选修四专题六2影响世界进程的科学巨人

英国诗人波普曾经这样写道：自然界和自然规律，隐藏在黑暗中，上帝说：让牛顿出生吧！于是，一切都变得光明。请阅读教材，思考以下问题：⒈了解牛顿的成长历程。⒉请按学科领域归纳牛顿一生中的主要科学成就。⒊试举例说明牛顿的科学成就在推动人类社会发展的作用。⒋促成牛顿取得巨大成就的原因有哪些？⒌你从牛顿那里学到（或感悟到）了什么？⑴牛顿的出生地？什么家庭？⑵牛顿的发明就像“苹果落地”的故事那样简单吗？在灵感突发的背后又隐含着多少心血和汗水、思考与探索？•1、牛顿成长的足迹⑴牛顿成长的时代⑵牛顿成长的历程正是欧洲的、发生巨大变革的时代自然科学社会科学政治：英国资产阶级革命的洗礼；经济：资本主义发展；思想：文、宗、启等思想解放运动；自然科学：出现了伽利略等前人的研究成果少年：读书、沉思、做实验巴罗教授指导、引荐自然科学领域内的思考大学：乡下：牛顿：宇宙定律的发现者2、17世纪最伟大的科学巨匠⑴物理学：⑵天文学：⑶数学：⑷光学：据万有引力定律，天上的星体运动受力学规律支配，并用数学计算天体运动问题。万有引力定律、力学三大基本定律——物理史上第一次大综合，力学诞生，体系建立，近代体系形成。微积分（德国：莱布尼茨）白光有不同颜色、光的“微粒说”F=221rmGm牛顿力学自然科学天体牛顿在进行光学实验海王星冥王星（小图像为空间原始图像，大图像为经过计算机处理的冥王星表面）另外，牛顿力学理论能够预见新的物理现象，并能以天文观测或试验论证其正确性，如：为纪念牛顿的贡献，国际天文学联合会决定把662号小行星命名为牛顿小行星。3、晚年的困惑政治地位提高后，他把兴趣逐渐转向政治、神学、化学（贱金属变成黄金）问题。虔诚地相信上帝，埋头于写以神学为题材的著作。当他遇到难以解释的天体运动时，竟提出了“神是第一推动力”的谬论。他说：“上帝统治万物，我们是他的仆人而敬畏他、崇拜他。”对牛顿的评价英国著名诗人在他的墓碑上镌刻着铭言：让人们欢呼这样一位多么伟大的巨匠，人类荣耀曾经因他而在世界上存在过。1942年爱因斯坦为纪念牛顿诞生300周年而写的文章，对牛顿的一生作如下的评价：“只有把他的一生看作为永恒真理而斗争的舞台上一幕才能理解他。”剑桥大学校园对牛顿的评价“金无足赤，人无完人”，瑕不掩瑜。牛顿终归是伟大的牛顿，他的科学贡献将永载史册。牛顿是英国物理学家、天文学家、数学家和自然哲学家，是宇宙定律的发现者，经典力学建立者，是近代科学之父；他创建了经典力学的理论体系，在光学、数学、天文学研究方面也做出划时代发明和发现；牛顿是17世纪科学革命中所涌现出来最伟大的科学家，也是人类历史上最伟大的科学家之一。四岁多还不会说话，家里人担心他是个低能儿。行为迟钝，他说话所用的时间比起别的孩子要多得多。中小学时代常常被斥为“生性孤僻、智力迟钝”，“不守纪律、心不在焉、想入非非”。中学毕业前夕，校方甚至断言他未来将“一事无成”，勒令他退了学。16岁那年，他以同等学历报考大学，尽管物理、数学成绩很好，但由于需要死记硬背的科目考砸了锅，只得名落孙山。大学里老师都不大看得起他，不愿意把他留下来做助教；他几次去请求，人家也不要他；甚至于有几次他几乎要失业了。几次在中学里面求职，最后在专利局里面找到一个职位。他每个星期要在专利局工作大概40多个小时。二、20世纪的科学伟人爱因斯坦：追寻时空的本质现代物理学是相对于什么而言的？现代物理学的两大支柱是什么？分别是由谁提出的？提示：相对于牛顿的经典物理学（力学）而言的；量子论和相对论是现代物理学的两大支柱；两大理论的提出者分别是德国理论物理学家普朗克和美籍德国科学家爱因斯坦。爱因斯坦和量子理论的创始人普朗克2005年是爱因斯坦逝世50周年，也是他提出狭义相对论100周年。100年前，年仅26岁的毛头小伙，以他卓越的思考力、非凡的洞察力，提出了狭义相对论，传统经典物理学由此彻底改变。这一种颠覆是多么激动人心，为纪念相对论诞生100周年暨爱因斯坦逝世50周年，联合国大会将2005年确定为“国际物理年”，这是联合国首次为一个学科确定的全球规模的纪念活动。爱因斯坦，这位在许多国度千年人物（1001—2000年）评选中都居榜首的俊杰，绝不仅仅是因为在物理学上的成就。他既是伟大的科学家、现代物理学的开创者和奠基人，更是杰出的思想家，他是一幅视野开阔的思想宽银幕。爱因斯坦一、20世纪最伟大的科学家⒈1905年提出：两个基本原理：《论动体的电动力学》时间和空间都与物质的运动有关，随着物质运动速度的变化而变化。（E=mc2）否认了牛顿力学（或经典力学）的绝对时空观点，是对牛顿力学的继承和发展。核心：意义：⒉1916年提出广义相对论。相对性原理和光速不变原理（必修Ⅲ）狭义相对论2．1916年提出广义相对论（1）提出：爱因斯坦把狭义相对论推广到运动的参考系中，建立了广义相对论。①物质存在和分布使时空性质不均匀（即时空）而产生了；②时间、空间不是的实在，它们是物质存在的形式。它第一次阐述了时空和物质的分布相联系的重要思想。加速弯曲独立四维万有引力（2）内容：（3）认识：《广义相对论基础》⒊其他领域：提出了著名的式，为后来原子能事业的发展起到了指导作用；用量子理论解释光电效应、辐射过程、固体比热，发展了；理论（获得诺贝尔奖）1921年获得的诺贝尔物理学奖证书质能关系量子统计光子“相对论”妙解：有一次，群众包围了爱因斯坦的住宅，要他用“最简单的话”解释清楚他的“相对论”。当时，据说全世界只有几个高明的科学家看得懂他关于“相对论”的著作。爱因斯坦走出住宅，对大家说：“比方这么说——你同你最亲的人坐在火炉边，一个钟头过去了，你觉得好像只过了5分钟！反过来，你一个人孤孤单单地坐在热气逼人的火炉边，只过了5分钟，但你却像坐了一个小时。——唔，这就是相对论！”时间与永恒：有一次，一个美国女记者走访爱因斯坦，问道：“依您看，时间和永恒有什么区别呢？”爱因斯坦答道：“亲爱的女士，如果我有时间给您解释它们之间的区别的话，那么，当你明白的时候，永恒就消失了！”由于相对论的观点与人们的日常经验不太一致，甚至有着尖锐的冲突，相对论从一开始就受到包括一些科学家在内的很多人的反对。1921年爱因斯坦获得了诺贝尔奖，当时不少德国的诺贝尔奖获得者威胁说，如果给相对论授奖，他们就要退回已获得的奖章，结果评选委员会只好让爱因斯坦作为光电效应理论的建立者得奖，相对论始终没有获得诺贝尔奖。但相对论在物理学上却非常合理且为实验所证实。想一想：上述现象说明了什么问题？给我们什么启发？说明：像许多事物一样，科学的发展道路也并非一帆风顺，往往会遇到很多阻力。启示：要敢于怀疑常识，勇于创新，因为即使生活中习以为常、看起来无懈可击的规律也可能是不科学的。电脑显示器在短促的瞬间，电子显像在显示屏上——这正好符合爱因斯坦的狭义相对论。发明电脑显示器的工程师必须使显示器符合“相对论效应”，否则控制电子飞驰的磁铁就会在显示屏上产生模糊图像，使你无法工作，当然，精彩的电脑游戏也玩不起来了。爱因斯坦理论的运用精准的激光当你到超市购物，你手里的每一件商品条形码也得益于爱因斯坦的激光理论，只有激光才能准确读出条形码中的编码。数码相机假期你和家人轻松郊游。当你打开数码相机，准备摄下家人温馨的笑容时，要先感谢爱因斯坦。从镜头飞进来的光子会把半导体里的电子挤走，这同样利用了光电效应。控制X射线的能量你长了一个肿瘤，幸亏是良性的，但因长在胸腺上，手术后需放射治疗。医生在为你实施放射治疗前，需要估计X射线可能对你细胞造成的伤害，根据就是爱因斯坦的E=mc2（即能量=质量乘光速平方）。据此理论人们造出原子弹、氢弹的同时，也治好了你的胸腺瘤。爱因斯坦一、20世纪最伟大的科学家二、坚定的和平捍卫者“当法律和人类尊严必需保卫时，我们一定要战斗。”“人类的福祉必须高于对自己国家的忠诚。”“每一个国家的利益都必须服从更广泛的共同体的利益。”——爱因斯坦一向憎恶战争，主张民族和睦，一心希望科学造福于人类。公开发表反一战宣言，为反对核战争和美国法西斯主义而不懈斗争。1939年8月2日，爱因斯坦出于对人类命运的极大关注，写信给罗斯福总统，建议美国务必抢在法西斯德国之前制造出原子弹。1945年8月，美国先后在日本的广岛、长崎投下两颗原子弹，加速了日本法西斯的投降，但对无辜平民的伤害也同样令全世界震惊。爱因斯坦陷入了巨大的后悔与痛苦之中，自认一生最大错误就是建议研制原子弹。他痛心地说：“早知如此，我宁可当个修表匠！”。从这件事中，我们能得到什么启发？我们应如何对待科学的发展？科学技术是一把双刃剑。能造福人类，推动生产力水平的提高，但若运用不当，也能危害人类。我不知道第三次世界大战用什么武器，但是第四次世界大战人们将只会用木棒和石头打仗了。——爱因斯坦爱因斯坦的逝世与葬礼：1955年4月18日爱因斯坦病逝于普林斯顿。遵照他的遗嘱，不发讣告，不举行公开葬礼，不建坟墓，不立纪念碑。火化时按照他的书面遗嘱：免除所有花卉布置以及所有音乐典礼。骨灰撒在永远对人保密的地方，为的是不使任何地方成为圣地。遗嘱执行者用歌德悼念席勒的诗结束了那朴素的葬礼：我们全都获益不浅，全世界都感谢他的教诲；那专属他个人的东西，早已传遍广大人群。他像行将陨灭的彗星，光华四射，把无限的光芒同他的光芒永相连结。1．科学技术是人类探索自然的产物，一般认为我们今天所理解的科学和技术形成于17世纪。实现了物理学史上第一次飞跃的是A．电磁学理论的建立B．牛顿力学的建立C．进化论的出现D．量子力学的建立2．牛顿临终遗言：“我好像是一个在海边玩耍的孩子，不时为拾到比通常更光滑的石子或更美丽的贝壳而欢欣鼓舞，而展现在我面前的是完全未探明的真理之海。”下列说法正确的是A．“石子”“贝壳”是量子理论和电磁学说B．其理论深刻揭示了时间、空间的本质属性C．牛顿的理论开辟了工业革命时代D．牛顿尚未踏入自然科学的“真理之海”3．相对论的提出推动物理学发展到一个新的高度，依据是①相对论从本质上修正了由狭隘经验建立起来的时空观②相对论深刻地揭示了时间和空间的本质属性③将牛顿力学概括在相对论力学之中④将人类对客观规律的认识开始从宏观世界深入到微观世界A．①②③B．①③④C．③④D．②③4．20世纪初，爱因斯坦从相对论出发，提出了著名的质量能量公式，为核开发提供了理论依据。后来，美国首先研制了原子弹，并于1945年在日本广岛、长崎投放，平民伤亡惨重，爱因斯坦非常痛心。以上史实说明A．科学技术应用于战争，促进了人类和平B．科学技术推动了军事的发展，以暴制暴换取了和平C．科学研究的初衷有时与实际应用效果有较大偏差D．科学本身是客观的，不受任何利益集团左右5．一战爆发之初，德国许多科学家宣称：“在和平时期，科学家是属于全世界的；在战争时期，科学家是属于自己祖国的。”该言论的实质是A．科学家要以祖国最高利益为重B．反对战争，争取维护世界的持久和平C．支持德国的对外扩张战争D．科学家应致力于科学研究问题探究：在爱因斯坦一生的活动中，事业上的巨大成就、政治上的正义感与人格上的伟大三方面之间有何内在的联系？不是彼此孤立的，而是有着内在的联系。爱因斯坦在科研方面的辉煌成就得益于他为人类进步事业做贡献的愿望；得益于他对人生和世界的深刻体察；得益于他谦逊朴实的伟大人格。同时，他在科学研究方面的巨大成就，使他在推动人类文明和进步事业方面、在呼吁世界和平等方面具有更大的影响力和号召力，从而使他的人格更加丰满、更加伟大！