1、第六单元 现代世界的科技与文化第25课 现代科学革命【课程标准】知道相对论、量子理论的主要内容，认识其意义。课时作业01 立足教材夯基础02 合作探究解疑难03 随堂训练查效果一、经典物理学的危机1辉煌(1)17 世纪牛顿创立的 1 _，经后人不断补充发展，日臻完善。(2)19 世纪，人们把 2 _看作绝对权威的理论，认为物理学已经发展到了完整、系统和 3 _的阶段。2危机：19 世纪末，物理学上出现了一系列新的发现，无法用 4 _来解释。经典力学经典物理学成熟经典物理学二、相对论与量子理论【误区警示】1.爱因斯坦的相对论是对牛顿力学的继承和发展，而不是否定。爱因斯坦的相对论只否定了牛顿的绝对
2、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。2爱因斯坦的相对论仍然是对宏观世界的探究与认识，而量子论的提出使人类对世界的研究进入微观世界。3经典力学反映的是宏观物体低速运动的客观规律，而相对论反映的是物体高速运动的客观规律，是对经典力学的继承和发展。经典力学是相对论的一种特例(物体低速运动状态)，包括在相对论体系中。量子论则是研究微观世界粒子运动规律的科学。量子论与相对论一起，构成了现代物理学的基础。讨论交流 1 经典物理学有何局限性？试答：牛顿力学建立在对日常生活中常见的低速运动的物质的研究之上。在牛顿力学中，时间和空间被视为与物质运动无关而独立存在，是绝对的。
3、这虽然符合日常经验，但无法解释高速运动物体的运动规律和微观世界中的粒子，因此伴随着19 世纪末，物理学的研究深入到微观世界和整个宇宙，牛顿力学体系的绝对时空观受到了严峻的挑战。讨论交流 2 相对论、量子力学与经典力学有何区别？试答：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危机，创立了一个全新的物理学世界，极大地拓展了物理学应用的领域，打破了经典物理学绝对化的思维模式，为人类提供了辩证地看待世界的途径。量子理论是 20 世纪最深刻、最有成就的科学理论之一，它解决了原子内部世界里各种粒子的正确描述问题，从而使人类对微观世界的基本认识有了革命性的进步。
4、讨论交流 3 量子力学和相对论的提出有什么共同点？试答：(1)背景：19 世纪末，物理学得到了极大的发展，随着物理学的研究深入到微观世界和整个宇宙，一系列的新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。(2)产生过程：第一，都是科学大师们敢于向权威挑战、追求真理的结果。第二，都经历了一个产生、发展、完善的过程。相对论和量子理论的提出刚开始都是假说，但后来得到精确结果的证明，并对修正经典物理学的不足和谬误之处起到了关键作用，成为现代物理学的两大支柱。1经典力学为人们提供了辩证地看待世界的途径。()2相对论使人类对微观世界的基本认识有了革命性的进步。()3现代物理学的两大支
5、柱是相对论和量子理论。()4在相对论和量子理论两方面都作出巨大贡献的科学家是普朗克。()主题一 经典物理学的危机、爱因斯坦与相对论史料一 牛顿说：“假如我看得远些，那是因为我站在巨人们的肩上。”史料二 1905 年爱因斯坦发表论动体的电动力学，为物理学的发展带来了革命性的变化。为纪念这一成果诞生 100 周年，2005 年被定为“世界物理年”。史料三 爱因斯坦坚信对希特勒只有用暴力才能遏制，于是他写信给当时的美国总统罗斯福，向他通报核裂变的能力。美国 1945 年秋天用两颗原子弹轰炸了日本广岛和长崎，从而结束了世界大战。爱因斯坦并没有参与开发核武器，当他听到核弹轰炸广岛的消息时，他沮丧地说：“
6、呜呼，哀哉。”他在晚年致力于反对原子武器。史料四 思考(1)结合所学知识，指出牛顿生活的时代特征，并列举两位影响了牛顿的“巨人”。(2)根据史料二，指出爱因斯坦创立了什么科学理论？对近代物理学作出了怎样的贡献？(3)史料三中爱因斯坦通报核裂变的能力的用意何在？后来爱因斯坦对研发核武器的态度发生了什么变化？从中体现了他怎样的社会责任感？(4)结合史料四，谈谈科技对人类社会的影响。答案：(1)时代特征：资本主义不断发展，启蒙思想兴起与传播，近代科学不断取得进展。举例：哥白尼、开普勒、伽利略等。(2)科学理论：狭义相对论。贡献：改变了牛顿力学的时空观念，为原子能的利用奠定了理论基础，是近代物理学领域
7、的一次伟大革命。(3)用意：迅速消灭德国法西斯。变化：反对使用核武器。社会责任感：珍爱和平反对战争，用科学造福人类。(4)影响：科学理论对科学的发展有巨大的推动作用，但科学技术本身是一把双刃剑。科技能造福人类，推动生产力水平的提高，但如果运用不当，也能造成灾难，危害人类。经典物理学出现危机的原因提示：(1)19 世纪科学技术得到飞速发展，以牛顿力学为基础的经典物理学无法解释物理学的新发现而陷入危机。(2)19 世纪末 20 世纪初，随着科学研究的不断深入而日益促进电子和放射性的发现。例如，经典力学无法解释高速运动微观粒子发生的现象，实验表明微观粒子的运动不能用宏观物体的运动规律进行描述等。(3
8、)物理学只有来一番彻底的革命，才能适应科学研究的新形势。在这种背景下，相对论与量子论应运而生。相对论与牛顿经典力学的关系提示：(1)牛顿力学体系概括了物体机械运动的基本定律，这些定律的前提是物体运动是在低速情况下。(2)相对论否定了牛顿的绝对时空观。相对论指出时间和空间随着物质的运动而变化，物质质量随运动速度的变化而变化，加深了人们对物质和运动的认识。(3)相对论发展了牛顿力学，牛顿力学是相对论力学在低速状态下的一个特例。狭义相对论和广义相对论提示：狭义相对论广义相对论创立1905 年1916 年内容(1)时间和空间都与物质运动有关(2)时间和空间随着物质运动速度的变化而变化(1)物质存在的现
9、实空间是弯曲的(2)空间结构取决于物质的质量和分布情况(3)空间弯曲的程度体现为引力场强度意义打破绝对时间和绝对空间，但不是对牛顿力学全盘否定，而是继承和发展第一次阐述了四维时空和物质的分布相联系的重要思想主题二 量子理论史料一 科学家们为了总结热辐射的规律，推导出了两个公式。但这两个公式的计算结果总是和实验结果不相符合。史料二 有人认为：“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。”史料三 普朗克提出了量子理论假说后，因为思想僵化，不但不敢相信自己的理论，反而把自己提出的理论收回去。1900年，43 岁的普朗克发表了他划时代的革命性的量子假说。但是
10、他“想方设法要把量子假说纳入经典物理学理论中去，然而终归徒劳”。这些徒劳无益的做法持续了许多年，花费了他不少心血。思考(1)史料一中这一情况说明了什么问题？是如何得到解决的？(2)你同意史料二中的观点吗？为什么？(3)从史料三中你可以得到怎样的启发？对新与旧的事物我们应该采取怎样的一种态度？答案：(1)微观粒子的运动不能用经典物理学的原理说明，经典物理学存在局限性，面临着危机和挑战。1900 年，德国物理学家普朗克提出量子假说，后来，爱因斯坦提出了光的量子理论，丹麦物理学家玻尔提出了原子的量子理论。使人类对微观世界的基本认识取得了革命性的进步。(2)同意。因为量子理论使人类对微观世界的基本认识
11、有了革命性的进步，弥补了经典物理学的不足，大大开阔了人们的视野，改变了人们看世界的角度和方式；量子理论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。(3)启发：勇于创新，坚持真理等。态度：辩证分析新旧事物的优劣之处，坚持和发扬好的一面，摒弃坏的一面。量子理论和量子力学的影响提示：(1)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科学的发展。(2)标志着人类对客观规律的认识开始从宏观世界深入到了微观世界。(3)量子力学还为电子技术、半导体技术和激光技术等奠定了理论基础。量子力学和相对论的异同提示：(1)不同点：相对论描绘的是一个崭
12、新的宏观宇宙世界；量子理论描绘的是微观粒子世界。(2)相同点从背景上看，19 世纪末，物理学得到了极大的发展，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。但是，一系列新的发现无法用经典物理学解释，这使得经典物理学陷入了危机，面临着挑战。从产生过程看，第一，都是科学大师们敢于向权威挑战，追求真理的结果。第二，都经历了一个产生、发展、完善的过程。从影响来看，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；都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。题组一 经典物理学的
13、危机和相对论1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所解决。这两场革命使人类()A拥有了研究宏观世界和微观世界的理论体系B放弃了经典物理学的思想方法和科学理论C否定了此前物理学取得的一系列成果D改变了人们的思维方式和社交方式A解析：相对论研究的是宏观世界，量子理论研究的是微观世界，故 A 项正确。相对论是对牛顿力学的继承和发展，故 B、C两项不正确。相对论提出了相对的时空观，但并没有改变人们的社交方式，故 D 项不正确。2哥白尼、牛顿和爱因斯坦被称为近代以来最伟大的科学家，其理论的共同之处是()A得到了科学实验的验证B改变了人类对自然界的认识C推动了技术的
14、重大突破D科学地概括出物质运动的定律B解析：哥白尼的“日心说”并未得到科学实验的验证；哥白尼的日心说没有推动技术的重大突破；日心说和经典力学都有一定的局限性，但它们和相对论都改变了人类对自然界的认识，B项符合题意。3西方历史学家指出：“当人们谈及传入日本等东方国家的西方文明时，我们不是指古希腊罗马哲学和人文主义思想，也不是指日本的基督教化，而是指在 17 世纪后半叶开始改变西方面貌的科学、思维模式和文明的所有工具。”这里的“开始改变西方面貌的科学、思维模式和文明的所有工具”是指()A牛顿的经典力学体系 B瓦特的改良蒸汽机C达尔文的生物进化论 D爱因斯坦的相对论A解析：本题的解题关键是题干中的时
15、间提示“17 世纪后半叶”。1687 年牛顿发表了自然哲学的数学原理，标志着近代自然科学形成了完整的体系。4这个形式简洁优美的理论蕴藏了太多令人惊讶的内容，100 多年来，人们不时从中悟出宇宙层出不穷的奥秘。直到今天，这里还有很多内容没有被我们悟透。根据下图，这个理论应是()A牛顿的力学理论B普朗克的量子假说C爱因斯坦的相对论D达尔文的进化论C解析：根据所给图片中的信息“Emc2”可知这与爱因斯坦的相对论有关。51919 年英国泰晤士报曾刊登标题文章“科学革命”，两个副标题是“宇宙新理论”“牛顿观念的破产”。具有“科学革命”意义的理论是()A日心说B量子论C相对论D经典力学C解析：注意题干中的
16、有效信息“宇宙新理论”。根据所学知识可知，相对论否定了牛顿经典力学的绝对时空观，发展了经典力学，是更加科学的理论体系。量子论是有关微观世界的理论，排除 B 项。“日心说”“经典力学”均与材料“牛顿观念的破产”不符，故排除 A、D 两项。620 世纪上半期，有科学家认为：假如宇宙中所有的物质都消失了，时间和空间会与物质一同消失。支撑其观点的科学理论是()A自由落体定律 B天演论C相对论D加速度定律C解析：由“20 世纪上半期”可排除 A、B、D 三项。爱因斯坦认为，时间和空间都是物质存在的形式，随着物质运动速度的变化而变化。题组二 量子理论7作为近代以来最伟大的科学家之一，普朗克的主要贡献有()
17、A提出自由落体定律B提出相对论C提出量子理论D创立经典力学体系C解析：伽利略提出了自由落体定律，故 A 项错误；爱因斯坦提出了相对论，故 B 项错误；普朗克提出了量子理论，故 C 项正确；牛顿发表自然哲学的数学原理，创立了经典力学体系，故 D 项错误。8法新社斯德哥尔摩 1918 年 12 月 10 日电：“由于他对能的性质所做的革命性发现，今天被授予诺贝尔物理学奖。”这里的“革命性发现”指的是()A万有引力定律 B经典力学体系C相对论D量子理论D解析：根据题干时间“1918 年”和“对能的性质”这一信息分析可知，“革命性发现”指的是量子理论。A、B 两项是在 1687年提出的；C 项不符合“
18、对能的性质”的“革命性发现”的要求。9普朗克年轻时曾向他的老师表示，要献身于理论物理学。老师劝他说：“年轻人，物理学是一门已经完成了的科学，不会再有多大的发展了，将一生献给这门学科，太可惜了。”打破该老师看法的是()A万有引力定律的发现B量子假说的提出C电力的发现与应用D牛顿力学定律的发现B解析：材料“物理学是一门已经完成了的科学，不会再有多大的发展了”说明普朗克的老师认为物理学的发展空间很小，而普朗克提出量子假说，改变了人们认识世界的角度和方法，打破了老师的看法。10爱因斯坦和普朗克是 20 世纪世界著名的科学家，分别创立了相对论和量子理论。它们的共同之处有()揭示了时间、空间的可变性深刻改变了自然科学的观念突破了近代物理学的传统构成现代物理学的理论框架A BC DD解析：揭示了时间、空间的可变性的是爱因斯坦的相对论，排除含的选项。两人不仅在学术研究上影响深远，而且对人的思想认识上也产生了重大影响。