PAGEPAGE1eq\a\vs4\al(第25課現代科學革命)課程標準：知道相對論、量子論的主要內容，相識其意義。一、經典物理學的危機1．輝煌(1)17世紀牛頓創立經典力學，經后人不斷補充發展，日臻完善。(2)19世紀，人們把經典力學看作權威的理論，認為物理學已經發展到完整、系統和成熟的階段。2．危機19世紀末，物理學上出現了一系列新的發覺，無法用經典物理學來說明。二、相對論與量子理論名稱項目相對論(宏觀宇宙世界)量子理論(微觀世界)提出1905年，愛因斯坦提出狹義相對論；1916年，提出廣義相對論1900年，為解決熱輻射理論上的疑點，普朗克提出量子假說內容相對性原理和光速不變原理；時間、空間、質量、運動是相對的，可以相互轉化輻射像物質一樣，是由具有能量的基本單位量子來實現的；后來，在愛因斯坦的量子理論、玻爾的原子量子理論等基礎上建立了量子力學意義是物理學領域最宏大的革命；解決了經典物理學的危機，擴展了物理學應用的領域；打破了經典物理學確定化的思維模式，為人們供應了辯證看待世界的途徑使人類對微觀世界的基本相識有了革命性的進步；量子力學對化學、生物學、醫學、考古學、古生物學、地質學等領域都產生了重大影響；帶來了很多劃時代的技術創新，如半導體、激光器的獨創等；干脆推動了社會生產力的發展，從根本上變更了人類的物質生活1．現代物理學誕生的緣由(1)隨著科技轉化為生產力巨大威力的顯現，各國政府對科技發展日益重視，科學探討突飛猛進，孕育著新的突破。(2)19世紀末20世紀初，隨著科學探討的不斷深化，人類對自然界的相識推動到前所未有的深度和廣度。(3)經典物理學由于自身的局限性，以牛頓力學為基礎的經典物理學無法說明物理學的新發覺而陷入危機。2．愛因斯坦能夠取得宏大成就的條件(1)科學發展供應的基礎。(2)科學發展須要供應動力。(3)個人堅持不懈勤奮追求真理的優秀品質。(4)科學的工作和探討方法。3．量子論和量子力學的影響(1)在量子論基礎上發展起來的量子力學，極大地促進了原子物理、固體物理和原子核物理等科學的發展。(2)標記著人類對客觀規律的相識，起先從宏觀世界深化到了微觀世界。(3)相對論和量子力學的確立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、地理學等學科的理論也都發生了革命性的突破。(4)量子力學和狹義相對論結合形成原子核物理學，指導制造原子彈、氫彈和建立核電站。(5)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。主題一相對論與經典力學的關系[史料探究]材料愛因斯坦與牛頓的對話(虛擬)：愛因斯坦：你真宏大，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：你比我更宏大，相對論在很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，相對論包涵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)依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？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。[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確定時空觀，從本質上修正了由狹隘閱歷建立起來的時空觀，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。[對點訓練]1．牛頓在《自然哲學的數學原理》中說：“確定空間就其自身特性與一切外在事物無關，到處勻稱，永不移動”。對此觀點進行修正的是()A．相對論力學 B．地質力學理論C．量子論力學 D．光電效應理論解析：選A相對論力學認為物體運動時，質量會隨著物體運動速度增大而增大，同時空間和時間也會隨著物體運動速度的變更而變更，這就否定了經典力學的確定時空觀，故A項正確。主題二量子理論與相對論的關系[史料探究]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化探討。”材料二普朗克提出了量子理論假說后，因為思想僵化，不但不敢信任自己的理論，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很多年，花費了他不少心血。(1)你同意材料一中的觀點嗎？為什么？(2)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當實行怎樣的一種看法？提示：(1)同意。因為量子理論使人類對微觀世界的基本相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，變更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行磨滅的影響。(2)啟發：勇于創新，堅持真理等。看法：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。[歸納總結]量子理論和相對論的異同(1)不同點：相對論描繪的是一個嶄新的宏觀宇宙世界；量子理論描繪的是微觀粒子世界。(2)共同點：①從背景上看：19世紀末，物理學得到了極大的發展，但是，一系列新的發覺無法用經典物理學說明，這使得經典物理學陷入了危機，面臨著挑戰。②從產生過程看：第一，都是科學大師們敢于向權威挑戰，追求真理的結果；其次，都經驗了一個產生、發展、完善的過程。③從影響來看：量子理論和相對論一起，構成了現代物理學的基礎，彌補了經典物理學的不足；都大大開闊了人們的視野，變更了人們看世界的角度和方式；它們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行磨滅的影響。[對點訓練]2．愛因斯坦和普朗克是20世紀世界聞名的科學家，分別創立了相對論和量子理論。它們的共同之處有()①揭示了時間和空間的可變性②深刻變更了自然科學的觀念③突破了近代物理學的傳統④構成現代物理學的理論框架A．①②③ B．①②④C．①③④ D．②③④解析：選D相對論揭示了時間和空間的可變性，量子理論沒有，①不是二者共同之處，故①錯誤；相對論提出新的時空觀，顛覆了人類對宇宙和自然的“常識性”觀念，量子力學用量子態的概念表征微觀體系狀態，二者變更了自然科學的觀念，故②正確；經典物理學基礎的經典力學，不適用于高速運動的物體和微觀領域，相對論解決了高速運動問題，量子力學解決了微觀亞原子條件下的問題，故③正確；相對論和量子力學是現代物理學的兩大基本支柱，故④正確，選擇D項符合題意。考點一愛因斯坦與相對論命題角度：1.相對論的提出。2.相對論的意義。[典題例析][例1]“依據這一理論，將時間和空間說成是確定的是沒有意義的，因為對這兩種范疇的測量通常隨著視察者的運動而變更。……對于門外漢來說，這些觀點——通常用不能理解的數學公式說明——表明科學已經達到了能被人類所知的界限。”上述“理論”的主要意義是()A．開創了以試驗為基礎的近代科學B．預見海王星存在的精確性C．彌補經典力學對時空相識的不足D．發覺能量輻射的運動原則[解題思路][答案]C[題組沖關]1．愛因斯坦曾言：“在我之前，人們都認為，假如把全部的東西都從宇宙中拿走，那剩下的就是時間和空間，我卻證明，假如把全部的東西都拿走了，什么都剩不下。”愛因斯坦的理論()A．建立的信息網絡大大縮小時空距離B．大大加強了人類對微觀世界的探討C．變更了人們相識世界的角度和方式D．主要論證時間和空間可以單獨變更解析：選C愛因斯坦的理論是相對論，沒有建立信息網絡，信息技術建立了信息網絡，故A項錯誤；大大加強了人類對微觀世界的探討是普朗克的量子論，故B項錯誤；愛因斯坦的理論變更了牛頓的確定時空觀，也變更了人們相識世界的角度和方式，故C項正確；愛因斯坦提出的狹義相對論認為時間、空間會隨著物體運動速度的變更而變更，時間和空間無法單獨變更，故D項錯誤。2．1976年，物理學家維索特和列文向太空放射了一枚載有時鐘的火箭。他們視察到，這個時鐘與放置在地球上的時鐘相比，多獲得了1/10微秒。這一試驗可以用來驗證()A．愛因斯坦的相對論 B．牛頓的萬有引力定律C．普朗克的量子理論 D．伽利略的自由落體定律解析：選A愛因斯坦的相對論否定了確定時空觀，認為時間和空間都是會變更的，故A項正確；牛頓的萬有引力定律強調確定的時空觀，與材料所述不符，故B項錯誤；普朗克的量子理論不涉剛好間和空間，故C項錯誤；伽利略的自由落體定律不涉剛好間和空間，故D項錯誤。考點二量子理論命題角度：1.量子理論的提出。2.量子理論的主要影響。[典題例析][例2]“這一發覺成為二十世紀物理學探討的基礎，從那個時候起幾乎完全確定了物理學的發展。要是沒有這一發覺，那就不行能建立起分子、原子以及支配它們變更的能量過程的有用理論。”“這一發覺”是指()A．牛頓的萬有引力定律 B．普朗克的量子論C．愛因斯坦的相對論 D．電子運動的規律[解題思路][答案]B[題組沖關]3．“感動中國2024年度人物”：“站在世界的最前排，和宇宙對話，以先賢的名義，做前無古人的事業。”這是獻給因在量子信息試驗探討領域做出開拓性貢獻的中科院院士潘建偉的頒獎詞。在這一領域的先賢和奠基者是指()A．伽利略 B．牛頓C．愛因斯坦 D．普朗克解析：選D伽利略是牛頓經典力學的奠基者，不是量子論的先賢和奠基者，故A項錯誤；牛頓是經典力學的創立者，沒有在量子領域做出貢獻，故B項錯誤；愛因斯坦是相對論的創立者，不是量子領域的先賢和奠基者，故C項錯誤；普朗克在1900年提出了量子假說理論，他是這一領域的先賢和奠基者，故D項正確。4．英國物理學家秦斯說：“物質的基本粒子其運動不像是鐵道上平滑走過的火車，而像是田野中跳動的袋鼠。”該理論()A．沖破宗教神學束縛 B．揭示宇宙運行規律C．顛覆經典力學體系 D．深化微觀世界相識解析：選D宗教神學并沒有對物質運行的介紹，故A項錯誤；揭示宇宙運行規律的是牛頓的萬有引力定律而非物質的粒子運動，故B項錯誤；粒子論與牛頓的經典力學體系并沒有嚴峻的沖突，更談不上“顛覆”一說，故C項錯誤；秦斯對物質粒子運動的描述，明顯有利于深化那個時代人們對微觀世界的相識，故D項正確。————————————————[課堂小結·建通史]—————————————20世紀初的世界之關鍵詞——相對論的宏觀宇宙，量子論的微觀世界，見證科學探究攀上新高峰[文化上](1)1905年愛因斯坦提出了狹義相對論，標記著相對論的誕生；1916年又建立廣義相對論。相對論的內容包括相對性原理和光速不變原理，相對論的提出是物理學領域最宏大的革命。(2)1900年，德國理論物理學家普朗克提出了量子假說，宣告了量子理論的誕生。繼普朗克的量子假說之后，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，量子力學建立起來。量子理論使人類對微觀世界的相識取得了革命性進步。[政治上](1)19世紀末20世紀初，主要資本主義國家向帝國主義階段過渡，其代議制進一步完善。(2)由于資本主義經濟政治發展不平衡，帝國主義國家的沖突日益激化；1914年第一次世界大戰爆發，帶給人類巨大的災難，也推動了俄國十月革命的爆發。(3)19世紀末20世紀初，歐美各國在瓜分世界的進程中重視新科技、新獨創，助推了現代科技革命的發展。[經濟上](1)其次次工業革命使生產力飛速發展，生產和資本日益集中，壟斷組織出現。(2)其次次工業革命中產生了一種新的生產組織形式——公司制。(3)其次次工業革命推動了鋼鐵、石油等新興工業的產生，也加劇了環境的污染程度，給人類的生活帶來不利影響。(4)20世紀初，資本主義世界市場形成，資本主義經濟得到快速發展。課時達標檢測(二十五)一、選擇題(每小題4分，共32分)1．1905年是愛因斯坦的“奇跡”之年，這一年他勝利說明了光電效應，他的理論重新確定了微粒說和波動說對于描述光的行為的意義。該理論()A．深刻揭示了時空的本質屬性B．推動量子論進一步發展C．推動了近代自然科學的誕生D．標記著量子理論的誕生解析：選B深刻揭示了時空的本質屬性屬于相對論，故A項錯誤；材料中“勝利說明了光電效應，他的理論重新確定了微粒說”有利于探討微觀的事物現象，推動了量子論進一步發展，故B項正確；推動了近代自然科學的誕生是中世紀物理學成就，故C項錯誤；標記著量子理論的誕生的是普朗克的量子論，故D項錯誤。2．牛頓力學認為時間是確定的，空間也是確定的；愛因斯坦相對論則認為“物質告知時空怎樣彎曲，時空告知物質怎樣運動”，時間、空間和物質是一個有機整體。這表明()A．牛頓力學更加能被世人所理解B．相對論革新了牛頓力學時空觀C．愛因斯坦相對論豐富了時空觀D．愛因斯坦否定了牛頓力學理論解析：選B材料反映的是相對論對牛頓力學的發展，不是僅僅反映牛頓力學的易被理解，故A項錯誤；材料反映了相對論在時空觀上對牛頓力學的發展，故B項正確；相對論不是在原來時空觀基礎上作純粹的增加，而是對牛頓力學確定時空觀作了革新之后加以發展，故C項錯誤；相對論只是在確定時空觀這一點上作了革新，不是對整個牛頓力學理論的否定，故D項錯誤。3．愛因斯坦以“相對性原理”和“光速的確定性”為基石，建立起狹義相對論的理論體系，并得到大量重要的讓人難以理解的結論。這表明狹義相對論()A．自身存在著嚴峻的不足 B．將物理學發展到新的高度C．超越了世人的認知水平 D．具有扎實的科學理論基礎解析：選C材料表述的是相對論的提出，沒有體現其自身存在嚴峻的不足，故A項錯誤；材料沒有涉及狹義相對論對物理學發展的作用，故B項錯誤；從“并得到大量重要的讓人難以理解的結論”，可知狹義相對論的內容超出了世人的認知水平，故C項正確；具有扎實的科學理論基礎不是材料表達的主旨，故D項錯誤。4．“假如兩個質量很大的鋼球相互接近，其緣由是：兩個鋼球沒有時，四周的時空如同一張拉平的網，兩個鋼球出現后把這張時空網壓彎了，于是兩個鋼球就沿著彎曲的網滾到一起來了。”這一說明的科學理論依據是()A．伽利略自由落體定律 B．牛頓經典力學體系C．普朗克量子論 D．愛因斯坦相對論解析：選D自由落體定律強調萬有引力與物體質量的關系問題，故A項錯誤；牛頓經典力學體現的是確定的時空觀，故B項錯誤；量子力學反映的是微觀系統，故C項錯誤；依據材料“時空如同一張拉平的網，兩個鋼球出現后把這張時空網壓彎了”，相對論變更了經典力學確定的時空觀念，深刻揭示了時空的本質屬性，故D項正確。5．普朗克曾寫道，“我把這完全的步驟描述成一種孤注一擲的行動……我已經和輻射與物質之間的平衡問題斗爭了六年而沒有得到任何勝利的結果。這個問題在物理學中是有根本重要性的，必需不惜任何代價來找出它的一種理論詮釋，不管那代價有多高。”普朗克旨在說明量子論()A．誕生的偶然與必定 B．得到社會的普遍認可C．產生了巨大的影響 D．是對前人理論的突破解析：選A材料“我把這完全的步驟描述成一種孤注一擲的行動”體現普朗克量子論誕生的偶然性，“我已經和輻射與物質之間的平衡問題斗爭了六年”又說明普朗克量子論誕生的必定性，故A項正確。6．2024年中國科學家研制的量子通信試驗衛星“墨子號”勝利放射。科學家潘建偉表示，起名“墨子”是因為墨子最早通過小孔成像試驗發覺光是直線傳播并作科學說明，為量子通信打下確定基礎。現代量子理論認為，“量子糾纏”可成為量子保密系統的基礎，因單個光量子在傳輸信息時測量不準、不行克隆，這構成量子通信平安基石。對此理解精確的是()A．古典科技變更現代世界面貌B．科學發展有利于社會的進步C．量子論起先變更了人們相識世界的角度D．科學轉化為社會生產力的速度大大加快解析：選B科學發展有利于社會的進步與材料中“為量子通信打下確定基礎”“構成量子通信平安基石”相符，故B項正確。7．2024年6月16日，美國激光干涉儀引力波天文臺(LIGO)宣布再次探測到引力波信號，開啟了全新的引力波天文學時代。在物理學中，引力波是指時空彎曲中的漣漪，通過波的形式從輻射源向外傳播，這種波以引力輻射的形式傳輸能量，早在100年前引力波就被科學家預言。引力波最可能被哪位學者預言()A．伽利略 B．牛頓C．愛因斯坦 D．普朗克解析：選C材料中“時空彎曲”是相對論的概念，故C項正確。8．下表列出了19、20世紀之交，物理學上有重大意義的試驗發覺，這些發覺()年頭人物貢獻年頭人物貢獻1895年倫琴發覺X射線1900年維拉德GA.MMA.射線189