现代科学革命

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1、第25课 现代科学革命现代科学革命课标要求： 1、现代物理学的两大支柱理论相对论、 量子论出现的历史背景； 2、相对论的提出、主要内容及意义； 3、量子论的提出、主要内容及意义； 4、通过对相对论、量子论出现过程的学习，培养 敢于怀疑、勇于创新的精神。 【知识回顾】牛顿经典物理学有哪些内容?有何意义？地位地位: : （1 1）实现物理学的第一次飞跃，把天上和地上的运动统）实现物理学的第一次飞跃，把天上和地上的运动统 一起来，实现了人类对自然界认识的大综合。一起来，实现了人类对自然界认识的大综合。 （2 2）是经典物理学和天文学的基础，标志着科学时代的）是经典物理学和天文学的基础，标志着科学时代

2、的 开始开始 （3 3）引发了第一次工业革命，使人类进入蒸汽时代引发了第一次工业革命，使人类进入蒸汽时代。 （4 4）为启蒙思想和唯物主义哲学奠定了科学基础。）为启蒙思想和唯物主义哲学奠定了科学基础。内容：力学三定律（惯性定律、加速度的比例 定律、作用与反作用定律）和万有引力定律一、经典物理学的危机背景1、辉煌：2、危机：日趋完善和成熟、绝对权威的理论。经典物理学无法解释新问题、新发现。二、爱因斯坦与相对论生平简介爱因斯坦（Albert Einstein，1879- 1955）， 1879年生于德国，是举世 闻名的德裔美国科学家，现代物理学 的开创者和奠基人。爱因斯坦1900年 毕业于苏黎士工

3、业大学，1909年开始 在大学任教，1914年任威廉皇家物理 研究所所长兼柏林大学教授。 1933年 受希特勒迫害离开德国移居美国, 爱因 斯坦在物理学的许多领域都有贡献， 比如建立狭义相对论并推广为广义相 对论、提出光的量子概念，并以量子 理论解释光电效应、辐射过程、固体 比热等。1921年获诺贝尔物理学奖。2、主要内容：光速不变原理相对性原理1、相对论的提出1905年提出狭义相对论；1916年提出广义相对论。爱因斯坦关于相对论的比喻。爱因斯坦关于相对论的比喻。为了对这一深奥的理论做通俗的说明，为了对这一深奥的理论做通俗的说明， 爱因斯坦曾经风趣地对一名男青年说：爱因斯坦曾经风趣地对一名男青

4、年说：“ “我我 打个比方，比如你屁股坐在火炉上烤和坐在打个比方，比如你屁股坐在火炉上烤和坐在 公园柳荫下与女士谈情说爱，那么，同样的公园柳荫下与女士谈情说爱，那么，同样的 时间你觉得哪一个更长？时间你觉得哪一个更长？” ”男青年说：男青年说：“ “当然当然 坐在火炉上烤的时间觉得长久。坐在火炉上烤的时间觉得长久。” ”这故事形象说明了时间和空间相这故事形象说明了时间和空间相 对性。对性。2、主要内容：光速不变原理相对性原理：时间、空间、运动、质量是相对的，可以相互转化1、相对论的提出1905年提出狭义相对论；1916年提出广义相对论。3、意义：（1）物理学解决了经典物理学的危机（广泛解释不

5、同运动状态的物质），创造了一个全新的物理学世界，扩 展了物理学的应用的领域；（2）思维打破了绝对化的思维模式，辩证看待世界 要敢于怀疑常识，勇于创新、实践出真知(因为即使 生活中习以为常、看起来无懈可击的规律都有可能 是不科学的)由于相对论的观点与人们的日常经验 不太一致，甚至有着尖锐的冲突，相对论 从一开始就受到包括一些科学家在内的很 多人的反对。1921年爱因斯坦获得了诺贝 尔奖，当时不少德国的诺贝尔奖获得者威 胁说，如果给相对论授奖，他们就要退回 已获得的奖章，结果评选委员会只好让爱 因斯坦作为光电效应理论的建立者得奖， 相对论始终没有获得诺贝尔奖。但相对论 在物理学上却非常合理且为实验

6、所证实。这可以给我们什么启发?说一说:加热到不同温度的物体发出不同颜色的光科学家们为了总结热辐射规律，推导出两个公式。但这 两个公式的计算结果总是与实验结果不相符合。 1900年 ，为了解决热辐射理论上的疑点，德国物理学家普朗克 提出了量子假说：辐射像物质一样，是由具有能量的基 本单位量子来实现的。二、量子理论中的微观世界1、创立：普朗克提出量子假说2、发展爱因斯坦提出光的量子理论玻尔提出原子的量子理论量子力学建立二、量子理论中的微观世界 量子论的形成标志着人类对于客观规律的认识 ，开始从宏观世界深入到微观世界。 量子力学对化学、生物学等科学领域都产生了 重大影响，带来许多划时代的技术创新，直

7、接推动 了社会生产力的发展，从根本上改变了人类的物质 生活。3、意义：4、现代物理学兴起的意义（1）量子理论和相对论一起，共同构成了现代物理 学的基础。（2）量子理论和相对论弥补了经典物理学在宏观世 界和微观的粒子世界的不足，大大开阔了人们的视 野，改变了人们看世界的角度和方式。（3）量子理论和相对论不仅对物理科学本身，对自 然科学，而且对整个人类的思维都产生了不可磨灭 的影响。 量子论和相对论是现代物理学 的两大支柱。 想一想: 量子理论和相对论的 提出有什么共同点?共同点：从背景上看从产生过程看， 第一，都是科学大师们敢于向权威挑战，追求真理的结果 。第二，都经历了一个产生发展完善的过程。

8、 现 代 科 学 的 革 命背景：现 代 物 理 学 的 两 大 支 柱相对论量子论内容：相对性原理与和光速不变原理。时间、空间、 运动、质量是相对的。意义：扩展了物理学的研究空间和应用领域（从 日常范围到宏观宇宙空间）；开阔了人们的思维过程：普朗克的量子假说；玻尔提出原子的量子理 论；爱因斯坦提出光电效应。意义：对化学、生物学、医学等多门学科产生重 大影响，直接推动了生产力的发展，从根本上改 变了人类的物质生活小结:意义1、爱因斯坦相对论的提出是物理学领域的一场重大 革命，主要是因为 否定了经典力学的绝对时空观 揭示了时间、空间并非绝对不变的本质属性 打 破了经典力学体系的局限性 使人类对客

9、观世界的 认识开始从宏观世界深入到微观世界 A B C D 2、 现代物理学的基础是 A、牛顿力学 B、相对论 C、量子假说 D、量子理论、相对论课堂练习: 3、下列表述不正确的是 A、牛顿创立的经典力学是经典物理学的基础 B、经典物理学所适用的主要是日常生活中的物理现象 C、相对论的提出证明经典的物理学是完全错误的 D、量子理论使人类对微观世界的基本认识有了革命性 的进步 4、海王星的发现是根据 A、哥白尼日心说的推算 B、牛顿理论的推测 C、法拉第演说计算 D、爱因斯坦对时间、空间属性的揭示5、材料解析题：爱因斯坦说，在牛顿时代，牛顿的道路是一位具有最高思维能力和 创造力的人所能发现的唯一

10、道路；牛顿所创造的概念，至今仍然指 导着我们的物理学思想。 请回答： “牛顿时代”在物理学上指什么时代？ 有人认为相对论出现后，牛顿在历史上的光辉完全被摸掉。爱因 斯坦是如何评价牛顿的？你同意哪一种观点？说出你的理由。经典力学体系建立的时代 爱因斯坦认为，牛顿“是一位具有最高思维能力和创造力的人 ”，其理论对现代物理学仍然具有指导作用。同意爱因斯坦：牛顿力学体系的建立是近代科学形成的标志， 在欧洲启蒙思想宣扬科学、反对封建神学的运动中发挥了极大的作 用，以牛顿力学为代表的经典物理学开创了一个崭新的科学时代。 相对论是在经典物理学基础上发展起来的，两者之间是继承与发展 而不是相互排斥的关系。 6

11、、爱因斯坦根据相对论的观点提出质能转换理论后，曾致信美国 总统罗斯福，建议美国研制原子弹，以便在二战中尽快战胜法西斯 国家。1945年8月，美国先后在日本的广岛、长畸投下两颗原子弹 ，加速了日本法西斯的投降，但对无辜平民的伤害也同样令全世界 震惊。爱因斯坦为此非常懊悔。从这件事中，我们能得到什么启发 ？我们应如何对待科学的发展？ 答题要点：科学理论对科学技术的发展有巨大的推动作用 ，但科学技术本身是一把双刃剑。科技能造福人类，推动 生产力水平的提高，但如果运用不当，也能危害人类。 敢于质疑 勇于创新实践出真知1955年4月18日爱因斯坦因主动脉瘤破裂逝世于普林斯 顿。遵照他的遗嘱，不发讣告，不

12、举行公开葬礼，不建坟 墓，不立纪念碑。骨灰撒在永远对人保密的地方，为的是 不使任何地方成为圣地。遗嘱执行者用歌德悼念席勒的诗 结束了那朴素的葬礼。但谁也不知道，一直是爱因斯坦仰慕者主治医生贺维 博士隐瞒了一个惊人秘密：他悄悄地切开爱因斯坦的头皮 ，将他的大脑完整地取出，浸泡在防腐药水里并带回家隐 藏起来！直到尸身第二天被火化时，爱因斯坦的家人还不 知道大脑已不翼而飞。他认为如此伟大的大脑，应该进行 研究，并最终将其切成240片。然而，这却成为20世纪最 传奇的谜团之一，至今也没有结论。爱因斯坦的大脑之谜物理学的新发现：X射线、放射性和电子微观现象经典物理学人们日常生活， 这三大发现都无法用经典物理学来解析，与经典物理 学的理论体系产生了尖锐的矛盾，揭示了经典物理学 的局限性。物理学要进行一场彻底的变革。普朗克：“老师，我准备把我的一生都献给物理学 ！”老师：“年轻人，物理学是一门已经完成了的学科 ，不会再有多大的发展，把一生都献给这门学科 ，太可惜了。”当时许多物理学家认为：物理学的大厦已经落成 ，人类对自然界的认识已经到了尽头。 经典物理学是以日常生活中常见的低速 运动的物质为研究对象的，在这里，时间 和空间被认为是绝对的，是与物质运动无 关的因素。 因此，一旦物理学研究的这种基础发生 变化，如所研究的物质是以光速或接近光 速运动时，经典物理学的某些结论就变得 不准确。