《近代物理学的奠基人和革命者》教学设计【高中历史必修3(人民版)】

《近代物理学的奠基人和革命者》

教学设计

【知识与能力目标】

了解经典力学的主要内容，识记其在近代自然科学理论发展中的历史地位。

分析相对论、量子论的主要内容，认识其意义。

【过程与方法目标】

通过了解经典力学的主要内容，培养学生从已有的知识中提取有效信息，并充分利用信息对有关问题进行分析论证的能力。

通过课堂小组讨论的方法，分析相对论、量子论的主要内容，认识其意义，培养学生分析概括的能力和训练学生的创新思维的能力。

【情感态度价值观目标】

通过对本课的学习，了解科学家为科学进步所作出的努力，

学习他们为科学献身的精神；形成科学的态度。培养学生对科学的热爱之情，培养学生正确的自我意识，认识科技发展中没有绝对权威，培养学生尊重科学的意识。知道在科学的道路上荆棘遍布，增强面对挫折的能力。增强毅力，树立勇往直前、持之以恒的精神。

【教学重点】

伽利略对物理学发展的重大贡献；牛顿经典力学的、量子论、相对论的主要内容。

【教学难点】

牛顿经典力学的、量子论、相对论的 意义。

本节课运用图片、幻灯、课件、录像、计算机、白板等多媒体教学设备；教师在教学过程中进行多媒体的演示和示范。

一、导入新课

通过多媒体播放伽利略、牛顿、达尔文的人物图像形式，导入新课近代物理学的奠基人和革命者。

二、新课讲授

㈠牛顿力学体系

过渡：通过材料地球中心说：地心说的起源很早，最初由古希腊学者欧多克斯提出，经亚里斯多德完善，又为托勒密进一步发展成为一个盛行于古代欧洲1000多年的宇宙学说体系。地心说认为地球处于宇宙中心位置并静止不动，太阳、月亮、行星和其他卫星都围绕地球运转。引出牛顿力学体系的背景。

1.背景：文艺复兴运动使科学从神学的桎梏中被解放出来，近代科学诞生；伽利略创立自由落体定律，推翻了亚里士多德的学说，为经典力学的建立奠定基础，标志着物理学的真正开端。

过渡：“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

通过材料结合所学知识请同学们思考这样一个问题：牛顿捡到了哪些“光滑的石子”和“美丽的贝壳”？

2.内容：由机械运动三定律（惯性定律、加速度的比例定律、作用力和反作用力定律)、万有引力定律组成。

过渡：长期以来，人们一直认为彗星是神秘的，不吉利的灾星，根本不能用科学来说明。牛顿的好友哈雷用牛顿力学算出了1682年出现的彗星的轨道，指出它的回归周期是75—76年，由此预言它将在1758年再次出现。53年以后的1758年（当时哈雷已去世），这颗彗星果然如期出现。哈雷慧星的发现验证了万有引力定律的科学性。

英国著名的哲学家休谟曾说：“我们被放在这有如戏院的世界上，每个事件的起源和缘由却完全隐瞒不让我们知道，我们既没有足够的智慧预见未来，也没有能力防止那些使我们不断受伤害不幸的事情发生。

——《大国崛起》解说词

利用史料分析和小组讨论相结合的形式，分析牛顿经典力学的意义。

3.意义：牛顿力学体系对自然界的力学现象做出了系统、合理的说明，从而完成了人类对自然界认识史上的第一次理论大综合，经典力学体系的建立标志着近代科学的形成；根据万有引力定律，人们准确地算出地球的平均密度和扁平率，正确地解释了潮汐的成因。根据这一定律，人们还发现了海王星、冥王星。

（二）量子力学

过渡：19世纪末，面对经典物理学近乎完美的发展，有的物理学家表示：“19世纪已经将物理大厦全部建成，今后物理学家只是修饰和完美这座大厦。”

根据材料请同学们思考：经典力学体系是最完美的物理学理论吗？

1.背景

19世纪末20 世纪初，电子和放射性的发现，促进人们对物质的认识深入到了原子内部。但大量的实验表明，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。这就需要人们对微观世界开展研究。

过渡：通过阅读课本，概括量子力学的发展过程是怎样的？

2.概况

诞生：1900年，德国物理学家普朗克提出了量子假说。这个假说宣告了量子论的诞生。

发展：1905年，爱因斯坦提出了光具有波粒二象性的结论，1923年，法国物理学家德布罗意又提出物质波理论。

成熟：在这个基础上，奥地利、德国的物理学家建立了量子力学。

3.意义

量子理论弥补了经典物理学在微观的粒子世界方面认识的空缺，把人类对客观规律的认识从宏观世界推进到微观世界，改变了人们看世界的角度和方式；量子理论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。

（三）相对论

过渡：通过爱因斯坦的小故事：大学里老师都不大看得起他，不愿意把他留下来做助教；他几次去请求，人家也不要他；甚至于有几次他几乎要失业了。几次在中学里面求职，最后在专利局里面找到一个职位。他每个星期要在专利局工作大概40多个小时。这样一个人为科学界做出了怎样的贡献呢？

(1)狭义相对论

创立：1905年，爱因斯坦发表了《论动体的电动力学》，创立了狭义相对论。

内容：时间和空间都与物质运动有关；时间和空间随着物质运动速度的变化而变化。

意义：否认了牛顿力学的绝对时空观；继承和发展了牛顿力学；奠定了利用原子能的理论基础。

(2)广义相对论

提出：1916年，爱因斯坦又建立了广义相对论。

主要内容：广义相对论认为，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，空间弯曲的程度体现为引力场强度。

意义：第一次阐述了四维时空和物质的分布相联系的重要思想。

过渡：通过小组分析法，请同学们探讨相对论与牛顿力学的关系。

(3)相对论与牛顿力学的关系：

相对论打破了牛顿以来传统的绝对时空观，但并非全盘否定牛顿力学。牛顿力学反映的是宏观物体低速运动的客观规律，而狭义相对论反映的是物体高速运动的客观规律，是对牛顿力学的继承和发展。牛顿力学是相对论的一种特例(物体低速运动状态)，包括在相对论体系中。过渡：材料：相对论的现实意义举例——相对论能修正GPS（全球定位系统）全球定位系统———GPS的应用也已普及化了，许多城市的公共汽车、出租车上都安装了它。早期的GPS接收器确定物体位置的误差是在15米范围内，这个误差可以用爱因斯坦相对论来修正。

结合所学知识，分析相对论的意义是什么？

(4)相对论建立的意义

爱因斯坦相对论的建立，是对近代物理学理论框架的重大突破，它不仅揭示了空间、时间的可变性，时空的变化和时空结构同物质的运动和状态密不可分。这种全新的时空观、运动观和物质观的形成，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。

量子论和相对论是现代物理学的两大支柱，量子论的形成标志着人类对于客观规律的认识，开始从宏观世界深入到微观世界。量子力学和狭义相对论结合形成原子核物理学，指导制造原子弹、氢弹和建立核电站。量子力学还为电子技术、半导体技术和激光技术等奠定了理论基础。

略。