专题七: 近代以来世界的科学历程
班级：高二（ ） 姓名
一 近代物理学的奠基人和革命者
一、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。
二、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、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。
三、重难点
教学重点：伽利略对物理学发展的重大贡献；牛顿经典力学的建立；量子论的诞生；相对论的提出。
教学难点：如何理解物理学各阶段发展的原因？
四、知识结构：
㈠牛顿力学体系
1、牛顿力学产生前的学说
（1）亚里士多德的学说
（2）伽利略的贡献
2、牛顿力学体系
（1）产生过程
（2）基本理论（牛顿力学三定律、万有引力定律）
（3）影响意义
（二）量子力学
1、背景
2、量子理论（诞生、发展、意义）
（三）相对论
1、提出
2、主要内容
3、意义
五、自主学习：
㈠巨人肩上的思索
17世纪末，英国科学家牛顿提出了著名的三大定律：即 、 和 ，它们构成了近代 体系的基础，成为整个近代物理学的重要支柱。牛顿还以独特的思考方式，从研究地球对月球的引力入手，成功地导出了 。
㈡认识史上的飞跃
牛顿的力学体系对自然界的 做了系统，合理的说明。完成了人类对自然界认识史上的
。
根据万有引力定律，人们准确算出了 和 ，正确地解释了 。
的发现体现了自然科学具有 和 。
㈢驱走乌云的太阳
19世纪末，物理学界的重大研究课题是黑体辐射问题；1879年，奥地利物理学家 通过实验发现了黑体辐射的总能量与其温度之间的定量关系；1900年，德国物理学家 提出了著名的量子概念，并加以阐述，他在《 》中阐述了自己的思想，标志着量子理论的诞生。
1905年，德国科学家 ，把普朗克的量子理论推广到光学中，得出了光具有波粒二象性的结论。
㈣爱因斯坦的“时空”
1905年，爱因斯坦发表了《 》，创立了 。1916年，爱因斯坦又把适用于匀速运动体系的狭义相对论，推广到加速运动的参考系，建立了 。广义相对论第一次阐述了和物质的分布相联系的重要思想。相对论同 一起构成了现代物理学的基本理论框架。
六、重点分析：
1、17-20世纪自然科学发展的原因
这一时期，人类历史处于大变动时期，资本主义在全世界确立并得到迅速发展，资本主义工业和商品经济的发展为近代自然科学的发展奠定了物质基础并成为主要动力。文艺复兴和宗教改革以前面向世界，重视实践和理性的风气，促进了科学的发展。一批优秀科学家实践和刻苦钻研，也促进了科学的发展。
2、牛顿力学体系建立的巨大意义
1687年，牛顿发表了《自然哲学的数学原理》，把物体的运动规律概括为运动三大定律和万有引力定律，由此建立起一个完整的力学理论体系，即牛顿力学体系。
牛顿力学体系正确反映了宏观物体低速运动的客观规律，把过去一向认为是截然无关的物体运动规律概括在一个统一理论中，实现了自然科学的第一次理论性的大综合，这是人类对自然界认识的一个飞跃。牛顿力学是整个力学和天文学的基础，也是现代一切机械、土木建筑、交通运输等工程技术的理论基础。
3、量子理论的诞生和发展
1900年，德国物理学学普朗克提出量子假说，这个假说宣告了量子理论的诞生。量子理论的出现曾遭到许多物理学家的反对。首先意识到量子概念的普遍意义，并将它运用到其他问题上的是爱因斯坦。后来有人又提出氩原子结构以后，利用量子理论成功地解释了光电效应出现的现象及光的本质，进一步推动了量子理论的发展。
4、物理学大发展导致科学革命
20世纪物理学的大发展对世界各方面和领域都产生了革命性影响，主要表现在三个方面：一是对其他学科的影响，包括对既有学科的影响，如物理学、生物学、化学向纵深拓展；还包括在它的影响下出现了一些新的学科，如核物理、离子化学、纳米科学、激光科学、高能物理学等。二是理论突破对科学技术和生产力产生巨大的推动作用。理论上的突破创新很快发展为新兴的科学技术，转化为现实的生产力，如半导体、集成电路、激光、核电站、计算机技术、转基因食品等，推动了第三次工业革命的浪潮。三是对哲学的影响。现代物理学向人们展示了与传统观念完全不同的时空，并大大拓展了人类的认识领域和范围，彻底改变了人们的时空观念和认识论、方法论，打破了同时性等僵化观念。分析哲学在西方影响最广，以至一些西方哲学家称20世纪为“分析的时代”，而“分析哲学是在19世纪末20世纪初自然科学的伟大革命……的推动下产生的”。这其中，重要的是以相对论和量子力学为代表的物理学革命。
七、巩固练习
一、选择题
1、实现了自然科学第一次理论性大综合的是
A、合维的血液循环学说 B、法拉第的电磁感应理论
C、牛顿的经典力学体系 D、爱因斯坦的相对论
2、与爱因斯坦创立的理论最早有直接联系的是
A、美国爆炸原子弹 B、苏联人造卫星上天
C、激光器的发明 D、晶体管问世
3、20世纪物理学思想的一次重大革命是
A、万有引力定律提出 B、放射现象发现
C、镭的发现 D、相对论的提出
4、爱因斯坦的相对论与牛顿力学体系的关系是
A、完全继承 B、完全否定 C、有否定，有发展 D、没有任何关系
5、爱因斯坦创立的相对论力学与牛顿力学的关系，比较准确的说法是
A、前者否定了后者 B、前者概括了后者 C、前者发展了后者 D、前者融化了后者
6、牛顿力学体系建立的巨大意义是
①实现了对自然规律的第一次理论性概括和综合 ②近代科学形成的标志
③使人类获得了用理性解决所有问题的自信 ④物理学思想性的一场重大革命
A、①② B、②③ C、①②④ D、①②③④
7、牛顿对自然科学的贡献有
①提出物体机械运动三大定律 ②提出万有引力定律
③实现形与数的结合 ④建立微积分
A、①②③④ B、①②③ C、①②④ D、②③④
8、物理学相对论的主要内容不包括
A、时间和空间是绝对不变的 B、时间和空间随着物质的运动而变化
C、物质质量随着运动速度变化而变化 D、质量和能量是可以相互转化的
9、对牛顿力学体系的表述，不正确的一项是
A、其内容就是物体机械运动的三大定律 B、把天上和地上的物体运动概括在一个理论之中
C、是人类对自然规律的一次理论性的概括和综合 D、牛顿力学体系的建立是近代科学形成的标志
10、17世纪牛顿力学体系产生的原因
A、资本主义生产的迅速发展对科学提出了迫切要求
B、伽利略等人的研究已有相当坚实的基础
C、牛顿个人具有的伟大天才和所作出的巨大努力
D、同时代的众多著名科学家的协同一致通力合作
11、爱因斯坦对物理学的重大贡献是
A、否定了牛顿的力学原理 B、主要解释宏观世界不同运动状态的物质
C、揭示了时间、空间并非绝对不变的属性
D、他的理论相对于人们的日常经验不会发生冲突
12、量子力学建立的基础是①普朗克的量子理论②爱因斯坦的光量子理论③德布罗意的物质波理论
A、①② B、①③ C、②③ D、①②③
13、现代物理学的两大基础是①牛顿的经典力学②量子理论③相对论④天体物理学
A、①② B、②③ C、①③ D、①④
14.下列物理学理论提出的先后顺序是①相对论②牛顿力学③量子理论
A、①②③ B、②③① C、②①③ D、①③②
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二、问答题
15、19世纪末，面对经典物理学近乎完美的发展，有的物理学家表示：“19世纪已经将物理大厦全部建成，今后物理学家只是修饰和完美这座大厦。”
请回答：这种想法对物理学及科学的发展会有什么影响？
八、学习探究
1、“地心说”反映了神学观；“日心说”客观地揭示了地球、行星和太阳的关系，推翻了上帝创造世界的谬论，使自然科学从神学束缚中解放出来。今天已不主张“日心说”，因为宇宙是无限的，银河系是其一部分。
2、牛顿力学体系对自然界力学现象作出了系统的、合理的说明，它提出了物体机械运动的三大定律和万有引力定律。这些定律构成一个统一的体系，把天上和地上的物体运动概括在一个理论之中。从此，它把神从无生命领域驱逐了出去，使科学摆脱了神学的束缚。因此，人们把牛顿力学体系的建立作为近代科学形成的标志。这是在人类认识史上对自然规律的第一次理论概括和综合。理论的威力在于预见和指导，根据万有引力定律，人们准确地算出地球的平均密度和扁平率，正确地解释了潮汐的成因。根据这一定律，人们还发现了海王星，冥王星也是在类似情况下发生的。
3、爱因斯坦打破了牛顿以来传统的绝对时空观，于1905年提出了狭义相对论和光速不变原理，1916年完成广义相对论的最终形式。爱因斯坦的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高度。
九、资料卡片
1、伽利略
伽利略（1564—1642），伟大的意大利物理学家和天文学家，科学革命的先驱。他首先在科学实验的基础上融会贯通了数学、物理学和天文学三门知识，扩大、加深并改变了人类对物质运动和宇宙的认识。为了传播和证实哥白尼的日心说，他奉献了毕业精力，由此晚年受到教会的迫害，并被终身监禁。他以系统的实验和观察推翻了以亚里士多德为代表的、纯属思辨的传统的自然观，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。因此，他被称为“近代科学之你”。他的工作为牛顿的理论体系的建立奠定了基础。他倡导数学与实验相结合的研究方法，进行物理学概念和原理的创新，提出惯性原理和力与加速度的新概念；发现了单摆周期性；研制了几种基本的物理实验仪器：浮力天平、温度计、望远镜等。他在人类思想解放和文明发展的过程中作出了划时代的贡献。1979天主教教皇约翰·保罗二世代表罗马教廷为伽利略公开平反昭雪，认为教廷在300多年前迫害他是严重的错误。这表明教廷最终承认了伽利略的主张——宗教不应该干预科学。
2、万有引力定律
物理间由于质量而引起的相互吸引的基本规律。牛顿根据开普勒定律和伽利略的自由落体定律，经过长期研究发现：自然界中任何两个物理之间存在着一种相互的引力，称为万有引力。1687年牛顿发表了万有引力定律：自然界中任何两个质点都以一定的力互相吸引着，这个力同两个质点的质量积成正比，同它们之间的距离的二次方成反比。万有引力定律的提出奠定了天体力学的基础，提示了天体运行的基本规律，是现代人造卫星和人造行星理论的先声。根据万有引力定律，1846年天文学家发现了海王星。
3、普朗克
普朗克（1858—1947），伟大的德国物理学家，量子论的奠基人。1874年进入慕尼黑大学学习，1879年在慕尼黑大学获博士学位。1897年至1899年他发现了总题目为《论不可逆的辐射过程》的5篇论文。1900年在黑体研究中引入能量子概念，提出普朗克公式和普朗克假设。由于这一发现对物理学的发展作出的贡献而获得1918年诺贝尔物理学奖。他还是首先支持爱因斯坦狭义相对论的物理学家。代表作有《热辐射理论》、5卷本的《理论物理学导论》等。
4、波粒二象性
微观粒子的普遍属性。光和粒子都具有波动性和微粒性这两重属性。早在17世纪就已经发现了光的波动性。光的干涉和衍射现象以及光的电磁理论从实验和理论两方面肯定了这一点。20世纪初所发现的黑体辐射、光电效应等现象揭示了光还具有微粒性。第一个完全肯定光除了波动性之外还有微粒性的是爱因斯坦。1927年被科学家用实验证实。由于微观粒子具有波粒二象性，微观粒子所遵循的运动规律就不同于宏观物体的运动规律。描述微观粒子运动规律的量子力学也就不同于描述宏观物体运动规律的经典力学。
5、爱因斯坦的《论动体的电动力学》
1905年爱因斯坦写的开创物理学新纪元的长篇论文，文中完整地提出狭义相对性理论。这是他十年酝酿和探索的结果，在很大程度上解决了当时出现的古典物理学的危机，推动了整个物理学理论的革命。他从自然界统一性的信念出发，考察了这样的问题：牛顿力学领域中普遍成立的相对性原理（力学定律对于任何惯性系是不变的），为什么在电动力学中却不成立？而根据法拉第电磁感应实验，这种不统一性显然不是现象所固有的，问题一定出在古典物理理论基础。对牛顿的绝对空间与绝对时间概念的批判，从考察两个在空间上分隔开的事件的“同时性”问题入手，否定了没有经验根据的绝对同时性，进而否定了绝对时间、绝对空间以及以太的存在，认为传统的空间和时间概念必须加以修改。空间和时间的长度不再是不变的。这种改造实际上是一种推广，是把古典力学作为相对论力学在低速运动时的一种极限情况。这样，力学和电磁学也就在运动学的基础上统一起来。
二、问答题
16、使物理学停滞在经典物理学的水平上，其他科学也裹足不前，对物理学和科学思维方式也是一个极大的束缚。