第11課 物理學(xué)的重大進(jìn)展
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】
1.了解經(jīng)典力學(xué)的主要內(nèi)容，認(rèn)識(shí)其在近代自然科學(xué)理論發(fā)展中的歷史地位。
2.知道相對(duì)論、量子論的主要內(nèi)容，認(rèn)識(shí)其意義。
知識(shí)點(diǎn)一 經(jīng)典力學(xué)
【歷史敘述】
1．背景
(1)________________________運(yùn)動(dòng)不僅解放了人們的思想，也對(duì)科學(xué)研究產(chǎn)生了重要影響。
(2)16世紀(jì)末17世紀(jì)初，伽利略發(fā)現(xiàn)了自由落體定律等物理學(xué)定律，開創(chuàng)了以________________為根據(jù)并具有嚴(yán)密邏輯體系的近代科學(xué)，為后來________________的創(chuàng)立和發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
2．建立
(1)標(biāo)志：1687年，牛頓出版了《______________________________________》一書。
(2)內(nèi)容：物體運(yùn)動(dòng)________________和萬有引力定律等。
(3)特征：①以________為基礎(chǔ)。②以數(shù)學(xué)為表達(dá)形式。
3．意義
經(jīng)典力學(xué)體系對(duì)解釋和預(yù)見物理現(xiàn)象具有決定性意義。后來，根據(jù)________________________，人們發(fā)現(xiàn)了海王星等。
[思維點(diǎn)撥]
1．牛頓力學(xué)體系是人類對(duì)自然規(guī)律進(jìn)行的第一次理論性概括和總結(jié)，它以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)、以數(shù)學(xué)為表達(dá)形式，是近代自然科學(xué)理論體系中最先成熟和完善的核心理論體系。
2．伽利略的杰出成就為牛頓經(jīng)典力學(xué)的創(chuàng)立奠定了基礎(chǔ)，標(biāo)志著物理學(xué)的真正開端；牛頓力學(xué)體系的建立標(biāo)志著近代科學(xué)的形成，是經(jīng)典物理學(xué)的基礎(chǔ)。
[思維點(diǎn)撥]
經(jīng)典力學(xué)體現(xiàn)了近代科學(xué)的顯著特征：一是注重實(shí)驗(yàn)；另一個(gè)是數(shù)學(xué)化。這種數(shù)學(xué)化的根源是自然內(nèi)在的數(shù)學(xué)關(guān)系。自然的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)是近代科學(xué)的先驅(qū)們深信不疑的真理。
【史料實(shí)證】
探究點(diǎn)：近代自然科學(xué)興起與資本主義發(fā)展、思想解放運(yùn)動(dòng)的關(guān)系
材料一 隨著資本主義萌芽的產(chǎn)生與發(fā)展，歐洲掀起了文藝復(fù)興運(yùn)動(dòng)。文藝復(fù)興運(yùn)動(dòng)不僅推動(dòng)了文學(xué)藝術(shù)、思想的繁榮，也推動(dòng)了哥白尼、伽利略、布魯諾等人熱衷于近代天文學(xué)的研究，推動(dòng)牛頓經(jīng)典力學(xué)的誕生。
材料二 歐洲啟蒙思想家受被牛頓證實(shí)的萬有引力定律的影響很大，他們相信不僅存在著控制物質(zhì)世界的自然法則，也存在著控制人類社會(huì)的自然法則……理性被用來檢驗(yàn)一切事物——所有的人、所有的制度、所有的傳統(tǒng)，偉大的啟蒙運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了。
思考 結(jié)合上述材料，分析近代自然科學(xué)的產(chǎn)生與資本主義發(fā)展、思想解放運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。
【史論總結(jié)】
牛頓經(jīng)典力學(xué)體系建立的意義
(1)理論的科學(xué)性和預(yù)見性：19世紀(jì)，人們應(yīng)用牛頓萬有引力定律發(fā)現(xiàn)了海王星。
(2)標(biāo)志著近代科學(xué)的形成：經(jīng)典力學(xué)體系的顯著特征之一是注重實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)可以進(jìn)一步揭示出客觀現(xiàn)象和過程之間內(nèi)在的邏輯關(guān)系，并由此得出重要的結(jié)論。另一個(gè)顯著特征是它的數(shù)學(xué)化，這種數(shù)學(xué)化的根源是自然內(nèi)在的數(shù)學(xué)關(guān)系。
(3)牛頓物體運(yùn)動(dòng)三大定律和萬有引力定律確立后，光學(xué)、電磁學(xué)等與力學(xué)的進(jìn)一步統(tǒng)一，大大推動(dòng)了物理學(xué)的發(fā)展。
答案：知識(shí)點(diǎn)一
歷史敘述
1．(1)文藝復(fù)興 (2)實(shí)驗(yàn)事實(shí) 經(jīng)典力學(xué)
2．(1)自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理 (2)三大定律 (3)①實(shí)驗(yàn)
3．萬有引力定律
【史料實(shí)證】
探究點(diǎn) (1)資本主義生產(chǎn)力的發(fā)展是近代自然科學(xué)產(chǎn)生的社會(huì)前提。
(2)文藝復(fù)興為近代自然科學(xué)的產(chǎn)生奠定了思想基礎(chǔ)；另一方面，以牛頓經(jīng)典力學(xué)為代表的近代自然科學(xué)為啟蒙運(yùn)動(dòng)奠定了科學(xué)基礎(chǔ)。
知識(shí)點(diǎn)二 相對(duì)論的創(chuàng)立
【歷史敘述】
1．背景
19世紀(jì)，隨著物理學(xué)研究的進(jìn)展，________________無法解釋研究中遇到的一些新問題，面臨著挑戰(zhàn)。
2．創(chuàng)立：20世紀(jì)初的德國物理學(xué)家________________提出了相對(duì)論。
3．內(nèi)容
(1)狹義相對(duì)論：物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，質(zhì)量會(huì)隨著物體運(yùn)動(dòng)速度增大而增加，同時(shí)，空間和時(shí)間也會(huì)隨著物體運(yùn)動(dòng)____________的變化而變化，即會(huì)發(fā)生________________和鐘慢效應(yīng)。
(2)廣義相對(duì)論：空間和時(shí)間的性質(zhì)不僅取決于物質(zhì)的________情況，也取決于物質(zhì)本身的分布狀態(tài)。
4．意義
(1)相對(duì)論的提出是________________領(lǐng)域的一次重大革命。
(2)它否定了______________________的絕對(duì)時(shí)空觀，深刻地揭示了時(shí)間和空間的本質(zhì)屬性。
(3)它也發(fā)展了牛頓力學(xué)，將其概括在相對(duì)論力學(xué)之中，推動(dòng)物理學(xué)發(fā)展到一個(gè)新的高度。
[易混易錯(cuò)]
愛因斯坦的相對(duì)論并未全面否定牛頓力學(xué)體系。愛因斯坦的相對(duì)論只是否定了牛頓力學(xué)體系的絕對(duì)時(shí)空觀，并沒有否定整個(gè)牛頓力學(xué)體系。牛頓力學(xué)是相對(duì)論力學(xué)在低速狀態(tài)下的一個(gè)特例。牛頓力學(xué)是整個(gè)力學(xué)的基礎(chǔ)，至今仍指導(dǎo)著物理學(xué)的發(fā)展。相對(duì)論發(fā)展了牛頓力學(xué)，打破了傳統(tǒng)的絕對(duì)時(shí)空觀。
[歸納比較] 牛頓力學(xué)與愛因斯坦相對(duì)論的關(guān)系
愛因斯坦的相對(duì)論只否定了牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀，沒有否定牛頓力學(xué)。相對(duì)論發(fā)展了牛頓經(jīng)典力學(xué)，打破了傳統(tǒng)的時(shí)空觀。牛頓力學(xué)是相對(duì)論在低速狀態(tài)下的一個(gè)特例。牛頓力學(xué)是整個(gè)力學(xué)的基礎(chǔ)，牛頓所創(chuàng)造的概念，至今仍指導(dǎo)著我們的物理學(xué)思想。
[歸納總結(jié)]
牛頓經(jīng)典力學(xué)反映的是宏觀物體低速運(yùn)動(dòng)的客觀規(guī)律，而相對(duì)論反映的是物體高速運(yùn)動(dòng)的客觀規(guī)律，是對(duì)牛頓經(jīng)典力學(xué)的繼承和發(fā)展。牛頓經(jīng)典力學(xué)是相對(duì)論的一種特例(物體低速運(yùn)動(dòng)狀態(tài))，包括在相對(duì)論體系中。量子論則是研究微觀世界粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)。量子論與相對(duì)論一起，構(gòu)成了現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)。
【史料實(shí)證】
探究點(diǎn)：相對(duì)論與經(jīng)典力學(xué)的區(qū)別與聯(lián)系
材料 愛因斯坦與牛頓的對(duì)話(虛擬)
愛因斯坦：你真?zhèn)ゴ螅憬⒘伺ｎD力學(xué)框架體系，相對(duì)論中存在的問題都被你指了出來。
牛頓：你比我更偉大，相對(duì)論在許多學(xué)科中有著廣泛的應(yīng)用，它和量子力學(xué)一起，已成為近代物理學(xué)的兩大基礎(chǔ)理論，相對(duì)論包容了我的三條運(yùn)動(dòng)定律及萬有引力定律。
愛因斯坦：你我的理論都有瑕疵。
牛頓：哪有十全十美的理論，大家不用我們的理論，他們沒有別的理論可用，圣人、神仙也要犯錯(cuò)誤，你我都是凡人，你我的身軀已經(jīng)溶入了自然界，但是，你我的靈魂還留在人間。
思考 結(jié)合材料及所學(xué)知識(shí)，分析牛頓經(jīng)典力學(xué)體系與愛因斯坦相對(duì)論的關(guān)系。
【史論總結(jié)】
相對(duì)論的提出是物理學(xué)領(lǐng)域的一次重大革命
它否定了經(jīng)典力學(xué)的絕對(duì)時(shí)空觀，深刻地揭示了時(shí)間和空間的本質(zhì)屬性。它也發(fā)展了牛頓力學(xué)，將其概括在相對(duì)論力學(xué)之中，推動(dòng)物理學(xué)發(fā)展到一個(gè)新的高度。
答案：知識(shí)點(diǎn)二
歷史敘述
1．經(jīng)典力學(xué)
2．愛因斯坦
3．(1)速度 尺縮效應(yīng) (2)運(yùn)動(dòng)
4．(1)物理學(xué) (2)經(jīng)典力學(xué)
【史料實(shí)證】
探究點(diǎn) 區(qū)別：牛頓經(jīng)典力學(xué)體系反映了物體低速運(yùn)動(dòng)的客觀規(guī)律，相對(duì)論反映了物體高速運(yùn)動(dòng)的客觀規(guī)律。
聯(lián)系：相對(duì)論是對(duì)牛頓力學(xué)體系的繼承和發(fā)展。
知識(shí)點(diǎn)三 量子論的誕生與發(fā)展
【歷史敘述】
1．背景
(1)19世紀(jì)末20世紀(jì)初，電子和放射線的發(fā)現(xiàn)，人們對(duì)物質(zhì)的認(rèn)識(shí)深入到了原子內(nèi)部。
(2)大量的實(shí)驗(yàn)表明，________________運(yùn)動(dòng)不能用經(jīng)典力學(xué)的理論來說明。
2．誕生：__________年，德國物理學(xué)家普朗克提出了量子假說，認(rèn)為輻射像物質(zhì)一樣，是由具有能量的基本單位__________來實(shí)現(xiàn)的。
3．發(fā)展
(1)愛因斯坦利用量子理論成功地解釋了________________。
(2)丹麥物理學(xué)家________提出了有關(guān)原子的量子理論。
(3)20世紀(jì)30年代，________________建立起來。
4．意義
(1)使人類對(duì)________________的基本認(rèn)識(shí)取得革命性的進(jìn)步。
(2)與________________一起，構(gòu)成了現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)，彌補(bǔ)了經(jīng)典力學(xué)在認(rèn)識(shí)宏觀世界和微觀世界方面的不足。
(3)推動(dòng)了物理學(xué)自身的進(jìn)步，開闊了人們的視野，改變了人們認(rèn)識(shí)世界的________________。
[歷史認(rèn)識(shí)]
量子理論及在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的量子力學(xué)，極大地促進(jìn)了原子物理、固體物理、原子核物理等學(xué)科的發(fā)展，標(biāo)志著人類對(duì)客觀世界的認(rèn)識(shí)，開始從宏觀世界深入到微觀世界，開創(chuàng)了物理學(xué)的新紀(jì)元。
[史論要旨]
(1)牛頓建立了經(jīng)典力學(xué)，改變了自中世紀(jì)以來人們的認(rèn)識(shí)論和方法論。經(jīng)典力學(xué)是近代自然科學(xué)理論體系中最先成熟和完善的核心理論體系。
(2)相對(duì)論的提出是物理學(xué)領(lǐng)域最偉大的革命之一。它在很大程度上解決了19世紀(jì)末出現(xiàn)的經(jīng)典物理學(xué)的危機(jī)，打破了經(jīng)典物理學(xué)絕對(duì)化的思維模式，為人們提供了辯證地看待世界的途徑。
(3)量子理論是20世紀(jì)最深刻、最有成就的科學(xué)理論之一，使人類對(duì)微觀世界的基本認(rèn)識(shí)有了革命性的進(jìn)步。量子力學(xué)對(duì)其他科學(xué)領(lǐng)域也產(chǎn)生了重大影響，從根本上改變了人類的物質(zhì)生活。
【史料實(shí)證】
探究點(diǎn)1：普朗克對(duì)物理學(xué)的貢獻(xiàn)
材料 普朗克認(rèn)為，牛頓力學(xué)并沒有解決所有的問題，尤其是不能適用于原子范圍。
思考 普朗克是怎樣解決“原子范圍”內(nèi)的問題的？有何意義？
探究點(diǎn)2：為什么說相對(duì)論和量子論使人類對(duì)自然世界的科學(xué)探索又躍上了一個(gè)新的高度？
【史論總結(jié)】
量子論和相對(duì)論的地位及影響
(1)地位：量子論和相對(duì)論一起構(gòu)成了現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)。
(2)影響
①量子論是研究微觀世界粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)。量子論對(duì)化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、考古學(xué)、古生物學(xué)和地質(zhì)學(xué)等科學(xué)領(lǐng)域都產(chǎn)生了重大影響，帶來了許多劃時(shí)代的技術(shù)創(chuàng)新，使人類對(duì)微觀世界的認(rèn)識(shí)有了革命性的進(jìn)步。
②相對(duì)論指出了時(shí)間、空間和物體的質(zhì)量不是絕對(duì)不變的，而是隨著物體的運(yùn)動(dòng)而發(fā)生變化，打破了傳統(tǒng)的絕對(duì)時(shí)空觀；相對(duì)論發(fā)展了牛頓力學(xué)，將牛頓力學(xué)概括在相對(duì)論力學(xué)之中，推動(dòng)物理學(xué)發(fā)展到一個(gè)新的高度；相對(duì)論打破了經(jīng)典物理學(xué)絕對(duì)化的思維，為人們提供了辯證地看待世界的途徑。
③量子論和相對(duì)論彌補(bǔ)了經(jīng)典物理學(xué)的缺陷，掀起了物理學(xué)的革命，對(duì)物理學(xué)本身，對(duì)自然科學(xué)，對(duì)整個(gè)人類生活與思維都產(chǎn)生了不可磨滅的影響。
答案：知識(shí)點(diǎn)三
歷史敘述
1．(2)微觀的粒子
2．1900 量子
3．(1)光電效應(yīng) (2)玻爾 (3)量子力學(xué)
4．(1)微觀世界 (2)相對(duì)論 (3)角度和方式
史料實(shí)證
探究點(diǎn)1 普朗克提出了量子假說，認(rèn)為輻射像物質(zhì)一樣，是由具有能量的基本單位量子來實(shí)現(xiàn)的。
意義：標(biāo)志著量子論的誕生，使人類對(duì)微觀世界的基本認(rèn)識(shí)取得革命性的進(jìn)步。
探究點(diǎn)2 相對(duì)論和量子論彌補(bǔ)了經(jīng)典力學(xué)在認(rèn)識(shí)宏觀世界和微觀世界方面的不足，開闊了人們的視野，改變了人們認(rèn)識(shí)世界的角度和方式。
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