第11课物理学的重大进展导学案教师版.doc

第 11 课 物理学的重大进展

【学习目标】：
1、 识记：识记伽利略、牛顿、爱因斯坦、普朗克等物理学家对物理学发展所作出的重大成就；
2、理解：理解经典力学在近代自然科学理论发展中的历史地位；相对论和量子论诞生的原因、意义；
重点、难点：
重点：伽利略对物理学发展的重大贡献；经典力学的建立；相对论的提出；量子论的诞生。
难点：物理学各阶段发展的原因；对科学发展创新性的理解。
【自主学习内容】：
一、 经典力学：
1、 经典力学的重要奠基者──伽利略
（1）背景：文艺复兴运动的影响，即解放了人们的思想，推动了科学研究。
（2） 物理学成就和意义：
成就：发现自由落体定律等物理学定律
意义：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，为后来经典力学的创立和发展奠定了基础。
（3） 天文学成就和意义
成就：利用自制望远镜发现许多星体，证明了哥白尼提出的“日心说”的正确性。
意义：伽利略的这些发现和观点，摧毁了教会的信条而证明了哥白尼学说的正确。
2、牛顿创立经典力学（1）标志：1687 年牛顿发表《自然哲学的数学原理》，提出了物体运动三大定律和万有引力定律。形成了一个以实验为基础,以数学为表达形式的牛顿力学体系。
（2）意义： ①经典力学体系的建立标志着近代科学的形成；
②促进了天文学发展：根据牛顿力学体系，人们发现了海王星和冥王星；
③促进了光学、电磁学等与力学的统一，推动了物理学的发展；
④促进了资本主义的两次科技革命的出现和发展。
【学习思考】牛顿力学体系的建立为什么会引起人类认识上的巨大飞跃？
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、适用于整个太阳系、一切天体运动以及宇宙中的所有物体。
3、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。4、使科学摆脱了神学的束缚向前发展。
【知识链接】 “万有引力定律的发现”
一颗苹果从树上掉了下来，它引起了坐在花园里的牛顿的沉思：究竟是什么原因使一切物体都受到差不多总是朝向地心的引力呢？牛顿思索着……终于，他发现了对人类具有划时代意义的万有引力。他认为太阳吸引着行星以及吸引地面上的一切物体的力都是具有相同性质的力，还用微积分证明了开普勒定律中太阳对行星的作用力是吸引力。证明了任何一曲线运动的质点，若是半径向静止或匀速直线运动的点，且绕此点扫过与时间成正比的面积，则此质点必受指向该点的向心力的作用。如果环绕的周期之平方与半径的立方成正比，则向心力与半径的平方成正比。牛顿还证明了任何两个物体之间都存在着吸引的力，从而总结出了万有引力定律。
【自我测评】 简述牛顿的主要科学成就及其影响。
牛顿的主要科学成就是牛顿力学体系的建立，包括：惯性定律；加速度定律；作用力和反作用力定律；万有引力定律。
影响：1、牛顿的运动三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、对自然界的力学现象作出了系统的、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。3、成为近代科学形成的标志
二、 爱恩斯坦创立相对论：
1、 历史背景：（1）19 世纪科学得到了飞速发展；
（2）经典力学无法解释高速运动的微观粒子发生的现象。
2、相对论的提出及主要内容：（1）提出：1905年爱因斯坦发表的一篇题为《论动体的电动力学》的文章，提出了著名的相对论，引发了二十世纪物理学的另一场革命。
（2）内容：相对论包含狭义相对论和广义相对论。
狭义相对论认为，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的变化而变化，即会发生尺缩效应和钟慢效应。 广义相对论认为，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况。
3、 意义： （1）相对论的提出是物理学思想的一次重大革命，它否定了经典力学的绝对时空观，深刻地揭示了时间和空间的本质属性。
（2）爱因斯坦的相对论也发展了牛顿力学，将牛顿力学概括在相对论力学之中，推动 物理学发展到一个新高度。
【妙解“相对论”】
一次，好多美国人包围了从德国移居美国的科学家爱因斯坦的住宅，要他用“最简单的话”解释清楚他的“相对论”。当时，全世界只有少数几个科学家看得懂爱因斯坦的 “相对论”的著作。爱因斯坦走出住宅，对大家说：“比方这么说：你同你最亲的人坐在火炉边，一个钟头过去了，你觉得好像只过了五分钟！反过来，你一个人孤孤单单地坐在热气逼人的火炉边，只过了五分钟，但你却像坐了一个小时。唔，这就是相对论！”
三、 量子论的诞生与发展：
1、 诞生的背景：（1）19世纪末20世纪初，电子和放射性的发现，打开了原子的大门，使人们对物质的认识深入到了原子内部。
（2）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。 量子论在这种背景下诞生。
2、 量子论的诞生、发展和量子力学： （1）诞生：1900 年，德国物理学家普朗克提出量子假说，宣告了量子论的诞生。
（2） 发展： ①爱因斯坦利用量子论成功地解释了光电效应出现的现象及光的本质， 进一步推动了量 子论的发展。 ②丹麦物理学家玻尔把量子论用于原子结构的研究，创立了原子结构的理论。 ③经过这些科学家的共同努力，到 1925 年左右量子力学最终建立。量子力学是研究 微观世界粒子运动规律的科学。
3、 量子论和量子力学的影响： （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现代物理学的基础， 并弥补了经典力学在认识宏观世界和微观世界方面的不足。
（3）推动了物理学自身的进步，开阔了人们的视野，改变了人们认识世界的角度和方式。
合作探究：
【自主练习】：
1． 西方近代自然科学发展的主要特点是 ( ）
A． 生活实践经验的总结 B．实用性技术应用性强
C．科学观察、实验的研究方法 D．重视经验综合，轻视理论研究
2．伽利略被誉为“天上的哥伦布”的主要依据是（ ）
A．发现行星沿椭圆形轨道绕太阳运行 B．推翻了天主教会的日心说
C．用自制望远镜发现了许多星体 D．认为宇宙在空间上是无限的
3．牛顿刻苦钻研，废寝忘食，每天在实验室里工作 17 ～18 个小时，以至于剑桥大学图书 馆馆长说牛顿是“一个神经不很正常的家伙”。正是由于他这种全身心投入的精神，使得他不断地取得新成果，这些新成果应该包括( )
①三大定律 ②万有引力定律 ③微积分 ④自由落体运动
A．②③④ B．①③④ C．①②③ D．①②④
4． 《西游记》中，孙悟空每次到天宫办事，总是忙完手头上的事，就得马上返回地面保护唐僧。因为他如果在天上浪费一天，唐僧就得在地上失去一年的代价。假如此情境成立，其科学依据最有可能的是( )
A．相对论 B．量子论 C．全球信息网 D．进化论
5．最子论诞生的标志是 （ ）
A．普朗克提出量子假说
B．爱因斯坦成功解释了光电效应
C．玻尔提出有关原子的量子理论
D．量子力学的建立
6. 1999年12月，美国《时代》周刊关注一位“世纪人物”。《时代》周刊称他为“天才、政治难民、人道主义者、原子核宇宙迷的开启者”，“以具最大的思想和无与伦比的形象独占鳌头。”这个“世纪人物”是：（ ）
A、瓦特 B、爱迪生 C、居里夫人 D、爱因斯坦
7. 伽利略的科学研究为经典力学的建立奠定了基础，主要是因为他 （ ）
A． 是通过自制望远镜观察天体取得大量成果的第一人
B．证明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
C．认为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
D．证明了哥白尼日心说的正确性
8. 牛顿曾经说过：“如果说我看得远，那是因为我站在巨人的肩上。”由于伽利略、开普勒等前人的努力，牛顿才有可能用已经准备好了的材料建立起一座宏伟的经典力学大厦，这座大厦建立起来的标志是：（ ）
A、《力学中的哲学原理》的发表 B、《科学的经典力学原理》的发表
C、《力学和数学的原理》的发表 D、《自然哲学的数学原理》的发表
9. 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，放射性和原子被发现，另一方面扩展到整个宇宙。随着光学等学科的深入发展，人们对在光速或接近光速运动状态下的物质的研究，也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。其一就是被认为是光、电等的传播载体以太的不存在，这使得经典力学赖以建立的绝对时空观受到了严峻的挑战。
(1) 经典物理学形成的基础是什么？这一基础建立的理论是什么？
基础：17 世纪牛顿创立的经典力学体系。
理论：它是建立在绝对时空观的理论之上的。
(2)20 世纪，物理学的发展取得的两项最重大的成就是什么？它们与经典物理学的关系如 何？
成就：相对论和量子论。
关系：它们发展了经典物理学，弥补了经典力学在认识宏观世界和微观世界方面的不足，推动了物理学的进步，开阔了人们的视野，改变了人们认识世界的角度和方式。