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第四单元近代以来世界的科学发展历程单元概览时空定位单元主题[时空坐标][主要线索]本单元主要讲述了近代以来世界的科学发展历程。1.物理学:伽利略的科学发现及其研究方法,奠定了经典力学的理论基础;牛顿创立的经典力学体系标志着人类科学时代的开始;20世纪初爱因斯坦相对论和普朗克量子论的提出是物理学思想的一次重大革命。2.生物学:科学家相继提出细胞和细胞学说,为生命科学的研究奠定了基础,拉马克的早期生物进化思想开始形成,在此基础上,达尔文创立了生物进化论。它引起了生物学领域的一场革命,对欧洲思想界、科学界、宗教界产生了巨大影响,对近代中国的思想界也产生了巨大震动。3.自然科学的成果转化为巨大生产力,推动了三次科技革命的到来。瓦特改良蒸汽机,使人类社会进入“蒸汽时代”。发电机和电动机等电气产品纷纷出现,人类社会进入“电气时代”。20世纪60年代,互联网在美国诞生,20世纪90年代发展成为全球信息网,人类进入了信息化社会,人们的生产、生活、工作学习和思维方式随之发生了深刻的变化。第11课物理学的重大进展高考导航(教师备用)考查方向角度考情分析经典力学(1)牛顿经典力学体系促进了史学研究的发展,考查牛顿经典力学体系的意义。[2018·北京卷,37](2)牛顿承袭前人的科学研究创立的理论体系揭示了基本的宇宙法则。[2017·江苏卷,15](3)科学革命引发了观念形态的革命,“科学革命”的代表人物是牛顿。[2015·江苏卷,15](4)恩格斯称赞“日心说”否定了宗教神学崇信的“地心说”是自然科学的独立宣言。[2013·全国Ⅰ卷,28](5)考查宋应星、牛顿二人科技成果的特点及它们出现的背景,以及二人科技成果命运不同的原因。[2014·全国Ⅰ卷,40](1)考查重点:牛顿经典力学的意义。(2)新视角考查:中西方科技产生的背景和不同命运的比较。相对论(1)相对论弥补经典力学对时空认识的不足。[2013·江苏卷,17](2)爱因斯坦热兴起的原因:第二次工业革命中科学带动技术和生产的发展,引起人们对科学的重视;相对论的提出是科学领域的重大革命;观测结果证实了爱因斯坦的理论;大战结束有利于相对论传播。[2013·全国Ⅱ卷,40]量子论以海森堡提出测不准原理为切入点考查量子论的内容。[2018·江苏卷,17]素养目标(教师备用)[主题立意]近代以来经典力学、相对论和量子理论相继问世,物理学取得重大成就,科学理论的发展为技术进步奠定基础。[教学目标](1)结合教材和史料分析经典力学产生的背景条件及影响,形成恰当的历史时空观念,培养史料实证及合理解释历史问题的素养。(2)通过探究相关史料,并梳理相对论和量子理论的提出和内容,使学生明白相对论和量子理论的基本观点,培养史料实证、合理解释历史问题的素养。(3)通过史料探究,分析中西方科技的特点和成因,了解世界科技发展中心不断转移的进程实际是科技发展推动的结果,培养学生史料实证的能力和家国情怀。教材解读史料探究随堂训练一、经典力学1.背景(1)不仅解放了人们的思想,也对科学研究产生了重要影响。(2)伽利略:发现了等物理学定律。开创了并具有严密逻辑体系的近代科学,为后来经典力学的创立和发展奠定了基础。2.建立(1)标志:1687年,牛顿出版《自然哲学的数学原理》,提出物体运动三大定律和定律等。教材解读课前自学释疑解惑文艺复兴运动自由落体定律以实验事实为根据万有引力(2)特征:以实验为基础、以数学为表达形式。(3)意义:对解释和预见物理现象,具有决定性意义。①牛顿力学和热力学引发了第一次工业革命,使人类社会进入“蒸汽时代”。②牛顿用数学方法精确描述宇宙运行的自然法则,为法国启蒙思想和唯物主义哲学奠定了科学基础,打击了神学,促使人类思想不断解放。二、相对论的创立1.背景:19世纪,科学得到了飞速发展。随着物理学研究的进展,经典力学面临挑战。2.创立:20世纪初,德国物理学家爱因斯坦提出了。经典力学体系相对论3.内容:(1)狭义相对论:物体运动时,质量会随着物体运动速度增大而增加,同时,空间和时间也会随着物体运动速度的变化而变化,即会发生尺缩效应和钟慢效应。(2)广义相对论:空间和时间的性质不仅取决于物质的运动情况,也取决于物质本身的分布状态。4.意义:(1)相对论的提出是物理学领域的一次重大革命。(2)它否定了经典力学的绝对时空观,深刻地揭示了和的本质属性。(3)它发展了牛顿力学,将其概括在相对论力学之中,推动物理学发展到一个新的高度。时间空间三、量子论的诞生与发展1.背景:(1)19世纪末20世纪初,电子和放射线的发现,使人们对物质的认识深入到了原子内部。(2)实验表明,微观的粒子运动不能用经典力学的理论来说明。2.诞生:1900年,德国物理学家普朗克提出了量子假说,宣告了量子论的诞生。3.发展:(1)爱因斯坦利用量子理论成功地解释了。(2)丹麦物理学家提出了有关原子的量子理论。(3)20世纪30年代,量子力学建立起来。光电效应玻尔4.意义:(1)量子论使人类对微观世界的基本认识取得革命性的进步,成为20世纪最深刻、最有成就的科学理论之一。(2)量子论与相对论一起,构成了现代物理学的基础,弥补了在认识宏观世界和微观世界方面的不足。(3)量子论与相对论的提出,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[课堂小结]物理学的发展史料探究主题探究史料教学探究主题1牛顿力学出现的背景材料牛顿(1643-1727年)自幼喜欢钻研科学。1687年,他的《自然哲学的数学原理》出版,阐述了其后被视作真理的物体运动三大定律。该书受到学术界的赞颂,很快销售一空。同年,牛顿被选为国会议员,后被封为爵士,成为英国皇家学会会长和法国皇家学会会员。当时他被公认为活着的最伟大的科学家,英国有学识的人都把牛顿“奉为他们的首领,承认他是他们的主帅和大师”。伏尔泰全面接受了牛顿的自然哲学,并与人合作发表一本关于牛顿力学体系的通俗著作。18世纪中期,牛顿的理论体系在欧洲各国得到广泛的认可,对整个欧洲和世界的科学与哲学发展产生了深远的影响。——詹姆斯·格雷克《牛顿传》等[问题](1)根据材料并结合所学知识,指出牛顿科技成果的特点及出现的背景。(2)据材料并结合所学知识分析指出牛顿科技成果广泛应用的原因。[解析]材料体现了牛顿的成就及牛顿的地位,反映了当时社会对科学的重视,牛顿力学为人们提供了认识世界的新方法,对启蒙思想产生了重大影响。[结论](1)特点:长期实验基础上的理性探讨;突破性的科学成果。背景:科学冲破了中世纪神学的束缚;近代科学研究方法形成;牛顿长期从事科学研究。(2)原因:当时有重视科学的社会氛围;资本主义生产方式产生;提供了认识世界的新方法。探究主题2相对论的内涵和意义材料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。——[美]杰里·本特利、赫伯特·齐格勒《新全球史》[问题](1)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。(2)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。[解析]爱因斯坦提出时间与空间的变化是相对的,否定了牛顿经典力学的绝对时空观,继承并发展了经典力学,并将其概括在相对论力学之中。[结论](1)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。(2)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。[深化拓展]牛顿经典力学与相对论的关系1.牛顿力学体系概括了物体机械运动的基本规律,是整个力学的基础,但这些定律有一个不容忽视的前提,即物体在低速运动的情况下。2.爱因斯坦的相对论否定了牛顿的绝对时空观,提出时空不是绝对不变的,而是随着物体运动而变化,物体的质量也随着物体运动速度的变化而变化,提出了质能转化原理,这加深了人们对物质和运动的认识,对自然科学和哲学都产生了深远的影响。3.相对论没有否定牛顿力学,而是发展了牛顿力学,将其概括在相对论力学之中,牛顿力学是相对论力学在低速状态下的一个特例。牛顿力学是整个力学的基础,牛顿所创造的概念,至今仍指导着我们的物理学思想。探究主题3世界科技中心的转移材料一从15世纪到今天,科学巨匠辈出,从哥白尼、伽利略到牛顿、瓦特,到卡尔·本茨、爱迪生再到爱因斯坦、比尔·盖茨,世界科技文化发展中心地点最终来到了美国,而推动世界经济发展的先驱动力正掌握在他们手中。——《面向21世纪的科技》材料二1865～1913年美国专利注册情况统计表年度专利和设计专利注册数其中对外国居民颁布数1865～1869年108952831875～1879年136896341885～1889年2166616091905～1909年3322035561913年339174212[问题](1)根据材料一指出世界科技文化中心曾经发生了怎样的变化?结合所学知识指出这种变化的原因。[解析]第(1)问,世界科技中心的变化据“从哥白尼、伽利略……世界科技文化发展中心地点最终来到了美国”可知;关于变化的原因,根据所学知识,从19世纪以来美国政治、经济、思想等方面具备的条件作答。[结论](1)变化:世界科技文化中心从欧洲转移到美国。原因:美国总统共和制和联邦制的建立和完善,国家统一,社会相对稳定;资本主义经济模式的形成和适时调整,推动资本主义经济迅速发展,综合国力日益增强;形成多元开放的思想文化,重视教育和科技发展,注重引进人才。[问题](2)根据材料二指出19世纪下半叶开始美国科技发展有哪些特点?(3)综合以上材料,你得出怎样的启示?[解析]第(2)问关于美国科技发展的特点,据材料二“专利和设计专利注册数”“其中对外国居民颁布数”都呈增长趋势可以得出结论。第(3)问分析不同时期世界科技中心的变化及原因可知,社会环境影响了世界科技中心的转移。[结论](2)特点:美国重视科技发展和知识产权保护;美国注重引进外来的先进技术和优秀人才。(3)启示:一个国家的科学技术能否得到顺利发展,受当时的社会环境影响较大。随堂训练即学即练学以致用编者选题表知识点题号易中经典力学1、23相对论的创立4量子论的诞生与发展5综合6一、选择题1.有位科学家素有“近代力学之父”和“现代科学之父”之美誉,他以系统的实验和观察推翻了纯属思辨传统的自然观,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。此科学家()A.改变了亚里士多德以来的运动观念B.构建起完整的经典力学理论体系C.深刻揭示了时间和空间的本质属性D.成功解决了热辐射理论上的疑点解析:A根据材料“近代力学之父”“现代科学之父”“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”可以判断出此科学家是伽利略,A项正确;牛顿构建起完整的经典力学理论体系,B项错误;爱因斯坦的“相对论”深刻揭示了时间和空间的本质属性,C项错误;普朗克的“量子理论”成功解决了热辐射理论上的疑点,D项错误。2.(2018·四川成都期末)某学者指出,牛顿发现的三大定律,使得天体和地上物体的运动规律被统一在一个经典力学框架中,致使上帝和天堂无容身之地。人们因而思考,如果人们无法依靠启示(上帝的命令)来获得真理,那么怎样才能获得真理。可见,该学者认识到,人们对牛顿科学革命的思考()A.催生了启蒙运动B.直接导致进化论的诞生C.普及了无神论D.加速了工业革命的到来解析:A根据题干中“人们因而思考……怎样才能获得真理”可知,人们的理性思考催生了后来的启蒙运动,故A项正确;B项表述错误;结合所学知识可知,牛顿的三大定律动摇了上帝的地位,而非普及无神论,故C项错误;D项表述与题目的设问不相符,故错误。3.(2019·山东临沂月考)下图为“17世纪英格兰精英人士初始兴趣取向比例图”。从此图可以看出()A.精英人