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-1-一近代物理学的奠基人和革命者目标导航方法点拨1.了解经典力学的三大定律、量子理论和相对论等基础知识2.知道牛顿、普朗克、爱因斯坦等著名科学家的主要事迹,学会观察,培养敏锐的洞察力3.理解科学进步中继承与发展的关系4.概括物理学发展的基本线索,认识其发展的阶段特征和在近代自然科学理论发展中的历史地位1.学习认识史上的飞跃,可结合启蒙运动进行探讨,要掌握牛顿经典力学体系建立的标志及重大意义2.理解量子论和相对论是20世纪物理学的两大支柱,分析相对论和牛顿经典力学之间的关系,认识爱因斯坦在其他领域的贡献课前篇自主预习一二三一、认识史上的飞跃——牛顿力学体系1.理论基础意大利科学家伽利略创立了自由落体定律,推翻了亚里士多德的学说。2.主要内容(1)通过进一步定量试验,得出了惯性定律和加速度定律,又在笛卡尔等人对碰撞运动的研究基础上总结出作用力和反作用力定律。(2)从研究地球对月球的引力入手,综合了开普勒等人有关天体力学方面的研究成果,并运用他自己创立的微积分做计算工具,成功地导出了万有引力定律。3.系统总结1687年,牛顿出版了《自然哲学的数学原理》,总结了他的力学体系以及在数学、天文学方面的研究成果。课前篇自主预习一二三4.历史意义(1)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。(2)使力学和天文学在理论上达到了相当完备的程度,同时也在生产和科学实验中得到广泛的应用和验证。(3)为人们准确计算地球的平均密度和扁平率、正确解释潮汐的成因、发现海王星提供了理论指导。课前篇自主预习一二三二、驱走乌云的太阳——量子理论1.基本过程(1)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。随后,德国物理学家普朗克发现了热辐射过程中的能量分布规律。(2)1900年,普朗克提出了著名的量子概念,在《关于正常光谱能量分布定律的理论》中阐述了这一思想,标志着量子理论的诞生。(3)1905年,德国科学家爱因斯坦把量子理论推广到光学中,成功地解释了光电效应,得出了光具有波粒二象性的结论。(4)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,将量子论发展到一个新的高度。(5)数年之后,在量子理论的基础上,奥地利、德国的物理学家建立了量子力学。课前篇自主预习一二三2.重大影响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。自主思考牛顿力学体系引起人类认识上巨大飞跃的表现有哪些?提示:(1)牛顿的力学体系对自然界的力学现象作出了系统、合理的说明,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了相当完备的程度,同时也在生产和科学实践中得到广泛的应用和验证。(3)使科学摆脱了神学的束缚,向前发展。课前篇自主预习一二三三、爱因斯坦的“时空”——相对论1.相对论的提出(1)1905年,爱因斯坦发表《论动体的电动力学》,在相对性原理和光速不变原理的基础上,创立了狭义相对论。(2)1916年,爱因斯坦把狭义相对论推广到加速运动的参考系(即非惯性系)中,建立了广义相对论,第一次阐述了四维时空和物质的分布相联系的重要思想。课前篇自主预习一二三2.历史意义(1)是对近代物理学理论框架的重大突破,不仅揭示了空间、时间的可变性,还说明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,与量子理论一起,构成了现代物理学的基本理论框架。课堂篇探究学习探究点牛顿力学体系与爱因斯坦相对论的关系材料导入材料阿尔伯特·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,因为对这两种范畴的测量通常随着观察者的运动而改变。也就是说,对于测量者来说,空间和时间都是相对的。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——表明科学已经达到了能够被人类所知的界限。——摘编自[美]杰里·本特利、赫伯特·齐格勒《新全球史》当堂检测课堂篇探究学习探究点互动探究(1)根据材料,概括指出爱因斯坦相对论的主要内容及其在科学发展史上的地位。(2)根据材料并结合所学知识,指出爱因斯坦的理论与牛顿力学理论最明显的区别。(3)根据材料并结合所学知识,说明爱因斯坦相对论与牛顿力学体系的关系。提示:(1)主要内容:时间和空间是相对的。地位:科学已经发展到被人类所知的高度。(2)牛顿力学理论的时空观是绝对的,爱因斯坦的时空观是相对的。(3)相对论一方面否定了牛顿力学的绝对时空观,揭示了时间和空间的本质属性;另一方面也发展了牛顿力学,将其概括在相对论力学之中,把物理学推进到一个新的高度。当堂检测课堂篇探究学习探究点名师精讲1.牛顿经典力学体系的特征和地位(1)特征:①注重实验:实验可以进一步揭示客观现象和过程之间的逻辑关系,并由此得出重要的结论。②力学体系的数学化:牛顿主要运用他创立的微积分做计算工具,这种数学化源于自然界内在的数学关系。(2)地位:①牛顿力学三定律构成了近代力学体系的基础,成为近代物理学的重要支柱。②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。③使力学和天文学在理论上达到完备的程度,并得到应用和验证。④使科学摆脱神学束缚,标志着近代科学的形成。当堂检测课堂篇探究学习探究点2.相对论和经典力学的关系(1)相对论打破了自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。(2)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。(3)牛顿力学是相对论的一种特例(宏观物体低速运动状态),包括在相对论体系中。当堂检测课堂篇探究学习探究点典例剖析【例题】西方历史学家指出:“当人们谈及最近几代人中被传入日本等东方国家的西方文明时,我们不是指希腊——罗马哲学和人文主义思想,也不是指日本的基督教化,而是指在17世纪后半叶开始改变西方面貌的科学、思维模式和文明的所有工具。”这里的“开始改变西方面貌的科学、思维模式和文明的所有工具”是指()A.牛顿的经典力学体系B.瓦特的改良蒸汽机C.达尔文的生物进化论D.爱因斯坦的相对论当堂检测课堂篇探究学习探究点题目立意:本题考查对近代西方科技发展历程的理解能力。解题指导:根据材料信息“17世纪后半叶开始改变西方面貌的科学、思维模式和文明的所有工具”并结合所学知识,可知1687年牛顿发表《自然哲学的数学原理》,牛顿经典力学体系诞生,标志着人类科学时代的开始。故选A项。答案:A当堂检测课堂篇探究学习1.下列著名科学家中通过观察、实验和推理创立自由落体定律的是()A.加勒B.牛顿C.笛卡尔D.伽利略解析:意大利科学家伽利略创立的自由落体定律,推翻了亚里士多德的学说,故D项符合题意。答案:D探究点当堂检测课堂篇探究学习2.英国科学史专家丹皮尔在《科学史》中指出,“牛顿摆脱了这些先人之见,实在是一种真正的进步”。牛顿的进步性主要在于()A.确立了辩证唯物主义理论B.为资产阶级革命奠定了理论基础C.放弃了对宗教的信仰D.首次对自然规律进行理论性概括解析:牛顿力学体系对自然界的现象作出了系统、合理的说明,从而完成了人类认识自然界的第一次理论大综合,故D项符合题意;A、B、C三项均与牛顿的主要贡献不符。答案:D探究点当堂检测课堂篇探究学习3.有人说:“14—17世纪,西方出现了近代科学的曙光,而中国则呈现出传统科技的晚霞。”下列选项中最能支持该说法的是()A.牛顿经典力学的提出与《本草纲目》B.量子理论的诞生与《本草纲目》C.进化论的确立与《农政全书》D.相对论的提出与《梦溪笔谈》解析:牛顿经典力学提出于1687年,量子理论诞生于1900年,进化论确立于1859年,相对论提出于20世纪初。《本草纲目》是明朝医药学家李时珍对中医药学的系统总结。故选A项。答案:A探究点当堂检测课堂篇探究学习4.下列哪一理论的提出,使人类对微观世界的基本认识有了革命性的进步()A.自由落体定律的提出B.相对论的提出C.量子理论的提出D.万有引力定律的提出解析: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,使人类对微观世界的基本认识有了革命性的进步。故选C项。答案:C探究点当堂检测课堂篇探究学习5.为解决热辐射理论上的疑点,普朗克提出量子概念。其中“量子”的含义是()A.微观世界的各种粒子B.比原子更小的粒子C.微观粒子的能量D.能量的基本单位解析:普朗克认为能量是由一份份“能量原子”构成的,他把每一份能量称做“能量子”,简称“量子”,因此“量子”是指能量的基本单位。故选D项。答案:D探究点当堂检测课堂篇探究学习6.爱因斯坦相对论的提出,是物理学思想的一场重大革命。他()A.否定了牛顿经典力学的原理B.是人类认识微观世界的革命C.继承了经典物理学绝对化的思维模式D.揭示了时间、空间并非绝对不变的属性解析:相对论是对牛顿经典力学的继承与发展,解决的是宏观物体高速运动和加速运动的客观规律,从而打破了经典物理学绝对时间和绝对空间的概念,故A、B、C三项均不符合题意。答案:D探究点当堂检测课堂篇探究学习7.庄子曰:“四方上下曰‘宇’,古往今来曰‘宙’。”爱因斯坦在论文《论动体的电动力学》中提出了狭义相对论。二者观点的主要相同之处是()A.都运用了相对论原理B.反映出不同时代的不同科学观C.揭示出人文科学与自然科学的本质区别D.具有共同的时空观解析:“四方上下曰‘宇’,古往今来曰‘宙’”反映了庄子认为宇宙兼具空间性和时间性,爱因斯坦的狭义相对论认为时间和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。故选D项。答案:D探究点当堂检测课堂篇探究学习8.哥白尼、牛顿和爱因斯坦被称为近代以来最伟大的科学家,三者理论的共同之处是()A.得到了科学实验的充分验证B.改变了人类对自然世界的认知C.推动了技术的重大突破D.科学地概括出物质运动的规律解析:广义相对论未得到科学实验的充分验证,A项不适合爱因斯坦;“日心说”未推动技术取得重大突破,C项不适合哥白尼;哥白尼的“日心说”有缺陷,不能算科学地概括出物质运动的规律,排除D项;哥白尼、牛顿、爱因斯坦的科学贡献都对人类认识自然世界起到了推动作用。答案:B探究点当堂检测课堂篇探究学习9.阅读材料,完成下列要求。材料一在古希腊社会……这个时期有科学研究活动,而且取得了辉煌的成就,但是这些科学研究活动及其发现是在没有固定的社会角色(即专职的科学家)的情况下进行和取得的,从事科学研究活动的人是由当时的“哲学家”和“技术人员”(包括医生)兼职的。例如……亚里士多德虽然是古典物理学和生物学的创始人,但是他公开的社会身份是哲学家,研究科学是兼职的。——王顺义《西方科技十二讲》材料二牛顿确立的新规范不仅是近代科学革命的顶点,而且也是人类思想史上最深刻的革命,他的影响远远超出了物理学的范围。——王顺义《西方科技十二讲》探究点当堂检测课堂篇探究学习材料三所谓科学革命,一般说来指的就是通行的科学理论体系的急剧转变……迄今为止,科学史上有据可查的关于物质世界的一般理论总共不过三种,分别以亚里士多德、牛顿和爱因斯坦的名字命名……真正的科学革命,实际上只发生过两次。——马克垚《世界文明史》(1)根据材料一并结合所学知识,指出亚里士多德研究成果的领域,并简要分析古希腊社会的科学研究能取得辉煌成就的原因。(2)根据材料二并结合所学知识,指出牛顿确立的“新规范”及其确立的标志,并简要分析新规范“远远超出了物理学的范围”的影响。(3)根据材料三并结合所学知识,指出两次“真正的科学革命”中第二次“科学革命”的突出成就,并简要说明它与前一次科学革命成就之间的关系。探究点当堂检测课堂篇探究学习参考答案:(1)领域:古典物理学和生物学。原因:古希腊工商业经济的繁荣;奴隶制民主政治的形成且不断发展;智者运动的思想解放;科学家的探索精神。(2)新规范:牛顿经典力学体系的建立。确立标志:1687年,《自