高中历史 第六单元 杰出的科学家 第5课 20世纪的科学伟人爱因斯坦学案 新人教版选修4

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。

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。

[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：

[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)第一次世界大战时：在仅有四人参加的反战宣言上签字。

(2)第一次世界大战后：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)第二次世界大战中：因美国用原子弹轰炸日本城市终生遗憾。

(5)第二次世界大战后：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。

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，物质质量随着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

史料一在一片“牛顿被推翻了”的叫喊声中，爱因斯坦说：“①可是人们不要以为，牛顿的伟大工作能被这一理论或者任何别的理论代替。②他伟大而明晰的观念，作为自然哲学领域里整个近代概念结构的基础，将永远保持它独特的意义。”

——《巨人百传丛书——爱因斯坦》史料二1933年，①爱因斯坦倡议通过军事手段对抗希特勒的纳粹德国……1947年他写了一封致联合国大会的公开信，②建议建立包括苏联在内的“世界政府”，管理核武器。

——安德鲁·罗宾逊《爱因斯坦相对论一百年》[史料解读]

(1)由史料一中的①可知，爱因斯坦认为牛顿的经典力学具有不可替代性。①中的“这一理论”指相对论。②爱因斯坦肯定了牛顿经典力学对近代自然科学的基础作用。

(2)史料二中的①说明爱因斯坦反对德国法西斯，②说明爱因斯坦反对核战争，总之，史料二反映了爱因斯坦追求世界和平的政治理想。

[问题思考]

(1)史料一中爱因斯坦如何看待经典力学？这体现了爱因斯坦怎样的人格魅力？

(2)史料二中，身为科学家的爱因斯坦有着怎样的政治理想？试从爱因斯坦的科学态度谈谈你的认识。

答案(1)看待：经典力学是近代自然科学的基础。人格魅力：谦逊、包容、理性。

(2)政治理想：追求世界和平。

认识：合理利用科技，趋利避害。科学可以制造战争，也可以制止战争，关键取决于人类本身；坚决反对利用科技进行战争的企图。

全面评价爱因斯坦