第11課　物理學(xué)的重大進展

【學(xué)習目標】

1.了解經(jīng)典力學(xué)的主要內(nèi)容，認識其在近代自然科學(xué)理論發(fā)展中的歷史地位。

2.知道相對論、量子論的主要內(nèi)容，認識其意義。

知識點一　經(jīng)典力學(xué)

【歷史敘述】

1．背景

(1)________________________運動不僅解放了人們的思想，也對科學(xué)研究產(chǎn)生了重要影響。

(2)16世紀末17世紀初，伽利略發(fā)現(xiàn)了自由落體定律等物理學(xué)定律，開創(chuàng)了以________________為根據(jù)并具有嚴密邏輯體系的近代科學(xué)，為后來________________的創(chuàng)立和發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

2．建立

(1)標志：1687年，牛頓出版了《______________________________________》一書。

(2)內(nèi)容：物體運動________________和萬有引力定律等。

(3)特征：①以________為基礎(chǔ)。②以數(shù)學(xué)為表達形式。

3．意義

經(jīng)典力學(xué)體系對解釋和預(yù)見物理現(xiàn)象具有決定性意義。后來，根據(jù)________________________，人們發(fā)現(xiàn)了海王星等。

[思維點撥]

1．牛頓力學(xué)體系是人類對自然規(guī)律進行的第一次理論性概括和總結(jié)，它以實驗為基礎(chǔ)、以數(shù)學(xué)為表達形式，是近代自然科學(xué)理論體系中最先成熟和完善的核心理論體系。

2．伽利略的杰出成就為牛頓經(jīng)典力學(xué)的創(chuàng)立奠定了基礎(chǔ)，標志著物理學(xué)的真正開端；牛頓力學(xué)體系的建立標志著近代科學(xué)的形成，是經(jīng)典物理學(xué)的基礎(chǔ)。

[思維點撥]

經(jīng)典力學(xué)體現(xiàn)了近代科學(xué)的顯著特征：一是注重實驗；另一個是數(shù)學(xué)化。這種數(shù)學(xué)化的根源是自然內(nèi)在的數(shù)學(xué)關(guān)系。自然的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)是近代科學(xué)的先驅(qū)們深信不疑的真理。

【史料實證】

探究點：近代自然科學(xué)興起與資本主義發(fā)展、思想解放運動的關(guān)系

材料一　隨著資本主義萌芽的產(chǎn)生與發(fā)展，歐洲掀起了文藝復(fù)興運動。文藝復(fù)興運動不僅推動了文學(xué)藝術(shù)、思想的繁榮，也推動了哥白尼、伽利略、布魯諾等人熱衷于近代天文學(xué)的研究，推動牛頓經(jīng)典力學(xué)的誕生。

材料二　歐洲啟蒙思想家受被牛頓證實的萬有引力定律的影響很大，他們相信不僅存在著控制物質(zhì)世界的自然法則，也存在著控制人類社會的自然法則……理性被用來檢驗一切事物——所有的人、所有的制度、所有的傳統(tǒng)，偉大的啟蒙運動產(chǎn)生了。

思考　結(jié)合上述材料，分析近代自然科學(xué)的產(chǎn)生與資本主義發(fā)展、思想解放運動的關(guān)系。

【史論總結(jié)】

牛頓經(jīng)典力學(xué)體系建立的意義

(1)理論的科學(xué)性和預(yù)見性：19世紀，人們應(yīng)用牛頓萬有引力定律發(fā)現(xiàn)了海王星。

(2)標志著近代科學(xué)的形成：經(jīng)典力學(xué)體系的顯著特征之一是注重實驗。實驗可以進一步揭示出客觀現(xiàn)象和過程之間內(nèi)在的邏輯關(guān)系，并由此得出重要的結(jié)論。另一個顯著特征是它的數(shù)學(xué)化，這種數(shù)學(xué)化的根源是自然內(nèi)在的數(shù)學(xué)關(guān)系。

(3)牛頓物體運動三大定律和萬有引力定律確立后，光學(xué)、電磁學(xué)等與力學(xué)的進一步統(tǒng)一，大大推動了物理學(xué)的發(fā)展。

答案：知識點一

歷史敘述

1．(1)文藝復(fù)興　(2)實驗事實　經(jīng)典力學(xué)

2．(1)自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理　(2)三大定律　(3)①實驗

3．萬有引力定律

【史料實證】

探究點　(1)資本主義生產(chǎn)力的發(fā)展是近代自然科學(xué)產(chǎn)生的社會前提。

(2)文藝復(fù)興為近代自然科學(xué)的產(chǎn)生奠定了思想基礎(chǔ)；另一方面，以牛頓經(jīng)典力學(xué)為代表的近代自然科學(xué)為啟蒙運動奠定了科學(xué)基礎(chǔ)。

知識點二　相對論的創(chuàng)立

【歷史敘述】

1．背景

19世紀，隨著物理學(xué)研究的進展，________________無法解釋研究中遇到的一些新問題，面臨著挑戰(zhàn)。

2．創(chuàng)立：20世紀初的德國物理學(xué)家________________提出了相對論。

3．內(nèi)容

(1)狹義相對論：物體運動時，質(zhì)量會隨著物體運動速度增大而增加，同時，空間和時間也會隨著物體運動____________的變化而變化，即會發(fā)生________________和鐘慢效應(yīng)。

(2)廣義相對論：空間和時間的性質(zhì)不僅取決于物質(zhì)的________情況，也取決于物質(zhì)本身的分布狀態(tài)。

4．意義

(1)相對論的提出是________________領(lǐng)域的一次重大革命。

(2)它否定了______________________的絕對時空觀，深刻地揭示了時間和空間的本質(zhì)屬性。

(3)它也發(fā)展了牛頓力學(xué)，將其概括在相對論力學(xué)之中，推動物理學(xué)發(fā)展到一個新的高度。

[易混易錯]

愛因斯坦的相對論并未全面否定牛頓力學(xué)體系。愛因斯坦的相對論只是否定了牛頓力學(xué)體系的絕對時空觀，并沒有否定整個牛頓力學(xué)體系。牛頓力學(xué)是相對論力學(xué)在低速狀態(tài)下的一個特例。牛頓力學(xué)是整個力學(xué)的基礎(chǔ)，至今仍指導(dǎo)著物理學(xué)的發(fā)展。相對論發(fā)展了牛頓力學(xué)，打破了傳統(tǒng)的絕對時空觀。

[歸納比較]　牛頓力學(xué)與愛因斯坦相對論的關(guān)系

愛因斯坦的相對論只否定了牛頓的絕對時空觀，沒有否定牛頓力學(xué)。相對論發(fā)展了牛頓經(jīng)典力學(xué)，打破了傳統(tǒng)的時空觀。牛頓力學(xué)是相對論在低速狀態(tài)下的一個特例。牛頓力學(xué)是整個力學(xué)的基礎(chǔ)，牛頓所創(chuàng)造的概念，至今仍指導(dǎo)著我們的物理學(xué)思想。

[歸納總結(jié)]

牛頓經(jīng)典力學(xué)反映的是宏觀物體低速運動的客觀規(guī)律，而相對論反映的是物體高速運動的客觀規(guī)律，是對牛頓經(jīng)典力學(xué)的繼承和發(fā)展。牛頓經(jīng)典力學(xué)是相對論的一種特例(物體低速運動狀態(tài))，包括在相對論體系中。量子論則是研究微觀世界粒子運動規(guī)律的科學(xué)。量子論與相對論一起，構(gòu)成了現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)。

【史料實證】

探究點：相對論與經(jīng)典力學(xué)的區(qū)別與聯(lián)系

材料　愛因斯坦與牛頓的對話(虛擬)

愛因斯坦：你真?zhèn)ゴ?，你建立了牛頓力學(xué)框架體系，相對論中存在的問題都被你指了出來。

牛頓：你比我更偉大，相對論在許多學(xué)科中有著廣泛的應(yīng)用，它和量子力學(xué)一起，已成為近代物理學(xué)的兩大基礎(chǔ)理論，相對論包容了我的三條運動定律及萬有引力定律。

愛因斯坦：你我的理論都有瑕疵。

牛頓：哪有十全十美的理論，大家不用我們的理論，他們沒有別的理論可用，圣人、神仙也要犯錯誤，你我都是凡人，你我的身軀已經(jīng)溶入了自然界，但是，你我的靈魂還留在人間。

思考　結(jié)合材料及所學(xué)知識，分析牛頓經(jīng)典力學(xué)體系與愛因斯坦相對論的關(guān)系。

【史論總結(jié)】

相對論的提出是物理學(xué)領(lǐng)域的一次重大革命

它否定了經(jīng)典力學(xué)的絕對時空觀，深刻地揭示了時間和空間的本質(zhì)屬性。它也發(fā)展了牛頓力學(xué)，將其概括在相對論力學(xué)之中，推動物理學(xué)發(fā)展到一個新的高度。

答案：知識點二

歷史敘述

1．經(jīng)典力學(xué)

2．愛因斯坦

3．(1)速度　尺縮效應(yīng)　(2)運動

4．(1)物理學(xué)　(2)經(jīng)典力學(xué)

【史料實證】

探究點　區(qū)別：牛頓經(jīng)典力學(xué)體系反映了物體低速運動的客觀規(guī)律，相對論反映了物體高速運動的客觀規(guī)律。

聯(lián)系：相對論是對牛頓力學(xué)體系的繼承和發(fā)展。

知識點三　量子論的誕生與發(fā)展

【歷史敘述】

1．背景

(1)19世紀末20世紀初，電子和放射線的發(fā)現(xiàn)，人們對物質(zhì)的認識深入到了原子內(nèi)部。

(2)大量的實驗表明，________________運動不能用經(jīng)典力學(xué)的理論來說明。

2．誕生：__________年，德國物理學(xué)家普朗克提出了量子假說，認為輻射像物質(zhì)一樣，是由具有能量的基本單位__________來實現(xiàn)的。

3．發(fā)展

(1)愛因斯坦利用量子理論成功地解釋了________________。

(2)丹麥物理學(xué)家________提出了有關(guān)原子的量子理論。

(3)20世紀30年代，________________建立起來。

4．意義

(1)使人類對________________的基本認識取得革命性的進步。

(2)與________________一起，構(gòu)成了現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)，彌補了經(jīng)典力學(xué)在認識宏觀世界和微觀世界方面的不足。

(3)推動了物理學(xué)自身的進步，開闊了人們的視野，改變了人們認識世界的________________。

[歷史認識]

量子理論及在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的量子力學(xué)，極大地促進了原子物理、固體物理、原子核物理等學(xué)科的發(fā)展，標志著人類對客觀世界的認識，開始從宏觀世界深入到微觀世界，開創(chuàng)了物理學(xué)的新紀元。

[史論要旨]

(1)牛頓建立了經(jīng)典力學(xué)，改變了自中世紀以來人們的認識論和方法論。經(jīng)典力學(xué)是近代自然科學(xué)理論體系中最先成熟和完善的核心理論體系。

(2)相對論的提出是物理學(xué)領(lǐng)域最偉大的革命之一。它在很大程度上解決了19世紀末出現(xiàn)的經(jīng)典物理學(xué)的危機，打破了經(jīng)典物理學(xué)絕對化的思維模式，為人們提供了辯證地看待世界的途徑。

(3)量子理論是20世紀最深刻、最有成就的科學(xué)理論之一，使人類對微觀世界的基本認識有了革命性的進步。量子力學(xué)對其他科學(xué)領(lǐng)域也產(chǎn)生了重大影響，從根本上改變了人類的物質(zhì)生活。

【史料實證】

探究點1：普朗克對物理學(xué)的貢獻

材料　普朗克認為，牛頓力學(xué)并沒有解決所有的問題，尤其是不能適用于原子范圍。

思考　普朗克是怎樣解決“原子范圍”內(nèi)的問題的？有何意義？

探究點2：為什么說相對論和量子論使人類對自然世界的科學(xué)探索又躍上了一個新的高度？

【史論總結(jié)】

量子論和相對論的地位及影響

(1)地位：量子論和相對論一起構(gòu)成了現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)。

(2)影響

①量子論是研究微觀世界粒子運動規(guī)律的科學(xué)。量子論對化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、考古學(xué)、古生物學(xué)和地質(zhì)學(xué)等科學(xué)領(lǐng)域都產(chǎn)生了重大影響，帶來了許多劃時代的技術(shù)創(chuàng)新，使人類對微觀世界的認識有了革命性的進步。

②相對論指出了時間、空間和物體的質(zhì)量不是絕對不變的，而是隨著物體的運動而發(fā)生變化，打破了傳統(tǒng)的絕對時空觀；相對論發(fā)展了牛頓力學(xué)，將牛頓力學(xué)概括在相對論力學(xué)之中，推動物理學(xué)發(fā)展到一個新的高度；相對論打破了經(jīng)典物理學(xué)絕對化的思維，為人們提供了辯證地看待世界的途徑。

③量子論和相對論彌補了經(jīng)典物理學(xué)的缺陷，掀起了物理學(xué)的革命，對物理學(xué)本身，對自然科學(xué)，對整個人類生活與思維都產(chǎn)生了不可磨滅的影響。

答案：知識點三

歷史敘述

1．(2)微觀的粒子

2．1900　量子

3．(1)光電效應(yīng)　(2)玻爾　(3)量子力學(xué)

4．(1)微觀世界　(2)相對論　(3)角度和方式

史料實證

探究點1　普朗克提出了量子假說，認為輻射像物質(zhì)一樣，是由具有能量的基本單位量子來實現(xiàn)的。

意義：標志著量子論的誕生，使人類對微觀世界的基本認識取得革命性的進步。

探究點2　相對論和量子論彌補了經(jīng)典力學(xué)在認識宏觀世界和微觀世界方面的不足，開闊了人們的視野，改變了人們認識世界的角度和方式。