历史学案人教版选修4 第6单元 第5课 20世纪的科学伟人爱因斯坦

第5课20世纪的科学伟人爱因斯坦
[目标导航] 1.了解爱因斯坦早年的成长历程，分析其在科学方面能够取得科技成就的原因。

2.了解爱因斯坦相对论的基本内容，分析相对论与牛顿经典力学之间的关系。

3.概括爱因斯坦为争取和平而进行的重要活动，认识其在维护世界和平方面做出的重要贡献。

一、提出狭义相对论
1．成长历程
(1)出身：1879年，出生于德国南部小城乌尔姆的一个犹太血统家庭。

(2)童年：善于思考，对自然界的现象总爱寻根问底。

(3)中学：被赶出校门，坚持自学。

(4)大学：进入瑞士苏黎世联邦工业大学师范系，主修数学和物理。

迷上了物理学，为以后从事理论物理学研究打下了基础。

2．提出狭义相对论
(1)提出：1905年6月，发表了《论物体的电动力学》，标志着狭义相对论的提出。

(2)内容：相对性原理和光速不变原理。

(3)意义：改变了牛顿力学的时空观念，揭露了物质和能量的相当性，为原子能的利用奠定了理论基础，是近代物理学领域的一次伟大革命。

[思维点拨]
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。

[图解图示]
爱因斯坦的相对论实际上是对牛顿经典力学的继承与发展，其关系用图示表示如下：
二、推动量子力学的发展
1．广义相对论
(1)标志：1916年发表论文《广义相对论的基础》。

(2)内容
①等效原理，即在一个加速运动的系统里，物体会自动改变运动状态，而改变这种运动状态的力，就是惯性力。

②广义相对性，即在加速运动系统里的惯性力，可以运用到时空中的各种物体运动上。

(3)意义：改变了人们对宇宙的认识，在广义相对论的指引下，天体和宇宙演化的观测研究及理论探讨前所未有地蓬勃开展起来。

2．推动量子力学发展
(1)1905年提出光量子假说，解决经典物理学无法解释的光电效应问题。

(2)1921年因光电效应研究而获得诺贝尔物理学奖，他的研究推动了量子力学的发展。

3．其他成就
在宇宙学、统一场论等领域取得重大研究成果。

[易混提醒]
爱因斯坦的相对论是现代物理学的标志，而吹响现代物理学第一声号角的是量子论。

相对论广博，量子论实用并且最早用于技术研究，如果说相对论作为时空的物理理论从根本上改变了人们以往的时空观念，那么量子论则在很大程度上改变了人们的实践。

三、为人类和平进步而斗争
1．捍卫和平
(1)一战时：在仅有四人参加的反战宣言上签字。

(2)一战后：致力于恢复各国人民的相互谅解，并为此到法、英、荷等国奔走。

(3)20世纪30年代：开始呼吁各国人民为和平而斗争。

(4)二战中：为美国用原子弹轰炸日本城市终生遗憾。

(5)二战后：致力于防止核战争，亲自领导组织了“原子科学家非常委员会”。

2．评价
(1)爱因斯坦创立的相对论是人类认识自然过程中一次质的飞跃，这个理论已经成为原子能科学、宇宙航行等科学的理论基础。

(2)如果没有爱因斯坦，原子能发电站、宇宙飞船等现代科技或许还在探索之中。

[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
[知识图示]
主题一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惟一道路；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？
答案(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。

[史论总结]
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。

主题二全面评价爱因斯坦
史料一(英国)皇家学会会长汤姆逊曾说过：“①爱因斯坦的相对论是人类思想史上最伟大的成就之一，也许就是最伟大的成就。

它不是发现了一个孤岛，而是发现了新的科学思想的新大陆。

”爱因斯坦获得诺贝尔奖来之不易。

当时，②有不少德国的诺贝尔奖获得者威胁说，如果给相对论授奖，他们就要退回已获的奖章，结果评选委员会找到了一个办法，让爱因斯坦作为光电效应理论的建立者而得奖，③相对论始终没有获得诺贝尔奖。

——吴国盛《科学的历程》
史料二一般公众，甚至许多当权的人都没有意识到使用核弹的战争究竟会引起怎样的后果。

一般公众仍然用城市的毁灭来想象，据了解，①新的核弹比旧的核弹有更大的威力，一颗原子弹能毁灭广岛，而一颗氢弹能毁灭像伦敦、纽约和莫斯科那样的特大城市。

我们向自己提出的问题应当是：②能采取怎样的措施来制止一场其结局对一切方面都必然是灾难的军事竞赛。

——《罗素—爱因斯坦宣言》
[史料解读]
(1)史料一中的①肯定了相对论的科学成就。

②说明科学界还不能理解相对论，没有认识到相对论的科学价值。

③说明人们对新事物的认识和接受是一个极其艰难的过程。

总之，史料一说明人们对新事物的认识和接受的艰难，即使是伟大的科学成就，同时也映衬出爱因斯坦敢于打破权威、勇于探索的科学精神。

(2)史料二中的①强调核武器的灾难性后果。

②说明爱因斯坦反对核战争和核军备竞赛。

①说明了爱因斯坦②的主张。

[问题思考]
(1)结合史料一分析，应如何看待爱因斯坦获得诺贝尔奖时所发生的事情？
(2)史料二反映了爱因斯坦的哪些主张？
(3)结合史料一、史料二，简评爱因斯坦。

答案(1)说明人们对任何一种新生事物的认识都是一个极其艰难的过程，即使在以尊重真理为最高准则的科学界也不例外，映衬了爱因斯坦敢于打破权威、勇于探索和坚持真理的科学精神。

(2)反映了爱因斯坦反对使用原子武器和核军备竞赛，主张维护世界的和平与发展。

(3)爱因斯坦不仅是一个伟大的科学家，而且是一个具有高度责任感的社会活动家。

[史论总结]
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．“他打破绝对静止的时空观，改变着人们看世界的角度和方式；他爱好和平反对战争。

”文中的“他”是指( )
A．牛顿B．达尔文
C．爱因斯坦D．普朗克
答案 C
解析爱因斯坦建立相对论，揭示了空间和时间的可变性，打破了绝对静止的时空观，是人类思想发展史上的一次根本性变革。

2．爱因斯坦创立的相对论与牛顿力学的关系，比较准确的说法是( )
A．前者否定了后者B．前者概括了后者
C．前者发展了后者D．前者推翻了后者
答案 B
解析相对论否定了经典力学的绝对时空观，而非否定了经典力学；爱因斯坦发展了经典力学，并把它概括在相对论力学之中。

3．普朗克曾这样评论爱因斯坦的科学成就：“这个原理在物理世界上所引起的革命，只有哥白尼世界体系的引入才能与之相提并论。

”文中的“这个原理”是( )
A．相对论B．日心说
C．量子假说D．万有引力定律
答案 A
解析相对论树立了全新的时空观、运动观和物质观，打破了经典物理学绝对化的思维模式，为人们提供
了辩证地看待世界的途径，故A项符合题意；B项是哥白尼的科学成就，C项是普朗克的科学成就，D项是牛顿的科学成就。

4．阅读下列材料：
材料一牛顿(1642～1727)，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。

材料二爱因斯坦(1879～1955)，德国物理学家。

1905年获哲学博士学位。

曾在多所大学任教授，并当选为普鲁士科学院院士。

1921年，他因在光电效应上的贡献获得诺贝尔物理学奖。

1933年，因受纳粹政权迫害，迁居美国。

1940年入美国籍。

请回答：
(1)结合材料一及所学知识，指出牛顿在物理学方面的最突出成就。

这一成就有什么特点？
(2)结合材料二及所学知识，指出爱因斯坦在物理学方面的突出贡献及其意义。

(3)概括两位科学家取得物理学方面成就的共同原因。

答案(1)创建经典力学体系，标志着近代科学体系的形成。

特点：一是注重实验，二是数学化。

(2)提出相对论，指出时空的本质属性。

意义：是物理学思想的一次重大革命，奠定了现代科学发展的理论基础。

(3)勇于探索、善于观察、执著追求的科学精神，社会生产力的发展与社会进步。

解析解答第(1)题的第一问要抓住关键词“最突出”，第二问实际上是要求分析近代科学的特点；第(2)题综合材
料二及所学知识即可作答；第(3)题要综合时代特点及个人因素分析。

[基础达标]
1．(2016·南通高二检测)“现在，时间能够伸长收缩，不是在宇宙的任何地点都是均匀的，而是与运动状态与引力相关的。

”这一描述反映的科学理论( )
A．准确预见了海王星的存在
B．推动了欧洲启蒙运动进程
C．发现能量辐射的运动规律
D．拓展了对宏观世界的认识
答案 D
解析由材料“时间能够伸长收缩”“是与运动状态与引力相关的”，结合所学知识分析得知，该理论是指爱因斯坦的相对论，故D正确。

2．(2016·嘉兴高二检测)1919年11月7日，历来谨慎的英国《泰晤士报》出现醒目的标题文章——《科学中的革命》，两个副标题是“宇宙新理论”“牛顿观念的破产”，爱因斯坦迅速成为万人敬仰的科学英雄。

促成这一现象的原因最可能是( )
A．狭义相对论的提出，改变了牛顿力学的时空观念
B．广义相对论第一次提出了四维时空和物质分布相联系的思想
C．光量子假说的提出，解决了经典力学无法解决的光电效应
D．英国天文学家通过天文观测证实爱因斯坦的光线弯曲预言
答案 D
解析狭义相对论的提出是1905年，广义相对论是1915年，光量子假说提出是1905年，三项时间都与1919年不符；1919年爱因斯坦有关“引力场中的光线发生弯曲”的理论得到验证，故本题选D。

3．有一次，爱因斯坦与卓别林共同出席一个宴会，他们都受到了热烈的欢迎。

卓别林对爱因斯坦开玩笑说：“大家欢迎我是因为他们都能理解我，大家欢迎你是因为他们都不理解你。

”此语意指( )
A．绝大多数人盲目欢迎爱因斯坦
B．相对论有悖于人们的日常经验
C．理论物理与人们日常生活很远
D．伟大的科学家不如著名艺术家
答案 B
解析提取材料中的信息“大家欢迎你是因为他们都不理解你”，这是指爱因斯坦相对论的观点与人们的日常经验不一致。

4．(2016·泰州高二检测)1905年是爱因斯坦的“奇迹”之年，这一年他成功解释了光电效应，他的理论重新肯定了微粒说和波动说对于描述光的行为的意义。

该理论( )
A．深刻揭示了时空的本质属性
B．推动量子理论进一步发展
C．推动了近代自然科学的诞生
D．标志着量子理论的诞生
答案 B
解析材料中“成功解释了光电效应，他的理论重新肯定了微粒说”有利于研究微观的事物现象，推动了量子理论进一步发展，故B正确。

5．20世纪初，爱因斯坦从相对论出发，提出了著名的质能关系式，为核开发提供了理论依据。

后来，美国首先研制了原子弹，并于1945年在日本广岛、长崎投放，平民伤亡惨重，爱因斯坦非常痛心。

以上史实说明( )
A．科学技术应用于战争，促进了人类和平
B．科学技术推动了军事的发展，以暴制暴换取和平
C．科学研究的初衷有时与实际应用效果有较大偏差
D．科学本身是客观的，不受任何利益集团左右
答案 C
解析爱因斯坦主张研究原子弹的目的是制止法西斯的侵略以维护世界和平。

原子弹最早在广岛、长崎投
放，导致了平民的大量伤亡，这充分说明科学研究的初衷有时与实际应用效果有巨大差距，故C与题意相符。

6．(2016·内江高二检测)1933年纳粹上台以后，爱因斯坦发表了不回德国声明：“只想生活在实行公民自由，宽容，以及在法律面前公民一律平等的国家，国家是为人而建立，而人不是为国家而生存。

”2005年德国把这个信条刻在德国政府大楼上，以纪念爱因斯坦逝世50周年。

这说明( )
A．民主与法制是人类社会不懈的追求
B．相对论得到了美德两国的认可
C．爱因斯坦崇尚民主、自由和科学
D．德国政府对历史的深刻反思
答案 A
解析爱因斯坦在德国的纳粹时代放弃了德国国籍，加入了美国国籍，正是体现了启蒙运动中民主与法制的思想，并以自身的行动对抗法西斯的专制，故A正确；B、C、D与材料不完全相符。

[能力提升]
7．阅读下列材料：
材料一在牛顿时代，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惟一道路；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
材料二作为科学家，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？……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》
请回答：
(1)材料一中“牛顿所创造的概念”、材料二中爱因斯坦的“理论非常深奥”分别指的是什么？它们之间的关系如何？
(2)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。

根据材料二和所学知识，说明爱因斯坦被提名为以色列总统候选人的原因。

答案(1)牛顿：经典力学；爱因斯坦：相对论。

关系：爱因斯坦的相对论是对牛顿经典力学的继承与发展。

(2)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。

解析第(1)题从牛顿和爱因斯坦的主要贡献来回答，爱因斯坦的相对论是对牛顿经典力学的扬弃和发展。

第(2)题主要从爱因斯坦的人格魅力和崇高品质角度来分析。