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专题七近代以来科学技术的辉煌一近代物理学的奠基人和革命者课程标准素养解读1.了解经典力学的主要内容，认识其在近代自然科学理论发展中的历史地位。2．知道相对论、量子论的主要内容，认识其意义。1.从时空观念角度了解经典力学创立的背景。2．从史料实证和历史解释角度理解经典力学的主要内容，认识其在近代自然科学理论发展中的历史地位。3．从史料实证和历史解释角度识记相对论、量子论的主要内容，认识其意义。认识相对论和经典力学之间的关系以及物理学理论创新的源泉和方法。4．运用唯物史观理解近现代物理学的重大成就，评价其推动社会进步的意义。自主预习探新知知识点一认识史上的飞跃1．背景近代科学的诞生以及伽利略定律的创立，冲击了学说的统治地位。自由落体亚里士多德2．牛顿力学三定律(1)时间：世纪末。(2)内容：牛顿在研究伽利略自由落体定律的基础上，得出了定律和定律，又在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。(3)地位：牛顿的运动三定律构成了近代体系的基础，成为整个近代的重要支柱。物理学17惯性加速度笛卡尔力学3．万有引力定律从研究地球对的引力入手，综合了等人有关天体力学方面的研究成果，并运用他自己创立的做计算工具，成功地导出了万有引力定律。4．著作《自然哲学的数学原理》，总结了他的体系以及在数学、天文学方面的研究成果。月球力学微积分开普勒5．意义牛顿力学体系对自然界的现象做出了系统的、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。它的确立使力学和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。力学天文学经典力学的建立知识点二驱走乌云的太阳1．量子理论的诞生与发展阶段时间国家主要成就1879年奥地利斯蒂芬发现黑体辐射的总能量与其之间的定量关系1900年德国普朗克发现热辐射过程中的能量分布规律，并提出概念诞生1900年德国普朗克在《关于正常光谱能量分布定律的理论》中阐述量子学说，标志着量子理论的诞生温度量子1905年德国爱因斯坦用量子理论成功解释了1923年法国德布罗意提出物质波理论发展数年后奥地利、德国物理学家建立光电效应量子力学2.量子理论的意义(1)指导着人们向物质运动的各个层面进行深入探讨。(2)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。近现代物理学成就知识点三爱因斯坦的“时空”项目狭义相对论广义相对论创立1905年，爱因斯坦发表《论动体的电动力学》1916年，把狭义相对论推广到运动的参考系中内容时间和空间都与物质的有关，随着物质运动速度的变化而变化物质存在的空间是弯曲的，空间的结构取决于物质的质量及其分布情况；空间、是物质存在的形式运动时间现实加速反映的是物体运动的客观规律，是对牛顿力学的继承与发展第一次阐述了和物质的分布相联系的重要思想意义①是对近代物理学理论框架的重大突破，形成了全新的时空观、运动观和观。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。③相对论同理论一起，构成了现代物理学的基本理论框架高速量子物质四维时空合作探究攻重难经典力学的特征和意义史料一1590年，伽利略在比萨斜塔上做了①“两个铁球同时落地”的著名实验，从此推翻了亚里士多德“物体落下的速度和重量成比例”的学说，纠正了这个持续了1900年之久的错误结论。史料二规则Ⅱ因此，②对同类的自然效果，应尽可能归之于相同的原因。……规则Ⅲ③物体的性质，它们既不能被增强又不能被减弱，并且属于所能做的实验中所有物体的，应被认为是物体的普遍性质。因为物体的性质不能被知道，除非通过实验，且因此普遍的性质是任何与实验普遍地符合的性质；且它们不能被减少亦不能被除去。规则Ⅳ④在实验哲学中，由现象归纳得出的命题，在其他现象使这些命题更加精确或出现例外之前，都应被视为完全正确或基本正确的，而不管相反的假设。……——牛顿《自然哲学的数学原理》史料三1781年，人们发现了天王星，但它的理论计算位置与实际观测始终不符。⑤根据万有引力理论，人们设想这可能是由于有一颗未知行星对天王星产生影响的结果。以后，⑥一些科学家进行了大量计算，根据他们的计算结果，1846年9月，人们终于发现了海王星。[解读](1)史料一说明了伽利略的著名实验为经典力学诞生奠定了基础。①表明伽利略推翻了亚里士多德的错误结论，对近代科学研究做出了重大贡献。(2)史料二从牛顿力学体系理论角度说明了经典力学体系的特征。②③④表明了近代科学研究方法是归纳推理和实验论证。(3)史料三反映了牛顿力学体系对天文学研究的影响。⑤⑥主要说明海王星被发现是根据万有引力定律。[思考](1)根据史料一及所学知识指出伽利略在科学研究上的主要贡献。有何意义？(2)根据史料二，结合所学知识，分析17世纪的科学研究方法的“革命”对启蒙运动产生了怎样的影响。(3)根据史料三及所学知识，分析人类能够发现海王星的原因。【提示】(1)贡献：①伽利略通过实验证实，外力并不是维持运动状态的原因，只是改变运动状态的原因。②通过实验，他发现了自由落体定律等物理学定律，开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系的近代科学。意义：为牛顿经典力学的创立和发展奠定了基础。(2)科学革命中形成的科学理念和方法，解放了人们的思想，为启蒙运动创造了条件。(3)文艺复兴运动解放了人们的思想，自然科学研究开始摆脱教会的束缚；牛顿力学体系形成，提出了万有引力定律；以实验为基础，以数学为表达形式的科学研究方法的出现。经典力学的特征和意义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内在的逻辑联系，并由此得出重要的结论。(2)数学化：这种数学化的根源是自然内在的数学关系。自然的数学结构是近代科学的先驱们深信不疑的真理。(3)研究人们日常生活中易于理解的宏观世界。后来科学发展所揭示的是人们没有直接经验的微观现象，表明人们对物质世界的认识在不断深入。2．意义(1)自然科学角度①把自然界中力学现象囊括在同一体系中，是人类认识自然历史上对自然规律的第一次总结与概括。②有助于人类解释和预见物理现象，是经典物理学、天文学、现代工程力学等的理论基础。③标志着近代科学的形成和人类科学时代的开始。(2)哲学角度①打击了神学，促进了人类思想的进一步解放。②为法国启蒙思想和唯物主义哲学奠定了科学基础。经典力学、相对论与量子论之间的关系史料一①17世纪牛顿创立的经典力学符合人们的日常经验，也被认为是天经地义的。但是到②19世纪末，物理学遇到了被称为“晴空上漂浮着两朵乌云”的两个无法解释的难题，后来这“两朵乌云”被驱散了。史料二在量子理论诞生之前，以牛顿力学为代表的经典物理学已趋于完善，牛顿力学在当时是绝对权威的“顶峰”理论，人们普遍认为，整个物理学的大厦已经建成，剩下的只是些修修补补的工作了。然而，德国物理学家普朗克却不满足于当时的定论，他大胆地认为③牛顿力学并没有解决所有的问题，尤其是不能适用于原子范围。——徐志荣等《医学工程学科的发展和创新》史料三④20世纪初，相对论和量子论出现，它们掀起了物理学革命，构成了现代物理学的两大支柱，并对其他学科产生了历史性的影响。人类对自然世界的科学探索又跃上了一个新的高度。[解读](1)史料一主要指出了牛顿经典力学的适用范围和不足，侧面反映了爱因斯坦相对论诞生的必然性。①说明牛顿经典力学只适用于现实宏观世界低速运动现象的解释。②表明牛顿经典力学无法解释宏观世界高速运动以及微观世界的现象。(2)史料二说明了经典力学的缺陷及量子论诞生的必然性。③主要反映了普朗克提出量子论，研究范围深入到微观世界，是对物理学的突破与发展。(3)史料三主要说明了相对论和量子论两大物理学成就的地位和影响。④表明相对论和量子论是对牛顿力学体系的研究突破，它们一起成为现代物理学的两大支柱。[思考](1)指出史料一中所说的“晴空上漂浮着两朵乌云”是什么。(2)根据史料二及所学知识，指出普朗克是怎样解决“原子范围”内的问题的。有何意义？(3)根据史料三分析为什么说现代物理学“两大支柱”的形成使“人类对自然世界的科学探索又跃上了一个新的高度”。【提示】(1)19世纪末，物理学的研究一方面深入到物质内部的微观世界，另一方面扩展到整个宇宙。这些研究，已超出了经典物理学的范围。(2)普朗克提出了量子假说，认为辐射像物质一样，是由具有能量的基本单位量子来实现的。意义：标志着量子论的诞生，使人类对微观世界的基本认识取得革命性的进步。(3)爱因斯坦揭示了时间和空间的本质属性，将牛顿力学概括在相对论之中；普朗克的量子论发现了微观物质的运动规律。这两大成就为现代自然科学和技术革命提供了理论基础。经典力学、相对论与量子论之间的关系1．经典物理学所适用的主要是我们日常生活中的物理现象，但在宏观的宇宙世界和微观的粒子世界面前，就显得不太够用了。2．量子论的形成标志着人类对客观规律的认识，开始从宏观世界深入到微观世界；同时，在量子理论基础上发展起来的量子力学，极大地促进了原子物理、固体物理和原子核物理等的发展。3．相对论的提出否定了经典力学的绝对时空观，从本质上修正了由狭隘经验建立起来的时空观，深刻地揭示了时间和空间的本质属性，推动物理学发展到一个新的高度。4．量子论和相对论弥补了经典物理学的缺点，掀起了物理学的革命，构成了现代物理学的基本理论框架。近代自然科学兴起的原因和经典力学建立的条件1．近代自然科学兴起的原因项目原因社会原因资本主义的发展为科技发展奠定了物质基础，这是近代自然科学创立发展的社会基础思想基础文艺复兴、宗教改革和启蒙运动，为近代自然科学的诞生和发展奠定了思想基础制度基础欧洲资本主义国家保护、奖励科技发明，改革教育制度和专利制度，组织科研机构，推动了近代科学的创立和发展外在因素中国的四大发明、阿拉伯文化和古希腊自然哲学传入西欧，开阔了人们的眼界，并为科学研究提供了丰富的素材主观原因科学家的努力探索，促进了科学的发展2.经典力学建立的条件(1)具备了较好的经济基础。当时英国资本主义经济的迅速发展，为牛顿的科学研究创造了条件。(2)具备了较好的知识条件，特别是伽利略的实验观察法和培根所倡导的唯物主义的科学研究方法。(3)英国资本主义制度确立后，资本主义生产的迅速发展对力学提出了迫切的要求。(4)牛顿在科学领域的探索精神和不畏艰辛、勇于奉献的思想品质。当堂达标提素养1．牛顿被称为“近代科学之父”，他创立的某一科学理论是近代最先成熟和完善的自然科学核心理论体系。这一科学理论是()A．经典力学B．自由落体定律C．量子理论D．相对论A[根据材料“牛顿”和这一科学理论的地位，可以判断是牛顿的经典力学体系，故A项正确。]2．古语云：“潮者，据朝来也；汐者，言夕至也。”能对这一自然现象做出科学解释的理论是()A．伽利略的自由落体定律B．牛顿的经典力学体系C．普朗克的量子理论D．爱因斯坦的相对论B[潮汐的原因是由于地球引力，牛顿力学体系中的万有引力定律解释了这一现象，故B项正确。]3．“它打开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！”这里的“它”是指()A．经典力学B．进化论C．量子理论D．相对论C[从材料中“打开了人类认识微观世界的大门”信息可知，C项符合题意。]4．为解决热辐射理论上的疑点，普朗克提出量子理论，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D[本题考查学生对历史概念的认识。根据所学知识可知“量子”即能量子，是能量的基本单位，故选D项。]5．19世纪末和20世纪初，科学家们认为“人们距离可知世界的边界已经不遥远”。打破这种认识的是()A．经典力学B．生物进化论C．相对论和量子理论D．电力的发明C[相对论和量子理论打开了人类认识世界的新视角，故选C项。]6．相对论和量子理论的创立是物理学的一场革命，它们都()A．打开了原子的大门B．将牛顿力学概括在其中C．使人的认识深入到宏观世界D．为现代自然科学和技术革命提供了理论基础D[本题考查运用判断和比较的方法论证历史问题的能力。电子