第25課現代科學革命編制 杜以升 審核 高二備課組 時間 2018/2/28課標要求知道相對論、量子論的主要內容，認識其意義。課前案梳理知識強化雙基一、經典物理學的危機與愛因斯坦相對論【主干知識】1經典物理學的成就(1)在經典力學的基礎上，19世紀物理學領域取得了長足的進步，把人類對自然界的認識推進到前所未有的深度和廣度。(2)人們把以 為代表的經典物理學看做絕對權威的理論。2經典物理學的危機(1)19世紀末，物理學上出現的一系列新的發現，無法用經典物理學來解釋，這使得經典物理學陷入了 ，面臨著挑戰。(2)物理學面臨危機的同時，也迎來了一場偉大的革命。3相對論的提出(1)1905年，愛因斯坦發表論動體的電動力學一文，完整地提出了 。(2)1916年，又建立了廣義相對論。4相對論的主要內容：相對論的兩個基本原理是 和光速不變原理。時間和空間都是物質存在的形式，時間、空間、運動、質量是相對的，可以互相轉化。5相對論誕生的意義(1)相對論的提出為物理學的發展帶來了革命性的變化，成為現代物理學的一大支柱，愛因斯坦本人也成為繼牛頓之后的最偉大的科學家。(2)是物理學領域最偉大的革命，在很大程度上解決了經典物理學的危機，創立了一個全新的物理學世界，極大地擴展了物理學應用的領域。(3)打破了經典物理學 的思維模式，為人們提供了辯證地看待世界的途徑。【重點精講】近代科技產生和發展的原因（1）經濟：商品經濟的發展和資本主義生產關系的產生、發展是近代科技產生的前提和根本動力。（2）政治：資產階級民主政治的建立，為近代科技提供了自由發展的空間。（3）思想：思想的解放為近代科技的發展去除了精神枷鎖。文藝復興、宗教改革和啟蒙運動等思想解放運動的出現和發展，都為近代科技的發展創造了條件。 深度點撥經典物理學的局限性17世紀牛頓創立的經典力學，經后人不斷補充發展，日臻完善。但是，經典物理學是以日常生活中常見的低速運動的物質為研究對象的，在這里，時間和空間被認為是絕對的，是與物質運動無關的因素。因此，一旦物理學研究的這種基礎發生變化，如所研究的物質是以光速或接近光速運動時，經典物理學的某些結論就變得不準確了。重點精講120世紀初，愛因斯坦提出的相對論，并沒有使牛頓力學失去輝煌。因為任何自然科學都經歷了從低級到高級的發展歷程，相對論是對牛頓力學的發展，牛頓力學仍是現代物理學的重要基礎，二者是繼承與發展的關系，而不是相互排斥的關系。2為什么說相對論的提出是物理學領域的一次重大革命？它否定了經典力學的絕對時空觀，深刻地揭示了時間和空間的本質屬性。它也發展了牛頓力學，將其概括在相對論力學之中，推動物理學發展到一個新的高度。【重點精講】光速不變原理在狹義相對論中，指的是無論在何種慣性系中觀察，光在真空中的傳播速度都是一個常數，不隨光源和觀察者所在參考系的相對運動而改變。二、量子理論中的微觀世界【主干知識】1提出和發展(1)1900年， 提出了量子假說。(2) 提出了光的量子理論，丹麥物理學家玻爾提出了原子的量子理論。在此基礎上，量子力學建立起來了。2意義(1)量子理論是現代物理學的另一大支柱，是20世紀最深刻、最有成就的科學理論之一，使人類對 的基本認識有了革命性的進步。(2)量子力學對許多科學領域都產生了重大影響，帶來了許多劃時代的技術創新，直接推動了社會生產力的發展，從根本上改變了人類的物質生活。教材互補量子力學成為反映自然界基本規律的理論體系，指導著人們向物質運動的各個層面進行深入探討。量子理論讓人們從根本上改變了近代物理學中的傳統觀念，使物理學乃至整個自然科學的觀念都發生了重大革命。(人民版)核心比較經典力學、量子理論和相對論之間的關系(1)牛頓力學的創立為相對論的提出奠定了基礎。(2)相對論是對牛頓力學的繼承和發展，否定了牛頓力學的絕對時空觀，將牛頓力學概括在相對論力學之中，推動物理學發展到一個新的高度。(3)量子理論和相對論的提出，使人們對物質世界的認識深入到微觀領域和宏觀宇宙世界。量子理論和相對論一起，構成了現代物理學的基礎，開闊了人們的視野，改變了人們認識世界的角度和方式。歸納總結量子理論及在此基礎上發展起來的量子力學，極大地促進了原子物理、固體物理、原子核物理等學科的發展，標志著人類對客觀世界的認識，開始從宏觀世界深入到微觀世界，開創了物理學的新紀元。歸納總結牛頓定律與愛因斯坦相對論的關系(1)相對論否定了經典力學的絕對時空觀，從本質上修正了由狹隘經驗建立起來的時空觀，深刻地揭示了時間和空間的本質屬性。(2)相對論同時也發展了牛頓力學，把牛頓力學概括在相對論力學之中，牛頓力學只是相對論力學在低速運動狀態時的一個特例。狹義相對論是對牛頓力學的繼承和發展。課中案合作探究突破重難探究點一 經典物理學的危機材料 愛因斯坦與牛頓的對話(虛擬)：愛因斯坦：你真偉大，你建立了牛頓力學框架體系，相對論中存在的問題都被你指了出來。牛 頓：你比我更偉大，相對論在許多學科中有著廣泛的應用，它和量子力學一起，已成為近代物理學的兩大基礎理論，相對論包容了我的三條運動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、神仙也要犯錯誤，你我都是凡人，你我的身軀已經融入了自然界，但是，你我的靈魂還留在人間。毛民義：相對論網站(1)根據材料探究牛頓力學體系與愛因斯坦相對論的關系。(2)牛頓說“你我的靈魂還留在人間”，他們留給人類的“靈魂”是什么？探究點二 愛因斯坦及其相對論材料一 愛因斯坦說過這樣的名言：“一個人對社會的價值首先取決于他的感情、思想和行動對增進人類利益有多大作用。” 20世紀最后一期的時代周刊也將其評選為“世紀人物”，稱他為“天才、政治難民、人道主義者、原子和宇宙謎的開啟者”“以其偉大的思想和無與倫比的形象獨占鰲頭”。材料二 當原子彈從潘多拉魔盒里跳出來后，愛因斯坦痛心地說：“早知如此，我寧可當個修表匠！”愛因斯坦的懊悔，代表了人類良知的高度，是人類良心發出的最強音。(1)依據材料一及所學知識，闡述這位偉大人物對人類的貢獻。(2)探究材料二中愛因斯坦關于原子彈的觀點。(3)從愛因斯坦話中分析，應如何對待科學的發展？探究點三 量子理論產生的背景材料：19世紀末20世紀初，電子和放射性的發現，打開了原子的大門，使人們對物質的認識深入到了原子內部。但大量實驗表明，微觀粒子的運動不能用通常的宏觀物體運動規律來描述。經典物理學所研究的是具有相當的直觀性，全都看得見、摸得著的所謂宏觀物體，無法正確描述原子內部世界里的各種粒子。科學家們為了總結熱輻射的規律，推導出了兩個公式。但這兩個公式的計算結果總是和實驗結果不相符合。 加熱到不同溫度的物體發出不同顏色的光思考：上述材料說明經典物理學在19世紀末20世紀初面臨怎樣的“尷尬”？是怎樣解決的？探究點四 量子理論的主要內容和意義材料一有人認為：“量子力學成為反映自然界基本規律的理論體系，指導著人們向物質運動的各個層面進行深入探討。”材料二普朗克提出了量子理論假說后，因為思想僵化，不但不敢相信自己的理論，反而把自己提出的理論收回去。1900年，43歲的普朗克發表了他劃時代的革命性的量子假說。但是他“想方設法要把量子假說納入經典物理學理論中去，然而終歸徒勞”。這些徒勞無益的做法持續了許多年，花費了他不少心血。思考：(2)你同意材料一中的觀點嗎？為什么？(3)從材料二中你可以得到怎樣的啟發？對新與舊的事物我們應該采取怎樣的一種態度？課后案應用拓展能力提升一、選擇題1.哥白尼、牛頓和愛因斯坦被稱為近代以來最偉大的科學家,其理論的共同之處是()a.動搖了歐洲中世紀宗教神學的理論基礎b.改變了人類對自然界的認識c.推動了技術的重大突破d.科學地概括出物質運動的定律2.1931年1月31日在洛杉磯舉行了城市之光首映式,卓別林和愛因斯坦在一起,面對歡呼的人群,藝術之星對科學之星說:“大家歡迎我是因為他們都能理解我,大家歡迎你是因為他們都不理解你。”這句話的含義是()a.絕大多數人盲目歡迎愛因斯坦b.相對論有悖于人們的日常經驗c.物理學理論與人們的日常生活相距很遠d.偉大的科學家不如著名的藝術家3.19世紀末20世紀初,科學家們認為“人們距離可知世界的邊界已經不遙遠”。打破這種認識的是()a.經典力學b.生物進化論c.相對論和量子理論d.電力的發明4.1945年,日本的廣島和長崎遭到了美國原子彈的打擊,傷亡慘重。愛因斯坦聞知后,認為“人類打開了潘多拉魔匣”。人類打開“潘多拉魔匣”的鑰匙是()a.牛頓經典力學b.相對論c.量子力學d.自由落體定律5.從理論上來說,蟲洞不僅可以切割空間,還能切割時間。美國天體物理學家艾瑞克w.戴維斯曾在美國航空航天學會期刊上發表文章,提出了利用蟲洞或可能穿越回過去的觀點。這一觀點提出的科學依據主要是()a.相對論b.量子論c.牛頓力學d.太陽中心論6.世界:一部歷史對某一科學理論這樣描述道:“物質和能量可以互相轉換,雙胞胎以不同的速度衰老,平行線可以交叉直覺的觀念蕩然無存,就像進入了愛麗斯漫游奇境記中的兔子洞一樣。”其中,將人們的思想認識帶進“兔子洞”的是()a.經典力學理論b.進化論c.相對論d.量子論7.你認為可以采用什么理論來解釋下圖所示現象()a.相對論b.量子理論c.萬有引力定律d.質量不變理論8.愛因斯坦的相對論修正了經典力學體系,并非否定。在相對論中,牛頓三大定律依然正確,只不過在分析問題時還要考慮到相對論的效應而已。由以上闡述判斷,相對論與經典力學的關系是()a.各自獨立b.繼承與發展c.否定與對立d.完全一致9.在普朗克提出量子假說之后,愛因斯坦意識到普朗克量子假說的革命性意義,并進一步發展了普朗克的能量子概念,使量子理論進入到一個新階段。愛因斯坦對普朗克能量子概念的發展表現在()a.提出狹義相對論b.提出光的量子理論c.提出廣義相對論d.提出原子的量子理論10.下列科學家與其科學成就的對應關系中,不正確的是()a.伽利略近代科學之父b.愛因斯坦標志人類進入科學時代c.達爾文提出了生物進化論d.普朗克宣告了量子論的誕生11.帕爾默在現代世界史中寫道:“二百年來,此定律一直是不可動搖的,總為每個新的相關發現所證實。只是在近一個世紀內,才發現它有局限性在亞原子結構的微觀世界里,或在整個物質宇宙的宏觀世界中,這個定律并不適用。”這評價的是()a.生物進化論b.經典力學c.量子理論d.相對論12. 1933年希特勒上臺后,猶太科學家愛因斯坦最終選擇移民美國,放棄愿意為他提供避難所的歐洲國家。悉知該消息時,法國科學家保羅朗之萬評價道:“這是一件大事,它的重要性就如同梵蒂岡從羅馬搬到新大陸一樣。”在此,朗之萬()a.譴責納粹德國迫害猶太科學家b.擔心歐洲大陸的戰爭威脅日益臨近c.意識到世界科學中心即將轉移d.覺察到科學家全球流動為大勢所趨二、非選擇題13.閱讀材料,完成下列要求。材料一19世紀末,正當物理學家慶賀“物理學大廈”落成之際,科學實驗卻發現了許多經典物理學無法解釋的事實。首先是世紀之交物理學的三大發現:電子、x射線和放射性現象的發現。其次是經典物理學的萬里晴空中出現了兩朵“烏云”:“以太漂移”的“零結果”和黑體輻射的“紫外災難”。材料二20世紀初,愛因斯坦發表了一篇具有劃時代意義的論文,為物理學的發展做出了重要貢獻。為紀念這一奇跡100周年,聯合國大會召開的第58次會議鼓掌通過了2005年為“國際物理年”的決議。(1)材料一中的“物理學大廈”指的是什么?它是在怎樣的背景下落成的?(2)根據材料二,20世紀初,物理學理論有什么新發展?其發展的原因是什么?(3)物理學理論的新發展在當時有什么意義?14.閱讀圖片,完成下列要求。(1)圖1、圖2、圖3中的人物各是誰?各有何突出貢獻?(2)有人認為,人類可以認識比已知事物更高層次的事物,但我們永遠不能認識宇宙的全部。你認為這種說法正確嗎?請結合物理學理論上的巨大變化,談談你的認識。(3)結合所學知識,你認為上述三人能取得偉大成就的原因是什么?第25課現代科學革命課前案梳理知識強化雙基牛頓力學、危機、狹義相對論、相對性原理、絕對化、普朗克、愛因斯坦、微觀世界課中案合作探究突破重難探究點一 經典物理學的危機提示：(1)牛頓力學反映的是宏觀物體低速運動的客觀規律，而相對論反映的是物體高速運動的客觀規律；相對論是對牛頓力學的繼承與發展。(2)科學探究精神。探究點二 愛因斯坦及其相對論提示：(1)他創立的相對論為科學發展帶來了革命性的變化；根據相對論得出的質量能量公式為原子彈的研制提供了理論依據；他提出的光量子假說推動了量子力學的發展，奠定了現代物理學的理論基礎。(2)原子彈用于戰爭給人類的生存造成威脅；原子彈的威脅使人類在國際事務中更加注重秩序，不敢輕易發動戰爭。(3)科學理論對科學的發展有巨大的推動作用，但科學技術本身是一把雙刃劍。科技能造福人類，推動生產力水平的提高，但如果運用不當，也能危害人類。探究點三 量子理論產生的背景答案：尷尬：微觀粒子的運動不能用經典物理學的原理說明，經典物理學存在局限性，面臨著危機和挑戰。解決：1900年，德國物理學家普朗克提出量子假說，后來，愛因斯坦提出了光的量子理論，丹麥物理學家玻爾提出了原子的量子理論。使人類對微觀世界的基本認識取得了革命性的進步。探究點四 量子理論的主要內容和意義答案： (1)同意。因為量子理論使人類對微觀世界的基本認識有了革命性的進步，彌補了經典物理學的不足，大大開闊了人們的視野，改變了人們看世界的角度和方式；量子理論不僅對物理科學本身，對自然科學，而且對整個人類的思維都產生了不可磨滅的影響。(2)啟發：勇于創新，堅持真理等。態度：辯證分析新舊事物的優劣之處，堅持和發揚好的一面，摒棄壞的一面。課后案應用拓展能力提升1.答案:b2.解析:人們不理解愛因斯坦是指不理解相對論,因為相對論與日常經驗不符。答案:b3.解析:相對論和量子理論沖破了原有的科學理論束縛,打開了人類認識世界的新視角。答案:c4.解析:愛因斯坦的相對論揭示了質量和能量的關系,這就為原子彈的制造提供了理論依據。答案:b5.解析:解讀材料關鍵信息,“蟲洞不僅可以切割空間,還能切割時間”,根據愛因斯坦的相對論,時間和空間不是絕對的,在一定條件下,人類可以實現時空的穿越。盡管蟲洞從未被證實存在,但愛因斯坦的廣義相對論已經預測了這些通過時空的理論上存在的通道。故選a項。答案:a6.解析:“物質和能量可以互相轉換”等信息反映的是愛因斯坦的相對論。答案:c7.解析:漫畫反映的是愛因斯坦的相對論。答案:a8.解析:相對論只是否定了經典力學的絕對時空觀,它也發展了牛頓力學,將其概括在相對論力學之中。b項符合題意。答案:b9.解析:根據題干信息“量子理論”,可知,a、c兩項不符合題意;原子的量子理論是由丹麥物理學家玻爾提出的;愛因斯坦提出了光的量子理論,把量子理論推進到一個新階段。故選b項。答案:b10.解析:標志人類進入科學時代的是牛頓的力學體系。答案:b11.答案:b12.解析:從題干中可以看出,朗之萬的話與譴責納粹德國之間沒有關系,故a項錯誤;題干中的話并不能體現出歐洲大陸戰爭威脅日益臨近,故b項錯誤;愛因斯坦是繼牛頓之后最偉大的科學家,他當時在科學界處于舉