第11課 物理學的重大進展案
一、教材分析:
本課教材主要分三個目從四個方面向學生介紹物理學從16世紀末17世紀初到19世紀末20世紀初的重大成就：經(jīng)典力學的重要奠基者――伽利略、經(jīng)典力學的建立、從經(jīng)典力學到相對論、量子論的誕生與發(fā)展。這一時期物理學方面的文字、圖片、人物介紹等資料比較豐富，教師可以適當補充一些資料，提高學生學習的興趣。
二、目標
1．知識目標：
了解經(jīng)典力學的三大定律、量子理論、和相對論等基礎知識。牛頓、普朗克、愛因斯坦等著名科學家的主要事跡，學會觀察，培養(yǎng)敏銳的洞察力。理解科學進步中繼承與發(fā)展的關系。
2．能力目標：
充分利用圖書館、博物館、互聯(lián)網(wǎng)等資源。提高收集、分析相關資料的能力。在學習過程中通過合作、探究學習，培養(yǎng)分析解決問題的能力及交流與合作的能力�？茖W的方法。全面提高科學素質(zhì)，創(chuàng)新精神和實踐能力。學會運用閱讀法、觀察法、討論法、推理法、概括法、實驗法等來學習了解近代物理學的相關問題。
3．情感、態(tài)度和價值觀目標：
通過學習，了解科學家為科學進步所作出的努力。學習他們?yōu)榭茖W獻身的精神；形成科學的態(tài)度。知道在科學的道路上荊棘遍布，增強面對挫折的能力。增強毅力，樹立勇往直前、持之以恒的精神。
三、教學重點難點
重點：伽利略對物理學發(fā)展的重大貢獻；經(jīng)典力學的建立；相對論的提出；量子論的誕生。
難點：物理學各階段發(fā)展的原因；對科學發(fā)展創(chuàng)新性的理解。
四、學情分析
學生對伽利略、牛頓力學、愛因斯坦相對論等都有一定的了解，充分利用學生的已知知識既可以減輕教學任務又可以激發(fā)學生參與的積極性。而物理學各階段發(fā)展的原因使學生首次接觸也是學生難以掌握的知識點，教師應該重點講解。
五、教學方法
比較法、問題探究法，思考、討論，從感知歷史中不斷積累歷史知識，進而不斷加深對歷史和現(xiàn)實的理解過程；同時借助物理學方面比較豐富的課外資料、圖片、人物等資料，注重探究學習，善于從不同的角度發(fā)現(xiàn)問題，積極探索解決問題的方法。養(yǎng)成獨立思考的學習習慣。培養(yǎng)思考、分析問題的能力。
六、課前準備
找物理學方面的課外資料、圖片、人物等資料
七、課時安排：1課時
八、教學過程
【導入新課】
17世紀的牛頓是牛頓力學的創(chuàng)始人，隨著19世紀以牛頓力學為代表的經(jīng)典物理學的發(fā)展日趨成熟，達到了高峰。但是隨著時代的發(fā)展和科技的進步，一些新的研究發(fā)現(xiàn)對它提出了挑戰(zhàn)，導致了經(jīng)典物理學的危機。相對論和量子力學的確立是物理學革命的高潮，對其他科學產(chǎn)生了歷史性影響。由此導入新課。
【講述內(nèi)容】
一、經(jīng)典力學的重要奠基者──伽利略
1.對物理學發(fā)展的重大貢獻
16世紀末17世紀初，意大利科學家伽利略認為研究自然界必須進行系統(tǒng)地觀察和實驗。他強調(diào)追究事物之間的數(shù)學關系，將科學實驗與數(shù)學相結合，進行科學研究。
提問：這是受什么思想的影響？（文藝復興運動人思想解放的影響）
提問：伽利略對物理學發(fā)展作出的重大貢獻是什么？
在1604年，意大利物理學家伽利略在實驗中發(fā)現(xiàn)：物體下落時的距離與所用時間的平方成正比，而物體下落的速度與物體的重量無關，這就是著名的落體定律。他還通過實驗證實了勻速運動定律和勻加速運動定律。
伽利略的研究表明，外力并不是維持運動狀態(tài)的原因，而只是改變運動狀態(tài)的原因。這是對古希臘哲學家亞里士多德以來有關運動觀念的重大變革，為經(jīng)典力學的建立奠定基礎。
2.對天文學發(fā)展的重大貢獻
他是利用望遠鏡觀察天體并取得大量成果的第一人。他用自己制造的望遠鏡發(fā)現(xiàn)月球表面有高山深谷，并不是以前人們所說的月球表面是光滑的；木星有四顆衛(wèi)星，很相似于行星繞著太陽轉，他看到銀河是由無數(shù)恒星組成的，還觀察到哥白尼曾推論的金星有盈虧現(xiàn)象。
1632年伽利略出版了《關于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》。他的這些發(fā)現(xiàn)和觀點，摧毀了教會的信條而證明了哥白尼學說的正確，對哥白尼學說的傳播和天文學的發(fā)展做出了重要貢獻。
他的發(fā)現(xiàn)以及他開始的科學研究方法，是人類思想史上偉大的成就之一，標志著物理學的真正開端。
二、經(jīng)典力學的建立
1.經(jīng)典力學建立的標志
17～18世紀，近代自然科學中突出發(fā)展起來的是經(jīng)典力學，又稱牛頓力學。
提問：在經(jīng)典力學領域中，最重要的成就是什么？
物體機械運動的三大定律和萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)，這些成就構成了經(jīng)典力學的基本內(nèi)容。物體機械運動的三大定律和萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)也是經(jīng)典力學建立的標志。
1687年，他出版了《自然哲學的數(shù)學原理》，在該書中他首先給力學的基本要領如質(zhì)量、動量、慣性、力及向心力下了定義。指出物體引力與彼此吸引的物體的質(zhì)量體積成正比，而與兩物體間距離的平方成反比。此外，牛頓還確立了著名的運動三定律，即慣性定律、比例定律（即加速度與力成正比）、作用和反作用相等定律。牛頓力學把天上和地上的運動統(tǒng)一起來，把萬有引力定律和運動三定律視為宇宙間一切力學運動有普遍規(guī)律，從力學的角度證明了自然界的統(tǒng)一性，實現(xiàn)了人類自然界認識的第一次綜合。
2.經(jīng)典力學的顯著特征及影響
經(jīng)典力學是人類對自然規(guī)律第一次進行的理論性概括和總結，它形成了一個以實驗為基礎、以數(shù)學為表達形式的牛頓力學體系。最顯著的特征之一就是注重實驗，另一個顯著特征是它的數(shù)學化。
提問：經(jīng)典力學主要影響有哪些？預見性和標志著近代科學的形成。
海王星和冥王星的發(fā)現(xiàn)是經(jīng)典力學預見性的主要體現(xiàn)。經(jīng)典力學最顯著的特征之一就是注重實驗，實驗可以進一步揭示客觀現(xiàn)象和過程之間內(nèi)在的邏輯聯(lián)系，并由此得出重要的結論。另一個顯著特征是它的數(shù)學化，這種數(shù)學化的根源是自然內(nèi)在的數(shù)學關系。自然的數(shù)學結構是近代科學的先驅們深信不疑的真理。經(jīng)典力學體系的建立標志著近代科學的形成。
牛頓三大運動定律和萬有引力定律建立后，光學、電磁學等與力學的進一步統(tǒng)一，大大推動了物理學的發(fā)展。但是牛頓力學體系本身還有不完善之處，隨著科學的發(fā)展需要新的科學來解釋。于是在19世紀末20世紀初物理學發(fā)展的新階段即物理學界出現(xiàn)了一種嶄新的革命性的理論──相對論。
三、從經(jīng)典力學到相對論
1.愛因斯坦與相對論的提出
X射線、放射性和電子的發(fā)現(xiàn)是19世紀末物理學界的重大事件。經(jīng)典物理學所研究的是人們?nèi)粘Ｉ�活中易于理解的宏觀世界，三大發(fā)現(xiàn)所揭示的卻是人們沒有直接經(jīng)驗的微觀現(xiàn)象，這表明人們對物質(zhì)世界的認識已經(jīng)深入了一個層次。以量子論和相對論的建立為標志的物理學革命，為物理學開辟了新天地。
過去的物理學認為宇宙在任何情況下，它的速率永遠都是相同的，世界上的一切運動在時間上都以它為度量標準。德國物理學家愛因斯坦經(jīng)過多年的研究，打破了傳統(tǒng)的絕對時空觀，于1905年提出了狹義相對論和光速不變原理。指出了時間、空間和物體的質(zhì)量不是絕對不變的，而是隨著物體的運動而發(fā)生變化。狹義相對論認為：物體運動時，質(zhì)量會隨著物體運動速度的增大而增加，同時，空間和時間也會隨著物體運動速度的變化而變化，即還會發(fā)生尺縮效應和鐘慢效應。
1916年，愛因斯坦完成了廣義相對論的最終形式。在廣義相對論中，引力是被考慮的主要問題。廣義相對論指出：空間和時間不可能離開物質(zhì)而獨立存在，空間結構和性質(zhì)取決于物質(zhì)的分布，使人類進一步深化了對時間、空間和引力現(xiàn)象的認識。
為了使學生更好的理解相對論可以引用一個愛因斯坦解釋相對論的幽默。這個幽默是：震撼世界的相對論，是科學發(fā)展史上劃時代的里程碑。創(chuàng)立相對論的阿爾伯特?愛因斯坦晚年時一群青年學生請他解釋什么是相一個對論，他生動而幽默地打了一個比方：“當你和一個美麗的姑娘坐上兩個小時，你會感到好象坐了一分鐘；但要是在熾熱的火爐邊，哪怕只坐上一分鐘，你卻感到好象是坐了兩小時。這就是相對論�！�
2.相對論提出的歷史意義
相對論的提出是物理學思想的一次重大革命，它否定了經(jīng)典力學的絕對時空論，從本質(zhì)上修正了由狹隘經(jīng)驗建立起來的時空觀，深刻地揭示了時間和空間的本質(zhì)屬性，即：揭示了時空的可變性、時空變化的聯(lián)系性，樹立了新的時空觀、運動觀、物質(zhì)觀。同時也發(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。這一理論被后人譽為20世紀人類思想史上最偉大的成就之一。
四、量子論的誕生與發(fā)展
1.量子論的誕生
19世紀末20世紀初，電子和放射性的發(fā)現(xiàn)，打開了原子的大門，使人們對物質(zhì)的認識深入到了原子內(nèi)部。但大量的實驗表明，微觀粒子的運動不能用通常的宏觀物體的運動規(guī)律進行描述。
1900年，德國物理學家普朗克提出了物質(zhì)的輻射能不是連續(xù)的，而是以最小的、不可再分的能量單位即能量量子的整數(shù)位跳躍式地變化的量子假說。這個假說宣告了量子論的誕生。經(jīng)過這些科學家的共同努力，到1925年左右量子力學最終建立。量子力學是研究微觀世界粒子運動規(guī)律的科學。
2.量子論的意義
愛因斯坦在丹麥物理學家玻爾提出氫原子結構的理論以后，利用量子論成功地解釋了光電效應出現(xiàn)的現(xiàn)象及光的本質(zhì)，進一步推動了量子論的發(fā)展。
在量子論基礎上發(fā)展起來的量子力學，極大地促進了原子物理、固體物理和原子核物理等科學的發(fā)展。同時，也標志著人類對客觀規(guī)律的認識，開始從宏觀世界深入到了微觀世界。
量子力學和狹義相對論結合形成原子核物理學，是物理學革命的高潮，以物理學革命為先導，帶動了化學、生物學、天文學、地學等學科的理論也都發(fā)生了革命性的突破。在此基礎上造出了原子彈、氫彈和建立了核電站。量子力學還為電子技術、半導體技術和激光技術等奠定了理論基礎。帶動了20世紀科技突飛猛進的發(fā)展。
【課堂小結】
17世紀以來的科技發(fā)展的原因條件
1、前提條件：??社會發(fā)生根本轉型
2、經(jīng)濟條件：-----資本主義經(jīng)濟的發(fā)展以及不斷進步…物質(zhì)基礎
3、政治條件：-----資產(chǎn)階級革命勝利，資本主義制度確立，保障
4、文化條件：-----文藝復興、地理大發(fā)現(xiàn)、宗教改革的推動
九、板書設計
（一）經(jīng)典力學的重要奠基者──伽利略
1.對物理學發(fā)展的重大貢獻
2.對天文學發(fā)展的重大貢獻
（二）經(jīng)典力學的建立
1.經(jīng)典力學建立的標志
2.經(jīng)典力學的顯著特征及影響
（三）從經(jīng)典力學到相對論
1.愛因斯坦與相對論的提出
2.相對論提出的歷史意義
（四）量子論的誕生與發(fā)展
1.量子論的誕生
2.量子論的意義
十、教學反思
本課的設計采用了課前下發(fā)預習學案，學生預習本節(jié)內(nèi)容，找出自己迷惑的地方。課堂上師生主要解決重點、難點、疑點、考點、探究點以及學生學習過程中易忘、易混點等，最后進行當堂檢測，課后進行延伸拓展，以達到提高課堂效率的目的。
十一、學案設計(見下頁)
第11課 物理學的重大進展
課前預習學案
一、預習目標
預習“物理學的重大進展”，初步了解經(jīng)典力學的三大定律、量子理論、和相對論等基礎知識。牛頓、普朗克、愛因斯坦等著名科學家的主要事跡。
二、預習內(nèi)容：
1、伽利略??經(jīng)典力學的奠基者 （意大利人）
⑴成就：A 創(chuàng)立科學研究方法：________
B 重大發(fā)現(xiàn)：________ ___________ __ ________ ________
2、經(jīng)典力學體系的形成??牛頓?英國人?（微積分＋經(jīng)典力學）
A標志：_____________ ___
a 物體運動的三大定律___________________ ___
b 萬有引力定律
B特點：______________ ___
3、愛因斯坦的相對論：
A 1905年提出 __
B 1916年完成 __
C 意義 __ __ _ ___ __ __ __
4、量子理論提出：
A 1900年 普朗克（德）提出“量子假說”： __ __ _ ___
B 1905年愛因斯坦提出“光電效應”運用量子假說解釋光的本質(zhì)
三、提出疑惑
同學們，通過你的自主學習，你還有哪些疑惑，請把它填在下面的表格中
疑惑點疑惑內(nèi)容
課內(nèi)探究學案
一、學習目標
（1）、知識與能力：了解經(jīng)典力學的三大定律、量子理論、和相對論等基礎知識。牛頓、普朗克、愛因斯坦等著名科學家的主要事跡，學會觀察，培養(yǎng)敏銳的洞察力。理解科學進步中繼承與發(fā)展的關系。
（2）、過程與方法：充分利用圖書館、博物館、互聯(lián)網(wǎng)等資源。提高收集、分析相關資料的能力。在學習過程中通過合作、探究學習，培養(yǎng)分析解決問題的能力及交流與合作的能力。科學的方法。全面提高科學素質(zhì)，創(chuàng)新精神和實踐能力。學會運用閱讀法、觀察法、討論法、推理法、概括法、實驗法等來學習了解近代物理學的相關問題。
（3）、情感態(tài)度與價值觀：通過學習，了解科學家為科學進步所作出的努力。學習他們?yōu)榭茖W獻身的精神；形成科學的態(tài)度。知道在科學的道路上荊棘遍布，增強面對挫折的能力。增強毅力，樹立勇往直前、持之以恒的精神。
二、學習過程
【知識梳理】
一、物理學的重大進展
（一）經(jīng)典力學的形成和發(fā)展：
1、伽利略??經(jīng)典力學的奠基者 （意大利人）
⑴成就：A 創(chuàng)立科學研究方法：科學實驗＋數(shù)學
B 重大發(fā)現(xiàn)：
a落體定律
b 確定均速運動、勻加速運動
c 發(fā)明天文望遠鏡、
C著作《關于兩世界體系的對話》宣傳“日心說”
⑵意義標志
為 奠定了基礎
2、經(jīng)典力學體系的形成??牛頓?英國人?（微積分＋經(jīng)典力學）
A標志：1687年《自然哲學的數(shù)學原理》內(nèi)容：
a 物體運動的三大定律___________________ ___
b 萬有引力定律
B特點：注重實驗，數(shù)學化
C影響：科學預見性的威力――（海王星、冥王星的發(fā)現(xiàn)）
D意義：⑴這是人類認識自然的歷史上對 概括和總結，標志經(jīng)典力學體系建立，標志著近代自然科學的形成
⑵促進了 的出現(xiàn)
E 局限：無法解決物質(zhì)熱輻射現(xiàn)象和物質(zhì)傳播媒介問題
二、現(xiàn)代物理學的進步
1、愛因斯坦的相對論：
A 1905年《論動體的電動力學》提出“狹義相對論”
B 1916年完成“廣義相對論”：
C 意義：是物理學思想的一次重大革命，相對論否定了經(jīng)典力學的絕對時空觀，揭示了時空的可變性、時空變化的聯(lián)系性，建立新的時空觀、運動觀、物質(zhì)觀。推動物理學思想的革命。
2、量子論的誕生與發(fā)展
⑴前提：電子和放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn) 19th末20th初,為人類進入微觀世界奠定基礎（1898年倫琴發(fā)現(xiàn)X射線、居里夫人）
⑵、量子理論提出：
A 1900年 普朗克（德）提出“量子假說”??物質(zhì)輻射能不是連續(xù)的，而是以能量子的整數(shù)倍跳躍式地變化。
B 1905年愛因斯坦提出“光電效應”運用量子假說解釋光的本質(zhì)
⑶、影響：①是物理學
②使人們的認識
三、歸納總結：17世紀以來的科技發(fā)展的原因條件
1、前提條件：??社會發(fā)生根本轉型
2、經(jīng)濟條件：-----資本主義經(jīng)濟的發(fā)展以及不斷進步…物質(zhì)基礎
3、政治條件：-----資產(chǎn)階級革命勝利，資本主義制度確立，保障
4、文化條件：-----文藝復興、地理大發(fā)現(xiàn)、宗教改革的推動
【學思探究】
愛因斯坦是20世紀最偉大的科學家。一位法國物理學家曾經(jīng)這樣評價愛因斯坦：“在我們這一時代的物理學家中，愛因斯坦將位于最前列。他現(xiàn)在是、將來也還是人類宇宙中最有光輝的巨星之一”，2005年是愛因斯坦逝世50周年紀念�，F(xiàn)在全球都在紀念這位可能是有史以來最偉大的科學家。如果搞一個紀念活動，讓用一句話來說說自己對愛因斯坦和他的理論的理解。你應該怎么說？看看誰說的最好！
思路引領：只有要對愛因斯坦歷史和他的理論有全面的理解才會有精辟的概括和評論。建議大家利用互聯(lián)網(wǎng)查找有關資料，然后根據(jù)自己的了解，說出一句精辟的評述。如“他是一個用理性而不是暴力成功地改變?nèi)祟愂澜缬^的人�！蓖ㄟ^查找資料了解他目睹了兩次世界大戰(zhàn)中對人類文明的摧殘，認為和平是人類的首要問題。指出“他不僅是一位偉大的科學家，還是一位和平主義者�！�
【課堂鞏固】
1．伽利略被認為是真正具有近代科學精神的第一人，主要是因為他
A.開創(chuàng)了近代自然科學的革命 B.推翻了天主教會的舊的宇宙觀
C.繼承和發(fā)展了哥白尼的思想 D.開創(chuàng)了從實驗中認識自然的方法
2．19世紀以來的牛頓力學奠定了經(jīng)典物理學的基礎，20世紀初相對論的提出引發(fā)了物理學領域的一場深刻的革命；對二者的表述，不正確的是
A.牛頓開創(chuàng)了從實驗中認識自然的方法
B.相對論繼承并發(fā)展了牛頓力學
C.牛頓力學與人們的日常經(jīng)驗基本一致
D.相對論極大改變了人們的思維模式
3．在未來的某一時間，有一對20歲的孿生兄弟，弟弟乘宇宙飛船以29萬千米/秒的速度飛行，哥哥留在地球上。50年以后，當哥哥已經(jīng)變成白發(fā)蒼蒼的老人時，他去迎接回到地球的弟弟，卻發(fā)現(xiàn)弟弟還是一個30多歲的年輕人！你認為應該用什么理論來解釋這一現(xiàn)象
A．相對論 B．量子理論 C．萬有引力定律 D．質(zhì)量不變定律
4．下列科學家與其科學成就的對應關系中不正確的是
A．伽利略――物理學的真正開端
B．牛頓――經(jīng)典力學體系標志著現(xiàn)代科學的形成
C．愛因斯坦――物理學思想的一次重大革命
D．普朗克――量子論誕生，人類對客觀規(guī)律的認識，從宏觀世界深入到微觀世界
5．1999年12月，美國《時代》周刊關注一位“世紀人物”�！稌r代》周刊稱他為“天才、政治難民、人道主義者、原子核宇宙迷的開啟者”，“以具最大的思想和無與倫比的形象獨占鰲頭�！边@個“世紀人物”是
A.瓦特 B.愛迪生 C.居里夫人 D.愛因斯坦
6．牛頓曾經(jīng)說過：“如果說我看得遠，那是因為我站在巨人的肩上�！庇捎�
伽利略、開普勒等前人的努力，牛頓才有可能用已經(jīng)準備好了的材料建立起
一座宏偉的經(jīng)典力學大廈，這座大廈建立起來的標起是
A．《力學中的哲學原理》的發(fā)表 B．《科學的經(jīng)典力學原理》的發(fā)表
C．《力學和數(shù)學的原理》的發(fā)表 D．《自然哲學的數(shù)學原理》的發(fā)表
7．“使人類克服了經(jīng)典物理學的危機，對微觀世界的基本認識有了革命性的進知”指的是
A．牛頓力學體系的建立 B．進化論的提出
C．自由落體定律的提出 D．量子論的提出
8．20世紀初，物理學本身發(fā)生了一場革命性的變化。下列選項中推動這一變化的是
A.電的發(fā)明和利用 B.量子論的提出和發(fā)展
C.經(jīng)典力學的發(fā)展 D.原子能在軍事上的應用
9．“牛頓的發(fā)現(xiàn)，給人類帶來從未有過的自信。曾經(jīng)匍匐在上帝腳下的人類，終于大膽地抬起頭來，開始用自已理性的眼光打量世界�！边@主要說明牛頓的發(fā)現(xiàn)
A．推動了天文學的發(fā)展 B．促進了人類的思想解放
C．使人類徹底擺脫了神學的影響 D．使人類開始關注現(xiàn)實世界
10.下面表格是對美國一些大科學家所作調(diào)查的結果，對此認識恰當?shù)氖?br>對神的信仰（年份） 1914 1933 1998
個人相信（%） 27.7 15 7.0
個人不相信（%） 52.7 68 72.2
懷疑或不可知（%） 20.9 17 20.8
A.越來越多的科學家相信神的存在
B.科學對許多現(xiàn)象依然無法解釋
C.科學與宗教的斗爭是一個長期的過程
D.科學最終將消滅宗教神學
11．下列有關牛頓的敘述，不正確的是
A．牛頓力學開啟了工業(yè)革命的大門
B．牛頓科學成就對啟蒙思想家有啟發(fā)作用
C．牛頓力學標志著物理學的真正開端


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