教学内容近代物理产生背景的了解.doc

【教学内容】第八单元第1节。【教学目标】知识与技能：了解近代物理的基本内容及诞生背景；了解相对论的基本原理；了解量子力学的基本观点和应用。过程与方法：通过对近代物理产生背景的了解，体会任何物理规律点有一定的适用范围，体会物理知识是一个不断完善和演进的动态体系。情感态度价值观：通过对近代物理产生过程的了解，体会人类对自然的探究和认识是无止境的，世界上没有绝对的真理，培养学生的辩证唯物之一观点；通过了解科学家的独特思维方式及艰苦卓绝的探究工作，学习科学家的品质与作风。【教学重点】近代物理的基本原理与观点。【教学难点】对相对论基本观点、量子观点的理解。【教学过程】创设情境引出课题1经典物理学的建立过程真正意义上的物理学起源于伽利略开创的理论与实验探究相结合的研究方法，继伽利略之后，牛顿的万有引力定律及运动定律揭示了天上地上一切物体运动的普遍规律，建立了经典物理力学体系，实现了物理学史上第一次大综合。牛顿的力学体系能很精确预言天体等宏观物体的运动，却不能解决分子、原子等微观领域的运动。到19世纪，经过迈尔、焦耳、卡诺、克劳修斯等人的研究，经典热力学和经典统计力学正式建立，从而把热与能、热运动的宏观表现与微观机制统一起来，实现了物理学史上的第二次大综合。同在19世纪，麦克斯韦在库伦、安培、法拉第物理学家研究的基础上，经过深入研究，把电、磁、光统一起来，以精确的数学语言（麦克斯韦方程组）表述了他建立的经典电磁理论，预言了电磁波的存在，充分体现了电与磁的对称性和完美性，实现了物理学史上的第三次大综合。经过这几次大综合，就形成了经典物理学的基本体系。2经典物理学的挑战在后来的研究中，人们发现对于高速（接近光速）运动的宏观物体以及微观粒子的运动，经典物理学是无能为力的。研究解决这些问题，诞生了近代物理学。合作探究新课学习一、两朵乌云的故事1教师讲述19世纪后期物理学家对经典物理的评价“在已经建成的科学大厦中，后辈的物理学家只能做一些基本的修补工作了。”“物理学将无作为了。”“未来的物理学真理将不得不在小数点后面第六位去寻找”。意思是物理学体系已非常完善了。但到了20世纪初，人们发现“在物理学晴朗的天空的远处，还有两朵小小的令人不安的乌云”。这两朵乌云，其一是跟屡见不鲜的热辐射现象有关，其二是跟物体接近光速运动时的情况有关。经典物理理论对这些现象的解释，与实验现象矛盾。对此，当时有两种观点，一是经典物理是错误的，应彻底否定经典物理，重新建立“万能”的物理理论体系，另一种观点是经典物理理论本身就不适用与这些现象，应该寻找和建立与此相应的新的物理理论。2学生阅读课文内容，思考问题（1）“两朵乌云”分别指的什么现象？（2）“两朵乌云”对物理学有什么启示？3交流评价小结归纳：组织学生讨论上述问题，得出结论。（1）一朵乌云是指迈克尔孙实验结果和以太漂移说相矛盾，另一朵乌云是指热学中的能量均分定则在气体比热以及热辐射能谱的理论解释中得出与实验事实不相符的结果，尤以黑体辐射理论出现的“紫外灾难”最为突出。（2）对“两朵乌云”的正视和研究，引发了相对论和量子力学理论的研究，形成了近代物理学的重要基石，揭开了近代物理学的序幕。二、相对论简介1学生阅读课文，思考问题：（1）什么是惯性参考系？（2）什么事光速不变原理？（3）什么是爱因斯坦相对性原理？（4）狭义相对论的基本观点是什么？（5）狭义相对论的结论和牛顿理学么联系？2组织学生讨论上述问题，得出结论：（1）相对于观察者是静止的或作匀速直线运动的参考系成为惯性参考系。（2）光在真空中的速度与参考系无关。（3）所有物理规律对所有惯性系都是一样的。（4）对时间、空间（长度）的测量，测量结果与参考系有关。（5）当宏观物体低速（远小于光速）运动时，运用狭义相对论与经典物理学研究物体的运动，得出的结论一样。所以对于低速运动的物体，运用经典物理学研究；对于高速（接近光速）运动的宏观物体，运用狭义相对论研究。三、量子力学简介1量子力学的基本观点（1）能量量子化：电磁辐射的能量是不连续的，是一份一份的。（2）波粒二象性：物理学的研究对象有实物粒子和波，经典物理认为实物粒子不具有波的特性，波也不具有实物粒子的特性。但量子理论认为，实物粒子具有波的特性，波动具有实物粒子的特性，这就是波粒二象性。2量子力学的形成与发展（1）1887年，赫兹发现光电效应现象。（2）1900年，德国物理学家普朗克提出量子化假设，合理解释了黑体辐射问题，推导出了普朗克公式。（3）1905年，爱因斯坦提出光的量子理论，成功解释了光电效应现象。（4）1916年美国物理学家密立根进一步研究了光电效应现象，支持了爱因斯坦的光子理论。（5）1923年美国物理学家康普顿应用光子理论成功解释了“康普顿效应”，有力支持光子说。（6）1923年法国物理学家德布罗意运用提出物质波理论，认为任何一个运动的物体，都被一种波与之相伴，这就是物质波。后来人们进一步研究发现，物质波与传统的波（比如机械波、电磁波）不一样，它是一种概率波。（7）1927年德国物理学家海森伯提出测不准关系，认为不能同时精确测定粒子的运动位置和速度，就是说能精确测定出粒子的位置，就不能精确测定出它的运动速度；若能精确测定粒子的运动速度，就不能精确测定它的位置。交流评价巩固总结1组织学生讨论问题：简述近代物理学的诞生背景与基本内容。2归纳本节要点（见板书设计）。【布置作业】1复习课文，查阅有关资料，撰写小论文两朵乌云与近代电物理。2预习下节学习内容。【板书设计】附：爱因斯坦爱因斯坦（Albert Einstein，18791955）20世纪最伟大的物理学家，科学革命的旗手。1879年3月14日生于德国乌尔姆一个犹太人家庭。父亲和叔父开的电气小工厂和家庭的自由派思想，使他童年就受到科学和哲学的启蒙加上音乐熏陶。他从小脑中就充满许多奇思还想，例如4岁时就奇怪为什么罗盘针总是转向南方？它周围有什么东西推动它？小学时排犹浪潮、军国主义教育方式和宗教礼仪等使他厌恶权威，他说：“我这个教徒在12岁时突然终结了，通过阅读科普书籍，我很快领悟到圣经里的许多故事不是真的。我认为青年被政府用谎言故意地欺骗了”。12岁时他一口气读完几何学原本，并练习用自己的方法证明定理。他特别喜欢读自然科学通俗丛书中如力与物质等书。13岁时读了康德的纯粹理性批判，使他的思考转向宇宙、哲学和自然现象中的逻辑。他的数学物理很出色，但其余学业成绩不佳。15岁时，即他中学毕业前一年本已准备“因神经系统状况不佳”休学，学校却以其自由主义思想令其退学。他在辗转意大利和瑞士的高校同入学考试中曾因无中学文会和外语、生物课成绩不佳而落榜。1895年在阿。在人大学预科班，过了一年愉快的学习生活。他随时将思考记入身边的小本，例如“追光问题”：观察者随光前进时，会不会看见电磁波形成停止的驻波？1896年，他进入瑞士苏黎世工科大学师范系（实即数理系）。他喜欢在物理实验室观察实际现象。读科学原著和思考现代物理学中的重大问题。1900年毕业后失业两年才到瑞士专利局任三级鉴定员，这里的七年是他辉煌的科学创造时期。19021905年，他和两个青年朋友每晚阅读和讨论哲学与自然科学著作，戏称为“奥林比亚科学院”。1908年兼任伯尔尼大学编外讲师。1909年离开专利局任苏黎世大学理论物理学副教授。1911年任布拉格德国大学理论物理学教授。1912年任母校苏黎世联邦工业大学教授。1914年任柏林大学教授和威廉皇帝物理研究所所长。法西斯政权建立后。爱因斯坦受到迫害，被迫离开德国。1933年移居美国任普林斯顿高级研究院教授，直至1945年退休。在美期间，1940年取得美国国籍。爱因斯坦是人类历史中最具创造性才智的人物之一。他一生中开创了物理学的四个领域：狭义相对论、广义相对论、宇宙学和统一场论。他是量子理论的主要创建者之一。他在分子运动论和量子统计理论等方面也作出重大贡献。1905年，爱因斯坦利用在专利局的业余时间写了6篇论文。其中4月、5月、12月的3篇是关于液体中悬浮粒子布朗运动的理论。他设想通过观测由分子运动的涨落现象所产生的悬浮粒子的无规则运动，来测定分子的实际大小，试图解决科学界和哲学界长期争论不休的原子是否存在的问题。3年后由法国物理学家佩兰的精密实验证实。3月的论文关于光的产生和转化的一个推测性的观点、把普朗克的量子概念应用到光的传播，认为光是由光量子组成的，它们既具有波动性又有粒子性，从而圆满地解释了光电效应（10年后由密立根实验证实）。因此，爱因斯坦获得了1921年度诺贝尔物理学奖。6月的论体论运动物体的电动力学中，完整地提出了狭义相对性理论。由于这三个不同领域中取得的历史性成就，才使他在1908年有缘进入学术机构工作。狭义相对论建立以后，爱因斯坦并不满足，力图把相对性原理推广到非惯性系。他从惯性质量！司引力质量相等这一事实出发，经过10年艰苦探索，于19151916年创立了广义相对论。随后，爱因斯坦用广义相对论的结果来研究整个宇宙的时空结构。1917年发表论文根据广义相对论对宇宙学所作的考查，他以科学论据推论宇宙在空间上是有限无界的，这是宇宙观的一次革命。1924年与印度物理学家玻色提出草原子气体的量子统计理论，即玻色一爱因斯坦统计。1925年至1955年间，爱因斯坦几乎全力以赴地去探索统一场论。他力图把广义相对论再加以推广，使它不仅包括引力场，也包括电磁场，即寻求一种统一场理论。遗憾的是他始终没有成功。然而，从70年代开始，统一场论的思想以新的形式重新显示出生命力，为物理学未来的发展指出了方向。爱因斯坦的科学成就与他的哲学思想密切相关，他坚持了一个自然科学家必然具有的自然科学唯物论的传统，吸收了斯宾诺莎等的唯理论思想以及休漠和马赫的经验论的批判精神，经过毕生对真理的追求和科学实践，形成了自己独特的科学思想和科学研究方法。坚信自然界的统一性和合理性，相信人的理性思维能力，求得对自然界的统一性和规律性的理解，是他生活的最高目标。统一性思想、简单性思想、相对性思想、对称性思想作为科学活动的指导思想始终贯穿和广泛应用于他的科学探索之中。他也是一位纯熟地运用思实证、想象与逻辑、直觉与数学等科学方法的大师。爱因斯坦在科学思想上的贡献，在历史上也许只有牛顿和达尔文可以媲美。爱因斯坦同时还以极大的热忱关心社会进步，关心人类命运。他一贯为反对侵略战争，反对军国主义和法西斯主义，反对民族压迫和种族歧视，进行了不屈不挠的斗争。1914年第一次世界大战爆发时，爱因斯坦在一份仅有4人赞同的反战宣言上签了名，后又积极参加地下反战组织的活动。战争结束后，他致力于恢复各国人民相互谅解的活动，为此到法、英、荷等地奔走呐喊。在匈牙利物理学家西拉德促动下，爱因斯坦于1939年建议罗斯福抢在德国之前研制原子弹。第二次世界大战结束前夕，当他获悉美国的原子弹轰炸人口稠密的日本城市时，大为震惊，义愤填腐。对于自己曾给罗斯福写信一事感到无比懊悔。战后，他为开展反对核战争的和平运动和反对美国国内法西斯恐怖，进村了不懈的斗争。他对水深火热、饥寒交迫的旧中国劳动人民寄予深切同情。“九一八”事变后，他一再向各国呼吁采用联合的经济制裁制止日本对华侵略。1936年沈钧儒等“七君子”因抗日被捕，他热情参与营救和声援。像爱因斯坦这样在自然科学创造上有划时代贡献，在对待社会政治问题上又如此严肃、热情，是很难能可贵的。综观爱因斯坦的一生，可以说他不仅是一个伟