第11课   物理学的重大进展

课标要求：

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。

一、教学目标

（一）知识与能力

1、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、理解经典力学在近代自然科学理论发展中的历史地位。

3、探究经典力学体系的特点，比较相对论、量子论与牛顿力学的关系。

（二）过程与方法

1、引导学生回忆初中物理知识来促进本课的学习

2、通过学生预习（围绕4个物理学家，自制小课件）、课堂展示本课主要内容，促进同学的互相学习。教师给予必要的补充。

（三）情感态度价值观

科学真理需要勇于探索、执着追求的精神，科学理论在不断完善、创新，人类对客观规律的认识不断深入。

二、重点难点：

1、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。

2、不同阶段物理学之间的关系，对科学发展创新性的理解。

三、教学方法：学生自制课件展示，教师点拨。

四、教学手段：多媒体课件

五、教材过程设计：

导课：教师展示“苹果下落”和“神五的升空”两幅图片。

一、经典力学

1、原因

（1） 新兴的资产阶级在经济上和政治上对自然科学的迫切需求。

（2） 自然科学自身发展的需要。

（3） 中世纪农业、手工业的发展。

（4） 文艺复兴、地理大发现和宗教改革的推动。

（5） 科学家勇于的探索精神。

2、伽利略

(1)贡献：1） 创立科学的研究方法：实验和观察。

2） 物理学：实验证明力与运动状态的关系，发现自由落体定律等。

3） 天文学：自制望远镜观察天体并取得大量成果的第一人，证明了哥白尼“日心说”的正确性。

(2)意义：开创以实验事实为根据并据有严密逻辑体系的近代科学，为经典力学的创立和发展奠定了基础。

3、经典力学体系的创立

(1)牛顿提出物体机械运动的三大定律和万有引力定律及物理学的一些基本概念，创立经典力学体系。把地球上的物体运动和天体运动概括到同一个理论之中。

(2)标志　《自然哲学的数学原理》(1687)

(3)特征　以实验为基础，以数学为表达形式。

适用范围：只适用于宏观物体（宏观世界）的运动;只适用于物体运动的低速状态，是绝对的时空论。

(4)意义

1)对解释和预见物理现象具有决定性意义(如海王星的发现) ，标志着近代科学的形成。

2)为法国启蒙思想奠定了科学基础。

3）把地球上物体的力学和天体力学统一到一个基本的力学体系之中，正确地反映了宏观物体低速运动的客观规律，实现了自然科学的一次大综合，是人类认识自然界的一次大飞跃。

4）局限性：建立在日常生活中常见的低速运动的物质之上，认为存在绝对静止和绝对时间，然而，随着科学的飞速发展，物理学出现一系列新现象，无法用经典力学来解释高速运动的微观粒子发生的现象，这使其陷入危机，面临着挑战。

【探究学习】引导学生比较中国古代的传统科技与西方的近代科学的主要区别。

提示：主要从研究内容与研究方法上进行比较。

二、相对论的创立

1、背景

(1)19世纪科学得到飞速发展

(2)经典力学无法解释高速运动微观粒子发生的现象

19世纪末，物理学界连续发生了三个重大事件，这就是X射线、放射性和电子的发现。这三大发现以实验事实使得原子不可分、不变化的传统观念发生了动摇。物理学家们曾认为的似乎已经基本上完成了的经典物理学体系，从根本上出现了动摇，这就是所谓的“物理学危机”。经典物理学所研究的是人们日常生活中易于理解的宏观世界，三大发现所揭示的却是人们没有直接经验的微观现象，这表明人们对物质世界的认识已经深入了一个层次。物理学的“危机”没有吓倒大多数物理学家，他们继续向前探索，于是产生了以量子论和相对论的建立为标志的物理学革命，物理学从此开辟了新的天地。

2、20世纪初，爱因斯坦提出狭义相对论和广义相对论。

狭义相对论认为，物体运动时，质量随着物体运动速度增大而增加，同时会发生空间尺缩效应和时间钟慢效应。

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态。

【开阔视野】相对论与我们的生活

狭义相对论最著名的推论是质能公式，它可以用来计算核反应过程中所释放的能量，并导致了原子弹的诞生。而广义相对论所预言的黑洞，也相继被天文观测所证实。

爱因斯坦的狭义相对论，在我们的日常生活中是很难理解的，因为我们日常接触的都是远远小于光速的运动，根本无法察觉到爱因斯坦相对论所描述的相对论效应：长度变短、时钟变慢。但如果接近光速的运动能变成现实的话，会出现这样的景象：一个人坐上接近光速的火箭高去作星际航行。一年后他回来了，发现儿子已经是白发苍苍的老人，而自己还是那样年轻。中国古代传说中的“天上方一日，人间已一年”就可用相对论得到解释。

3、意义

(1)相对论的提出是物理学思想的一次重大革命，否定了经典力学的绝对时空观，深刻地提示了时间和空间的本质属性。

(2)发展了牛顿力学，推动物理学发展到一个新的高度。

【探究学习】阅读P56【学思之窗】，你认为应该怎样评价牛顿和爱因斯坦的贡献？并进一步说明相对论与牛顿力学的关系。

贡献：牛顿确立了万有引力定律和运动三定律，之后光学、电磁学等与力学进一步统一，大大推动了物理学的发展，牛顿力学研究的是宏观世界。爱因斯坦打破了牛顿以来传统的绝对时空观，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的高度。

关系：相对论打破了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，而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。牛顿力学是相对论的一种特例（物体低速运动状态），包括在相对论体系中。

三、量子论的诞生与发展

1、背景

(1)19世纪末20世纪初电子和放射性的发现。

(2)实验表明微观粒子的运动不能用宏观物体的运动规律进行描述。

2、过程

（1）1900年普朗克提出量子假说，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，宣告了量子论的诞生。

（2）爱因斯坦用量子论成功解释光电效应。

（3）丹麦玻尔提出原子量子理论。

（4）20世纪30年代，量子力学建立。

3、意义

(1)量子论使人类对微观世界的基本认识取得革命性进步；它与相对论一起，构成现代物理学的基础。

(2)开阔了人们视野，改变了人们认识世界的角度和方式。

量子论和相对论是现代物理学的两大支柱，量子论的形成标志着人类对于客观规律的认识，开始从宏观世界深入到微观世界。

量子力学和狭义相对论结合形成原子核物理学，指导制造原子弹、氢弹和建立核电站。量子力学还为电子技术、半导体技术和激光技术等奠定了理论基础。

【本课小结】

科学家	主要成就	意义
伽利略	落体定律	为经典力学奠定基础
	匀速运动、匀加速运动
	望远镜、《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》（天文方面）	证明哥白尼的“日心说”的正确性
	注重科学研究方法	标志着物理学的真正开端
牛顿	《自然哲学的数学原理》（物体运动三大定律和万有引力定律）	标志着牛顿力学体系的形成	标志着近代科学的形成
爱因斯坦	相对论（狭义、广义）、	P56。（否定了••••••揭示了••••••发展了••••••推动••••••）	为现代自然科学和现代技术革命提供了重要的理论基础
	解释光电效应出现的现象和光的本质	进一步推动了量子论的发展
普朗克	量子论

【课堂练习】

1、爱因斯坦相对论的提出是物理学领域的一场重大革命，主要是因为[  ]①否定了经典力学的绝对时空观 ②揭示了时间、空间并非绝对不变的本质属性 ③打破了经典力学体系的局限 性 ④使人类对客观世界的认识开始从宏观世界深入到微观世界

A、①②③   B、②③④   C、①③④    D、①②④

2、 现代自然科学和现代技术革命的基础是[   ]

A、牛顿力学          B、相对论  

C、量子假说          D、量子理论、相对论

3、下列表述不正确的是[     ]

A、牛顿创立的经典力学是经典物理学的基础

B、经典物理学所适用的主要是日常生活中的物理现象

C、相对论的提出证明经典的物理学是完全错误的

D、量子理论使人类对微观世界的基本认识有了革命性的进步

4、海王星的发现是根据[     ]

A、哥白尼日心说的推算      B、牛顿理论的推测

C、法拉第演说计算        

D、爱因斯坦对时间、空间属性的揭示

5、《自然哲学的数学原理》此书出版的最重大的意义是[   ]

A、改变了19世纪多数人对生物界和人类在生物界中的位置的看法

B、建立了完整的力学体系，实现了物理学史上的第一大飞跃

C、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

D、从根本上动摇了欧洲中世纪宗教神学的理论基础

6、下列科学家与其科学成就的对应关系中，不正确的是[  ]

A、伽利略——物理学的真正开端

B、牛顿——其经典力学标志着现代科学的形成

C、爱因斯坦——物理学思想的一次重大革命

D、普朗克——量子论诞生，人类对客观规律的认识，从宏观世界深入到微观世界

高考题例：

1、（2007广东单科）20世纪初，物理学本身发生了一场革命性的变化。下列选项中推动这一变化的是[   ]彻底解决了19世纪以来物理学面临的危机

  D. 标志着对物质认识开始进入微观粒子世界

【教学反思】

 

  A．电的发明和利用  B．量子论的提出和发展

  C．经典力学的发展  D．原子能在军事上应用

2、（2007海南历史）20世纪初，爱因斯坦相对论的提出是物理学的一场变革，它[  ]

  A．否定了经典力学体系    

  B．打破了绝对时空观

  C.