2018_2019学年高中历史第四单元近代以来世界的科学发展历程第11课物理学的重大进展教案.docx

第11课 物理学的重大进展学习目标1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。2.概述伽利略、牛顿对经典力学作出的贡献，理解近代科学的特点。3.简述相对论和量子论的内容，认识其意义。4.比较经典力学与相对论，认识其区别与联系。一、经典力学1背景：文艺复兴运动不仅解放了人们的思想，也对科学研究产生了重要影响。2历程(1)伽利略：发现自由落体定律等物理学定律，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，为经典力学的建立奠定了基础。(2)牛顿：1687年，出版自然哲学的数学原理，提出物体运动三大定律和万有引力定律，形成了以实验为基础、以数学为表达形式的经典力学体系。3意义(1)这一体系对解释和预见物理现象，具有决定性意义。(2)根据万有引力定律，人们发现了海王星等。二、相对论的创立1背景：19世纪，随着物理学研究的进展，经典力学面临着挑战。2创立：20世纪初的德国物理学家爱因斯坦提出。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，深刻地揭示了时间和空间的本质属性。(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。三、量子论的诞生与发展1背景(1)19世纪末20世纪初，人们对物质的认识深入到原子内部。(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光电效应。(2)丹麦物理学家玻尔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。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，弥补了经典力学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。辨析伽利略发现的自由落体定律不是近代科学形成的标志。伽利略发现的自由落体定律等物理学定律，开创了近代科学，为经典力学的创立奠定了基础；牛顿力学体系的建立是近代科学形成的标志。点拨经典力学体现了近代科学的显著特征：一是注重实验；另一个是数学化。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先驱们深信不疑的真理。辨析爱因斯坦的相对论并非全面否定了牛顿力学体系。爱因斯坦的相对论只是否定了牛顿力学体系的绝对时空观，并没有否定整个牛顿力学体系。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，至今仍指导着物理学的发展。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进一步发展。思考这一发现成为20世纪物理学研究的基础，从那个时候起几乎完全决定了物理学的发展。要是没有这一发现，那就不可能建立起分子、原子以及支配它们变化的能量过程的有用理论。诺贝尔物理奖获得者材料所述“这一发现”指的是什么？“这一发现”对物理学领域产生了什么影响？提示：发现：量子理论。影响：量子理论从根本上改变了近代物理学中的传统观念，指导人们向物质运动的各个层面进行深入探讨，使物理学乃至整个自然科学的观念都发生了重大变革。阐释量子理论及在此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、原子核物理等学科的发展，标志着人类对客观世界的认识开始从宏观世界深入到微观世界，开创了物理学的新纪元。主题一经典力学的特征和意义核心必记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。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。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)哲学角度打击了神学，促进了人类思想的进一步解放。为法国启蒙思想和唯物主义哲学奠定了科学基础。史料印证材料一牛顿以其高超的数学才能提出了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是物体(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。材料一说明了牛顿力学体系的一个显著特征：数学化，即以数学为表达形式。材料二正如伏尔泰所说的，“整个自然界、所有行星竟会服从永恒的法则这是非常奇异的”。寻找决定人类事物的这些永恒法则，是法国革命之前的所谓的启蒙运动的实质。斯塔夫里阿诺斯全球通史思考：伏尔泰所说的“永恒的法则”是指什么？根据材料二并结合所学知识，分析牛顿经典力学对启蒙运动产生的影响。提示：牛顿的万有引力定律。影响：既然自然界存在着“规律和法则”，那么人类社会也应该有类似的规律和法则。受此启发，启蒙思想家开始对人类社会发展规律进行探究。牛顿经典力学为启蒙思想家探究人类社会的法则提供了科学理论依据。主题二量子论和相对论的地位和影响核心必记1地位：量子论和相对论一起构成了现代物理学的基础。它们不仅对物理学本身，对自然科学，对整个人类的生活、思维都产生了不可磨灭的影响。2影响(1)量子论是研究微观世界粒子运动规律的科学理论。量子论对化学、生物学、医学、考古学、古生物学和地质学等学科领域都产生了重大影响，带来了许多划时代的技术创新，使人类对微观世界的认识有了革命性的进步。(2)相对论指出了时间、空间和物体的质量不是绝对不变的，而是随着物体的运动而发生变化，打破了传统的绝对时空观；相对论发展了牛顿力学，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；相对论打破了经典物理学的绝对化思维，为人们提供了辩证地看待世界的途径。(3)量子论和相对论弥补了经典物理学的缺陷，掀起了物理学的革命，构成了现代物理学的基本理论框架。史料印证材料一阿尔伯特·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，这表明科学已经达到了能够被人类所知的界限。杰里·本特利新全球史材料一说明，爱因斯坦提出相对论，主张时间和空间是相对的，这就打破了牛顿经典力学的绝对时空观。表明科学达到了能够被人类所知的界限。材料二能量子钻进物体的表面层把它的全部能量给予了单个电子一个在物体内部具有动能的电子当它到达物体表面时已经失去了它的一部分能量。此外还必须假设，每个电子在离开物体时还必须为它脱离物体做一定量的功P(这是物体的特性值即逸出功)。那些表面上朝着垂直方向被激发的电子，将以最大法线速度离开物体。爱因斯坦文集思考：根据材料二分析，爱因斯坦这一研究的理论基础是什么？为什么说相对论和量子论使人类对自然世界的探索又跃上了一个新的高度？提示：理论基础：量子论的诞生。原因：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。随堂达标验收题组一经典力学1“18世纪没有跟着以往的哲学学说中的那种思维方式亦步亦趋；相反，它按照当时自然科学的榜样和模式树立了自己的理想”。这个“自然科学的榜样和模式”指()A哥白尼的日心说B伽利略的实验科学C牛顿力学体系 D瓦特改良蒸汽机解析：选C哥白尼日心说的提出突破了地心说，是人类认识自然界的进步，但不是真正科学的理论，故A项错误；伽利略的实验科学推动物理开始走上科学的道路，故B项错误；牛顿力学体系标志着近代科学形成和人类科学时代的开始，故C项正确；瓦特改良蒸汽机属于技术革新层面，故D项错误。2如果学者斯塔夫里阿诺斯真的能够栖身月球观看17世纪晚期人类历史演进的剧目，那么他在1687年能看到的精彩一幕是()A克隆普顿发明了骡机B英荷两国之间爆发第一次战争C英国议会通过权利法案D牛顿出版自然哲学的数学原理解析：选D骡机于1779年由英国工人克隆普顿发明，故A项错误；1652年英荷之间爆发第一次战争，故B项错误；1689年，英国议会通过权利法案，故C项错误；1687年，牛顿出版自然哲学的数学原理，故D项正确。3“地心引力不再被看作是一种魔幻或神秘的力量，而成了全知全能的创造者的卓越发明，通过单一的法则，使各种潮汐、卫星、行星和所有地球上的生命得以各安其所。”文中的“法则”指()A狭义相对论 B万有引力定律C量子论 D广义相对论解析：选B依据材料信息“地心引力通过单一的法则，使各种潮汐、卫星、行星和所有地球上的生命得以各安其所”，符合牛顿万有引力定律的特点，B项正确。题组二相对论的创立4德国科学家基尔霍夫(18241887)曾说：“(现在的)物理学已经无所作为，往后无非在已知规律的小数点后面加上几个数字而已。”能证明这一说法错误的物理学成就是()A经典力学体系 B电力的广泛应用C相对论的提出 D自由落体运动解析：选C20世纪初爱因斯坦提出相对论，解决了牛顿力学体系不能解决的问题，并不是只在物理学“已知规律的小数点后面加上几个数字”，答案为C。5如图反映的是20世纪一项伟大的科学理论，该理论()A是研究宏观物体低速运动的客观规律B构成了近代物理学的基本理论框架C完成人类对自然界认识史上的第一次理论大综合D第一次阐述了四维时空和物质分布相联系的思想解析：选D材料反映的是相对论，反映宏观物体低速运动规律的是牛顿经典力学，故A项错误；相对论奠定了现代物理学的基础，故B项错误；牛顿完成人类对自然界认识史上的第一次理论大综合，故C项错误；根据材料“实际位置”“相对位置”，可判断是爱因斯坦的相对论，故D项正确。题组三量子论的诞生619世纪末，实验物理发现了一些用经典物理无法解释的新现象，如黑体辐射普朗克在维恩、瑞利研究热辐射的基础上提出了自己的辐射定律，创立了量子理论。这说明()A物理学科是一门纯实验科学B普朗克是德最伟大的科学家C量子理论产生是历史的必然D量子论开启物理学的新纪元解析：选C量子论是在普朗克大量实验以及前人研究基础上提出的理论，故C项正确。7英国物理学家秦斯说：“物质的基本粒子其运动不像是铁道上平滑走过的火车，而像是田野中跳跃的袋鼠。”该理论()A挑战封建神创说 B揭示宇宙运行规律C否定经典力学绝对时空观 D深化微观世界认识解析：选D19世纪末20世纪初，人们对物质的认识深入到了原子内部，大量的实验表明，微观的粒子运动不能用经典力学的理论来说明，而材料中秦斯的观点则深化了人们对微观世界的认识，故D项正确。8“这一发现成为20世纪物理学研究的基础，从那个时候起几乎完全决定了物理学的发展。要是没有这一发现，那就不可能建立起分子、原子以及支配它们变化的能量过程的有用理论。”下列有关“这一发现”表述正确的是()A是现代物理学的基础之一B揭示了时间和空间的本质属性C证实了力是改变物体运动的原因D促进了人们深入认识宏观世界解析：选A解题的关键在于理解材料，从“要是没有这一发现，那就不可能建立起分子、原子以及支配它们变化的能量过程的有用理论”这一关键信息可知该发现是微观物理学的量子力学，它与相对论一起，构成现代物理学的基础，故A项正确。B项是相对论，排除；C项是经典力学的内容，排除；量子论是解决微观物理学难题的科学理论，排除D项。课下能力提升十一(时间：30分钟满分：50分)一、选择题(每小题4分，共32分)1哥白尼的天体运行论于1543 年出版后，很少引起人们的注意。后因布鲁诺和伽利略根据该书公开宣传日心说，危及教会统治，罗马教廷在1616 年把天体运行论列为禁书。这主要说明了()A近代科学发展排斥了宗教B专制权力是科学发展的桎梏C哥白尼与罗马教廷宇宙观不同D天体运行论缺乏科学依据解析：选B罗马教廷将天体运行论列为禁书，说明宗教专制制约了科学的发展，故B项正确。2“这部巨著表明，一切能够计时与测量的运动，无论是在地球上的或是在太阳系内的，都可用相同的数学公式来加以描述。”这部巨著的产生()A能准确算出地球的平均密度和扁平率B揭示了时间与空间的本质属性C人类对微观世界的基本认识取得了革命性进步D构成了现代物理学的基本理论框架解析：选A根据“无论是在地球上的或是在太阳系内的，都可用相同的数学公式来加以描述”并结合所学知识可判断这部巨著是牛顿的自然哲学的数学原理。牛顿在自然哲学的数学原理这部巨著中提出了物体运动的三大定律和万有引力定律等，能准确算出地球的平均密度和扁平率，故A项正确；爱因斯坦的相对论揭示了时间与空间的本质属性，故B项错误；量子论使人类对微观世界的基本认识取得了革命性进步，故C项错误；量子论与相对论构成了现代物理学的基本理论框架，故D项错误。3伏尔泰认为：“1660年以来英国人几乎在各方面都比过去任何时期更快向完美之境前进。人们对政治问题不感兴趣，只偶尔谈起克伦威尔，不再提白玫瑰战争，然而却长年累月地研究牛顿学说。”伏尔泰认为()A政治革命促进了科学革命发生B科学革命比政治革命更重要C启迪民智是一个艰难的过程D重视科学是英国成功的重要因素解析：选D材料中伏尔泰认为相比政治革命，英国人更加关注牛顿力学带来的科学革命，可见重视科学是英国成功的重要因素，故D项正确。4钟慢效应是指“运动的钟比静止的钟走得慢，而且，运动速度越快，钟走得越慢，接近光速时，钟就几乎停止了”。由此可知，“钟慢效应”理论()A科学地解释了万有引力的存在B是对自由落体理论的新发展C奠定了光电效应的理论基础D颠覆了人们传统的时空观念解析：选D根据材料“运动的钟比静止的钟走得慢，而且，运动速度越快，钟走得越慢，接近光速时，钟就几乎停止了”，揭示了时间、空间、速度、质量间的相对关系，颠覆了人们传统的绝对时空观，故D项正确。5“这种革命不是伽利略物理学对亚里士多德物理学的那种以否定为主并最终取而代之的革命。”“任何一个更为普遍的理论，都应当将先前所应用的、并在广大范围内所证实的理论作为一个局部情况，包含在本身之中。”上述评论的科学理论()A是对经典力学的彻底否定B冲击了封建神学统治C拓宽了研究世界的视角D从微观视角研究世界解析：选C材料中“都应当将先前所应用的、并在广大范围内所证实的理论作为一个局部情况，包含在本身之中”，这里评论的是爱因斯坦提出的相对论发展了牛顿力学，并将其概括在相对论力学之中，它拓宽了研究世界的视角，故C项正确。6上海世博园以色列馆的镇馆之宝是一位与以色列渊源颇深的大师的手稿，曾有一位以色列官员在参观该馆时还阐述了自己对于手稿上一个公式的全新理解，他说：“E代表了能源，M则为大批量的制造业，C就是创造和智慧。”材料中“大师”的主要贡献是()A认为外力只是改变运动状态的原因B科学分析了资本主义社会的基本矛盾C正确揭示了时间和空间的本质属性D发现了能量辐射的运动原则及其规律解析：选C爱因斯坦提出了著名的公式：Emc2，所以材料中的大师是爱因斯坦，爱因斯坦的相对论正确揭示了时间和空间的本质属性，故C项正确。7“它除了应用到原子、分子、原子核、粒子等微观体系外也解释了为什么有些材料是绝缘体，有些是导体，尤为重要的是，解释了为什么某些材料是半导体。”这里的“它”应该是()A自由落体定律 B万有引力定律C相对论 D量子理论解析：选D量子理论解释了微观物质世界的运动规律，与题干材料信息相符，故选D项。8一位科学家由于对能的性质所做的革命性的发现而被授予诺贝尔奖，他对科学的重大贡献是()A揭示了电、磁现象之间的相互联系B提出“物竞天择，适者生存，自然选择”的理论C提出辐射是以一定数量值的整数倍跳跃式变化的D提出时间和空间的“钟慢效应”和“尺缩效应”解析：选C根据材料中“对能的性质所做的革命性的发现”的信息可判断该科学家为普朗克。A项反映的是法拉第发现的电磁感应现象，错误；B项是达尔文的进化论，错误；C项是普朗克的量子假说，符合题意；D项是爱因斯坦的狭义相对论，错误。二、非选择题(18分)9阅读下列材料，完成问题。材料一伽利略发现运动中的物体若无一定的外力使它转向，便作匀速直线运动。这一发现要求人们必须能解释：为什么行星不以直线飞离，而趋于落向太阳，结果形成椭圆形的运动轨道；为什么月亮同样地趋于落向地球。斯塔夫里阿诺斯全球通史材料二牛顿的贡献绝不仅限于创立了万有引力定律和力学三大定律，更重要的在于他给当时的人们展现了一个像钟表一样严格遵循既定规则而运转的机械论世界。这种机械论世界观影响西欧人达两个世纪之久，极大地改变了西方人对待自然界以及对待上帝的看法，培育了一种注重必然性的理性精神。牛顿力学中的机械观经伏尔泰介绍到法国，深刻地感染了启蒙思想家。赵林西欧启蒙运动的发展历程材料三20世纪初，爱因斯坦从相对论的思想出发，提出了著名的质能公式，揭示出人类可以将物质的部分质量直接转换为巨大的、并能被人类直接利用的能量。这为核开发提供了理论依据。后来爱因斯坦得知美国向广岛、长崎投下原子弹，平民伤亡惨重时，感到非常痛心。他说，致信罗斯福提议研制核武器，是自己一生中最大的错误和遗憾。李华平超越2012：世界危机与人类的选择(1)针对材料一的问题，牛顿是怎么回答的？他的主要成就是什么？(6分)(2)依据材料二指出，牛顿的科学理论与启蒙运动的关系。(4分)(3)依据材料二、三并结合所学知识指出，爱因斯坦对人类的发展作出的巨大贡献。(8分)解析：第(1)问，针对材料一中“为什么行星不以直线飞离”等，可用牛顿“万有引力定律”来回答；牛顿的贡献结合所学知识回答。第(2)问，注意提炼材料二关键信息，归纳两者之间的内在联系。第(3)问，首先根据材料二的启示，回答相对论对人类思想的影响；其次根据材料三归纳出原子能的发现。答案：(1)万有引力定律。建立了一个以实验为基础，以数学为表达形式的经典力学体系。(2)经典力学展现了遵循规则而运转的世界，为启蒙思想家培育了一种注重必然性的理性精神，推动了启蒙运动的开展。(3)打破了经典物理学绝对化的思维模式，为人类提供了辩证看待世界的途径；为人类找到了新的可以直接利用的能量，推动了人类社会的发展。