的继承和发展。

4、材料一阿尔伯特·爱因斯坦的相对论产生了重大影响，该理论表明宇宙有一个空间和时间的结构。

根据这一理论，将时间和空间说成是绝对的是没有意义的……对于测量者来说，空间和时间是相对的。

对于门外汉来说，这些观点通常用不能理解的数学公式解释，这表明科学已经达到了能够被人类所知的界限。

——杰里·本特利《新全球史》材料二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——即逸出功)。

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。

——《爱因斯坦文集》
(1)归纳材料一中杰里·本特利的观点。

(2)根据材料二分析，爱因斯坦这一研究的理论基础是什么？为什么说相对论和量子论使人类对自然世界的探索又跃上了一个新的高度？
提示：(1)材料一说明，爱因斯坦提出相对论，主张时间和空间是相对的，这就打破了牛顿经典力学的绝对时空观。

表明科学达到了能够被人类所知的界限。

(2)理论基础：量子论的诞生。

原因：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。

课堂练习
1．“他以神一般的力量……完成了人类对自然界认识史上的第一次理论大综合。

”这位科学家( )
A．发现了自由落体定律
B．出版《自然哲学的数学原理》
C．计算并发现了海王星
D．对微观世界的认识取得革命性进步
解析：选 B 由题干“完成了……第一次理论大综合”可以判断他是牛顿，因此选B。

A项是伽利略，C项是牛顿之后的科学家，D项是普朗克。

2．“它打开了人类认识微观世界的大门，深刻地改变了人们的生活、生产和观念……标志着一个新纪元的到来！”与“它”的创立相关的人物是( ) A．爱因斯坦 B．普朗克
C．玻尔 D．爱迪生
解析：选 B “打开了人类认识微观世界的大门”指的是量子论的诞生，开创者是普朗克，故B项正确。

3．诺贝尔奖得主杨振宁教授近日在中山大学说，上世纪20年代物理学“遍地黄金”，爱因斯坦26岁时一年写出三篇震惊世界的文章，“因为物理学几大原则问题正在等待破解”。

爱因斯坦破解的“黄金”及其作用是( ) A．相对论改变了人们认识世界的角度
B．相对论否定了经典力学的相对时空观
C．经典力学体系改变了人们的认识论
D．量子论对微观世界认识取得革命性变化
解析：选 A 爱因斯坦的主要贡献是提出了相对论，由此改变了人们认识世界的角度，打破了原来经典物理学绝对化的思维模式，为人们提供了辩证地认识世界的途径。

4．1919年11月9日美国《纽约时报》头版文章有如下标题：“天之光歪斜”“科学家急切等待着日蚀观测的结果”“恒星不是在它们似乎应该所在的或被计算出来的位置上，但不必担心”。

这些文章介绍的科学理论应该是( ) A．经典力学 B．狭义相对论
C．广义相对论 D．量子理论
解析：选 C 本题考查对近现代科技理论发展过程的理解。

经典力学发表于1687年；狭义相对论发表于1905年；广义相对论发表于1915年；量子理论发表于1900年。

故选C。

5．阅读下列材料，回答问题。

材料一牛顿的《原理》公认是科学史上最伟大的著作。

在对当代和后代思想的影响上，无疑没有什么别的杰作可以同《原理》相媲美。

二百多年来，它一
直是全部天文学和宇宙学思想的基础……无怪乎牛顿力学的非凡成功甚至给诸如心理学、经济学和社会学等各个不同领域的工作者也留下了极其深刻的印象，以致他们试图在解决各种问题时以力学或准力学为楷模。

——《十六、十七世纪科学、技术和哲学史》材料二启蒙思想家们在牛顿革命的启发、激励下进行了种种思考。

伏尔泰曾写道：“如果全部自然界，一切行星，都要服从永恒的规律，而有一个小动物，五尺来高，却可以不把这些定律放在眼中，完全任意地为所欲为，那就太奇怪了。

”但由于牛顿学说本身的机械决定论性质，充满机械唯物论精神的启蒙思想也不可避免地带有形而上学的武断(主要是忽视了人的心灵的复杂性)。

——《世界文明史》
(1)牛顿说：“假如我看得远些，那是因为我站在巨人们的肩上。

”结合所学知识，指出牛顿生活的时代特征，并列举两位影响了牛顿的“巨人”。

(2)根据上述材料并结合所学知识，指出牛顿学说对近代社会发展的主要影响。

解析：第(1)问，第一小问结合牛顿力学体系诞生的时间，从经济、思想、科技等方面说明；第二小问根据所学知识直接回答。

第(2)问，依据材料中“一直是全部天文学和宇宙学思想的基础”“启蒙思想家们在牛顿革命的启发、激励下进行了种种思考”等信息，运用一分为二的观点，从科学研究、科学思维、思想启蒙等方面进行概括。

答案：(1)时代特征：资本主义的不断发展；启蒙思想的兴起与传播；近代科学不断取得进展。

巨人：哥白尼、开普勒、伽利略、笛卡尔、巴罗。

(写出其中两人即可)
(2)在物理学、数学、天文学等领域作出杰出贡献，并确立了相关学科的科学体系和科学的研究与思维方法；为心理学、经济学和社会学等学科树立了楷模；推动了启蒙运动的发展。

机械决定论对启蒙思想及某些社会科学研究产生了一定的负面影响。

课堂小结
[文化上]
(1)牛顿创立经典力学体系，完成了人类对自然界认识史上的第一次理论大综合，推动了近代自然科学的发展。

(2)普朗克创立的量子理论使人类对物理的研究由宏观领域进入微观领域。

(3)爱因斯坦先后创立了狭义相对论和广义相对论，继承并发展了牛顿的经典力学体系。

[政治上]
(1)18－19世纪，欧洲各国普遍爆发资产阶级革命，确立了资本主义制度。

(2)英国君主立宪制进一步完善，18世纪中叶建立责任内阁制，英国成为真正意义上的君主立宪制国家。

(3)美国、法国、德国在18、19世纪确立了资产阶级代议制，推动了各国资本主义经济的发展。

[经济上]
(1)近代科学诞生于资本主义生产方式的产生和发展过程中，资本主义的发展为科技发展提供了物质基础。

(2)18世纪，随着资本主义的发展和大国的崛起，新的科学技术不断在生产和科学实验中得到广泛的应用和验证，从而促进了近代物理学的不断发展。