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专题七近代以来科学技术的辉煌专题七近代以来科学技术的辉煌从经典力学建立到相对论、量子论的提出，呈现出人们对世界认识的变化，一方面从本质上修正了由狭隘经验建立起来的时空观，另一方面也标志着人们对客观规律的认识，开始由宏观世界深入到微观世界。专题七近代以来科学技术的辉煌生物学经历了创世神话到生物进化的理论演变。这一革命性的变化沉重打击了封建神学，破解了生命起源之谜。科技革命极大地促进了社会生产力发展，三次科技革命分别使人类进入蒸汽时代、电气时代和信息时代，改变了人类的生活方式和世界的面貌。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专题七近代以来科学技术的辉煌课程标准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。知道相对论、量子论的主要内容，认识其意义。专题七近代以来科学技术的辉煌素养解读从时空观念角度了解经典力学创立的背景。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。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。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。认识史上的飞跃1．时代背景(1)在中世纪的欧洲，亚里士多德的学说长期被教会奉为教条。(2)伽利略创立__________定律，从而推翻了亚里士多德的学说。自由落体2．经典力学的建立(1)主要内容①牛顿力学三定律：__________、加速度定律、作用力和反作用力定律，构成了近代力学体系的基础，成为整个近代物理学的重要支柱。②牛顿用自己创立的微积分做计算工具，成功导出了万有引力定律。(2)建立标志：1687年，牛顿撰写的《____________________》的出版。惯性定律自然哲学的数学原理3．经典力学的影响与应用(1)牛顿力学体系完成了人类对自然界认识史上的第一次______大综合。(2)使力学和天文学在理论上达到相当完备的程度，并得到广泛的应用和验证。(3)万有引力定律准确地算出了地球的平均密度和扁平率。(4)正确地解释了潮汐的成因。(5)利用万有引力定律，科学家发现了海王星。理论驱走乌云的太阳1．量子理论的诞生(1)19世纪末，物理学家定义了一种理想物体——黑体，以此作为热辐射研究的标准物体。(2)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。(3)1900年，德国物理学家________提出了著名的______概念。他在《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。普朗克量子2．量子力学的建立(1)1905年，德国科学家__________把普朗克的量子理论推广到光学中，成功解释了光电效应。(2)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。(3)数年之后，奥地利、德国的物理学家建立了量子力学。爱因斯坦3．历史意义(1)量子力学成为反映自然界基本规律的理论体系，指导着人们向物质运动的各个层面进行深入探讨。(2)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。爱因斯坦的“时空”1．狭义相对论(1)提出：1905年，爱因斯坦发表了《__________________》一文，创立了狭义相对论。(2)内容：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。论动体的电动力学(3)与经典力学的关系①否定了牛顿的绝对时间和绝对空间，使“以太”概念不再需要。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。2．广义相对论(1)提出：__________年，爱因斯坦把适用于匀速运动体系的狭义相对论推广到加速运动的参考系中，建立了广义相对论。(2)内容①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。②空间、时间不是独立的实在，它们是物质存在的形式。19163．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、______的可变性，而且说明了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。时间【知识链接】伽利略是利用望远镜观察天体并取得大量成果的第一人。他用自己制造的望远镜发现了许多用肉眼看不见的星体，证明了哥白尼提出的“日心说”的正确性。【轻巧识记】经典力学的建立【名师指津】牛顿力学体系的特征(1)注重实验。实验可以进一步揭示客观现象和过程之间的内在逻辑关系，并由此得出重要的结论。(2)力学体系的数学化。主要运用牛顿自己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。【知识链接】E＝mc2质能方程式爱因斯坦在1905年发表的狭义相对论论文中，第一次给出了这个简洁与完美并具的著名公式。E代表物体静止时所含的能量，m代表它的质量，c代表光速。质能方程式意味着每一单位都有一巨大数量的能量，只不过藏而不露。而当质量为m的原子分为m′和m″时，释放出的能量将至巨大。原子弹的理论依据便源出于此。【名师指津】量子论对化学、生物学、医学、考古学、古生物学和地质学等科学领域都产生了重大影响，带来了许多划时代的技术创新，直接推动了社会生产力的发展，从根本上改变了人类的物质生活。【易错提醒】牛顿经典力学主要发现了宏观物体在低速状态下的运动规律，量子论则发现了微观物质的运动规律。相对论与经典力学并不矛盾，相对论是对经典力学的继承与发展。相对论只否定了牛顿的绝对时空观，并没有否定整个牛顿力学体系。【名师点睛】近代自然科学产生的重要启示社会经济发展的需要是科学发展的动力；科学的发现和发明需要几代人不懈的艰辛努力，其间的曲折和失败是不可避免的，但科学的高峰最终会被人类征服；科学技术是第一生产力，自然科学在反对封建迷信的斗争中起到了巨大的作用。【轻巧识记】图示法理解物理学的发展科学、技术与近代科学(1)科学是指运用范畴、定理、定律等思维形式反映现实世界各种现象的本质和规律的知识体系。技术泛指根据生产实践经验和自然科学原理而发展成的各种工艺操作方法与技能。(2)近代科学是在搜集材料的基础上，从现象深入到本质，从经验定律上升为系统的科学理论。它是建立在观察、实验基础上的实验科学，并广泛应用数学方法使科学知识日益精确化；同时发展了以实验事实为根据和以归纳推理为主要手段的研究方法，确立了一系列定量的科学定律。经典力学的特征及意义史料牛顿以其高超的数学才能提出了①万有引力定律……牛顿是第一个成功地运用公式清楚的表述力学体系公理的人。如果说牛顿是站在巨人的肩膀上，那么让他成功地站到巨人肩上的阶梯就是数学工具……而著名的牛顿力学、拉格朗日力学、哈密顿力学三大独立力学体系也是建立在三个独立的数学模型之上，它们都具有普遍的适用范围。——《经典力学建立与数学模型关系之探究》长期以来，人们一直认为彗星是神秘的，根本不能用科学来说明。牛顿说，既然彗星也是天体，就必然遵循力学规律。他的好友哈雷②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。……1758年这颗彗星果然如期出现，因此被命名为哈雷彗星。——百度文库①万有引力定律是解释物体(质点)间由于它们的引力质量而引起的相互吸引力所遵循的规律。②哈雷以牛顿的运动三定律和万有引力定律为基础，研究速度远小于光速的宏观物体的运动。牛顿力学体系可以推算出天体运行的轨道。(1)根据史料并联系所学知识，分析牛顿经典力学形成的原因和特征。(2)史料中“哈雷用牛顿力学算出了1682年出现的彗星的轨道”，这体现出经典力学的什么特点？提示(1)原因：牛顿高超的数学才能；“站在巨人的肩膀上”；时代的需要。特征：注重实验，研究人们日常生活中易于理解的宏观世界。(2)以实验为基础；以数学为表达形式。经典力学的特征及意义(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a．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。b．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。c．标志着近代科学的形成和人类科学时代的开始。②生产力和社会发展角度：引发了第一次工业革命，使人类进入蒸汽时代。③哲学角度a．打击了神学，促进了人类思想的进一步解放。b．为法国启蒙思想和唯物主义哲学奠定了科学基础。20世纪初物理学的发展1．相对论史料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19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。爱因斯坦的②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。——(英)皇家学会会长汤姆逊①牛顿经典力学研究人们日常生活中易于理解的宏观世界。②相对论是关于时空和引力的基本理论，主要由阿尔伯特·爱因斯坦创立，依据研究的对象不同分为狭义相对论和广义相对论。(1)史料中“晴空上漂浮着两朵乌云”是指什么？后来驱散“两朵乌云”的是哪些新理论？(2)据史料并结合所学，指出相对论与经典力学有何关系。提示(1)“两朵乌云”：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。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。其中，“第一朵乌云”出现在光的波动理论上，“第二朵乌云”出现在关于能量均分的麦克斯韦—玻尔兹曼理论上。新理论：量子论和相对论。(2)相对论否定了经典力学的绝对时空观，深刻揭示了时间和空间的本质属性，提出了全新的时空观、运动观和物质观，发展了牛顿力学，使物理学发展到一个新的高度。2．量子论史料普朗克认为，①牛顿力学并没有解决所有的问题，尤其是②不能适用于原子范围。①②说明牛顿经典力学是有局限性的，经典力学的适用范围是宏观、低速运动的物体，对于微观粒子和高速运动的物体的运动则无法解释。(1)普朗克是怎样解决“原子范围”内的问题的？有何意义？(2)为什么说相对论和量子论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)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。(2)相对论和量子论弥补了经典力学在认识宏观世界和微观世界方面的不足，开阔了人们的视野，改变了人们认识世界的角度和方式。经典力学与相对论、量子论之间的关系(1)经典力学所适用的主要是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力学的缺点，掀起了物理学的革命，构成了现代物理学的基本理论框架。一、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项目原因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