第11课 物理学的重大进展教学案

1 / 19 第 11 课 物理学的重大进展教学案 莲山课 件 m 第 11 课物理学的重大进展教学案 一、教材分析 : 本课教材主要分三个目从四个方面向学生介绍物理学从 16世纪末 17 世纪初到 19 世纪末 20 世纪初的重大成就：经典力学的重要奠基者 伽利略、经典力学的建立、从经典力学到相对论、量子论的诞生与发展。这一时期物理学方面的文字、图片、人物介绍等资料比较丰富，教师可以适当补充一些资料，提高学生学习的兴趣。 二、教学目标 1知识目标： 了解经典力学的三大定律、量子理论、和相对论等基础知识。牛顿、普朗 克、爱因斯坦等著名科学家的主要事迹，学会观察，培养敏锐的洞察力。理解科学进步中继承与发展的关系。 2能力目标： 充分利用图书馆、博物馆、互联网等资源。提高收集、分析相关资料的能力。在学习过程中通过合作、探究学习，培养分析解决问题的能力及交流与合作的能力。科学的方法。全面提高科学素质，创新精神和实践能力。学会运用阅读法、观察法、讨论法、推理法、概括法、实验法等来学习了解近2 / 19 代物理学的相关问题。 3情感、态度和价值观目标： 通过学习，了解科学家为科学进步所作出的努力。学习他们为科学献身的精神；形成科学 的态度。知道在科学的道路上荆棘遍布，增强面对挫折的能力。增强毅力，树立勇往直前、持之以恒的精神。 三、教学重点难点 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。 四、学情分析 学生对伽利略、牛顿力学、爱因斯坦相对论等都有一定的了解，充分利用学生的已知知识既可以减轻教学任务又可以激发学生参与的积极性。而物理学各阶段发展的原因使学生首次接触也是学生难以掌握的知识点，教师应该重点讲解。 五、教学方法 比较法、 问题探究法，思考、讨论，从感知历史中不断积累历史知识，进而不断加深对历史和现实的理解过程；同时借助物理学方面比较丰富的课外资料、图片、人物等资料，注重探究学习，善于从不同的角度发现问题，积极探索解决问题的方法。养成独立思考的学习习惯。培养思考、分析问题的能力。 3 / 19 六、课前准备 找物理学方面的课外资料、图片、人物等资料 七、课时安排： 1 课时 八、教学过程 【导入新课】 17 世纪的牛顿是牛顿力学的创始人，随着 19 世纪以牛顿力学为代表的经典物理学的发展日趋成熟，达到了高峰。但是随着时代的发展和科技的进步 ，一些新的研究发现对它提出了挑战，导致了经典物理学的危机。相对论和量子力学的确立是物理学革命的高潮，对其他科学产生了历史性影响。由此导入新课。 【讲述内容】 一、经典力学的重要奠基者 伽利略 1.对物理学发展的重大贡献 16 世纪末 17 世纪初，意大利科学家伽利略认为研究自然界必须进行系统地观察和实验。他强调追究事物之间的数学关系，将科学实验与数学相结合，进行科学研究。 提问：这是受什么思想的影响？（文艺复兴运动人思想解放的影响） 提问：伽利略对物理学发展作出的重大贡献是什么？ 在 1604 年，意 大利物理学家伽利略在实验中发现：物体下落时的距离与所用时间的平方成正比，而物体下落的速度与4 / 19 物体的重量无关，这就是著名的落体定律。他还通过实验证实了匀速运动定律和匀加速运动定律。 伽利略的研究表明，外力并不是维持运动状态的原因，而只是改变运动状态的原因。这是对古希腊哲学家亚里士多德以来有关运动观念的重大变革，为经典力学的建立奠定基础。 2.对天文学发展的重大贡献 他是利用望远镜观察天体并取得大量成果的第一人。他用自己制造的望远镜发现月球表面有高山深谷，并不是以前人们所说的月球表面是光滑的；木星有四颗卫星 ，很相似于行星绕着太阳转，他看到银河是由无数恒星组成的，还观察到哥白尼曾推论的金星有盈亏现象。 1632 年伽利略出版了关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话。他的这些发现和观点，摧毁了教会的信条而证明了哥白尼学说的正确，对哥白尼学说的传播和天文学的发展做出了重要贡献。 他的发现以及他开始的科学研究方法，是人类思想史上伟大的成就之一，标志着物理学的真正开端。 二、经典力学的建立 1.经典力学建立的标志 17 18 世纪，近代自然科学中突出发展起来的是经典力学，又称牛顿力学。 提问：在经典力学领域中 ，最重要的成就是什么？ 5 / 19 物体机械运动的三大定律和万有引力定律的发现，这些成就构成了经典力学的基本内容。物体机械运动的三大定律和万有引力定律的发现也是经典力学建立的标志。 1687 年，他出版了自然哲学的数学原理，在该书中他首先给力学的基本要领如质量、动量、惯性、力及向心力下了定义。指出物体引力与彼此吸引的物体的质量体积成正比，而与两物体间距离的平方成反比。此外，牛顿还确立了著名的运动三定律，即惯性定律、比例定律（即加速度与力成正比）、作用和反作用相等定律。牛顿力学把天上和地上的运动统一起来，把万有引力 定律和运动三定律视为宇宙间一切力学运动有普遍规律，从力学的角度证明了自然界的统一性，实现了人类自然界认识的第一次综合。 2.经典力学的显著特征及影响 经典力学是人类对自然规律第一次进行的理论性概括和总结，它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。最显著的特征之一就是注重实验，另一个显著特征是它的数学化。 提问：经典力学主要影响有哪些？预见性和标志着近代科学的形成。 海王星和冥王星的发现是经典力学预见性的主要体现。经典力学最显著的特征之一就是注重实验，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6 / 19 论。另一个显著特征是它的数学化，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。经典力学体系的建立标志着近代科学的形成。 牛顿三大运动定律和万有引力定律建立后，光学、电磁学等与力学的进一步统一，大大推动了物理学的发展。但是牛顿力学体系本身还有不完善之处，随着科学的发展需要新的科学来解释。于是在 19 世纪末 20 世纪初物理学发展的新阶段即物理学界出现了一种崭新的革命性的理论 相对论。 三、从经典力学到相对论 1.爱因斯坦与相对论的提 出 X 射线、放射性和电子的发现是 19 世纪末物理学界的重大事件。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。以量子论和相对论的建立为标志的物理学革命，为物理学开辟了新天地。 过去的物理学认为宇宙在任何情况下，它的速率永远都是相同的，世界上的一切运动在时间上都以它为度量标准。德国物理学家爱因斯坦经过多年的研究，打破了传统的绝对时空观，于 1905 年提出了狭义相对论和光速不变原理。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7 / 19 运动而发生变化。狭义相对论认为：物体运动时，质量会随着物体运动速度的增大而增加，同时，空间和时间也会随着物体运动速度的变化而变化，即还会发生尺缩效应和钟慢效应。 1916 年，爱因斯坦完成了广义相对论的最终形式。在广义相对论中，引力是被考虑的主要问题。广义相对论指出：空间和时间不可能离开物质而独立存在，空间结构和性质取决于物质的分布，使人类进一步深化了对时间、空间和引力现象的认识。 为了使学生更好的理解相对论可以引用一个爱因斯坦解释相对论的幽默。这个幽默是：震撼世界的相对论， 是科学发展史上划时代的里程碑。创立相对论的阿尔伯特 爱因斯坦晚年时一群青年学生请他解释什么是相一个对论，他生动而幽默地打了一个比方： “ 当你和一个美丽的姑娘坐上两个小时，你会感到好象坐了一分钟；但要是在炽热的火炉边，哪怕只坐上一分钟，你却感到好象是坐了两小时。这就是相对论。 ” 2.相对论提出的历史意义 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论，从本质上修正了由狭隘经验建立起来的时空观，深刻地揭示了时间和空间的本质属性，即：揭示了时空的可变性、时空变化的联系性，树立了 新的时空观、运8 / 19 动观、物质观。同时也发展了牛顿力学，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的高度。这一理论被后人誉为 20 世纪人类思想史上最伟大的成就之一。 四、量子论的诞生与发展 1.量子论的诞生 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。但大量的实验表明，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。 1900 年，德国物理学家普朗克提出了物质的辐射能不是连续的，而是以最小的、不可再分的能量单位即能量量子的整数位跳跃式地变化 的量子假说。这个假说宣告了量子论的诞生。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。 2.量子论的意义 爱因斯坦在丹麦物理学家玻尔提出氢原子结构的理论以后，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。 在量子论基础上发展起来的量子力学，极大地促进了原子物理、固体物理和原子核物理等科学的发展。同时，也标志着人类对客观规律的认识，开始从宏观世界深入到了微观世界。 9 / 19 量子力学和狭义相对论结合形成原子核物理学，是物理学 革命的高潮，以物理学革命为先导，带动了化学、生物学、天文学、地学等学科的理论也都发生了革命性的突破。在此基础上造出了原子弹、氢弹和建立了核电站。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。带动了20 世纪科技突飞猛进的发展。 【课堂小结】 17 世纪以来的科技发展的原因条件 1、前提条件： 社会发生根本转型 2、经济条件： -资本主义经济的发展以及不断进步 物质基础 3、政治条件： -资产阶级革命胜利，资本主义制度确立，保障 4、文化条件： -文艺复兴、地理大发现、宗教改革的推动 九、板书设计 （一）经典力学的重要奠基者 伽利略 1.对物理学发展的重大贡献 2.对天文学发展的重大贡献 （二）经典力学的建立 1.经典力学建立的标志 2.经典力学的显著特征及影响 10 / 19 （三）从经典力学到相对论 1.爱因斯坦与相对论的提出 2.相对论提出的历史意义 （四）量子论的诞生与发展 1.量子论的诞生 2.量子论的意义 十、教学反思 本课的设计采用了课前下发预习学案，学生预习本节内容，找出自己迷惑的地方。课堂上师生主要解决重点、 难点、疑点、考点、探究点以及学生学习过程中易忘、易混点等，最后进行当堂检测，课后进行延伸拓展，以达到提高课堂效率的目的。 十一、学案设计 (见下页 ) 第 11 课物理学的重大进展 课前预习学案 一、预习目标 预习 “ 物理学的重大进展 ” ，初步了解经典力学的三大定律、量子理论、和相对论等基础知识。牛顿、普朗克、爱因斯坦等著名科学家的主要事迹。 11 / 19 二、预习内容： 1、伽利略 经典力学的奠基者（意大利人） 成就： A 创立科学研究方法： _ B 重大发现： _ 2、经典力学体系的形成 牛顿英国人（微积分经典力学） A 标志： _ a 物体运动的三大定律 _ b 万有引力定律 B 特点： _ 3、爱因斯坦的相对论： A1905 年提出 _ B1916 年完成 _ c 意义 _ 4、量子理论提出： A1900 年普朗克（德）提出 “ 量子假说 ” ： _ B1905年爱因斯坦提出 “ 光电效应 ” 运用量子假说解释光的本质 三、提出疑惑 同学们，通过你的自主学习，你还有哪些疑惑，请把它填在下面的表格中 12 / 19 疑惑点疑惑内容 课内探究学案 一、学习目标 （ 1）、知识与能力：了解经典力学的三大定律、量子理论、和相对论等基础知识。牛顿、普朗克、爱因斯坦等著名科学家的主要事迹，学会观察，培养敏锐的洞察力。理解科学进步中继承与发展的关系。 （ 2）、过程与方法：充分利用图书馆、博物馆、互联网等资源。提高收集、分析相关资料的能力。在学习过程中通 过合作、探究学习，培养分析解决问题的能力及交流与合作的能力。科学的方法。全面提高科学素质，创新精神和实践能力。学会运用阅读法、观察法、讨论法、推理法、概括法、实验法等来学习了解近代物理学的相关问题。 （ 3）、情感态度与价值观：通过学习，了解科学家为科学进步所作出的努力。学习他们为科学献身的精神；形成科学的态度。知道在科学的道路上荆棘遍布，增强面对挫折的能力。增强毅力，树立勇往直前、持之以恒的精神。 二、学习过程 【知识梳理】 13 / 19 一、物理学的重大进展 （一）经典力学的形成和发展： 1、伽利略 经典 力学的奠基者（意大利人） 成就： A 创立科学研究方法：科学实验数学 B 重大发现： a 落体定律 b 确定均速运动、匀加速运动 c 发明天文望远镜、 c 著作关于两世界体系的对话宣传 “ 日心说 ” 意义标志 为奠定了基础 2、经典力学体系的形成 牛顿英国人（微积分经典力学） A 标志： 1687 年自然哲学的数学原理内容： a 物体运动的三大定律 _ b 万有引力定律 B 特点：注重实验，数学化 c 影响：科学预见性的威力 （海王星、冥王星的发现 ） D 意义： 这是人类认识自然的历史上对概括和总结，标志经典力学体系建立，标志着近代自然科学的形成 促进了的出现 E 局限：无法解决物质热辐射现象和物质传播媒介问题 14 / 19 二、现代物理学的进步 1、爱因斯坦的相对论： A1905 年论动体的电动力学提出 “ 狭义相对论 ” B1916 年完成 “ 广义相对论 ” ： c 意义：是物理学思想的一次重大革命，相对论否定了经典力学的绝对时空观，揭示了时空的可变性、时空变化的联系性，建立新的时空观、运动观、物质观。推动物理学思想的革命。 2、量子论的诞生与发展 前提 ：电子和放射现象的发现 19th 末 20th 初 ,为人类进入微观世界奠定基础（ 1898 年伦琴发现 X 射线、居里夫人） 、量子理论提出： A1900 年普朗克（德）提出 “ 量子假说 ” 物质辐射能不是连续的，而是以能量子的整数倍跳跃式地变化。 B1905年爱因斯坦提出 “ 光电效应 ” 运用量子假说解释光的本质 、影响： 是物理学 使人们的认识 三、归纳总结： 17 世纪以来的科技发展的原因条件 1、前提条件： 社会发生根本转型 2、经济条件： -资本主义经济的发展以及不断进步 物质基础 15 / 19 3、政治条件 ： -资产阶级革命胜利，资本主义制度确立，保障 4、文化条件： -文艺复兴、地理大发现、宗教改革的推动 【学思探究】 爱因斯坦是 20 世纪最伟大的科学家。一位法国物理学家曾经这样评价爱因斯坦： “ 在我们这一时代的物理学家中，爱因斯坦将位于最前列。他现在是、将来也还是人类宇宙中最有光辉的巨星之一 ” ， XX 年是爱因斯坦逝世 50 周年纪念。现在全球都在纪念这位可能是有史以来最伟大的科学家。如果搞一个纪念活动，让用一句话来说说自己对爱因斯坦和他的理论的理解。你应该怎么说？看看谁说的最好！ 思路引领：只有 要对爱因斯坦历史和他的理论有全面的理解才会有精辟的概括和评论。建议大家利用互联网查找有关资料，然后根据自己的了解，说出一句精辟的评述。如 “ 他是一个用理性而不是暴力成功地改变人类世界观的人。 ” 通过查找资料了解他目睹了两次世界大战中对人类文明的摧残，认为和平是人类的首要问题。指出 “ 他不仅是一位伟大的科学家，还是一位和平主义者。 ” 【课堂巩固】 1伽利略被认为是真正具有近代科学精神的第一人，主要是因为他 16 / 19 A.开创了近代自然科学的革命 B.推翻了天主教会的旧的宇宙观 c.继承和发展了哥白尼的思想 D.开创了从 实验中认识自然的方法 2 19 世纪以来的牛顿力学奠定了经典物理学的基础， 20 世纪初相对论的提出引发了物理学领域的一场深刻的革命；对二者的表述，不正确的是 A.牛顿开创了从实验中认识自然的方法 B.相对论继承并发展了牛顿力学 c.牛顿力学与人们的日常经验基本一致 D.相对论极大改变了人们的思维模式 3在未来的某一时间，有一对 20 岁的孪生兄弟，弟弟乘宇宙飞船以 29 万千米 /秒的速度飞行，哥哥留在地球上。 50 年以后，当哥哥已经变成白发苍苍的老人时，他去迎接回到地球的弟弟，却发现弟弟还是一个 30 多岁的年 轻人！你认为应该用什么理论来解释这一现象 A相对论 B量子理论 c万有引力定律 D质量不变定律 4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 经典力学体系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17 / 19 观世界深入到微观世界 5 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