1、专题七 近代以来科学技术的辉煌 一 近代物理学的奠基人和革命者 必备知识自主学习 一、认识史上的飞跃 1.背景:近代科学的诞生以及伽利略_定律的创立,冲击了_ 学说的统治地位。2.牛顿力学三定律:(1)时间:_世纪末。(2)内容:牛顿在研究伽利略自由落体定律的基础上,得出了_定律和 _定律,又在_等人对碰撞运动的研究基础上总结出作用力和反作 用力定律。(3)地位:牛顿的运动三定律构成了近代_体系的基础,成为整个近代_ 的重要支柱。自由落体 亚里士多德 17 惯性 加速度 笛卡尔 物理学 力学 3.万有引力定律:从研究地球对_的引力入手,综合了_等人有关天体 力学方面的研究成果,并运用他自己创立
2、的_做计算工具,成功地导出了 万有引力定律。4.著作:自然哲学的数学原理,总结了他的_体系以及在数学、天文学 方面的研究成果。5.意义:(1)牛顿力学体系对自然界的力学现象做出了系统的、合理的说明,从而完成了 人类对自然界认识史上的第一次理论大综合。(2)它的确立使力学和_在理论上达到了相当完备的程度,同时也在生产 和科学实验中得到广泛的应用和验证。月球 开普勒 微积分 力学 天文学 二、驱走乌云的太阳 1.背景:19世纪的物理学领域,在牛顿力学的基础上,形成了完整的理论体系,19 世纪末,物理学界的重大研究课题是黑体辐射问题。2.量子理论的诞生:1900年,德国物理学家_提出了量子概念,关于
3、正常 光谱能量分布定律的理论的发表,标志着量子理论的诞生。普朗克 3.量子力学的建立:(1)1905年德国科学家爱因斯坦利用量子理论成功解释了_,得出光具 有波粒二象性的结论。(2)1923年法国物理学家德布罗意提出_理论,将量子论发展到一个新的 高度。(3)奥地利、德国的物理学家建立了_。光电效应 物质波 量子力学 4.意义:(1)量子力学成为反映自然界基本规律的理论体系,指导着人们向物质运动的各 个层面进行深入探讨。(2)量子理论让人们从根本上改变了近代物理学中的传统观念,使物理学乃至整 个_的观念都发生了重大变革。自然科学 三、爱因斯坦的“时空”项目 狭义相对论 广义相对论 创立 190
4、5年,爱因斯坦发表 _ 1916年,把狭义相对论推广到加速运动 的参考系中 内容 时间和空间都与物质的运动 有关,随着物质运动速度的 变化而变化 物质存在的现实空间是弯曲的,空间的 结构取决于物质的质量及其分布情况;空间、时间是物质存在的形式 意义 反映的是物体高速运动的客 观规律,是对牛顿力学的继 承与发展 第一次阐述了_和物质的分 布相联系的重要思想 论动体的电动力学 四维时空 项目 狭义相对论 广义相对论 是对近代物理学理论框架的重大突破,形成了全新的时空观、运动观和 _观 是人类思想发展史中的一次根本性变革,对整个自然科学和哲学都产生了 极其深远的影响 相对论同_理论一起,构成了现代物
5、理学的基本理论框架 物质 量子【核心概念】近代科学 近代科学是在搜集材料的基础上,从现象深入到本质,从经验定律上升为系统的科学理论。它是建立在观察、实验基础上的实验科学,并广泛应用数学方法使科学知识日益精确化;同时发展了以实验事实为根据和以归纳推理为主要手段的研究方法,确立了一系列定量的科学定律。【图解识记】【易错点拨】伽利略开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系的近代科学,标志着近代物理学的真正开端。牛顿经典力学体系的建立则标志着近代科学的形成。【易错点拨】爱因斯坦的相对论仍然是对宏观世界的探究和认识,而量子论的提出使人类对世界的研究进入微观世界。【图解识记】“物理学的重大发展”【易错点拨
6、】1.相对论发展了牛顿的经典力学,而不是否定经典力学,相对论将经典力学概括在相对论力学之中,推动了物理学发展到一个新的高度。2.爱因斯坦的相对论只否定了牛顿的绝对时空观,没有否定整个牛顿力学。牛顿力学是相对论力学在低速状态下的一个特例。牛顿力学是整个力学的基础,牛顿所提出的很多概念,至今仍具有指导意义。【图解识记】近现代物理学的发展 关键能力素养探究 主题 近现代物理学的发展【史论阐释】一、经典力学的历史地位 (1)把自然界中一切力学现象囊括在力学体系中,成为人类认识自然的过程中对自然规律的第一次总结与概括。(2)形成以实验为基础、以数学为表达形式的牛顿力学体系,即经典力学体系,标志着近代科学
7、的形成和人类科学时代的开始。(3)牛顿力学和热学引发了第一次工业革命,使人类社会进入蒸汽时代。(4)牛顿用数学方法精确描述宇宙运行的自然法则,为法国启蒙思想和唯物主义哲学奠定了科学基础,打击了神学,促使人类思想不断解放。二、经典力学、相对论与量子理论之间的关系 (1)经典物理学所适用的主要是我们日常生活中的物理现象,但在宏观的宇宙世界和微观的粒子世界面前,就明显存在诸多不足之处。(2)量子理论的形成标志着人类对客观规律的认识,开始从宏观世界深入到微观世界;同时,在量子理论基础上发展起来的量子力学,极大地促进了原子物理、固体物理和原子核物理等的发展。(3)相对论的提出否定了经典力学的绝对时空观,
8、从本质上修正了由狭隘经验建立起来的时空观,深刻地揭示了时间和空间的本质属性,推动物理学发展到一个新的高度。(4)量子理论和相对论弥补了经典物理学的缺点,掀起了物理学的革命,构成了现代物理学的基本理论框架。【素养探究】史料一 下面是两幅有关牛顿的图片。(1)史料一的两幅图中,图一反映了牛顿力学的什么成果?图二体现了这一成果的运用取得的什么成就?说明了什么?(唯物史观、历史解释)提示:图一反映的是万有引力定律;图二是指海王星的发现。说明了牛顿力学具有惊人的预见力和巨大的理论指导意义。史料二 英国著名诗人亚历山大蒲伯曾写过一首赞美牛顿的诗:自然和自然界的规律,隐藏在黑暗里。上帝说:“让牛顿去吧!”于
9、是一切成为光明。(2)为什么说牛顿以前“自然和自然界的规律,隐藏在黑暗里”?牛顿是怎样让“一切成为光明”的?(历史解释)提示:牛顿以前的中世纪欧洲,基督教神学统治一切,实行愚民政策;人们普遍认为一切都是由上帝创造的,都是不可知的。牛顿的经典力学将天体的运动和地球上物体的运动概括在同一理论之中,能够完整地解释天体和地球上的一切现象,揭示了自然界的规律。从此,科学摆脱了神学的束缚向前发展,同时也打击了神学,促进了人们思想的进一步解放。史料三(英国)皇家学会会长汤姆逊致辞说:“爱因斯坦的相对论是人类思想史上最伟大的成就之一,也许就是最伟大的成就。”1921年爱因斯坦作为光电效应理论的建立者而得奖,但
10、相对论始终没有获诺贝尔奖。吴国盛科学的历程(3)史料三为什么说相对论是“最伟大的成就之一”?“相对论始终没有获诺贝尔奖”说明了什么问题?(历史解释)提示:原因:相对论否定了经典力学的绝对时空观,深刻揭示了时间和空间的本质属性,提出了全新的时空观、运动观和物质观;发展了牛顿力学,将其概括在相对论力学之中,将物理学发展到一个新的高度。问题:相对论超出了人们的日常思维、经验和感受,很难被人们理解和接受。课堂检测素养达标 1.(2020浙江学业考)自然科学理论具有惊人的预见力和巨大的指导意义,近代万有引力定律的发现和确立,即是一种证明。若细析之,其作用体现在()揭示了空间、时间的可变性 准确地算出了地
11、球的平均密度和扁平率 正确地解释了潮汐的成因 发现、算出并找到海王星的位置 A.B.C.D.【解析】选B。牛顿经典力学认为空间、时间的绝对性,故不符合题意;万有引力定律在生产和科学实验中得到广泛的应用与验证,准确地算出了地球的平均密度和扁平率,正确地解释了潮汐的成因,还发现、算出并找到海王星的位置,故符合题意。故选B。2.杰里本特利在新全球史中赞扬一位科学家将地球、天体联系在一起,将其放在宇宙中进行研究。他指的是 ()A.伽利略发现自由落体定律 B.哥白尼提出“日心说”C.牛顿出版自然哲学的数学原理 D.普朗克提出量子假说【解析】选C。伽利略的自由落体定律研究的是地球上物体运动的规律,不包括天
12、体运动,A错误,排除;哥白尼的“日心说”研究的是天体运动的规律,不包括地球上的物体运动,B错误,排除;结合“将地球、天体联系在一起,将其放在宇宙中进行研究”,可知其指的是牛顿的力学体系,C正确;普朗克的量子假说是关于微观物体运动规律,D错误。【补偿训练】“1687年,他出版了著名的自然哲学的数学原理一书,用数学方式解释了哥白尼的学说和天体运动现象,提出了物体运动的三大定律和万有引力定律等。”这句话中的“他”是 ()A.伽利略 B.牛顿 C.爱因斯坦 D.普朗克【解析】选B。根据关键信息“物体运动的三大定律和万有引力定律”,即可得出答案为B。3.(2020石家庄高二检测)通过伽利略的比萨斜塔实验
13、和牛顿观察苹果落地的实验可以得出西方近代自然科学发展的主要特点是 ()A.生活实践经验的总结 B.实用性技术应用性强 C.科学观察、实验的研究方法 D.重视经验综合,轻视理论研究【解析】选C。西方近代自然科学发展的主要特点是通过科学观察和实验的方法得出结论。4.“组成光束的每一个量子所拥有的能量等于频率乘以普朗克常数。假若光子的频率大于某极限频率,则这光子拥有足够能量来使得一个电子逃逸。”这一科学论述的意义在于 ()A.否定了绝对的时空观 B.首次深入微观世界 C.成功解释了光电效应 D.标志着量子理论诞生【解析】选C。结合所学知识,否定绝对时空观的是爱因斯坦的相对论,与题意无关,故A错误;首
14、次探入微观世界的成就是1900年普朗克量子理论的诞生,与题意无关,故B、D错误;根据题目中的关键信息“光子拥有足够能量来使得一个电子逃逸”,故C正确。5.科学巨人爱因斯坦被称为“20世纪的哥白尼”。阅读材料,回答问题。材料一 19世纪30年代,法拉第的发现激起了一系列发明的浪潮并最终引发了电气技术革命,爱因斯坦的父亲和叔叔也投身其中。1882年,他们在国际电气技术展览会上推出了自己的发电机和新式电话。在家里,爱因斯坦每天都能听到父亲工厂里“汽笛鸣叫”奏响的劳动序曲,电枢和线圈成了这个正在成长的孩子手中的宠物。同时,他通过疯狂阅读掌握了物理学和哲学的概貌,并在父辈工厂和中学、大学实验室获得了实际
15、认识。凡此,在他那个时代,有哪位物理学家曾在攀登顶峰之前将如此众多的必备前提集于一身?整理自德于尔根奈佛爱因斯坦传 材料二 1905年被称为爱因斯坦的“奇迹年”。他在物理学纪事连续发表文章。此后,物理学再也不是原来的物理学。大多数情况下,前任的著作中冒出来的新问题总是要由下一代的年轻学者来解决。哥白尼之后是开普勒,伽利略之后是牛顿,法拉第之后是麦克斯韦。(而)爱因斯坦既是自己的前任又是自己的后继者。他就像一个马拉松运动员,到达目的地之后决定再跑一次。摘自德于尔根奈佛爱因斯坦传(1)阅读材料一,概述传记作者所认为的爱因斯坦成才的“必备前提”。(2)根据材料二及所学知识,指出1905年爱因斯坦创造
16、的物理学理论“奇迹”,综合概括爱因斯坦的科学精神。【解析】第(1)题前提:题目要求“阅读材料一”概述。由材料一中的“19世纪30年代,法拉第的发现激起了一系列发明的浪潮并最终引发了电气技术革命”可得出人类社会进入电气时代;由“他通过疯狂阅读掌握了物理学和哲学的概貌”可得出广泛阅读科学著作,打开研究视野;由“爱因斯坦的父亲和叔叔也投身其中”“他们在国际电气技术展览会上推出了自己的发电机和新式电话”等可以得出家庭影响;由“在父辈工厂和中学、大学实验室获得了实际认识”可得出父辈工厂与学校实验室的实际体验。第(2)题“奇迹”:需要结合爱因斯坦的成就回答,根据所学现代物理学的内容可知,1905年爱因斯坦
17、创立了狭义相对论,并成功解释了光电效应。精神:根据爱因斯坦的成就超越前人可以得出其勇于创新的精神;另外,所有科学家在进行科学研究时都应该具有实事求是的精神。答案:(1)前提:人类社会进入电气时代;广泛阅读科学著作,打开研究视野;家庭影响;父辈工厂与学校实验室的实际体验。(2)“奇迹”:创立狭义相对论;成功解释光电效应。科学精神:实事求是;勇于创新。【备选习题】(2020盐城高二检测)“宇宙中所有物体都有扭曲空间和时间的能力。利用物体间的相互吸引,在重力作用下,时空变形会发生不同程度的变化,曲率半径与物体之间的重力直接相关。”材料所述的物理学“理论”()A.揭示了时间和空间的本质属性 B.阐明了
18、微观世界的发展演变 C.构建了近代物理学的理论体系 D.概括了物体运动的基本规律【解析】选A。材料中“宇宙中所有物体都有扭曲空间和时间的能力”反映了相对论,故选A;微观世界与材料中“宇宙中所有物体”不符,排除B;C、D是经典力学,排除。课时素养评价 二十 近代物理学的奠基人和革命者(30分钟 50分)一、选择题(每小题4分,共28分)1.(2020镇江高二检测)有学者说:“工匠传统与学者传统的结合,有力地推动了科学的发展,伽利略的科学工作就是这一传统结合的典范。”对此解读最准确的是 ()A.伽利略非常注重实验测量 B.伽利略重视严密的逻辑推理 C.伽利略兼顾实验事实与逻辑 D.伽利略做出了众多
19、科学发现 【解析】选C。解题的关键是“工匠传统与学者传统的结合”,工匠对应实验事实,学者对应逻辑,故选C;伽利略注重实验测量只体现工匠传统,排除A;“逻辑推理”只对应学者传统,排除B;“科学发现”体现不了工匠精神,排除D。2.爱因斯坦在其著作物理学的进化中评价“伽利略对科学的贡献就在于毁灭直觉的观点而用新的观点来代替它”。爱因斯坦所说的“新的观点”指的是 ()A.进行系统的观察和实验 B.发现自由落体定律 C.研制成功了天文望远镜 D.奠定经典力学的基础【解析】选A。结合题中关键信息“毁灭直觉”可知其成果在于不相信直觉而是通过观察、实验等科学手段开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系的近代科
20、学。A正确。【补偿训练】“如果一个苹果砸到牛顿的头上,使牛顿发现了万有引力,那么这个苹果树就是伽利略栽的。”材料中的“苹果树”实际上是指伽利略()A.最初探究了万有引力 B.开创了以实验事实为根据的近代科学 C.发现了运动的惯性定律 D.建立起完整的力学理论体系【解析】选B。“苹果树”和“苹果”的关系是前者为后者奠基,与材料中“牛顿发现了万有引力”不符,故A错误;伽利略开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系的近代科学,为后来经典力学的创立和发展奠定了基础,与材料中“这个苹果树就是伽利略栽的”相符,故B正确;近代科学的特征是以实验事实为根据并具有严密逻辑体系,惯性定律只是具体表现,故C错误;牛
21、顿建立起以实验为基础、以数学为表达形式的力学体系,即经典力学体系,故D错误。3.(2020佛山高二检测)爱因斯坦指出:“牛顿以前还没有实际的科学成果来支持那种认为物理因果关系有完整链条的信念。”这意在说明牛顿 ()A.拓展了近代物理学的领域 B.取得了丰硕的科学成果 C.为物理研究提供了新方法 D.增强了人们的科学信念【解析】选C。据材料“牛顿以前还没有实际的科学成果来支持那种认为物理因果关系有完整链条的信念”可知牛顿将科学成果和理论联系起来,为物理研究提供了新方法,故选C;材料主要强调牛顿将科学成果与理论进行联系,不是拓展领域,排除A;材料主要说明科学理论与成果的关系,不是自身取得成果,排除
22、B;材料无法反映人们的信念,排除D。4.电影流浪地球讲述了太阳急速老化,人类在逃离太阳系,去往新家园过程中遭遇木星引力吸引,险些与木星相撞的故事。这一情节涉及的近代自然科学原理是 ()A.哥白尼的“日心说”B.法拉第电磁感应理论 C.达尔文的生物进化论 D.牛顿的经典力学体系【解析】选D。根据材料“人类在逃离太阳系,去往新家园过程中遭遇木星引力吸引,险些与木星相撞”可知,牛顿的万有引力定律可解释材料中的现象,故选D;哥白尼的“日心说”与逃离太阳系并没有任何关系,排除A;材料中丝毫没有对电磁感应的相关提及,排除B;材料中所提及的是人类的逃离而非进化,排除C。5.学者指出,“这位科学家的理论为人们
23、提供了新的关于自然界的表述方法和思考方法,使人类认识由低速宏观领域扩展到高速微观领域,为爱因斯坦等人的科学理论奠定了基础”。这位科学家应是()A.伽利略 B.牛顿 C.史蒂芬孙 D.普朗克【解析】选D。“使人类认识由低速宏观领域扩展到高速微观领域”是量子理论的特点,由普朗克提出,故选D。【补偿训练】“世间再无霍金,时间永留简史。”作为当代最伟大的科学家之一,霍金将量子论效应引进了黑洞研究,量子理论的应用越来越深刻影响人们的生活。量子理论的创立()A.开创了以实验为基础的近代科学 B.对微观世界的认识取得革命性进步 C.弥补经典力学对时空认识的不足 D.有力挑战了西方的封建神学创世说【解析】选B
24、。依据材料和所学知识,量子理论对微观世界的认识,取得了革命性的进步,促进了物理学的发展,故选B;开创了以实验为基础的近代科学的是伽利略,排除A;弥补经典力学对时空认识不足的是爱因斯坦的相对论,排除C;有力挑战了西方封建神学创世说的是达尔文的进化论,排除D。6.中国科学院教授认为,科学理论的发展是一种累积式的发展,既不抛弃旧理论,还将其归化入更全面的理论当中。下列史实符合此观点的是()A.神创论与进化论 B.相对论与量子理论 C.经典力学与相对论 D.经典力学与量子理论【解析】选C。由关键信息“不抛弃旧理论,还将其归化入更全面的理论当中”可知指的是一种继承与发展的关系。由此分析,进化论否定了神创
25、论,A不符合题意;相对论反映的是宏观物体高速运动,量子理论反映的是微观物体高速运动,两者不具有继承与发展的关系,排除B;经典力学是关于宏观物体的低速运动的科学理论,而相对论否定经典力学的绝对时空观,由低速运动发展到高速运动,C符合题意;经典力学是宏观物体的低速运动,量子理论是微观物体的高速运动,排除D。7.(2020乐山高二检测)19世纪末经典物理学所面临的危机,终于在20世纪初被物理学发展史上的两场伟大的革命解决。这两场革命使人类()A.放弃了经典物理学的思想方法和科学理论 B.否定了此前物理学取得的一系列成果 C.拥有了研究宏观世界和微观世界的理论体系 D.转变了人们的思维方式和社交方式【
26、解析】选C。20世纪初“物理学发展史上的两场伟大的革命”是指相对论和量子理论的提出,相对论和量子理论是现代物理学的两大支柱,解决了经典物理学在宏观世界及微观领域方面所面临的问题,改变了人们看世界的方式和角度,它们不仅对物理学本身,而且对自然科学和人类的思维都产生了重大影响。二、非选择题(22分)8.阅读材料,完成下列要求。材料一 伽利略的科学纲领确实是富有革命性的,而且,它还包含了有可能会影响所有科学的方法和结果伽利略的活动主要在以下这四个独特的领域著称于世,即望远镜天文学,运动原理和运动规律,数学与经验的关系的模式以及实验科学或实验法科学。伽利略在另一个领域也很著名,这第五个领域就是科学哲学
27、,然而,伽利略在这方面颇具革命特征的思想,都包含在实验科学和数学与经验的关系方面了。许多证据都可以证明伽利略在运动学领域做出了富有革命性的工作。材料二 时常有人断言,牛顿把诸如开普勒、伽利略或胡克等科学家们完全不同的思想或原理汇集在一起,并对它们进行了综合18世纪的让西尔万巴伊写道,“牛顿推翻或改变了所有思想”,他的“哲学导致了一场革命”牛顿思想的冲击是巨大的;无论对它们的理解正确与否,启蒙运动的整个纲领,尤其是在法国,是有意识地以牛顿的原理和方法为基础的,同时,它从他那惊人的成果中获得了信心并由此产生了深远的影响。上述材料均摘编自美科恩科学中的革命(1)根据材料一并结合所学知识,说明伽利略在
28、科学领域做出了哪些“富有革命性的工作”?(10分)(2)根据材料二并结合所学知识,分析牛顿的科学成就与思想所产生的主要影响。(12分)【解析】第(1)题,根据材料一“即望远镜天文学,运动原理和运动规律,数学与经验的关系的模式以及实验科学或实验法科学”“都包含在实验科学和数学与经验的关系方面了”“许多证据都可以证明伽利略在运动学领域做出了富有革命性的工作”等信息,再结合所学知识,可以从科学研究的新方法、数学知识与物理学的密切结合、发现运动原理和规律等方面概括出答案。第(2)题,根据材料二“汇集在一起,并对它们进行了综合”“启蒙运动的整个纲领,尤其是在法国,是有意识地以牛顿的原理和方法为基础的”等信息,再结合所学知识,可以从对前人物理学成就的综合、建立起了完整的近代物理学体系、促进了启蒙运动的发展、使自然科学进一步摆脱了神学的束缚等角度回答。答案:(1)富有革命性的工作:创立了科学研究的新方法实验科学;实现了数学知识与物理学的密切结合;发现了运动原理和规律。(2)影响:牛顿实现了对前人物理学成就的综合;牛顿力学建立起了完整的近代物理学体系;牛顿科学研究中的理性思想促进了启蒙运动的发展;牛顿对自然现象的研究成就使自然科学进一步摆脱了神学的束缚。
