1、物理学 （经典力学、相对论、量子论）生物学 （进化论）三次科技革命的发明创造 （蒸汽机、电力、计算机）第四单元 近代以来世界的科学发展历程 科学理论科学技术第11课 物理学的重大进展第12课 探索生命起源之迷 第13课 从蒸汽机到互联网 科学指运用范畴、定理、定律等思维形式反映现实世界各种现象的本质和规律的知识体系。技术泛指根据生产实践经验和自然科学原理而发展成的各种工艺操作方法与技能亚里士多德眼中的世界 亚里士多德经常看到，石头总是比羽毛先掉到地上。因此得出结论：“较重的物体的下坠速度比较轻的物体要快”。亚里士多德是古西方世界的“三大哲人”之一。他的思想在古代西方颇受推崇，上述物理学思想一直
2、到16世纪都占居统治地位。前384-前3221、了解经典力学的主要内容，认识其在近代自然科学理论发展中的历史地位。2、知道相对论、量子论的主要内容，认识其意义。物理学的重大进展主要体现在哪些方面？探究一、宏观把握经典力学奠基者（17c初）经典力学建立者（17c晚）现代物理学（19c末20c初）伽利略（意）牛顿（英）普朗克（德）爱因斯坦（德）物理学的发展过程 经典力学是在怎样的背景下产生的？探究二1、经济：2、政治：3、思想：4、外交：5、其他：资本主义萌芽的发展提供物质基础 资本主义制度的即将确立，资产阶级对科技的重视 文艺复兴解放了思想；近代科学开始形成 科学家的不懈努力 新航路开辟，殖民扩
3、张需要科技来指导 1543年哥白尼发表天体运行论，提出日心说，从根本上动摇了宗教神学的理论基础，标志着近代科学革命开始。第一，引起人类宇宙观、世界观的巨大变革。长期以来，托勒密的“地心说”被教会作为正统，说明上帝创造一切都是为了人类。而现在，地球已沦为一个普通行星，上帝这个不可动摇的偶像也就随之倒台了。日心说动摇了宗教的自然观支柱，也就动摇了宗教的世界观基础，也是对近千年形成的精神生活方式和浓厚宗教情结的挑战。第二，引起人类认识史上的变革。天体运行论宣布不服权威和教条，不把宗教所尊奉的托勒密学说视为神圣不可侵犯的东西；同时；宣布了凡是不符合自然界本来面目的东西，都要加以批评和修正。正是在其影响
4、和带动下，自然科学其他各个领域都纷纷与宗教相决裂。可以说，天体运行论是近代自然科学思想革命的起点，为以后新物理学的出现打下了坚实基础，具有划时代的意义。“近代科学之父”意大利的物理学家和天文学家伽 利 略（15641642）伽利略为什么叫做“近代科学之父”？他在物理学方面有哪些成就？探究三二、伽利略（1564-1642）的贡献成就物理学发现自由落体定律。用实验证实外力仅仅是改变运动状态的原因。天文学自制望远镜，证明“日心说”。出版关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话。意义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，为经典力学创立和发展奠定基础。“两个铁球同时落地！”有人记载伽利略曾在意
5、大利比萨斜塔上作过自由落体的实验。结果两个重量相差10倍的球同时落地，证明了亚里士多德的观点是错误的。1609年，伽利略创制了天文望远镜。他观测到月球表面凹凸不平，并绘制了第一幅月面图。伽利略的折射式望远镜伽利略手稿伽利略受审哥伦布发现了新大陆，伽利略发现了新宇宙。由于宣传哥白尼学说，1616年，宗教裁判所责令伽利略保持沉默。关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话被认为违反禁令。伽利略被召到罗马，囚禁缺席审判苦刑恐吓当众跪着忏悔终身监禁，他的书也被列为禁书。1642年，在贫病交加中逝世，享年78岁。1983年，罗马教廷正式承认，350年前宗教裁判所的审判是错误的。近代物理学的创立者是谁？其标志是
6、什么？经典力学形成的标志1687年，自然哲学的数学原理出版三、经典力学体系的建立牛顿的主要贡献 惯性定律加速度定律作用力和反作用力定律牛顿三大定律 万有引力定律经典力学体系为什么三大定律和万有引力定律的提出标志着牛顿力学体系的建立？经典力学体系的突出特点实验进行中实验（基础）+数学（表达形式）用牛顿力学算出地球的形状象只桔子。古希腊的亚里士多德认为地球是个正球体，两千年来人们对此深信不疑。牛顿却根据他的力学，说地球是个扁球体，象只大桔子。哈雷算出彗星轨道及周期 长期以来，人们一直认为彗星是神秘的，不吉利的灾星，根本不能用科学来说明。牛顿的好友哈雷用牛顿力学算出了1682年出现的彗星的轨道，指出
7、它的回归周期是7576年，由此预言它将在1758年再次出现。53年以后的1758年（当时哈雷已去世），这颗彗星果然如期出现。哈雷彗星的发现验证了万有引力定律的科学性。爱德蒙哈雷（16561742）1781年人们发现天王星后1848年9月23日，柏林天文台台长在收到勒维列来信的当晚，用望远镜对准勒维列所指出的位置，一下子就看到了一颗新的行星海王星。勒维列无需观测星空，就在笔尖上发现了新行星。牛顿力学又创造了新的奇迹。海王星和冥王星的发现 数学：发明了微积分 光学：发现太阳光的光谱，主张微粒说 天文学：发明反射式望远镜等 1、对物理学：牛顿的运动三定律构成了近代力学体系的基础，成为整个近代物理学的
8、重要支柱；2、对天文学：根据万有引力定律相继发现了海王星和冥王星，奠定了天文学的基础；3、对现代工程力学：为现代工程力学以及与之相关的工程技术奠定了理论基础；工程力学工程力学是研究有关物质宏观运动规律及其应用的科学。工程给力学提出问题，力学的研究成果改进工程设计思想。从工程上的应用来说，工程力学包括：质点及刚体力学，固体力学，流体力学，流变学，土力学，岩体力学等。力学和工程学的结合，促使了工程力学各个分支的形成和发展。现在，无论是历史较久的土木工程、建筑工程、水利工程、机械工程、船舶工程等，还是后起的航空工程、航天工程、核技术工程、生物医学工程等，都或多或少有工程力学的活动场地。剑桥大学牛顿数
9、学桥数学桥又称牛顿桥，是位于剑桥大学内的一座木桥。相传，这座桥是牛顿运用数学和力学原理设计建造的，整座桥上没有使用一根钉子，堪称是个奇迹。后来，好奇的学生把它拆下来，想看个究竟。谁知拆下容易，恢复难！无论他们用什么方法，就是恢复不了原样，连校方也无能为力。最后，不得不用钉子固定，才重新将木桥架起来。4、工业革命：牛顿力学和热学引发了英国工业革命为起点的第一次技术革命，是人类进入蒸汽时代；蒸汽传动蒸汽机车蒸汽轮船 三百年前，人类的思想还充斥着迷信和恐惧，水为什么往低处流？太阳为什么升起落下？这些今天看来简单之极的问题，在当时却是根本无法认识和把握的。直到牛顿出现，人类才终于结束了这种状态。大国崛
10、起解说词 5、宗教神学：从物理学角度极大冲击了神学思想，标志着人类科学时代的开始；牛顿力学体系揭示：其一，“宇宙万物的发展是有规律的，是由低级向高级不断发展的这种自然规律是完全可以认识的人类社会也有支配其发展进步的永恒法则”；其二，“人们在认识自然规律的进程中不需要上帝，只需要理性人们只要像自然科学那样运用理性主义的方法，同样可以揭示人类社会发展进步的规律”。启蒙运动的思想家们受到牛顿成就的巨大鼓舞，用牛顿提供的武器理性去破解人类社会发展规律的过程。正如有的学者所指出的：“科学促使法国启蒙运动洋溢着崇尚理性、确信社会进步的乐观主义精神。杰出的科学成果及其广泛应用，推动着生产技术的进步。这使启蒙
11、思想家们深信：人只要从屈服于神转而面向自然、征服自然，就能从愚昧和迷信中解放出来，获得巨大力量，推动社会前进。科学的本质就是启蒙，启蒙必须依靠科学。科学能揭示自然之光，也能点燃理性之光，引导人们从黑暗走向光明。”实际上，牛顿可以说是启蒙运动之父。6、启蒙运动：牛顿用数学方法精确描述宇宙运行的自然法则，还为启蒙运动奠定了科学基础；牛顿安葬之处威斯敏斯特大教堂 1727年，牛顿去世。英国以隆重的国葬仪式将他安葬在威斯敏斯特大教堂，这里一向是王公贵族的墓地，牛顿成为第一个安息在此的科学家。出殡的那天，成千上万的普通市民涌向街头为他送行；抬棺椁的，是两位公爵、三位伯爵和一位大法官；在教堂合唱的哀歌中，
12、王公贵族、政府大臣和文人学士们一起向这位科学巨人告别。目睹了牛顿葬礼的法国思想家伏尔泰为之深深感动，他感慨道：“走进威斯敏斯特教堂，人们所瞻仰的不是君王们的陵寝，而是国家为感谢那些为国增光的最伟大人物建立的纪念碑。这便是英国人民对于才能的尊敬。”整个社会在向一个科学家表达着由衷的敬意，这是一个国家对于科学家的态度，也是一个国家对于科学的态度。有人说，如果说文艺复兴把神从人们的生活中驱逐出去；哥白尼的天体运行论把神从天文学中驱逐出去；17世纪的 把造物主从无生命现象的研究领域驱逐出去；19世纪达尔文把造物主从有生命现象的研究领域驱逐出去。那么17世纪驱赶神的是 A、达尔文 B、法拉第 C、牛顿
13、D、爱因斯坦 19世纪经典物理学达到巅峰状态，在人们心目中，经典物理学已经达到近乎完美的程度。这时，年轻的普朗克和他的老师发生了一段对话：普朗克：“老师，我准备把我的一生都献给物理理论学！”老师：“年轻人，物理学是一门已经完成了的学科，不会再有多大的发展，把一生都献给这门学科，太可惜了。”量子论是怎样提出和发展的？有何历史意义？探究四 普朗克，生于基尔。1879年普朗克在慕尼黑大学获得博士学位后，先后在慕尼黑大学和基尔大学任教。由于量子论创立，普朗克获得1918年诺贝尔物理学奖。他的父亲是一位杰出的法律教授。普朗克是德国人所具有的最好品质的范例：诚恳、忠于职守，他的业余爱好是音乐，在这方面表现
14、了专业艺术才干；另一项业余爱好是他一直坚持到晚年的登山运动。1858-1947 量子论确实深奥难懂，甚至连量子论奠基人之一的玻尔都说：“如果谁不为量子论而感到困惑，那他就是没有理解量子论。”1885-19621、量子论产生的背景第二次工业革命末期，电子和放射线的发现，打开了原子的大门，人们对物质的认识深入到原子内部；微粒子运动不能用经典力学理论来说明；（加热不同的物体，颜色也不同）加热到不同温度的物体发出不同颜色的光 1900年提出“量子假说”；物体在发射辐射与吸收辐射的时候，能量的交换或变化，是以不连续的方式进行的；辐射像物质一样，能量也有其基本单位：“能量子”或“量子”。爱因斯坦利用量子论
15、解释光电效应；玻尔提出有关原子的量子理论；20世纪30年代，量子力学建立起来；（对现代物理学）量子论是现代物理学的两大支柱之一（对物理学分支）原子核世界中的开路先锋，量子论为原子物理学、固体物理学、核物理学和粒子物理学奠定了理论基础。（对热、光辐射）解释了原子光谱的规律性，热的吸收与辐射，揭示了微观物质世界的基本规律。原子弹核电站世界核电站分布图（思维方式）给我们提供了新的关于自然界的表述方法和思考方法。（对现代物理学）量子论是现代物理学的两大支柱之一（对物理学分支）原子核世界中的开路先锋，量子论为原子物理学、固体物理学、核物理学和粒子物理学奠定了理论基础。（对热、光辐射）解释了原子光谱的规律
16、性，热的吸收与辐射，揭示了微观物质世界的基本规律。人胚胎生长中体现了进化论 人类进化并非达尔文理论是渐进式进程，而是有两个重要的飞跃期，这两个飞跃期与地区地质变化有紧密联系。科学家认为，以前认为人类进化是一个复杂和漫长的过程，从简单的有机体逐渐演变成复杂的多细胞生物。来自弗吉尼亚州大学的地球物理学教授米哈尔科瓦列夫斯基不赞同该理论，他说：“我们惊奇的发现，几乎所有生物都是在两个时间段体积变大。而且，在该时间段大气层含氧量急剧增加。”科学家根据掌握的生物化石发现，生物体积有两个跳跃式发展阶段：从微生物到真核生物、从单细胞到多细胞。大约30亿年前，微生物学会借助光合作用吸收太阳能和二氧化碳。当时地
17、球大气层含氧量较低，在此条件下微生物得以良好发展。只有在第二跳跃期（大约5.4亿年前），大气层含氧量增加了近10%，单细胞生物进化为多细胞生物。科学家解释说，在350万年的时间进程中，生物的最大体积共出现16次变化。爱因斯坦是怎样发展牛顿力学的？有何历史意义？探究五第二次工业革命，科学技术飞速发展；经典力学无法解释新问题；狭义相对论广义相对论相对论打破经典力学的绝对时空观进一步深化对时间空间和引力现象的认识物体运动时，质量会随着物体运动速度增大而增加，空间和时间也会随着物体运动速度的变化而变化。空间和时间的性质不仅取决于物质的运动状况，也取决于物质本身的分布状态狭义相对论相对论打破经典力学的绝
18、对时空观物体运动时，质量会随着物体运动速度增大而增加，空间和时间也会随着物体运动速度的变化而变化。“天上方一日，人间已一年”乘坐“光子火箭”的星际旅行 乘坐“光子火箭”以光速作星际旅行，回到地球时，我们会发现什么变化？这个故事形象地说明了时间和空间的相对性爱因斯坦关于相对论的比喻：为了对这一深奥的理论做通俗的说明，爱因斯坦曾经风趣地对一名男青年说：“我打个比方，比如你屁股坐在火炉上烤和坐在公园柳荫下与女士谈情说爱，那么，同样的时间你觉得哪一个更长？”男青年说：“当然坐在火炉上烤的时间觉得长久。”爱因斯坦说：“这就是我的相对论内容。”狭义相对论广义相对论相对论进一步深化对时间空间和引力现象的认识
19、空间和时间的性质不仅取决于物质的运动状况，也取决于物质本身的分布状态爱因斯坦于20世纪初提出质量能量公式E=MC2。这一质能转化原理揭示了原子内部所蕴藏的巨大能量的秘密，为原子能的利用奠定了理论基础。百慕大引力使时空扭曲中子星时空扭曲想象中的时光隧道（时空观）否定绝对时空观，深刻揭示了时间和空间的本质属性；（思维方式变革）是人类思想发展史中的一次根本性变革；（现代物理学）与量子论构成现代物理学的两大支柱，为核物理奠定了理论基础；相对论的现实意义举例相对论能修正GPS（全球定位系统）全球定位系统GPS的应用也已普及化了，许多城市的公共汽车、出租车上都安装了它。早期的GPS接收器确定物体位置的误差
20、是在15米范围内，这个误差可以用爱因斯坦相对论来修正。成功的秘诀 一个爱说废话而不爱用功的青年，整天缠着大科学家爱因斯坦，要他公开成功的秘诀。爱因斯坦厌烦了，便写了一个公式给他：Axyz。爱因斯坦解释道：“A代表成功，x代表艰苦的劳动，y代表正确的方法”“z代表什么？”青年迫不及待地问。“代表少说废话。”爱因斯坦说。1955年4月18日，爱因斯坦因主动脉瘤破裂逝世于普林斯顿。遵照他的遗嘱，不发讣告，不举行公开葬礼，不建坟墓，不立纪念碑。火化时按照他的书面遗嘱：免除所有花卉布置以及所有音乐典礼。骨灰撒在永远对人保密的地方，为的是不使任何地方成为圣地。遗嘱执行者用歌德悼念席勒的诗结束了那朴素的葬礼
21、：我们全都获益不浅，全世界都感谢他的教诲；那专属他个人的东西，早已传遍广大人群。他像行将陨灭的彗星，光华四射，把无限的光芒同他的光芒永相连结。他的主治医生贺维博士认为如此伟大的大脑，应该进行研究，所以他便把爱因斯坦的大脑保留了下来，并切成200片带走。但至今没有结论。解读下列材料，思考：一个成功的科学家需要具备哪些基本素质？探究六 材料一 牛顿从小就喜欢读书，非常勤奋，还特别喜欢手工，家里给他的零用钱，他都用来购买木工工具。他做了许多精巧的风车、风筝、日晷、漏壶等实用器械。少年时代的牛顿并没有显露出过人的天赋。所不同的是动手能力相当强。他每做一件东西，总是一声不吭地埋头苦干。如果做得不合适就拆
22、了重做，绝不马虎。上中学时牛顿就喜欢做实验并记笔记。他将日常生活中发生的许多现象记录下来，还对所学过的知识进行分类整理。材料二 他一生中的绝大部分时间是在实验室度过的，他常通宵达旦地做实验，有时一连六个星期都在实验室工作，不分白天和黑夜，直到把实验做完为止。牛顿虽然是位伟大的科学家，却从来没有骄傲自满过，他谦虚地说：在科学的道路上，我们只是一个在海边玩耍的孩子，偶然拾到一块美丽的石子。至于真理的大海，我还没有发现呢！牛顿就是这样谦虚，孜孜不倦地钻研学问的。材料三：苹果为什么垂直落地？为什么不向旁边，不向上而总是向着地面落下呢？我想这一定是地球吸引它的缘故。苹果、月亮不都是一样吗？月球围绕地球转
23、，无疑是地球吸引力像一条看不见的绳索，在拉着月球。如果真是如此，地球以及其他一切行星也肯定都被吸引着。那么，能否认为这种吸引力是作用于任何两个物体的物质的普遍性呢？牛顿的主治医生斯库力的日记 胜利者往往是从坚持最后五分钟的时间中得来成功。聪明人之所以不会成功，是由于他们缺乏坚韧的毅力。你若想获得知识，你该下苦功；你若想获得食物，你该下苦功；你若想得到快乐，你也该下苦功。因为辛苦是获得一切的定律。材料四：牛顿名言 材料六：人只有献身于社会，才能找出那短暂而有风险的生命的意义。一个人对社会的价值首先取决于他的感情、思想和行动对增进人类利益有多大作用。爱因斯坦 材料七：广岛、长崎投下原子弹，杀伤许多平民时他感到非常痛心。他后来写了一封告美国公民书，说：“我们将此种巨大力量解放的科学家们，对于一切事物都要优先负起责任，必须限制原子能绝对不能使用来杀害全人类，而是用来增进人类的幸福方面。”1955年，爱因斯坦与罗素联名发表了反对核战争和呼吁世界和平的 罗素爱因斯坦宣言 勤奋、谦虚、好学、善于思考、乐于求证、专注、关心人类、有社会责任感 科学家的素质