PAGE第四單元近代以來世界的科學發展歷程第11課物理學的重大進展學習目標時空坐標1.通過經典力學產生的背景和主要內容,相識其在近代自然科學理論發展中的歷史地位。2.知道相對論誕生的背景,了解其主要內容及其對物理學的影響,相識相對論和經典力學的關系。3.駕馭量子論的誕生及發展歷程,相識其對物理學的影響。必備學問·自主學習一、經典力學1.背景:文藝復興運動解放了人們的思想,對科學探討產生了重要影響。2.歷程:3.意義:(1)這一體系對說明和預見物理現象,具有確定性意義。(2)依據萬有引力定律,人們發覺了海王星等。二、相對論的創立1.背景:19世紀,隨著物理學探討的進展,經典力學面臨著挑戰。2.創立:20世紀初的德國物理學家愛因斯坦提出。3.內容:(1)狹義相對論:物體運動時,質量會隨著物體運動速度增大而增加,同時,空間和時間也會隨著物體運動速度的變更而變更。(2)廣義相對論:空間和時間的性質不僅取決于物質的運動狀況,也取決于物質本身的分布狀態。三、量子論的誕生與發展1.背景:(1)19世紀末20世紀初,人們對物質的相識深化到了原子內部。(2)微觀的粒子運動不能用經典力學的理論來說明。2.過程:國家人物貢獻結果德國普朗克1900年,提出量子假說,這一假說宣告了量子論的誕生20世紀30年頭,量子力學建立起來德國愛因斯坦利用量子理論勝利說明光電效應丹麥玻爾提出有關原子的量子理論·【核心概念】經典力學經典力學是力學的一個分支。經典力學是以牛頓運動定律為基礎,在宏觀世界和低速狀態下,探討物體運動的基要學術,主要內容包括物體運動三大定律和萬有引力定律。·【易錯點撥】自由落體定律≠近代科學形成的標記(1)伽利略發覺的自由落體定律等物理學定律,開創了近代科學,為經典力學的創立和發展奠定了基礎。(2)形成了以試驗為基礎、以數學為表達形式的牛頓力學體系,這是人類對自然規律進行的第一次理論性的概括和總結,是近代科學形成的標記。·【情境思索】右圖是關于愛因斯坦和牛頓的漫畫。思索:漫畫反映了愛因斯坦的相對論和牛頓經典力學的關系是怎樣的?(歷史說明)提示:愛因斯坦的相對論發展了牛頓力學,但否定了經典力學的肯定時空觀。·【易錯點撥】量子假說≠量子力學1900年,為解決熱輻射理論上的疑點,普朗克提出了量子假說。但這并不是量子力學的全部,繼普朗克的量子假說之后,愛因斯坦利用量子理論勝利地說明了光電效應,丹麥物理學家玻爾提出了有關原子的量子理論。20世紀30年頭探討微觀粒子運動規律的量子力學建立起來。·【圖解識記】物理學的發展關鍵實力·素養探究主題一經典力學一、經典力學的特點(1)注意試驗,試驗可以進一步揭示客觀現象和過程之間內在的邏輯聯系,并由此得出重要的結論。(2)數學化,這種數學化的根源是自然內在的數學關系。自然的數學結構是近代科學的先驅們深信不疑的真理。(3)探討人們日常生活中易于理解的宏觀世界。后來科學發展所揭示的是人們沒有干脆閱歷的微觀現象,表明人們對物質世界的相識在不斷深化。二、經典力學的歷史影響(1)把自然界中一切力學現象囊括在力學體系中,成為人類在相識自然的過程中對自然規律的第一次總結與概括。(2)形成以試驗為基礎、以數學為表達形式的牛頓力學體系,即經典力學體系,標記著近代科學的形成和人類科學時代的起先。(3)牛頓力學和熱力學引發了第一次工業革命,使人類社會進入“蒸汽時代”。(4)牛頓用數學方法精確描述宇宙運行的自然法則,為法國啟蒙思想和唯物主義哲學奠定了科學基礎,打擊了神學,促使人類思想不斷解放。三、近代科技產生和發展的緣由經濟商品經濟的發展和資本主義生產關系的產生、發展政治資產階級民主政治的建立,為近代科技供應了自由發展的空間思想思想的解放為近代科技的發展打破了精神枷鎖。文藝復興、宗教改革和啟蒙運動都為近代科技的進一步發展創建了條件精神面對現實,重視試驗,崇尚理性的科研精神主觀科學家大無畏地追求真理的科學精神成為重要因素1.背景。史料據說,伽利略在比薩斜塔上做了“兩個質量不同的鐵球同時落地”的聞名試驗,從今推翻了亞里士多德“物體落下的速度和重量成正比”的學說,訂正了這個持續了1900多年的錯誤結論。思索:據史料指出伽利略在科學探討上的主要貢獻。有何意義?(歷史說明)提示:貢獻:通過試驗,他發覺了自由落體定律等物理學定律,開創了以試驗事實為依據并具有嚴密邏輯體系的近代科學。意義:為牛頓經典力學的創立和發展奠定了基礎。2.特點。史料牛頓以其超群的數學才能提出了萬有引力定律……牛頓是第一個勝利地運用公式清晰表述力學體系公理的人。假如說牛頓是站在巨人的肩膀上,那么讓他勝利地站到巨人肩上的階梯就是數學工具。——《經典力學建立與數學模型關系之探究》思索:據史料概括經典力學的特點。(史料實證)提示:以數學為表達形式。3.影響。史料一啟蒙思想家們信任,假如牛頓可以發覺主宰物質世界的自然法則的話,那么用他的方法,他們也可以發覺主宰人類社會的自然法則。——[美]R.R.帕爾默《現代世界史》史料二“牛頓的宏大工作能被這一理論或者任何別的理論代替。他宏大而明晰的觀念,作為自然哲學領域里整個近代概念結構的基礎,將恒久保持它獨特的意義。”——《巨人百傳叢書——愛因斯坦》思索:據史料一、二歸納經典力學的意義。(唯物史觀)提示:經典力學打擊了神學,促進了人們思想的解放,對人類自身的信念和啟蒙運動產生了主動影響。經典力學體系在自然哲學領域中具有基礎性地位,標記著近代科學的形成。主題二相對論和量子論一、經典力學、量子論和相對論之間的關系(1)經典力學的創立變更了自古以來人們的相識論和方法論,為相對論的提出奠定了基礎。(2)量子論和相對論的提出,彌補了經典力學在相識微觀世界和宏觀世界方面的不足。相對論反映的是物體高速運動的客觀規律,而量子論則是探討微觀世界粒子運動規律的科學。量子論和相對論一起,構成了現代物理學的基礎,開闊了人們的視野,變更了人們相識世界的角度和方式。(3)相對論是對經典力學的繼承和發展,它否定了經典力學的肯定時空觀,但并非全盤否定。經典力學反映的是宏觀物體低速運動的客觀規律,是相對論的一種特例,包含在相對論力學之中。二、相對論和量子論的意義(1)相對論的提出否定了經典力學的肯定時空觀,從本質上修正了由狹隘閱歷建立起來的時空觀,深刻揭示了時間和空間的本質屬性,推動物理學發展到一個新的高度。(2)量子論的形成標記著人類對客觀規律的相識,起先從宏觀世界深化微觀世界。同時在量子論基礎上發展起來的量子力學,極大地促進了原子物理、固體物理和原子核物理等科學的發展。(3)量子論與相對論一起,構成了現代物理學的兩大支柱。量子論和相對論彌補了經典力學的不足,掀起了物理學的革命,構成了現代物理學的基礎。1.背景。史料17世紀牛頓創立的經典力學符合人們的日常閱歷,也被認為是天經地義的。但是到19世紀,物理學遇到了被稱為“晴空上漂移著兩朵烏云”的兩個無法說明的難題,后來這“兩朵烏云”被驅散了。思索:據史料分析相對論和量子論產生的背景。(歷史說明)提示:19世紀,牛頓經典力學無法說明探討中遇到的一些新問題,面臨著挑戰。2.表現。史料一牛頓先生,很愧疚推翻了您的理論,不過您的成就是您那個時代一個人的智力和創建力所能達到的巔峰。但是,當我們對宇宙萬物有了更深化的了解以后,這些觀念將會被一些更抽象的新觀念所取代。——愛因斯坦思索:(1)史料一中愛因斯坦以什么理論“推翻”了牛頓的理論?這一理論是對牛頓力學的完全否定嗎?為什么?(唯物史觀)提示:相對論。不是。相對論只是否定了經典力學的肯定時空觀,它發展了牛頓力學,牛頓力學是相對論力學在低速狀態下的一個特例。史料二能量子鉆進物體的表面層……把它的全部能量賜予了單個電子……一個在物體內部具有動能的電子當它到達物體表面時已經失去了它的一部分能量。……那些表面上朝著垂直方向被激發的電子,將以最大法線速度離開物體。(2)據史料二,分析愛因斯坦這一探討的理論基礎。在這一方面他有何貢獻?(唯物史觀)提示:普朗克1900年提出量子假說,宣告了量子論誕生。貢獻:利用量子理論勝利說明光電效應。3.影響。史料20世紀初,相對論和量子論出現,它們掀起了物理學革命,構成了現代物理學的兩大支柱,并對其他學科產生了歷史性的影響。人類對自然世界的科學探究又躍上了一個新的高度。思索:為什么說相對論和量子論這兩大支柱的形成使“人類對自然世界的科學探究又躍上了一個新的高度”?(歷史說明)提示:愛因斯坦揭示了時間和空間的本質屬性,將牛頓力學概括在相對論力學之中;普朗克的量子論發覺了微觀物質的運動規律。這兩大成就為現代自然科學和技術革命供應了理論基礎。課堂檢測·素養達標1.某英國科學家說:“近代力學體系的全部發展過程……從伽利略起先……跨出了第一步。”伽利略跨出了第一步是指 ()A.利用數學方法描述宇宙B.認為物體因外力而運動C.發覺了自由落體定律D.注意定量試驗探討方法【解析】選C。伽利略發覺了自由落體定律等物理學定律,大大變更了古希臘哲學家亞里士多德以來有關運動的觀念,開創了以試驗事實為依據并具有嚴密邏輯體系的近代科學,故選C。利用數學方法描述宇宙、注意定量試驗探討方法均與牛頓有關,A、D解除;認為物體因外力而運動是亞里士多德的主見,B解除。【深化點撥】16世紀末17世紀初,伽利略的探討奠定了經典力學的基礎,標記著物理學的真正開端。2.(2024·浙江學業考)自然科學理論具有驚人的預見力和巨大的指導意義,近代萬有引力定律的發覺和確立,即是一種證明。若細析之,其作用體現在()①揭示了空間、時間的可變性②精確地算出了地球的平均密度和扁平率③正確地說明了潮汐的成因④發覺、算出并找到海王星的位置A.①②③ B.②③④C.①②④ D.①③④【解析】選B。經典力學認為時間和空間是肯定的;相對論認為時間和空間是相對的、可變的,①錯誤;②③④符合史實且與題意相符,故選B。【補償訓練】近現代科學發軔于經典力學。正是從經典力學起先,人類在思想觀念上才真正走向科學化和現代化。這主要是因為經典力學 ()A.標記著天文學革命的起先B.為海王星的發覺奠定了基礎C.使近代自然科學得以形成D.奠定了工業革命理論基礎【解析】選C。經典力學標記著近代自然科學得以形成,故選C。A是哥白尼的“日心說”,解除;海王星的發覺無法說明經典力學使人類在思想觀念上才真正走向科學化和現代化,解除B;D無法說明牛頓經典力學使人類在思想觀念上才真正走向科學化和現代化,解除。3.(2024·廣東學業考)1919年,出現了世界范圍的“愛因斯坦熱”。美國、英國、法國、日本等國先后邀請愛因斯坦前往講學,中國也有人安排邀請他來華。這一現象的出現是因為他 ()A.提出的相對論是科學領域的重大革命B.提出的量子假說引發科學的重大突破C.提出經典力學標記著近代科學的形成D.研制了原子彈打破國際軍事力氣均衡【解析】選A。20世紀初愛因斯坦提出相對論,推動物理學的發展,故選A。B是普朗克的成就;C是牛頓的成就;D與題干時間“1919年”不符。4.相對論的提出是物理學領域的一場重大革命,主要是因為 ()①否定了經典力學的肯定時空觀②揭示了時間、空間并非肯定不變的本質屬性③打破了經典力學體系的局限性④使人類對客觀世界的相識起先從宏觀世界深化微觀世界A.①②③④ B.①②④C.①③④ D.①②③【解析】選D。相對論揭示了時間與空間并不是不變的本質屬性,它們是相對變動的。相對論揭示了時空本質規律,否定了經典力學的肯定時空觀。相對論打破了經典力學體系的局限,是對經典力學體系的發展。由此可知,①②③正確。量子力學使人類相識世界從宏觀深化微觀,④錯誤,故選D。A、B、C不符合題意,解除。5.(2024·沈陽高二檢測)霍金作為當代最宏大的科學家之一,他將量子論效應引進了黑洞探討。與此同時,量子論的應用越來越深刻影響人們的生活。這說明,量子論 ()A.有力地挑戰了西方的神學創世說B.對世界的相識取得了革命性進步C.彌補經典力學對時空相識的不足D.開創了以試驗事實為依據并具有嚴密邏輯體系的近代科學【解析】選B。量子論揭示了微觀物質世界的基本規律,對整個世界的相識取得了革命性的進步,促進了物理學的發展,故選B;達爾文的生物進化論有力地挑戰了西方的神學創世說,A錯誤;愛因斯坦的相對論彌補經典力學對時空相識的不足,C錯誤;伽利略開創了以試驗事實為依據并具有嚴密邏輯體系的近代科學,D錯誤。【補償訓練】1.(2024·蘇州高二檢測)普朗克年輕時曾向他的老師表示,要獻身于理論物理學。老師勸他說:“年輕人,物理學是一門已經完成了的學科,不會再有多大的發展了,將一生獻給這門學科,太惋惜了。”普朗克打破該看法的成就是()A.萬有引力定律的提出B.量子理論的提出C.電力的獨創與應用D.牛頓力學的提出【解析】選B。普朗克提出量子理論,推動了物理學的進步,使人類對微觀世界的基本相識取得革命性進展。故選B。2.德國物理學家普朗克被授予諾貝爾物理學獎的評語是:“他使人類克服了經典物理學的危機,對微觀世界的基本相識有了革命性的進展。”這是基于()A.經典力學體系的建立 B.進化論的提出C.相對論的提出 D.量子論的提出【解析】選D。普朗克提出了量子論,使人類對微觀世界的基本相識取得革命性的進步,故選D。6.閱讀材料,完成下列要求。材料一當時最好的科學看法,是反對這個新體系(指哥白尼體系)的。羅馬和日內瓦都認為是異端的布魯諾(1548-1600,意大利人)等革命學問分子或許贊成哥白尼的見解,但比較謹慎的哲學家都敬而遠之。布魯諾也信任宇宙是無限的,而星星則散布于無盡的空間里。布魯諾是熱忱的泛神論者,公開地攻擊一切正統的信仰。他受到教會法庭的審判,不是由于他的科學,而是由于他的哲學,由于他熱衷于宗教改革;他于1600年被教廷燒死。——丹皮爾《科學史及其與哲學和宗教的關系》材料二引力波是愛因斯坦廣義相對論所預言的一種以光速傳播的時空波動,是時空曲率的擾動以行進波的形式向外傳遞的一種方式。美國科研人員2016年2月11日宣布,他們利用激光干涉引力波天文臺(LIGO)于去年9雖然引力波在現時段已經被發覺了,但是引力波究竟能多大程度上變更人類的生活,目前還是無法確定的。……LIGO天文臺的執行官萊茲說:“引力波的干脆探測實現了50多年前就設定好了的宏大目標:干脆探測難以捕獲的事物,更好地理解宇宙,以及在愛因斯坦廣義相對論100周年之際完備地續寫愛因斯坦的傳奇。”(1)依據材料一、二并結合所學學問,指出