2019-2020学年高中历史 专题七 近代以来科学技术的辉煌 第1课 近代物理学的奠基人和革命者讲

1第1课近代物理学的奠基人和革命者[课标要求]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；知道相对论、量子论的主要内容，认识其意义。一、认识史上的飞跃1.背景(1)在中世纪的欧洲，□01亚里士多德的学说长期被教会奉为教条。(2)近代科学诞生后，亚里士多德的力学不断受到质疑。(3)伽利略在观察、实验和推理的基础上，创立了□02自由落体定律，推翻了亚里士多德的学说。2.内容(1)牛顿的运动三定律，即惯性定律、□03加速度定律、作用力和反作用力定律。(2)牛顿从研究地球对月球的引力入手，成功地导出了□04万有引力定律。(3)著作：1687年，《自然哲学的数学原理》出版，标志着牛顿力学体系的形成。3.意义(1)牛顿的运动三定律构成了近代力学体系的基础，成为整个近代物理学的重要支柱。(2)牛顿的力学体系对自然界的力学现象做出了系统的、合理的说明，完成了人类对自然界认识史上的第一次□05理论大综合。(3)万有引力定律的确立使力学和天文学在理论上达到了相当完备的程度，并在生产和科学实验中得到广泛的应用和验证。它准确地算出了地球的平均密度和扁平率，正确地解释了潮汐的成因。概念阐释近代科学近代科学是在搜集材料的基础上，从现象深入到本质，从经验定律上升为系统的科学理论。它是建立在观察、试验基础上的实验科学，并广泛应用数学方法使科学知识日益精确化；同时发展了以实验事实为根据和以归纳推理为主要手段的研究方法，确立了一系列定量的科学定律。思维点拨伽利略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，标志着近代物理学的真正开端。伽利略因而被誉为“近代科学之父”。牛顿经典力学体系的建立则标志着近代科学的形成。二、驱走乌云的太阳1.背景2(1)19世纪的物理学领域，以□01牛顿力学为基础，形成了完整的理论体系。(2)19世纪末，□02黑体辐射问题成为物理学界的重大研究课题。2.量子理论的诞生与发展阶段时间国家主要成就诞生1879年奥地利斯蒂芬发现黑体辐射的□03总能量与其温度之间的定量关系1900年德国普朗克发现热辐射过程中的能量分布规律，并提出□04量子概念，并在《关于正常光谱能量分布定律的理论》中阐述了量子学说，标志着量子理论的诞生发展1905年德国爱因斯坦用量子理论成功解释□05光电效应，得出了光具有波粒二象性的结论1923年法国德布罗意提出物质波理论数年后奥地利、德国物理学家建立□06量子力学3.量子理论的影响(1)指导着人们向物质运动的各个层面进行深入探讨。(2)从根本上改变了近代物理学的传统观念，使物理学乃至整个自然科学的观念都发生了重大变革。三、爱因斯坦的“时空”1.相对论的创立狭义相对论广义相对论创立1905年，爱因斯坦发表《□01论动体的电动力学》1916年，爱因斯坦把狭义相对论推广到□02加速运动的参考系中，建立了广义相对论内容时间和空间随着物质运动速度的变化而变化空间、时间不是独立的实在，是物质存在的形式意义反映了物体□03高速运动的客观规律，是对牛顿力学的继承和发展第一次阐述了□04四维时空和物质的分布相联系的重要思想2.影响(1)是对近代物理学理论框架的重大突破，揭示了空间、时间的可变性，说明了时空的变化和时空结构同□05物质的运动和状态密不可分。(2)形成全新的时空观、□06运动观和物质观，是人类思想发展史中的一次根本性变革，3对整个自然科学和哲学都产生了深远的影响。(3)相对论同□07量子理论一起，构成了现代物理学的基本理论框架。思维点拨爱因斯坦的相对论只是否定了牛顿的绝对时空观，没有否定整个牛顿力学。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，牛顿所创造的概念，至今仍指导着我们的物理学思想。相对论发展了牛顿力学，打破了传统的绝对时空观。知识点一牛顿经典力学体系ZHISHIDIAN材料一下面是两幅有关牛顿的图片材料二英国著名诗人亚历山大·蒲伯曾写过一首赞美牛顿的诗：自然和自然界的规律，隐藏在黑暗里。上帝说：“让牛顿去吧！”于是一切成为光明。(1)材料一的两幅图中，图一反映了牛顿力学的什么成果？图二体现了这一成果的运用所取得的成就是什么？说明了什么？提示：图一反映的是万有引力定律；图二是指海王星的发现。说明了牛顿力学具有惊人的预见力和巨大的理论指导意义。(2)为什么说牛顿以前“自然和自然界的规律，隐藏在黑暗里”？牛顿是怎样让“一切成为光明”的？提示：牛顿以前的中世纪欧洲，基督教神学统治一切，实行愚民政策；人们普遍认为一切都是由上帝创造的，都是不可知的。牛顿的经典力学将天体的运动和地球上物体的运动概括在同一理论之中，能够完整地解释天体和地球上的一切现象，揭示了自然界的规律。从此，科学摆脱了神学的束缚向前发展，同时也打击了神学，促进了人们思想的进一步解放。牛顿经典力学体系的特征、贡献和局限性1.特征4(1)注重实验：实验可以进一步揭示客观现象和过程之间的逻辑关系，并由此得出重要的结论。(2)力学体系的数学化：牛顿主要运用他创立的微积分做计算工具，这种数学化源于自然界内在的数学关系。2.贡献(1)建立起一个完整的力学理论体系，实现了物理学史上的第一次大飞跃。(2)牛顿力学体系以严格的数学方法和逻辑体系把宇宙间的运动统一起来，对人类解释与预见物理现象具有决定性的意义。(3)到19世纪，在经典力学的基础上，光学、热力学、电磁学、天体物理学等新兴学科取得了长足发展，把人类对自然界的认识推进到前所未有的深度和广度。3.局限性：牛顿力学体系建立在日常生活中常见的低速运动的物质之上。在牛顿力学中，时间和空间被视为是与物质运动无关而独立存在的，是绝对的。这种绝对的时空观符合人们的日常经验，但无法解释高速运动的物体和微观世界中的粒子运动的规律。知识点二量子论和相对论ZHISHIDIAN材料一(英国)皇家学会会长汤姆逊致辞说：“爱因斯坦的相对论是人类思想史上最伟大的成就之一，也许就是最伟大的成就。”……1921年……爱因斯坦作为光电效应理论的建立者而得奖，但相对论始终没有获诺贝尔奖。——吴国盛《科学的历程》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。——《爱因斯坦文集》(1)材料一为什么说相对论是“最伟大的成就之一”？“相对论始终没有获诺贝尔奖”说明了什么问题？提示：原因：相对论否定了经典力学的绝对时空观，深刻揭示了时间和空间的本质属性，提出了全新的时空观、运动观和物质观；发展了牛顿力学，将其概括在相对论力学之中，将物理学发展到一个新的高度。问题：相对论超出了人们的日常思维、经验和感受，很难被人们理解和接受。(2)根据材料二，爱因斯坦这一研究的理论基础是什么？他在这一方面有何贡献？提示：理论基础：普朗克于1900年提出的量子假说，量子论宣告诞生。贡献：用量子理论成功解释了光电效应。(3)为什么说相对论和量子论使人类对自然世界的科学探索又跃上了一个新的高度？提示：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。5相对论和量子理论在物理学上的影响相对论和量子理论一起构成了现代物理学的基础，弥补了经典物理学的不足，掀起了物理学的革命。这具体表现在：1.相对论指出了时间、空间和物体的质量不是绝对不变的，而是随着物体运动速度的变化而变化的，打破了传统的绝对时空观。相对论创立了一个全新的物理学世界，极大地扩展了物理学应用的领域。2.量子理论是研究微观世界粒子运动规律的理论，对化学、生物学、医学、考古学、古生物学和地质学等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。1.发现了自由落体定律并为近代经典力学的创立和发展奠定基础的科学家是()A.伽利略B.哥白尼C.牛顿D.普朗克答案A解析伽利略发现了自由落体定律，为牛顿创立了经典力学体系奠定了基础。故选A项。2.“八月涛声吼地来，头高数丈触山回。须臾却入海门去，卷起沙堆似雪堆。”钱塘潮潮高浪急，吸引了历史上无数的文人墨客，有人歌咏其恢弘的气势，也有人探究其成因。钱塘潮的形成，符合()A.量子力学原理B.电磁感应原理C.万有引力原理D.重力加速度原理答案C解析量子力学主要揭示微观世界粒子运动的规律，排除A项；电磁感应原理揭示的是因磁通量变化产生感应电动势的现象，排除B项；潮汐现象指海水在天体(主要是月球和太阳)引潮力作用下所产生的周期性运动，牛顿万有引力作了科学解释，故选C项；重力加速度原理是一个物体受重力作用的情况下所具有的加速度，不符合题意，排除D项。3.19世纪后期，科学家们发现很多物理现象无法用经典物理学理论解释，尤其是在研究黑体辐射时遇到了巨大的困难。此“困难”最终促成了()A.光电效应的提出B.量子假说的提出C.时空弯曲的产生D.相对论的形成答案B解析根据材料“19世纪后期”“研究黑体辐射”并结合所学知识可知，德国科学家马克斯·普朗克在1900年提出量子假设，它解释了所观测到的热体的发射率，故B项正确。6光电效应属于量子理论的组成部分，故A项排除；C、D两项是相对论，排除。4.“(它)是一门奇妙的理论，提供了精确一致地解决关于原子、激光、X射线、超导性以及其他无数事情的能力，几乎完全使古老的经典物理理论失去了光彩。”这一理论()A.对预见物理现象具有决定性意义B.对微观世界的认识取得了革命性进步C.打破了神学对人们的思想禁锢D.揭示了时间和空间的本质属性答案B解析材料信息反映的是量子论。量子论使人类对微观世界的基本认识取得了革命性进步，弥补了经典力学在认识微观世界方面的不足。故选B项。牛顿的经典力学体系对预见物理现象具有决定性意义，排除A项；达尔文的生物进化论打破了神学对人们的思想禁锢，排除C项；爱因斯坦的相对论揭示了时间和空间的本质属性，排除D项。5.2017年10月16日，全球多国科学家同步举行新闻发布会，宣布人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波，引力波被认为是时空弯曲的一种效应，这种弯曲是因为质量的存在而导致。下列科学家的理论与之直接相关的是()A.伽利略B.牛顿C.普朗克D.爱因斯坦答案D解析依据所学知识可知，材料信息“引力波被认为是时空弯曲的一种效应，这种弯曲是因为质量的存在而导致”和爱因斯坦的广义相对论密切相关，故D项正确。伽利略发现了自由落体定律，和材料无关，故A项错误；牛顿确立了牛顿力学体系，故B项错误；普朗克提出了量子论，和材料也无关，故C项错误。