【2022教學(xué)參考】歷史材料與解析：人教版歷史必修3-第11課物理學(xué)的重大進(jìn)展-

第11課物理學(xué)的重大進(jìn)展

經(jīng)典力學(xué)

1．伽利略對(duì)物理學(xué)的貢獻(xiàn)

〔材料一〕外力是轉(zhuǎn)變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的緣由：

一個(gè)運(yùn)動(dòng)的物體假如有了某種速度以后，只要沒有增加或減小速度的外部緣由，便會(huì)始終保持這種速度──這個(gè)條件只有在水平的平面上才有可能，由于假如在沿斜面運(yùn)動(dòng)的狀況里，朝下運(yùn)動(dòng)則已經(jīng)有了減速的起因。由此可知，只有水平的平面上的運(yùn)動(dòng)才是不變的，運(yùn)動(dòng)既不會(huì)減小或減弱，更不會(huì)毀滅。

──伽利略《關(guān)于兩門新科學(xué)的對(duì)話》

〔材料二〕加速度概念的確定：

正如勻速運(yùn)動(dòng)被解釋為相等時(shí)間中保持相等的速度，所以我們也可以用類似的方法，設(shè)想在一段相等的時(shí)間中，速度的增加并不會(huì)簡(jiǎn)潔，這樣我們可以認(rèn)為速度是平衡的、連續(xù)的變化著，在任意相等的時(shí)間間隔中，速度的增加總是確定的。

──伽利略《關(guān)于兩門新科學(xué)的對(duì)話》

【解讀】《關(guān)于兩門新科學(xué)的對(duì)話》是伽利略關(guān)于自然運(yùn)動(dòng)科學(xué)和材料強(qiáng)度科學(xué)的一部重要著作，為物理學(xué)的進(jìn)展作出卓越的貢獻(xiàn)。

伽利略對(duì)于力學(xué)的爭(zhēng)辯，在他的科學(xué)活動(dòng)中占有極為重要的地位，他所建立的擺的定律、慣性定律、落體運(yùn)動(dòng)定律，以及對(duì)拋體運(yùn)動(dòng)的爭(zhēng)辯和他提出的相對(duì)性原理，奠定了動(dòng)力學(xué)的重要基礎(chǔ)。以后經(jīng)牛頓的進(jìn)展完善，建立了現(xiàn)代經(jīng)典力學(xué)的系統(tǒng)理論。

2．伽利略捍衛(wèi)進(jìn)展哥白尼的日心說

〔材料〕薩：假如世界的中心確是全部天層以及星體（即行星）環(huán)繞運(yùn)行的中心點(diǎn)，那就完全可以確定，處于宇宙中心的是太陽，而不是地球。因此，作為第一個(gè)普遍概念而言，中心的地點(diǎn)就是太陽的地點(diǎn)，而地球離開中心的距離就是它離開太陽的距離。

辛：你是怎樣引申出行星環(huán)繞的中心是太陽而不是地球呢？

薩：這是依據(jù)最明顯，因而也是最具有說服力的很多觀看而引申出來的。在這些把地球從中心排解出去，而把太陽放在中心的觀看中，一個(gè)最的確牢靠的觀看是，我們發(fā)覺全部的行星在某一個(gè)時(shí)候靠近地球，而在另一個(gè)時(shí)候又距地球較遠(yuǎn)。

──《關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體系對(duì)話》

【解讀】《關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體系對(duì)話》一書，是伽利略天文學(xué)爭(zhēng)辯成果總集。在天文學(xué)方面，伽利略的貢獻(xiàn)是極其巨大的。他的宇宙觀的核心是維護(hù)和堅(jiān)持、進(jìn)展了哥白尼學(xué)說。他的日心說觀點(diǎn)是完全建立在對(duì)天文的長(zhǎng)期觀測(cè)所獲得的大量新發(fā)覺的牢靠事實(shí)基礎(chǔ)之上的。

3．伽利略的科學(xué)爭(zhēng)辯方法

〔材料一〕哲學(xué)被寫在宇宙這本大書中，正一頁一頁的為我們開放。但我們只有先學(xué)懂它的語言，生疏組成語言的字母，才能讀懂這本書。這本書是用數(shù)學(xué)的語言寫成的，它的字母就是三角形、圓和其他幾何圖形，沒有這些字母，人類就不能懂得書里的任何一個(gè)單詞：沒有這些字母，人類只能迷失在黑暗的迷宮中。

──《伽利略的發(fā)覺與見解》轉(zhuǎn)引自S．德雷克著唐云江譯《伽利略》

〔材料二〕拋射體45度時(shí)射程最遠(yuǎn)

僅用數(shù)學(xué)便得到如此嚴(yán)格的證明，這使我心中布滿又驚又喜的感覺。……大炮和破擊炮轟擊時(shí)，最大射程（即炮彈放射的最遠(yuǎn)距離），是在仰角45度時(shí)獲得的……但是要理解為什么發(fā)生這種狀況，這比從別人那里得到證據(jù)甚至反復(fù)試驗(yàn)得到的證據(jù)重要的多……通過探究緣由而達(dá)到對(duì)某一效應(yīng)的理解會(huì)使人頓開茅塞，從而使理解和確證其他事實(shí)無須再借助試驗(yàn)，目前的例子恰好證明白這一點(diǎn)……

──伽利略《關(guān)于兩門新科學(xué)的對(duì)話》

〔材料三〕伽利略的發(fā)覺以及他所應(yīng)用的科學(xué)的推理方法是人類思想史上最宏大的成就之一，而且標(biāo)志著物理學(xué)的真正開端。

──英費(fèi)爾德《物理學(xué)的進(jìn)化》

〔材料四〕意大利始終是古典學(xué)術(shù)復(fù)興的舞臺(tái)。也是在意大利，伽利略和他的追隨者為近代科學(xué)奠定了基礎(chǔ)。

──沃爾夫《16、17世紀(jì)科學(xué)、技術(shù)和哲學(xué)史》

【解讀】伽利略是近代科學(xué)史上劃時(shí)代的人物。他對(duì)近代科學(xué)的主要貢獻(xiàn)表現(xiàn)在三個(gè)方面：一是奠定了經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)；二是捍衛(wèi)和進(jìn)展了哥白尼的日心說；三是創(chuàng)立了試驗(yàn)與數(shù)學(xué)相結(jié)合的科學(xué)爭(zhēng)辯方法。

在觀看試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過推理和計(jì)算對(duì)現(xiàn)象提出假定性的說明和描述，并用數(shù)學(xué)公式表示出來，然后再用試驗(yàn)方法去考核推理的結(jié)果是否正確。這是近代科學(xué)爭(zhēng)辯的一般程序和經(jīng)典方法。伽利略是這種科學(xué)爭(zhēng)辯方法和傳統(tǒng)的奠基人。這種爭(zhēng)辯方法既推動(dòng)了經(jīng)典力學(xué)的進(jìn)展，也推動(dòng)了數(shù)學(xué)的進(jìn)展。人們稱伽利略是近代試驗(yàn)科學(xué)之父，近代科學(xué)方法的奠基人。

4．牛頓對(duì)物理學(xué)基本概念的定義

〔材料〕定義1物質(zhì)的量是物質(zhì)的度量，可由其密度和體積共同求出。

定義2運(yùn)動(dòng)的量是運(yùn)動(dòng)的度量，可由速度和物質(zhì)的量共同求出。

定義3物質(zhì)固有的力，是一種起抵制作用的力，它存在于每一物體當(dāng)中，大小與該物體相當(dāng)，并使其保持現(xiàn)有的狀態(tài)，或是靜止，或是勻速直線運(yùn)動(dòng)。

定義4外力是一種對(duì)物體的推動(dòng)作用，使其轉(zhuǎn)變靜止的或勻速直線運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。

定義5向心力使物體受到指向一個(gè)中心點(diǎn)的吸引，或推斥任何傾向于該點(diǎn)的作用。

定義6以向心力的確定度量量度向心力，它正比于中心導(dǎo)致向心力產(chǎn)生并通過四周空間傳遞的作用源的性能。

定義7以向心力的加速度度量量度向心力，它正比于向心力在給定時(shí)間里所產(chǎn)生的速度部分。

定義8以向心力的運(yùn)動(dòng)度量量度向心力，它正比于向心力在給定時(shí)間里所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)部分。

──牛頓《自然哲學(xué)之?dāng)?shù)學(xué)原理》

【解讀】《自然哲學(xué)之?dāng)?shù)學(xué)原理》一書，是牛頓經(jīng)典力學(xué)爭(zhēng)辯成果匯編。這部重要著作被稱為17世紀(jì)物理科學(xué)的百科全書。

《自然哲學(xué)之?dāng)?shù)學(xué)原理》由四部分組成：

前言：說明白爭(zhēng)辯理論物理的目的和方法。他指出：從物理的全部任務(wù)看來就在于從各種運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象來爭(zhēng)辯各種自然力，然后再用這些力去論證其他現(xiàn)象。

第一、二編定義并分析了質(zhì)量、動(dòng)量、慣性、力、向心力、時(shí)間、空間等一系列奠定力學(xué)基礎(chǔ)的概念，提出了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奶祗w力學(xué)理論，爭(zhēng)辯了物體在有阻力的介質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)問題，敘述了牛頓力學(xué)三條基本運(yùn)動(dòng)定律和萬有引力定律，以及流體動(dòng)力學(xué)的有關(guān)定律。第三編運(yùn)用前兩編推導(dǎo)出的運(yùn)動(dòng)定律來解釋自然界的實(shí)際問題，如月球的運(yùn)動(dòng)、潮汐、二分點(diǎn)的歲差和彗星的運(yùn)動(dòng)等。

5．經(jīng)典力學(xué)理論

〔材料一〕牛頓物體運(yùn)動(dòng)三大定律

定律1每個(gè)物體都保持其靜止，或勻速直線運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，除非有外力作用于它迫使它轉(zhuǎn)變那種狀態(tài)。

定律2運(yùn)動(dòng)的變化正比于外力，變化的方向沿外力作用的直線方向。

定律3每一種作用都有一個(gè)相等的反作用，或者，兩個(gè)物體間的相互作用總是相等的，而且指向相反。

──牛頓《自然哲學(xué)之?dāng)?shù)學(xué)原理》

〔材料二〕萬有引力定律

命題76假如若干球體（就其物質(zhì)密度和吸引力而言）相互間由其中心到表面的同類比值完全不相像，但各球在其到中心給定距離處是相像的，而且各點(diǎn)的吸引力隨其到被吸引物體的距離的平方而減小；則這些球體中的一個(gè)吸引其他球體的全部的力反比于球心距離的平方。

推論3一個(gè)球相對(duì)于另一個(gè)球的運(yùn)動(dòng)吸引，或二者見的相對(duì)重量，在相同的球心距離處，共同正比于吸引的與被吸引的球，即正比于這兩個(gè)球的乘積。

推理4在不同的距離處，正比于該乘積，反比于二球心距離的平方。

──牛頓《自然哲學(xué)之?dāng)?shù)學(xué)原理》

【解讀】經(jīng)典力學(xué)理論體系由牛頓力學(xué)三大運(yùn)動(dòng)定律和萬有引力定律組成。

牛頓第確定律即慣性定律，是繼承和進(jìn)展了伽利略的成果。伽利略依據(jù)斜面試驗(yàn)發(fā)覺了水平方向的慣性運(yùn)動(dòng)。牛頓把它擴(kuò)大到任意方向。任何物體沒有外力作用，將永久保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

牛頓其次定律也是繼承和進(jìn)展了伽利略的工作。伽利略訂正了亞里士多德力與速度有關(guān)的傳統(tǒng)觀念，指出力不是同速度有關(guān)而是與加速度有關(guān)。牛頓進(jìn)一步指出，力與加速度和質(zhì)量的乘積有關(guān)。牛頓在爭(zhēng)辯碰撞與動(dòng)量問題的基礎(chǔ)上，又總結(jié)出運(yùn)動(dòng)第三運(yùn)動(dòng)定律，即作用與反作用定律。

牛頓力學(xué)三大定律深刻揭示了機(jī)械運(yùn)動(dòng)的普遍規(guī)律，萬有引力定律則把天體的運(yùn)動(dòng)和地球上物體的運(yùn)動(dòng)聯(lián)系起來了，最終完成經(jīng)典力學(xué)理論體系。

6．牛頓提出哲學(xué)中的推理規(guī)章

〔材料〕規(guī)章1尋求自然事物的緣由，不得超出真實(shí)和足以解釋其現(xiàn)象者。

因此對(duì)于相同的自然現(xiàn)象，必需盡可能地尋求相同的緣由。

物體的特征，若其程度既不能增加也不能削減，且在試驗(yàn)所及范圍內(nèi)為全部物體所共有；則應(yīng)視為一切物體的普遍屬性。

在試驗(yàn)哲學(xué)中，我們必需將由現(xiàn)象所歸納出的命題視為完全正確的或基本正確的，而不管想象所可能得到的與之相反的種種假說，直到毀滅了其他的或可排解這些命題，或可使之變得更加精確的現(xiàn)象之時(shí)。

──牛頓《自然哲學(xué)之?dāng)?shù)學(xué)原理》

【解讀】牛頓的《自然哲學(xué)之?dāng)?shù)學(xué)原理》不僅是一本劃時(shí)代的科學(xué)著作，它在科學(xué)方法上也有重要意義。

牛頓進(jìn)展了從閱歷事實(shí)概括為自然科學(xué)原理的方法。

牛頓指出，在自然科學(xué)里，應(yīng)當(dāng)像在數(shù)學(xué)里一樣，在爭(zhēng)辯困難的時(shí)候，總是應(yīng)當(dāng)先用分析的方法，然后接受綜合的方法。這種分析包括做試驗(yàn)和觀看，用歸納法從中做出普遍結(jié)論，并且不使這些結(jié)論遭到異議，除非這些異議來自試驗(yàn)或其他牢靠的真理方面。用這樣的分析方法，我們就可以從復(fù)合物論證到它們的成分，從運(yùn)動(dòng)到產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的力，一般地說，從結(jié)果到緣由，從特殊緣由到普遍緣由，始終論證到最普遍的緣由為止，這就是分析的方法；而綜合的方法則假定緣由已經(jīng)找到，并且把它們立為原理，再由這些原理去解釋由它們發(fā)生的現(xiàn)象，并證明這些解釋的正確性。

相對(duì)論的創(chuàng)立

1．愛因斯坦提出狹義相對(duì)論

〔材料一〕確定靜止這概念，不僅在力學(xué)中，而且在電動(dòng)力學(xué)中也不符合現(xiàn)象的特性，倒是應(yīng)當(dāng)認(rèn)為，凡是對(duì)力學(xué)方程適用的一切坐標(biāo)系，對(duì)于上述電動(dòng)力學(xué)和光學(xué)的定律也一樣適用，對(duì)于第一級(jí)微量來說，這是已經(jīng)證明白的。我們要把這個(gè)猜想（它的內(nèi)容以后就稱之為“相對(duì)性原理”）提升為公設(shè)，并且還要引進(jìn)另一條在表面上看來和它不相容的公設(shè)：光在空虛空間里總是以一確定的速度V傳播著，這速度與放射體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)。由這兩條公設(shè)，依據(jù)靜體的麥克斯韋理論，就可以得到一個(gè)簡(jiǎn)潔而又不自相沖突的動(dòng)體電動(dòng)力學(xué)。

──愛因斯坦《論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)》

〔材料二〕狹義相對(duì)論是以下面的公設(shè)為基礎(chǔ)的（而伽利略──牛頓的力學(xué)也滿足這個(gè)公設(shè)）：假如這樣來選取一個(gè)坐標(biāo)系K，使物理定律參照于這個(gè)坐標(biāo)系得以最簡(jiǎn)潔的形式成立，那么對(duì)于任何另一個(gè)相對(duì)于K做勻速平移運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)系K′，這些定律也同樣成立。這條公設(shè)我們叫它“狹義相對(duì)性原理”?！蔼M義”這個(gè)詞表示這條原理限制在K′對(duì)K做勻速運(yùn)動(dòng)的狀況，但K′同K的等效性并沒有擴(kuò)充到K′對(duì)K做非勻速運(yùn)動(dòng)的狀況。

──愛因斯坦《論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)》

【解讀】愛因斯坦在物理學(xué)的很多領(lǐng)域中都有重大的貢獻(xiàn)，其中最重要的是創(chuàng)立了相對(duì)論和進(jìn)展了量子論。

愛因斯坦在1905年6月完成的《論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)》一文中，提出了狹義相對(duì)論。這一理論告知我們，假如我們承認(rèn)光在真空中的速度傳播速度是恒定的，而且在一切慣性參照系中自然定律都是相同的，那么就可以確定，時(shí)間和物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的生疏，發(fā)生了革命性的變化，具有劃時(shí)代的意義。2．廣義相對(duì)論的兩條公設(shè)

〔材料〕（等效原理）物理學(xué)的定律必需具有這樣的性質(zhì)，它們對(duì)于以無論哪種方式運(yùn)動(dòng)著的參照系都是成立的。

（廣義協(xié)變?cè)恚┢毡榈淖匀灰?guī)律是由那些對(duì)一切坐標(biāo)系都有效的方程來表示的，也就是說，它們對(duì)于無論哪種變換都是協(xié)變的（廣義協(xié)變）。

──《廣義相對(duì)論的基礎(chǔ)》

【解讀】1916年，愛因斯坦《廣義相對(duì)論的基礎(chǔ)》的論文，建立了廣義相對(duì)論。狹義相對(duì)論主要論述電磁現(xiàn)象及其在時(shí)間和空間中的傳播；廣義相對(duì)論主要爭(zhēng)辯引力理論。這個(gè)理論的中心思想是引力的實(shí)質(zhì)是由于質(zhì)量的存在而引起的時(shí)空連續(xù)場(chǎng)的彎曲。他依據(jù)廣義相對(duì)論，作出光線在引力場(chǎng)作用下會(huì)發(fā)生彎曲、水星近日發(fā)生運(yùn)動(dòng)和引力場(chǎng)中的光譜線向紅端移動(dòng)的三大預(yù)言，以后都被試驗(yàn)觀看所證明。1919年，英國物理學(xué)家湯姆生曾感動(dòng)地說，愛因斯坦創(chuàng)立的相對(duì)論是“人類思想史上最宏大的成就之一”。

3．科學(xué)應(yīng)造福于人類

〔材料〕假如你們想使你們一生的工作有益于人類，那么，你們只懂得應(yīng)用科學(xué)是不夠的。關(guān)懷人的本身，應(yīng)當(dāng)始終成為一切技術(shù)上奮斗的主要目標(biāo)；關(guān)懷怎樣組織人的勞動(dòng)和產(chǎn)品支配這樣一些尚未解決的重大問題，用以保證我們科學(xué)思想的成果會(huì)造福于人類，而不致成為禍害。

──《紀(jì)念愛因斯坦譯文集》

【解讀】愛因斯坦的歷史地位，不僅僅由于他的科學(xué)貢獻(xiàn)，還有他對(duì)世界的人文關(guān)懷。他不僅是一位宏大的科學(xué)家，還是一位和平主義者。他目睹了兩次世界大戰(zhàn)對(duì)人類的摧殘，認(rèn)為和平是人類的首要問題。1955年4月，彌留之際的愛因斯坦簽署了《羅素—愛因斯坦宣言》，呼吁人們團(tuán)結(jié)起來，防止新型的世界大戰(zhàn)的爆發(fā)。

愛因斯坦要求科學(xué)要造福于人類，而人類也從愛因斯坦的爭(zhēng)辯成果中獲益匪淺。

后世得益于愛因斯坦理論的重大制造。

太陽能電池、防盜報(bào)警器和照相機(jī)的測(cè)光表都是以光電效應(yīng)為基礎(chǔ)的。

核能利用了這樣一個(gè)物理現(xiàn)象：當(dāng)鈾原子發(fā)生裂變時(shí)，總質(zhì)量的微量損失可以轉(zhuǎn)變成能量，其依據(jù)正是愛因斯坦的出名等式E=MC2。如今，核能為英國供應(yīng)了25%的電力。

狹義相對(duì)論與量子理論相結(jié)合，指出了反物質(zhì)的存在?？茖W(xué)家們利用正電子，即反物質(zhì)“電子”，通過X射線層析照相術(shù)爭(zhēng)辯大腦活動(dòng)。

愛因斯坦1916年至1917年對(duì)光子的爭(zhēng)辯為人類40年后發(fā)覺激光奠定了基礎(chǔ)。

量子論的誕生與進(jìn)展

1．愛因斯坦對(duì)普朗克發(fā)覺的評(píng)價(jià)

〔材料〕這一發(fā)覺成為二十世紀(jì)物理學(xué)爭(zhēng)辯的基礎(chǔ)，從那個(gè)時(shí)候起幾乎完全打算了物理學(xué)的進(jìn)展。要是沒有這一發(fā)覺，那就不行能建立起分子、原子以及支配它們變化的能量過程的有用理論。

──《諾貝爾物理獎(jiǎng)金獲得者》

【解讀】普朗克在物理學(xué)上最主要的成就是提出出名的普朗克輻射公式，創(chuàng)立能量子概念。普朗克從1896年開頭對(duì)熱輻射進(jìn)行了系統(tǒng)的爭(zhēng)辯。他經(jīng)過幾年艱苦努力，最終導(dǎo)出了一個(gè)和試驗(yàn)相符的公式。他于1900年10月下旬在《德國物理學(xué)會(huì)通報(bào)》上發(fā)表一篇只有三頁紙的論文，題目是《論維恩光譜方程的完善》，第一次提出了