《物理学的重大进展》教学设计

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1、济 、政 治 、思 想 活 动 对 自然 科 学 理论 发 展 所 起 的 推 动 作 用 ， 提 高 了学 生 在 时空 观 念 、史 料 实证 、 唯 物史观 与 历史 解 释等方 面 的素 养 。 三 、深切 感悟 “ 人 性 中最高 的 美德” 英 国科 学 家 培 根有 一 句 名 言 ：“ 研 究 真 理 、 认识 真 理 和相 信 真理 ， 是 人性 中最 高 的美 德 ” 这是 对科 学 家们科 学 精神 的 高度 肯定 。顾 老师 以 历史 教师 的 良知 与责 任 ， 深 度挖 掘仂li 利 略 、牛顿 、 爱 因斯 坦 三人 的科 学 精 神与 人 文情 怀 ，探求 其

2、在 推 动 科 技进 步 与社 会 发展 过 程 中 的作用 ， 在 教学 中努 力渗 透科 学智 慧 与人 文精 神融 合 的思想 。 “ 故 事叙 史 ”环 节 中 “ 伽 利略 之 争 ”经 顾 老师 激 情 演绎 这位 近代 科学 先驱 挑 战亚 里士 多德 经典 理 论 ，被教会 迫 害 ， 关 押 ， 直 到过 世 的经历 ，让学 生 深 刻感 受 到科 学 的进 步 奠基 于 理 性怀 疑 、 求 真 求 实 、执 着 探 索 的科 学 精 神 。 牛顿 本 人 “ 没有 什 么 特 别 的方 法 ，只不 过对 一 件事 能够 用 很 长 时 间 加 以考 虑 ”的 自我 评 价

3、 ， 使 学生 感 受 到 世人 崇 尚 科 学 的风 气 ，以及 科 学 家坚 持不 懈 研究 真 理 的科 学 精 神 、 创 新改 革 后谦 虚 谨 慎 的人性 美 德 。爱 因 斯 坦 “ 时 间 仓 ”内 的信 件 彰 显 了其 爱 祖 国 、 爱 人 类 、爱世 界 和 平 的崇 高 品德 与关 怀 人类 共 同命 运 的博 大人文 主 义情 怀 。 物 理 学 史 的授 课 易 落 人 物 理 学 理 论 发 展 演 变 历 程 介 绍 的窠 臼 ，淡 化 “ 历 史 的味 道 ”，褪 化 “ 人 文 的底 色 ”， 失 去历 史作 为人 文科 学 的特 质 。 顾 老 师将 三

4、位 物理学 家 定位 于特 定 的时 间与 空 间 框 架 下 ， 将 各类 史 料 呈 现 给 学生 ， 供 学 生 整理 、 辨 析 、探究 ， 形 成 全 面 丰 富 的历 史 解 释 。 引导 学 生 在体 验 科学 发 展 历程 ，了解 科 学 家心 路 的过 程 中 ， 获 得情 意体 验 和精 神 洗 礼 ， 构 建积 极 的世 界 观 、 人生 观 和价 值 观 。全课 贯 穿 了对 学 生历 史 核 心素 养 的全 面培 养 。 自然 科 学 和 人 文 文 化 是 人 类 进 步 的 双 翼 ， 未关 照人 文情 怀 的 自然 科 学是 盲 目的 ，无科 学 精 神融 人

5、的人文 文 化是 虚 浮的 。 因而在科 学 史教 学 中培 养 历史 学 科 核心 素养 ， 应 恰 如其 分地 聚焦 人 文 ， 将 历 史 课 堂 建成 为 拓 展 人 文视 野 、 训 练 史 学 思维 、 发 展学 科 素养 的园地 。顾 老师 的课 很 好 地 实现 了这 个 目标 。 ( 季 芳 ， 吴江 高级 中学 ，2 1 5 2 0 0) 一、教 学 导 入 二 、经 典 力 学 介 绍 本 节 课 的 主 题 是 “ 近 现 代 物 理 学 的重 大 进 展 ”。历 史 上 ，众 多 物 理 学 家为 物 理 学 的发 展 作 出了卓 越 贡献 。近代 物 理学 的开 启

6、从 经典 力学 开 始 ，经 典 物理 学 的三 大 支 柱是 牛顿 力 学 ( 经 典 力 学 ) 、 麦克 斯 韦 电磁 理论 ( 经 典 电动 力学 ) 、 经 典 热 力 学 ( 宏 观 热 力 学 ) 和 统 计 力 学 ( 现 称 统 计 物 理 学 ) 。现 代物 理 学 的建 立 以相对 论 与量 子论 为 标 志 ， 现代 物理 学 的两 大 基 石是 相对 论 和量 - -T - 力 学 。要 讲 牛顿力 学 ， 首 先 要讲 到伽 利 略 。 执教 ：陆良荣 1 伽利 略 为经 典 力 学奠 基 ( 1 )1 5 9 0年 伽 利 略在 比萨 斜 塔 上 做 了两 个 铁

7、 球 同时落 地 的著 名 实验 ，从 而推 翻 了亚 里 士多 德 的错 误 结论 ， 发 现 了 自由落体 定 律 ，他 还通 过 实 验证 实 了匀 加速 运 动定律 。 ( 2) 用 伽 利 略探 究 自由落 体定 律 的过 程 展示 科 学 研究 的一 般过 程 ： 观察 现 象 ：物体 下落 的主特 征是 速 度越 来越 快 ； _ lll 一 一一一 。 一 ， 0 1 一 0 ：一 一 毫 ： 一 _ 一 镰 潮 姗 巍 笙 提 出猜想 ：速 度 均匀增 加 ，与时 间成正 比 ； 逻辑 推 导 ：转 向间接 证 明 ，利用 图解 法得 出 位 移 与时 间 的平方 成正 比

8、； 实 验 检 验 ：设 计 “ 冲淡 重 力 ”的斜 面实 验 以 延 长测 量 时间 ； 修正 推广 ：证 实斜 面 上的结论 后将 其 外推 到 倾 角 为 9 0 。情 景 ， 从 而得 到 自由落体 定律 。 伽 利 略 开 创 了 以 实 验 事 实 为 根 据 并 具 有 严 密 逻辑 体 系 的近 代科 学 ，为后 来 经典 力学 的创 立 奠 定 了基础 ，被誉 为 “ 近代科 学 之父 ”。 ( 3) 让 学 生 上 讲 台做 演 示 实 验 “ 伽 利 略 双 斜 面 实验 ”， 指 出伽利 略在 关 于两 门新科 学 对话 一书 中对 双斜 面 实验 的解 释 ，为 牛

9、顿 建 立经 典 力 学 奠定 了基 础 ， 可 以认 为是牛 顿第 一定 律 的雏 形 。 牛 顿有 过 一句 名 言 如 果说 我 比别人 看 得远 些 ， 那 是 因 为我 站 在 巨人 的肩 膀 上 。 ”显 然 ，伽 利 略 就是 这 巨人 之一 。 2 牛 顿建 立 经典 力 学 (I) 牛 顿 是 著名 的 英 国 科 学 家 ， 他 最 突 出 的 贡献 在 力学 方 面 。1 6 8 7年他 在 发表 自然哲 学 的 数 学原 理 中提 出物 体 运 动三 大 定律 和 万有 引力 定 律 。 由此 ，牛 顿创 立 了 以实验 为基 础 ，以数学 为表 达方 式 的经典 力

10、学体 系 。 ( 2) 举 例 理 想 实 验 “ 牛 顿 大 炮 ”：一 门架 在 高 山 上 的大 炮 以很 高 的 速 度 向外 水 平 地 发 射 炮 弹 ，炮 弹速 度 越 快 ，就会 落 到 越 远 的地 方 一 一旦 速 度 足 够 快 ，则炮 弹就 永 远 也不 会落 地 ，而是 会 绕 着 地球 作周 期性 的运动 。 牛 顿 的这 一 一 简单 的 思想 实验 ，第 一 次让 人们 认 识 到 。原来 月 球不 会掉 到 地 上来 (电不 会 飞走 ) 的原 因 ，正是 导 致苹 果 落地 的引力 !牛 顿力 学 的 建 立 是 人 类 对 自然 界认 识 史 上 第 一

11、次 理 论 大 综 合 。牛顿 力学 不仅 是 近代 物理 学 和 力学 的基 础 ， 而 且 奠定 了现 代天 文学 的理 论 基础 。直 到 今天 ， 人 造 地 球 卫 星 、 火 箭 、 宇 宙 飞 船 的发 射 升 空 和运 行 轨 道 的计 算 ， 都 以万 有 引力定 律 等 等作 为 理论 依 据 。 ( 3) 小结 ：牛顿 建 立 的经 典 力学 取 得 了巨大 成 功 ， 他 为 了论 证 “ 绝对 空 间” 的存在 而设计 出“ 水 桶 实验 ”，并 以此来 说 明 “ 绝对 运 动 ”。但 牛 顿 的 绝 对 时空 观 是错 误 的 ， 直到 l 0 0 年 后 马赫

12、才正 确 解 释 了 水 桶 实 验 ”。 马赫 的观 点 启 发 了爱 因 斯 坦 ， 而 马赫 原理 也 随着 相对 论 被 逐 渐证 实 而得 到 广 泛 认 可 若 三 、 现代 物 理学 介绍 2 0 I 爱 因斯 坦 建 立 相 对 论 (1) 十 九世 纪 随 着 物理 学研 究 的进 展 ，经典 力学 没有 办法解 释研 究 中遇 到的一 些新 问题 而面 临挑 战 ， 物 理 学家 爱 因斯 坦 于二 十世 纪初 提 出 了 相 对 论 ，打 破 了传 统 的绝 对 时 空观 ，颠 覆 了人 类 对 宇 宙和 自然 的 “ 常识 性 ”观念 ，提 出 了 “ 时间 和 空 间

13、的相 对 性 四维 时空 弯 曲空 间”等等 全 新 的 概 念 。 ( 2) 介 绍爱 因斯坦 奇迹 年 ：1 9 0 5年爱 因斯 坦 接 连 写 下 4篇 改 变 整 个 2 0世 纪 物 理 学 面貌 的 论 文 。 ( 3) 介 绍狭 义相对 论 两个 基本 假 设 ：狭 义相 对 性原 理 、光 速不 变 原 理 。 四点 内容 ：“ 同时 ”相 对性 、“ 尺缩 ”效 应 、 “ 钟慢 ”效应 、 相对论 质量 。 ( 4) 用 爱 因斯坦 设想 的理想 实 验 来说 明 “ 时 间 的 相对 性 ”：当两道 闪 电 同时 下击 一 条东 西 走 向的铁 路 轨道 时 ， 对 于

14、 站在 两 道 闪电 中间 的铁 道 旁边 的观察 者 来 说 ， 两 道 闪 电是 同时发 生 的 。但 是 ，对 于乘 坐 一 列 由东 向西 高速 行 驶 的 火车 。 F 好经 过 前一位 观察 者所 在位 置 的第二 个观 察者 来 说 ，这两 道 闪 电并 不 是 同时下 击 的 ，而 是西 方 闪 电先 亮 ， 东 方 闪 电后 亮 。若 进 一步 设想 ，这 列 火 车 以光 速前 进 盼 话 ，则 列车 上 的观察 者 只 能看 到 西方 的一 道 闪电 ，因为 东方 那道 闪电根 本追 不 上 他 。 显然 ， 这 个理 想 实验 能通 俗 易懂 地 说 明 了相 对论 的

15、精 髓 “ 时 间 的相 对性 ”， 也 能 较 好 地 被 学 生 所 接 受 。 ( 5) 小 结 ：相 对 论 否 定 了 经 欺 力 学 的 绝 对 时 空 观 ；相 对 论 发 展 了 牛 顿 力 学 ，牛 顿 力 学 是 相 对 论力 学在 低速 状态 下 的一 个特例 。相 对论解 决 了 宏 观宇 宙 高速 运动 状态 的问题 ，而 在十 九世 纪末 二 十世 纪初 ，电子 和 放射 线 的发 现使 人 们 对物质 的 认 识 深 入 到 了 原 子 内 部 ，而 微 观 粒 子 运 动 不 能 用经 典 力学理 论来 说 明 。 2 普 朗 克 提 出 量 子 论 (1) 演

16、 示 实 验 ：( 在 实 物展 台 的摄 像 头下 进 行操 作 ，投 影 放大 展 示 ) 用 酒 精 喷灯 加 热 一枚 绣 花针 的 一端 。展示 绣花 针在加 热 到不 同温度 时发 出不 同颜 色 的光 。 ( 2) 为 了得 出与 实验 相符 的黑体 辐 射公 式 ， 1 9 0 0年 德 国物理 学家普 朗克作 出大胆 假设 ( 量子 假 说 )：振 动着 的带 电微 粒 的能量 只能是 某 一最 小 能量 的整 数倍 。认 为微 观粒 子 的能量 是量 子化 的 ( 或说 是分 立 的 ) 。 ( 3) 量 子 假 说 打破 了物 理学 界几 百 年来 “自 然 界 无 跳跃 ”的观 念 ，宣告 了量 子论 的诞 生 。普 朗克 由 此 获 得 了 诺 贝尔 物 理 学 奖 。此 后 ，经 爱 江巷瓠噶 誊警期 因斯 坦 、 玻 尔 等 等众 多科 学 家 的努 力 ， 二 十世 纪 三