PAGEPAGE1第11課物理學的重大進展[學習目標]1．了解經典力學的主要內容，相識其在近代自然科學理論發(fā)展中的歷史地位。2.概述伽利略、牛頓對經典力學作出的貢獻，理解近代科學的特點。3.簡述相對論和量子論的內容，相識其意義。4.比較經典力學與相對論，相識其區(qū)分與聯(lián)系。一、經典力學1．背景：文藝復興運動不僅解放了人們的思想，也對科學探討產生了重要影響。2．歷程(1)伽利略：發(fā)覺自由落體定律等物理學定律，開創(chuàng)了以試驗事實為依據并具有嚴密邏輯體系的近代科學，為經典力學的建立奠定了基礎。(2)牛頓：1687年，出版《自然哲學的數學原理》，提出物體運動三大定律和萬有引力定律，形成了以試驗為基礎、以數學為表達形式的經典力學體系。3．意義(1)這一體系對說明和預見物理現(xiàn)象，具有確定性意義。(2)依據萬有引力定律，人們發(fā)覺了海王星等。二、相對論的創(chuàng)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(zhàn)。2．創(chuàng)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，即會發(fā)生尺縮效應和鐘慢效應。(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(tài)。4．意義(1)相對論的提出是物理學領域的一次重大革命。(2)它否定了經典力學的肯定時空觀，深刻地揭示了時間和空間的本質屬性。(3)它發(fā)展了牛頓力學，將其概括在相對論力學之中，推動物理學發(fā)展到一個新的高度。三、量子論的誕生與發(fā)展1．背景(1)19世紀末20世紀初，人們對物質的相識深化到原子內部。(2)試驗表明，微觀的粒子運動不能用經典力學的理論來說明。2．誕生：1900年，德國物理學家普朗克提出量子假說，宣告了量子論的誕生。3．發(fā)展(1)愛因斯坦利用量子理論勝利地說明白光電效應。(2)丹麥物理學家玻爾提出了有關原子的量子理論。(3)20世紀30年頭，量子力學建立起來。4．意義(1)量子論使人類對微觀世界的基本相識取得革命性的進步，成為20世紀最深刻、最有成就的科學理論之一。(2)量子論與相對論一起，構成了現(xiàn)代物理學的基礎，彌補了經典力學在相識宏觀世界和微觀世界方面的不足。(3)量子論與相對論的提出，開闊了人們的視野，變更了人們相識世界的角度和方式。[辨析]伽利略發(fā)覺的自由落體定律不是近代科學形成的標記。伽利略發(fā)覺的自由落體定律等物理學定律，開創(chuàng)了近代科學，為經典力學的創(chuàng)立奠定了基礎；牛頓力學體系的建立是近代科學形成的標記。[點撥]經典力學體現(xiàn)了近代科學的顯著特征：一是留意試驗；另一個是數學化。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先驅們深信不疑的真理。[辨析]愛因斯坦的相對論并非全面否定了牛頓力學體系。愛因斯坦的相對論只是否定了牛頓力學體系的肯定時空觀，并沒有否定整個牛頓力學體系。牛頓力學是相對論力學在低速狀態(tài)下的一個特例。牛頓力學是整個力學的基礎，至今仍指導著物理學的發(fā)展。相對論反映的是物體高速運動的客觀規(guī)律，是對牛頓力學的繼承和進一步發(fā)展。[思索]這一發(fā)覺成為20世紀物理學探討的基礎，從那個時候起幾乎完全確定了物理學的發(fā)展。要是沒有這一發(fā)覺，那就不行能建立起分子、原子以及支配它們變更的能量過程的有用理論。——《諾貝爾物理獎獲得者》材料所述“這一發(fā)覺”指的是什么？“這一發(fā)覺”對物理學領域產生了什么影響？提示：發(fā)覺：量子理論。影響：量子理論從根本上變更了近代物理學中的傳統(tǒng)觀念，指導人們向物質運動的各個層面進行深化探討，使物理學乃至整個自然科學的觀念都發(fā)生了重大變革。[闡釋]量子理論及在此基礎上發(fā)展起來的量子力學，極大地促進了原子物理、固體物理、原子核物理等學科的發(fā)展，標記著人類對客觀世界的相識起先從宏觀世界深化到微觀世界，開創(chuàng)了物理學的新紀元。主題一經典力學的特征和意義[核心必記]1．特征(1)留意試驗，試驗可以進一步揭示客觀現(xiàn)象和過程之間內在的邏輯聯(lián)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(fā)展所揭示的是人們沒有干脆閱歷的微觀現(xiàn)象，表明人們對物質世界的相識在不斷深化。2．意義(1)自然科學角度①把自然界中力學現(xiàn)象囊括在同一體系中，是人類相識自然歷史上對自然規(guī)律的第一次總結與概括。②有助于人類說明和預見物理現(xiàn)象，是經典物理學、天文學、現(xiàn)代工程力學等的理論基礎。③標記著近代科學的形成和人類科學時代的起先。(2)生產力和社會發(fā)展角度：引發(fā)了第一次工業(yè)革命，使人類進入蒸汽時代。(3)哲學角度①打擊了神學，促進了人類思想的進一步解放。②為法國啟蒙思想和唯物主義哲學奠定了科學基礎。[史料印證]材料一牛頓以其超群的數學才能提出了①萬有引力定律……牛頓是第一個勝利地運用公式清晰的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……而聞名的牛頓力學、拉格朗日力學、哈密頓力學三大獨立力學體系也是建立在三個獨立的數學模型之上，它們都具有普遍的適用范圍。——《經典力學建立與數學模型關系之探究》①是物體(質點)間由于它們的引力質量而引起的相互吸引力所遵循的規(guī)律。材料一說明白牛頓力學體系的一個顯著特征：數學化，即以數學為表達形式。材料二正如伏爾泰所說的，“整個自然界、全部行星竟會聽從永恒的法則……這是特別奇異的”。找尋確定人類事物的這些永恒法則，是法國革命之前的所謂的啟蒙運動的實質。——斯塔夫里阿諾斯《全球通史》思索：伏爾泰所說的“永恒的法則”是指什么？依據材料二并結合所學學問，分析牛頓經典力學對啟蒙運動產生的影響。提示：牛頓的萬有引力定律。影響：既然自然界存在著“規(guī)律和法則”，那么人類社會也應當有類似的規(guī)律和法則。受此啟發(fā)，啟蒙思想家起先對人類社會發(fā)展規(guī)律進行探究。牛頓經典力學為啟蒙思想家探究人類社會的法則供應了科學理論依據。主題二量子論和相對論的地位和影響[核心必記]1．地位：量子論和相對論一起構成了現(xiàn)代物理學的基礎。它們不僅對物理學本身，對自然科學，對整個人類的生活、思維都產生了不行磨滅的影響。2．影響(1)量子論是探討微觀世界粒子運動規(guī)律的科學理論。量子論對化學、生物學、醫(yī)學、考古學、古生物學和地質學等學科領域都產生了重大影響，帶來了很多劃時代的技術創(chuàng)新，使人類對微觀世界的相識有了革命性的進步。(2)相對論指出了時間、空間和物體的質量不是肯定不變的，而是隨著物體的運動而發(fā)生變更，打破了傳統(tǒng)的肯定時空觀；相對論發(fā)展了牛頓力學，將牛頓力學概括在相對論力學之中，推動物理學發(fā)展到一個新的高度；相對論打破了經典物理學的肯定化思維，為人們供應了辯證地看待世界的途徑。(3)量子論和相對論彌補了經典物理學的缺陷，掀起了物理學的革命，構成了現(xiàn)代物理學的基本理論框架。[史料印證]材料一阿爾伯特·愛因斯坦的相對論產生了重大影響，該理論表明宇宙有一個空間和時間的結構。依據這一理論，將時間和空間說成是肯定的是沒有意義的……對于測量者來說，空間和時間是相對的。對于門外漢來說，這些觀點通常用不能理解的數學公式說明，這表明科學已經達到了能夠被人類所知的界限。——杰里·本特利《新全球史》材料一說明，愛因斯坦提出相對論，主見時間和空間是相對的，這就打破了牛頓經典力學的肯定時空觀。表明科學達到了能夠被人類所知的界限。材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。此外還必需假設，每個電子在離開物體時還必需為它脫離物體做肯定量的功P(這是物體的特性值——即逸出功)。那些表面上朝著垂直方向被激發(fā)的電子，將以最大法線速度離開物體。——《愛因斯坦文集》思索：依據材料二分析，愛因斯坦這一探討的理論基礎是什么？為什么說相對論和量子論使人類對自然世界的探究又躍上了一個新的高度？提示：理論基礎：量子論的誕生。緣由：相對論和量子論彌補了經典力學在相識宏觀世界和微觀世界方面的不足，開闊了人們的視野，變更了人們相識世界的角度和方式。[隨堂達標驗收]題組一經典力學1．“18世紀沒有跟著以往的哲學學說中的那種思維方式亦步亦趨；相反，它依據當時自然科學的榜樣和模式樹立了自己的志向”。這個“自然科學的榜樣和模式”指()A．哥白尼的日心說B．伽利略的試驗科學C．牛頓力學體系D．瓦特改良蒸汽機解析：選C哥白尼日心說的提出突破了地心說，是人類相識自然界的進步，但不是真正科學的理論，故A項錯誤；伽利略的試驗科學推動物理起先走上科學的道路，故B項錯誤；牛頓力學體系標記著近代科學形成和人類科學時代的起先，故C項正確；瓦特改良蒸汽機屬于技術革新層面，故D項錯誤。2．假如學者斯塔夫里阿諾斯真的能夠棲身月球觀看17世紀晚期人類歷史演進的劇目，那么他在1687年能看到的精彩一幕是()A．克隆普頓獨創(chuàng)了騾機B．英荷兩國之間爆發(fā)第一次斗爭C．英國議會通過《權利法案》D．牛頓出版《自然哲學的數學原理》解析：選D騾機于1779年由英國工人克隆普頓獨創(chuàng)，故A項錯誤；1652年英荷之間爆發(fā)第一次斗爭，故B項錯誤；1689年，英國議會通過《權利法案》，故C項錯誤；1687年，牛頓出版《自然哲學的數學原理》，故D項正確。3．“地心引力不再被看作是一種魔幻或神奇的力氣，而成了全知全能的創(chuàng)建者的卓越獨創(chuàng)，通過單一的法則，使各種潮汐、衛(wèi)星、行星和全部地球上的生命得以各安其所。”文中的“法則”指()A．狹義相對論B．萬有引力定律C．量子論D．廣義相對論解析：選B依據材料信息“地心引力……通過單一的法則，使各種潮汐、衛(wèi)星、行星和全部地球上的生命得以各安其所”，符合牛頓萬有引力定律的特點，B項正確。題組二相對論的創(chuàng)立4．德國科學家基爾霍夫(1824～1887)曾說：“(現(xiàn)在的)物理學已經無所作為，往后無非在已知規(guī)律的小數點后面加上幾個數字而已。”能證明這一說法錯誤的物理學成就是()A．經典力學體系B．電力的廣泛應用C．相對論的提出D．自由落體運動解析：選C20世紀初愛因斯坦提出相對論，解決了牛頓力學體系不能解決的問題，并不是只在物理學“已知規(guī)律的小數點后面加上幾個數字”，答案為C。5．如圖反映的是20世紀一項宏大的科學理論，該理論()A．是探討宏觀物體低速運動的客觀規(guī)律B．構成了近代物理學的基本理論框架C．完成人類對自然界相識史上的第一次理論大綜合D．第一次闡述了四維時空和物質分布相聯(lián)系的思想解析：選D材料反映的是相對論，反映宏觀物體低速運動規(guī)律的是牛頓經典力學，故A項錯誤；相對論奠定了現(xiàn)代物理學的基礎，故B項錯誤；牛頓完成人類對自然界相識史上的第一次理論大綜合，故C項錯誤；依據材料“實際位置”“相對位置”，可推斷是愛因斯坦的相對論，故D項正確。題組三量子論的誕生6．19世紀末，試驗物理發(fā)覺了一些用經典物理無法說明的新現(xiàn)象，如黑體輻射……普朗克在維恩、瑞利探討熱輻射的基礎上提出了自己的輻射定律，創(chuàng)立了量子理論。這說明()A．物理學科是一門純試驗科學B．普朗克是德最宏大的科學家C．量子理論產生是歷史的必定D．量子論開啟物理學的新紀元解析：選C量子論是在普朗克大量試驗以及前人探討基礎上提出的理論，故C項正確。7．英國物理學家秦斯說：“物質的基本粒子其運動不像是鐵道上平滑走過的火車，而像是田野中跳動的袋鼠。”該理論()A．挑戰(zhàn)封建神創(chuàng)說B．揭示宇宙運行規(guī)律C．否定經典力學肯定時空觀D．深化微觀世界相識解析：選D19世紀末20世紀初，人們對物質的相識深化到了原子內部，大量的試驗表明，微觀的粒子運動不能用經典力學的理論來說明，而材料中秦斯的觀點則深化了人們對微觀世界的相識，故D項正確。8．“這一發(fā)覺成為20世紀物理學探討的基礎，從那個時候起幾乎完全確定了物理學的發(fā)展。要是沒有這一發(fā)覺，那就不行能建立起分子、原子以及支配它們變更的能量過程的有用理論。”下列有關“這一發(fā)覺”表述正確的是()A．是現(xiàn)代物理學的基礎之一B．揭示了時間和空間的本質屬性C．證明白力是變更物體運動的緣由D．促進了人們深化相識宏觀世界解析：選A解題的關鍵在于理解材料，從“要是沒有這一發(fā)覺，那就不行能建立起分子、原子以及支配它們變更的能量過程的有用理論”這一關鍵信息可知該發(fā)覺是微觀物理學的量子力學，它與相對論一起，構成現(xiàn)代物理學的基礎，故A項正確。B項是相對論，解除；C項是經典力學的內容，解除；量子論是解決微觀物理學難題的科學理論，解除D項。[課下實力提升十一](時間：30分鐘滿分：50分)一、選擇題(每小題4分，共32分)1．哥白尼的《天體運行論》于1543年出版后，很少引起人們的留意。后因布魯諾和伽利略依據該書公開宣揚日心說，危及教會統(tǒng)治，羅馬教廷在1616年把《天體運行論》列為禁書。這主要說明白()A．近代科學發(fā)展排斥了宗教B．專制權力是科學發(fā)展的桎梏C．哥白尼與羅馬教廷宇宙觀不同D．《天體運行論》缺乏科學依據解析：選B羅馬教廷將《天體運行論》列為禁書，說明宗教專制制約了科學的發(fā)展，故B項正確。2．“這部巨著表明，一切能夠計時與測量的運動，無論是在地球上的或是在太陽系內的，都可用相同的數學公式來加以描述。”這部巨著的產生()A．能精確算出地球的平均密度和扁平率B．揭示了時間與空間的本質屬性C．人類對微觀世界的基本相識取得了革命性進步D．構成了現(xiàn)代物理學的基本理論框架解析：選A依據“無論是在地球上的或是在太陽系內的，都可用相同的數學公式來加以描述”并結合所學學問可推斷這部巨著是牛頓的《自然哲學的數學原理》。牛頓在《自然哲學的數學原理》這部巨著中提出了物體運動的三大定律和萬有引力定律等，能精確算出地球的平均密度和扁平率，故A項正確；愛因斯坦的相對論揭示了時間與空間的本質屬性，故B項錯誤；量子論使人類對微觀世界的基本相識取得了革命性進步，故C項錯誤；量子論與相對論構成了現(xiàn)代物理學的基本理論框架，故D項錯誤。3．伏爾泰認為：“1660年以來英國人幾乎在各方面都比過去任何時期更快向完備之境前進。人們對政治問題不感愛好，只間或談起克倫威爾，不再提白玫瑰斗爭，然而卻長年累月地探討牛頓學說。”伏爾泰認為()A．政治革命促進了科學革命發(fā)生B．科學革命比政治革命更重要C．啟迪民智是一個艱難的過程D．重視科學是英國勝利的重要因素解析：選D材料中伏爾泰認為相比政治革命，英國人更加關注牛頓力學帶來的科學革命，可見重視科學是英國勝利的重要因素，故D項正確。4．鐘慢效應是指“運動的鐘比靜止的鐘走得慢，而且，運動速度越快，鐘走得越慢，接近光速時，鐘就幾乎停止了”。由此可知，“鐘慢效應”理論()A．科學地說明白萬有引力的存在B．是對自由落體理論的新發(fā)展C．奠定了光電效應的理論基礎D．顛覆了人們傳統(tǒng)的時空觀念解析：選D依據材料“運動的鐘比靜止的鐘走得慢，而且，運動速度越快，鐘走得越慢，接近光速時，鐘就幾乎停止了”，揭示了時間、空間、速度、質量間的相對關系，顛覆了人們傳統(tǒng)的肯定時空觀，故D項正確。5．“這種革命不是伽利略物理學對亞里士多德物理學的那種以否定為主并最終取而代之的革命。”“任何一個更為普遍的理論，都應當將從前所應用的、并在廣闊范圍內所證明的理論作為一個局部狀況，包含在本身之中。”上述評論的科學理論()A．是對經典力學的徹底否定B．沖擊了封建神學統(tǒng)治C．拓寬了探討世界的視角D．從微觀視角探討世界解析：選C材料中“都應當將從前所應用的、并在廣闊范圍內所證明的理論作為一個局部狀況，包含在本身之中”，這里評論的是愛因斯坦提出的相對論發(fā)展了牛頓力學，并將其概括在相對論力學之中，它拓寬了探討世界的視角，故C項正確。6．上海世博園以色列館的鎮(zhèn)館之寶是一位與以色列淵源頗深的大師的手稿，曾有一位以色列官員在參觀該館時還闡述了自己對于手稿上一個公式的全新理解，他說：“E代表了能源，M則為大批量的制造業(yè)，C就是創(chuàng)建和才智。”材料中“大師”的主要貢獻是()A．認為外力只是變更運動狀態(tài)的緣由B．科學分析了資本主義社會的基本沖突C．正確揭示了時間和空間的本質屬性D．發(fā)覺了能量輻射的運動原則及其規(guī)律解析：選C愛因斯坦提出了聞名的公式：E＝mc2，所以材料中的大師是愛因斯坦，愛因斯坦的相對論正確揭示了時間和空間的本質屬性，故C項正確。7．“它除了應用到原子、分子、原子核、粒子等微觀體系外……也說明白為什么有些材料是絕緣體，有些是導體，尤為重要的是，說明白為什么某些材料是半導體。”這里的“它”應當是()A．自由落體定律B．萬有引力定律C．相對論D．量子理論解析：選D量子理論說明白微觀物質世界的運動規(guī)律，與題干材料信息相符，故選D項。8．一位科學家由于對能的性質所做的革命性的發(fā)覺而被授予諾貝爾獎，他對科學的重大貢獻是()A．揭示了電、磁現(xiàn)象之間的相互聯(lián)系B．提出“物競天擇，適者生存，自然選擇”的理論C．提出輻射是以肯定數量值的整數倍跳動式變更的D．提出時間和空間的“鐘慢效應”和“尺縮效應”解析：選C依據材料中“對能的性質所做的革命性的發(fā)覺”的信息可推斷該科學家為普朗克。A項反映的是法拉第發(fā)覺的電磁感應現(xiàn)象，錯誤；B項是達爾文的進化論，錯誤；C項是普朗克的量子假說，符合題意；D項是愛因斯坦的狹義相對論，錯誤。二、非選擇題(18分)9．閱讀下列材料，完成問題。材料一伽利略發(fā)覺運動中的物體若無肯定的外力使它轉向，便作勻速直線運動。這一發(fā)覺要求人們必需能說明：為什么行星不以直線飛離，而趨于落向太陽，