2024-2025學(xué)年高中歷史專題七近代以來科學(xué)技術(shù)的輝煌第1課近代物理學(xué)的奠基人和革命者講義人民版必修3

PAGEPAGE1第1課近代物理學(xué)的奠基人和革命者[課標(biāo)要求]了解經(jīng)典力學(xué)的主要內(nèi)容，相識(shí)其在近代自然科學(xué)理論發(fā)展中的歷史地位；知道相對(duì)論、量子論的主要內(nèi)容，相識(shí)其意義。一、相識(shí)史上的飛躍1.背景(1)在中世紀(jì)的歐洲，eq\o(□,\s\up1(01))亞里士多德的學(xué)說長期被教會(huì)奉為教條。(2)近代科學(xué)誕生后，亞里士多德的力學(xué)不斷受到質(zhì)疑。(3)伽利略在視察、試驗(yàn)和推理的基礎(chǔ)上，創(chuàng)立了eq\o(□,\s\up1(02))自由落體定律，推翻了亞里士多德的學(xué)說。2.內(nèi)容(1)牛頓的運(yùn)動(dòng)三定律，即慣性定律、eq\o(□,\s\up1(03))加速度定律、作用力和反作用力定律。(2)牛頓從探討地球?qū)υ虑虻囊θ胧?，勝利地?dǎo)出了eq\o(□,\s\up1(04))萬有引力定律。(3)著作：1687年，《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》出版，標(biāo)記著牛頓力學(xué)體系的形成。3.意義(1)牛頓的運(yùn)動(dòng)三定律構(gòu)成了近代力學(xué)體系的基礎(chǔ)，成為整個(gè)近代物理學(xué)的重要支柱。(2)牛頓的力學(xué)體系對(duì)自然界的力學(xué)現(xiàn)象做出了系統(tǒng)的、合理的說明，完成了人類對(duì)自然界相識(shí)史上的第一次eq\o(□,\s\up1(05))理論大綜合。(3)萬有引力定律的確立使力學(xué)和天文學(xué)在理論上達(dá)到了相當(dāng)完備的程度，并在生產(chǎn)和科學(xué)試驗(yàn)中得到廣泛的應(yīng)用和驗(yàn)證。它精確地算出了地球的平均密度和扁平率，正確地說明白潮汐的成因。概念闡釋近代科學(xué)近代科學(xué)是在搜集材料的基礎(chǔ)上，從現(xiàn)象深化到本質(zhì)，從閱歷定律上升為系統(tǒng)的科學(xué)理論。它是建立在視察、試驗(yàn)基礎(chǔ)上的試驗(yàn)科學(xué)，并廣泛應(yīng)用數(shù)學(xué)方法使科學(xué)學(xué)問日益精確化；同時(shí)發(fā)展了以試驗(yàn)事實(shí)為依據(jù)和以歸納推理為主要手段的探討方法，確立了一系列定量的科學(xué)定律。思維點(diǎn)撥伽利略開創(chuàng)了以試驗(yàn)事實(shí)為依據(jù)并具有嚴(yán)密邏輯體系的近代科學(xué)，標(biāo)記著近代物理學(xué)的真正開端。伽利略因而被譽(yù)為“近代科學(xué)之父”。牛頓經(jīng)典力學(xué)體系的建立則標(biāo)記著近代科學(xué)的形成。二、驅(qū)走烏云的太陽1.背景(1)19世紀(jì)的物理學(xué)領(lǐng)域，以eq\o(□,\s\up1(01))牛頓力學(xué)為基礎(chǔ)，形成了完整的理論體系。(2)19世紀(jì)末，eq\o(□,\s\up1(02))黑體輻射問題成為物理學(xué)界的重大探討課題。2.量子理論的誕生與發(fā)展階段時(shí)間國家主要成就誕生1879年奧地利斯蒂芬發(fā)覺黑體輻射的eq\o(□,\s\up1(03))總能量與其溫度之間的定量關(guān)系1900年德國普朗克發(fā)覺熱輻射過程中的能量分布規(guī)律，并提出eq\o(□,\s\up1(04))量子概念，并在《關(guān)于正常光譜能量分布定律的理論》中闡述了量子學(xué)說，標(biāo)記著量子理論的誕生發(fā)展1905年德國愛因斯坦用量子理論勝利說明eq\o(□,\s\up1(05))光電效應(yīng)，得出了光具有波粒二象性的結(jié)論1923年法國德布羅意提出物質(zhì)波理論數(shù)年后奧地利、德國物理學(xué)家建立eq\o(□,\s\up1(06))量子力學(xué)3.量子理論的影響(1)指導(dǎo)著人們向物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的各個(gè)層面進(jìn)行深化探討。(2)從根本上變更了近代物理學(xué)的傳統(tǒng)觀念，使物理學(xué)乃至整個(gè)自然科學(xué)的觀念都發(fā)生了重大變革。三、愛因斯坦的“時(shí)空”1.相對(duì)論的創(chuàng)立狹義相對(duì)論廣義相對(duì)論創(chuàng)立1905年，愛因斯坦發(fā)表《eq\o(□,\s\up1(01))論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)》1916年，愛因斯坦把狹義相對(duì)論推廣到eq\o(□,\s\up1(02))加速運(yùn)動(dòng)的參考系中，建立了廣義相對(duì)論內(nèi)容時(shí)間和空間隨著物質(zhì)運(yùn)動(dòng)速度的變更而變更空間、時(shí)間不是獨(dú)立的實(shí)在，是物質(zhì)存在的形式意義反映了物體eq\o(□,\s\up1(03))高速運(yùn)動(dòng)的客觀規(guī)律，是對(duì)牛頓力學(xué)的繼承和發(fā)展第一次闡述了eq\o(□,\s\up1(04))四維時(shí)空和物質(zhì)的分布相聯(lián)系的重要思想2.影響(1)是對(duì)近代物理學(xué)理論框架的重大突破，揭示了空間、時(shí)間的可變性，說明白時(shí)空的變更和時(shí)空結(jié)構(gòu)同eq\o(□,\s\up1(05))物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)和狀態(tài)密不行分。(2)形成全新的時(shí)空觀、eq\o(□,\s\up1(06))運(yùn)動(dòng)觀和物質(zhì)觀，是人類思想發(fā)展史中的一次根本性變革，對(duì)整個(gè)自然科學(xué)和哲學(xué)都產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。(3)相對(duì)論同eq\o(□,\s\up1(07))量子理論一起，構(gòu)成了現(xiàn)代物理學(xué)的基本理論框架。思維點(diǎn)撥愛因斯坦的相對(duì)論只是否定了牛頓的肯定時(shí)空觀，沒有否定整個(gè)牛頓力學(xué)。牛頓力學(xué)是相對(duì)論力學(xué)在低速狀態(tài)下的一個(gè)特例。牛頓力學(xué)是整個(gè)力學(xué)的基礎(chǔ)，牛頓所創(chuàng)建的概念，至今仍指導(dǎo)著我們的物理學(xué)思想。相對(duì)論發(fā)展了牛頓力學(xué)，打破了傳統(tǒng)的肯定時(shí)空觀。學(xué)問點(diǎn)一牛頓經(jīng)典力學(xué)體系ZHISHIDIAN材料一下面是兩幅有關(guān)牛頓的圖片材料二英國聞名詩人亞歷山大·蒲伯曾寫過一首贊美牛頓的詩：自然和自然界的規(guī)律，隱藏在黑暗里。上帝說：“讓牛頓去吧！”于是一切成為光明。(1)材料一的兩幅圖中，圖一反映了牛頓力學(xué)的什么成果？圖二體現(xiàn)了這一成果的運(yùn)用所取得的成就是什么？說明白什么？提示：圖一反映的是萬有引力定律；圖二是指海王星的發(fā)覺。說明白牛頓力學(xué)具有驚人的預(yù)見力和巨大的理論指導(dǎo)意義。(2)為什么說牛頓以前“自然和自然界的規(guī)律，隱藏在黑暗里”？牛頓是怎樣讓“一切成為光明”的？提示：牛頓以前的中世紀(jì)歐洲，基督教神學(xué)統(tǒng)治一切，實(shí)行愚民政策；人們普遍認(rèn)為一切都是由上帝創(chuàng)建的，都是不行知的。牛頓的經(jīng)典力學(xué)將天體的運(yùn)動(dòng)和地球上物體的運(yùn)動(dòng)概括在同一理論之中，能夠完整地說明天體和地球上的一切現(xiàn)象，揭示了自然界的規(guī)律。從今，科學(xué)擺脫了神學(xué)的束縛向前發(fā)展，同時(shí)也打擊了神學(xué)，促進(jìn)了人們思想的進(jìn)一步解放。牛頓經(jīng)典力學(xué)體系的特征、貢獻(xiàn)和局限性1.特征(1)注意試驗(yàn)：試驗(yàn)可以進(jìn)一步揭示客觀現(xiàn)象和過程之間的邏輯關(guān)系，并由此得出重要的結(jié)論。(2)力學(xué)體系的數(shù)學(xué)化：牛頓主要運(yùn)用他創(chuàng)立的微積分做計(jì)算工具，這種數(shù)學(xué)化源于自然界內(nèi)在的數(shù)學(xué)關(guān)系。2.貢獻(xiàn)(1)建立起一個(gè)完整的力學(xué)理論體系，實(shí)現(xiàn)了物理學(xué)史上的第一次大飛躍。(2)牛頓力學(xué)體系以嚴(yán)格的數(shù)學(xué)方法和邏輯體系把宇宙間的運(yùn)動(dòng)統(tǒng)一起來，對(duì)人類說明與預(yù)見物理現(xiàn)象具有確定性的意義。(3)到19世紀(jì)，在經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)上，光學(xué)、熱力學(xué)、電磁學(xué)、天體物理學(xué)等新興學(xué)科取得了長足發(fā)展，把人類對(duì)自然界的相識(shí)推動(dòng)到前所未有的深度和廣度。3.局限性：牛頓力學(xué)體系建立在日常生活中常見的低速運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)之上。在牛頓力學(xué)中，時(shí)間和空間被視為是與物質(zhì)運(yùn)動(dòng)無關(guān)而獨(dú)立存在的，是肯定的。這種肯定的時(shí)空觀符合人們的日常閱歷，但無法說明高速運(yùn)動(dòng)的物體和微觀世界中的粒子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。學(xué)問點(diǎn)二量子論和相對(duì)論ZHISHIDIAN材料一(英國)皇家學(xué)會(huì)會(huì)長湯姆遜致辭說：“愛因斯坦的相對(duì)論是人類思想史上最宏大的成就之一，或許就是最宏大的成就。”……1921年……愛因斯坦作為光電效應(yīng)理論的建立者而得獎(jiǎng)，但相對(duì)論始終沒有獲諾貝爾獎(jiǎng)?！獏菄ⅰ犊茖W(xué)的歷程》材料二能量子鉆進(jìn)物體的表面層……把它的全部能量賜予了單個(gè)電子……一個(gè)在物體內(nèi)部具有動(dòng)能的電子當(dāng)它到達(dá)物體表面時(shí)已經(jīng)失去了它的一部分能量?！稅垡蛩固刮募?1)材料一為什么說相對(duì)論是“最宏大的成就之一”？“相對(duì)論始終沒有獲諾貝爾獎(jiǎng)”說明白什么問題？提示：緣由：相對(duì)論否定了經(jīng)典力學(xué)的肯定時(shí)空觀，深刻揭示了時(shí)間和空間的本質(zhì)屬性，提出了全新的時(shí)空觀、運(yùn)動(dòng)觀和物質(zhì)觀；發(fā)展了牛頓力學(xué)，將其概括在相對(duì)論力學(xué)之中，將物理學(xué)發(fā)展到一個(gè)新的高度。問題：相對(duì)論超出了人們的日常思維、閱歷和感受，很難被人們理解和接受。(2)依據(jù)材料二，愛因斯坦這一探討的理論基礎(chǔ)是什么？他在這一方面有何貢獻(xiàn)？提示：理論基礎(chǔ)：普朗克于1900年提出的量子假說，量子論宣告誕生。貢獻(xiàn)：用量子理論勝利說明白光電效應(yīng)。(3)為什么說相對(duì)論和量子論使人類對(duì)自然世界的科學(xué)探究又躍上了一個(gè)新的高度？提示：相對(duì)論和量子論彌補(bǔ)了經(jīng)典力學(xué)在相識(shí)宏觀世界和微觀世界方面的不足，開闊了人們的視野，變更了人們相識(shí)世界的角度和方式。相對(duì)論和量子理論在物理學(xué)上的影響相對(duì)論和量子理論一起構(gòu)成了現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)，彌補(bǔ)了經(jīng)典物理學(xué)的不足，掀起了物理學(xué)的革命。這詳細(xì)表現(xiàn)在：1.相對(duì)論指出了時(shí)間、空間和物體的質(zhì)量不是肯定不變的，而是隨著物體運(yùn)動(dòng)速度的變更而變更的，打破了傳統(tǒng)的肯定時(shí)空觀。相對(duì)論創(chuàng)立了一個(gè)全新的物理學(xué)世界，極大地?cái)U(kuò)展了物理學(xué)應(yīng)用的領(lǐng)域。2.量子理論是探討微觀世界粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的理論，對(duì)化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、考古學(xué)、古生物學(xué)和地質(zhì)學(xué)等領(lǐng)域都產(chǎn)生了重大影響，帶來了很多劃時(shí)代的技術(shù)創(chuàng)新，使人類對(duì)微觀世界的相識(shí)有了革命性的進(jìn)步。1.發(fā)覺了自由落體定律并為近代經(jīng)典力學(xué)的創(chuàng)立和發(fā)展奠定基礎(chǔ)的科學(xué)家是()A.伽利略B.哥白尼C.牛頓D.普朗克答案A解析伽利略發(fā)覺了自由落體定律，為牛頓創(chuàng)立了經(jīng)典力學(xué)體系奠定了基礎(chǔ)。故選A項(xiàng)。2.“八月濤聲吼地來，頭高數(shù)丈觸山回。須臾卻入海門去，卷起沙堆似雪堆?！卞X塘潮潮高浪急，吸引了歷史上多數(shù)的文人墨客，有人歌詠其恢弘的氣概，也有人探究其成因。錢塘潮的形成，符合()A.量子力學(xué)原理B.電磁感應(yīng)原理C.萬有引力原理D.重力加速度原理答案C解析量子力學(xué)主要揭示微觀世界粒子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，解除A項(xiàng)；電磁感應(yīng)原理揭示的是因磁通量變更產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象，解除B項(xiàng)；潮汐現(xiàn)象指海水在天體(主要是月球和太陽)引潮力作用下所產(chǎn)生的周期性運(yùn)動(dòng)，牛頓萬有引力作了科學(xué)說明，故選C項(xiàng)；重力加速度原理是一個(gè)物體受重力作用的狀況下所具有的加速度，不符合題意，解除D項(xiàng)。3.19世紀(jì)后期，科學(xué)家們發(fā)覺很多物理現(xiàn)象無法用經(jīng)典物理學(xué)理論說明，尤其是在探討黑體輻射時(shí)遇到了巨大的困難。此“困難”最終促成了()A.光電效應(yīng)的提出B.量子假說的提出C.時(shí)空彎曲的產(chǎn)生D.相對(duì)論的形成答案B解析依據(jù)材料“19世紀(jì)后期”“探討黑體輻射”并結(jié)合所學(xué)學(xué)問可知，德國科學(xué)家馬克斯·普朗克在1900年提出量子假設(shè)，它說明白所觀測(cè)到的熱體的放射率，故B項(xiàng)正確。光電效應(yīng)屬于量子理論的組成部分，故A項(xiàng)解除；C、D兩項(xiàng)是相對(duì)論，解除。4.“(它)是一門奇異的理論，供應(yīng)了精確一樣地解決關(guān)于原子、激光、X射線、超導(dǎo)性以及其他多數(shù)事情的實(shí)力，幾乎完全使古老的經(jīng)典物理理論失去了光彩?！边@一理論()A.對(duì)預(yù)見物理現(xiàn)象具有確定性意義B.對(duì)微觀世界的相識(shí)取得了革命性進(jìn)步C.打破了神學(xué)對(duì)人們的思想禁錮D.揭示了時(shí)間和空間的本質(zhì)屬性答案B解析材料信息反映的是量子論。量子論使人類對(duì)微觀世界的基本相識(shí)取得了革命性進(jìn)步，彌補(bǔ)了經(jīng)典力學(xué)在相識(shí)微觀世界方面的不足。故選B項(xiàng)。牛頓的經(jīng)典力學(xué)體系對(duì)預(yù)見物理現(xiàn)象具有確定性意義，解除A項(xiàng)；達(dá)爾文的生物進(jìn)化論打破了神學(xué)對(duì)人們的思想禁錮，解除C項(xiàng)；愛因斯坦的相對(duì)論揭示了時(shí)間和空間的本質(zhì)屬性，解除D項(xiàng)。5.2024年10月16日，全球多國科學(xué)家同步實(shí)行新聞發(fā)布會(huì)，宣布人類第一次干脆探