1、第25课 现代科学革命课标要求：知道相对论、量子论的主要内容，认识其意义。教学目标：知识与能力：通过本课的学习，使学生了解在经典物理学危机的基础上现代科学革命产生的必然性，明白现代科学的两大支柱相对论和量子理论的基本观点，并认识到爱因斯坦在相对论、普朗克在量子理论的形成和创立过程中的重大作用。过程与方法：结合相对论和量子论各自的理论基础和研究方向，阐明两者对人类历史和现代生活的重大意义。情感态度与价值观：结合辩证法原理，正确对待科学的发展。教学重点：相对论、量子论的主要内容及意义。教学难点：相对论、量子论的主要内容。课时：本节教材用一课时。板书设计：第六单元 现代世界的科技与文化第25课 现代
2、科学革命一、经典物理的危机绝对权威危机二、爱因斯坦与相对论1最伟大2相对论三、量子理论中的微观世界1普朗克，爱因斯坦，玻尔2相对论和量子理论的评价：教学过程：导入新课：同学们还记得1687年出版的自然哲学的数学原理是哪位科学家的巨著吗？牛顿。这部巨著的意义是什么？建立起一个完整的力学理论体系，实现了物理学史上的第一次大飞跃。下面请同学们来阅读本课的引言：19世纪，以牛顿力学为代表的经典物理学已经日趋完善，达到了高峰。但是一些新的研究发现对它提出了挑战，导致了经典物理学的危机。正是在这种情况下，相对论和量子理论出现，它们掀起了物理学革命，构成了现代物理学的两大支柱，并对其他学科产生了历史性的影响
3、。人类对自然世界的科学探索又跃上了一个新的高度。今天，我们学习第25课现代科学革命。一、经典物理学的危机先请同学们听一段小故事，当德国物理著名的物理学家普朗克年轻时向他的老师求教，是选择音乐还是物理学作为自己的终身的职业时，得到的答复是：“物理学基本上是一门已经完成了的科学，因此，对于物理学的研究实际上是不会有多大成果的。”这个小故事说明了什么道理？请同学们阅读本目内容，从教材中找到这个问题的答案。教材P106本目内容第三自然段：当时，人们把以牛顿力学为代表的经典物理学看做绝对权威的理论，认为一切自然现象都可以用经典物理学加以说明，而且物理学已经发展到了完整、系统和成熟的阶段，以后的工作只不过
4、是在细节上做些修正和补充，在计算上更细致一点，使理论更加完善。板书：绝对权威那么，经典物理学的危机又来自哪里呢？仍然请同学们在教材的本目中找到答案。教材P106本目内容倒数第三自然段：然而，正是在这个时候，物理学上出现了一系列新的发现，无法用经典物理学来解释，这使得经典物理学陷入了危机，面临着挑战。板书：绝对权威危机而经典物理学陷入危机的具体难题是“晴空是漂浮着的两朵乌云”，而为了驱散这两朵乌云，物理学掀起了一场革命，诞生了现代物理学的两大支柱相对论和量子论。我们先来看第一大支柱。二、爱因斯坦与相对论直至今天，爱因斯坦都被视为科学界最伟大的科学家之一。板书：1最伟大请同学们看教材P107第一自
5、然段，了解爱因斯坦的生平。相对论是爱因斯坦最重要的成就，也是20世纪最重要的科学成就之一。板书：2相对论相对论由狭义相对论和广义相对论组成。狭义相对论首先就瓦解了牛顿经典力学中的绝对时空观，指出经典力学仅仅在低速运动状态下合理，从而化解了以太之谜，直接驱散了漂浮在物理学晴空上的第一朵乌云。在广义相对论中，爱因斯坦将相对性原理由惯参考系进一步扩大到任意参考系，并把牛顿的引力理论作为其中的一部分内容。教材P107第二、三自然段对相对论作了简单地介绍，文字阅读框穿越时空的梦想也对相对论的相对性原理作了直观的说明，请同学们阅读。关于相对性原理，有一个时间与空间相对性的例证。一个观察者看来是同时发生的事
6、件，另一个向他作相对运动的观察者看来便不是同时发生的。两个这样的观察者对两个事件之间的时间间隔的估计将会不一致，同时他们对距离的衡量也会不一致。假定两个作相对匀速运动的观察者所得到的光速相同，那么，只要他们对时间与空间运用不同的量度，就能对于现象得到相同的自然规律，并能精确地说明这种差距有多少，换句话说，每个观察者都有自己的一套时间空间的框架，对于一切观察者全都相同的绝对空间时间是不存在的。关于光速不变原理，也有例证，就是尺缩效应和钟慢效应。假定一个观察者B带着一只座钟和一把码尺，并把码尺指向他运动的方向。当他向观察者A旁边走过时，在A起来他的尺子不足一码长，他的钟也变慢了。B相对于A的速度愈
7、大，这差额也就愈大。假如B用光速在A的旁边通过，我们得到的结果是惊人的，这时B的码尺长度将等于0，他的钟也完全不足了。这就是说光速的速度的极限，宇宙间没有任何东西能以大于光速的速度运动。运动尺子的缩短和运动时钟的变慢效应，都是相对时空的基本属性，与物体内容结构无关。如果物体的速度比光速小得多，相对论力学就可以解释牛顿力学。相对论与我们的生活常识有着巨大的差距，但却被科学实验所证实，这就给我们提出了一个问题：常识总是正确的吗？常识和正确的理论起冲突的时候，应当怎样分辨呢？常识是我们在生活的经验和过程中所具备的，甚至可以说，是构成我们正常生活的基础，所以常识是根深蒂固的。这种根深蒂固、雷打不动的认
8、识，往往构成了我们寻找真理和本质，在探询日常生活之外的事物的规律时，我们认识的障碍。日常生活中，常识是必要的，但是科学发展和人类进步不是只靠常识和直觉就可以的。因此，从这个角度来理解，科学家们通过精确、巧妙的物理学实验得出的理论，也是经过了同常识的反复斗争而做出的，这更加体现出科学探索之路的艰难。相对论是人类精神宝库中璀璨的明珠，而相对论的发明者爱因斯坦也因此名垂青史。关于相对论的评价，是教材P107本目内容的最后一个自然段。找学生阅读教材P107本目内容的最后一个自然段：相对论的提出是物理学领域最伟大的革命。它在很大程度上解决了19世纪末出现的经典物理学的危机，可以广泛地解释不同运动状态的物
9、质，创立了一个全新的物理学世界，极大地扩展了物理学应用的领域。同时，相对论也打破了经典物理学绝对化的思维模式，为人们提供了辩证地看待世界的途径。自相对论横空出世以后，人类的认识有了极大的扩展：由低速领域跨入高速领域，由宏观领域延伸到宇宙观领域，由我们生存的三维空间到时间、空间共同构成的四维空间。对地整个人类来说，由相对论引发了史无前例的改变，不仅仅局限于一个时代：人们认识到时间和空间的相互依赖关系、时间和空间的相对意义，认识到时间、空间与物质运动相互依赖关系。对于人类意识来说，这的确是一场深刻的革命。相对论驱散了漂浮在物理学晴空上的第一朵乌云，那么，另一朵乌云是怎样被驱散的呢？三、量子理论中的
10、微观世界量子理论的提出，同样是源于实验和公式之间的不合。教材P107本目内容的第一、二自然段，教材P108第一、二、三、四、五自然段介绍了量子理论的创立过程，请同学们阅读。量子理论的创始人是谁？德国科学家普朗克。板书：1普朗克量子理论的创立过程是一个不断怀疑和不断假设的过程，普朗克于1900年提出量子假说是“不得不”的结果。因为作为一位严谨的科学家，其最基本的态度就必须是尊重事实，历史上因为墨守成规和不尊重事实而失去重大发现的实例举不胜举。但是量子理论本身和物理学中早已流行了很久的思维方式相差甚远，与一般人的常识更是有天壤之别，所以即便是在物理学界反应也十分冷淡。普朗克本人也曾经出现过反复和动
11、摇，并最终导致他没有做出更加伟大的理论创新。这也反映了人类认识事物本质的反复性和曲折性。量子理论的发展过程和相对论不同，相对论基本是爱因斯坦凭着一己之力创立的，而量子理论的发展则凝聚了很多科学家的聪明才智。教材还提到了哪些科学家的哪些贡献呢？爱因斯坦的光量子理论，玻尔的原子的量子理论。板书：1普朗克，爱因斯坦，玻尔在人类对微观世界的认识上，量子理论是一座里程碑，从当前的实践来看，量子理论对人类物质生活的改变作用更大一些，请同学们看教材P108倒数第二、四自然段，这是量子理论的现实意义。找学生阅读教材P108倒数第四自然段：量子理论是20世纪最深刻、最有成就的科学理论之一，使人类对微观世界的基本
12、认识有了革命性的进步。找学生阅读教材P108倒数第二自然段：量子力学对化学、生物学、医学、考古学、古生物学和地质学等科学领域都产生了重大影响，带来了许多划时代的技术创新，如半导体和激光器的发明等。这直接推动了社会生产力的发展，从根本上改变了人类的物质生活。相对论和量子理论的出现，掀起了物理学革命，构成了现代物理学的两大支柱，并对其他学科产生了历史性的影响。请看教材P108最后一个自然段，这是对相对论和量子理论的总体评价。板书：2相对论和量子理论的评价：找学生阅读教材P108最后一个自然段：量子理论和相对论一起，构成了现代物理学的基础，弥补了经典物理学的不足，描绘了一个崭新的宏观宇宙世界和微观粒
13、子世界，大大开阔了人们的视野，改变了人们看世界的角度和方式。它们不仅对物理科学本身，对自然科学，而且对整个人类的思维都产生了不可磨灭的影响。量子理论和相对论突破了经典物理学理论，对传统科学的错误观念和狭隘观念也进行了否定，丰富了人类的知识宝库；其探索和创新精神，也是人类认识世界、了解世界的历程在曲折中前进的规律的生动说明。小结：量子理论和相对论发展了经典物理学，弥补了经典物理学在宏观宇宙世界和微观的粒子世界面前的空缺，为人类描绘了一个崭新的世界，对整个人类的思维都产生了不可磨灭的影响。但是理论的发展是无限的，人类的认识过程也是没有止境的。作业：阅读下列材料：19世纪末，物理学的研究一方面深入到
14、物质内部的微观世界，放射线和原子被发现，另一方面扩展到整个宇宙。随着光学等学科的深入发展，人们对在光速或接近光速运动状态下的物质的研究，也超出了经典物理学的范围。物理学被称为“晴空上漂浮着两朵乌云”的两个无法解释的难题，其一就是以太的不存在。这使得经典物理学赖以建立的绝对时空观受到了严峻的挑战。（1）经典物理学形成的基础是什么？这一基础建立的理论是什么？提示：17世纪牛顿创立的经典力学。它是建立在绝对时空观的理论之上的。（2）到19世纪时，经典物理学发展到何种程度？他所适用的范围主要是什么？提示：到19世纪，在经典力学的 基础上，光学、热力学、电磁学、天体物理学等新兴学科取得了长足的进步，把人类对自然界的认识推进到前所未有的深度和广度。它所适用的范围主要是我们日常生活中的物理现象。（3）19世纪末，物理学的发展对经典物理学提出了怎样的挑战？提示：19世纪末，物理学的研究一方面深入到物质内部的微观世界，另一方面扩展到整个宇宙，超出了经典物理学的范围，经典物理学赖以建立的绝对时空观受到严峻挑战。（4）20世纪物理学的发展取得的两项最重大的成就是什么？它们与经典物理学的关系是什么？提示：量子理论和相对论。它们发展了经典物理学，弥补了经典物理学在宏观宇宙世界和微观的粒子世界面前的空缺，为人类描绘了一个崭新的世界，对整个人类的思维都产生了不可磨灭的影响。课堂反馈：