1、第六单元 杰出的科学家第 5 课 20 世纪的科学伟人爱因斯坦第六单元 杰出的科学家情境导入 爱因斯坦根据相对论的观点提出质能转换理论后，曾致信美国总统罗斯福，建议美国抢在德国之前研制原子弹，以便在二战中尽快战胜法西斯国家。1945年8月，美国先后在日本的广岛、长崎投下两颗原子弹，加速了日本法西斯的投降步伐，但对无辜平民的伤害也同样令全世界震惊。爱因斯坦为此陷入了巨大的后悔与痛苦之中，自认一生最大的错误就是建议研制原子弹。他痛心地说：“早知如此，我宁可当个修表匠！”第六单元 杰出的科学家课标导航课程标准 了解爱因斯坦的成长过程及主要科学成就，认识他在社会发展中的作用。学习导航1.了解爱因斯坦的
2、成长历程和狭义相对论的创立。2掌握爱因斯坦的相对论、量子力学的提出及意义；爱因斯坦为人类和平做出的努力。3分析爱因斯坦对人类科学发展的主要贡献，理解爱因斯坦为什么被视为 20 世纪最伟大的科学家。一、提出狭义相对论1成长历程(1)出身：1879 年，出生于_南部小城乌尔姆的一个犹太血统家庭。(2)童年：善于思考，对自然界的现象总要寻根问底。(3)中学：被赶出校门，坚持自学。(4)大学：进入瑞士_大学师范系，主修数学和物理。迷上了物理学，为以后从事理论物理学研究打下了基础。德国苏黎世联邦工业2提出狭义相对论(1)提出：1905 年 6 月，发表了论物体的电动力学，标志着_相对论的提出。(2)内容
3、：相对性和光速不变原理。(3)意义：改变了_的时空观念，揭露了物质和能量的相当性，为_的利用奠定了理论基础，是近代物理学领域的一次伟大革命。狭义牛顿力学原子能特别提醒：爱因斯坦的相对论，改变了牛顿力学的时空观，这充分体现了爱因斯坦敢于打破传统束缚，向权威挑战，坚持真理的精神。二、推动量子力学的发展1广义相对论(1)标志：1916 年发表论文_。(2)内容等效原理：即在一个加速运动的系统里，物体会自动改变运动状态，而改变这种运动状态的力，就是_。广义相对性：即在加速运动系统里的惯性力，可以运用到时空中的各种物体运动上。广义相对论的基础惯性力(3)意义：改变了人们对宇宙的认识，在_的指引下，天体和
4、宇宙演化的观测研究及理论探讨前所未有地蓬勃开展起来。2推动量子力学发展(1)1905 年提出_假说，解决经典物理学无法解释的光电效应问题。(2)1921 年因光电效应研究而获得诺贝尔物理学奖，他的研究推动了量子力学的发展。(3)其他成就：在宇宙学、统一场论等领域取得重大研究成果。广义相对论光量子思维启迪 有一次，一个美国记者问爱因斯坦关于他成功的秘诀。他回答：“早在 1901 年，我还是二十二岁的青年时，我已经发现了成功的公式。我可以把这公式的秘密告诉你，那就是AXYZ！A 就是成功，X 就是努力工作，Y 是懂得休息，Z 是少说废话！这个公式对我有用，我想对许多人也是一样有用。”“AXYZ”带
5、领爱因斯坦走向成功，分析其取得了哪些伟大成就？提示：爱因斯坦提出了狭义相对论和广义相对论；他提出了光量子假说，成功解释了光电效应问题。三、为人类和平进步而斗争1捍卫和平(1)一战时：在仅有四人参加的_上签字。(2)一战后：致力于恢复各国人民的相互谅解，并为此到法、英、荷等国奔走呼号。(3)30 年代：开始呼吁各国人民为_而斗争。反战宣言和平(4)二战中：为美国用原子弹轰炸日本城市留下终生遗憾。(5)二战后：致力于防止核战争，亲自领导组织“_”，出刊原子科学家公报，要使全世界人民认识到核战争的极端危险性，倡议各国科学家用自己的言行维护世界和平。原子科学家非常委员会2评价(1)爱因斯坦创立的相对论
6、，是人类认识自然过程中一次质的飞跃。这个理论已经成为原子能科学、宇宙航行等科学的理论基础。(2)如果没有爱因斯坦，原子能发电站、_等现代科技或许还在探索之中。宇宙飞船特别提醒：20 世纪 50 年代，“冷战”加剧，核讹诈成为笼罩在人们头上的阴云。针对这种情况，爱因斯坦和英国哲学家罗素联合发表了罗素爱因斯坦宣言，反对核战争，呼吁世界和平。思维导图知识主线爱因斯坦是 20 世纪最伟大的科学家，他创立了相对论，提出了光量子假说，同时在宇宙学、统一场论等领域也取得重大研究成果；爱因斯坦创立的相对论是科学发展史上的一座里程碑，和量子论共同构成了现代物理学的重要支柱，同时他反对战争，争取和平的努力，赢得了
7、世人的敬重。要点 爱因斯坦相对论提出的背景、内容及意义 1.背景：19 世纪末，物理学界连续发生了三个重大事件，这就是 X 射线、放射性和电子的发现。这三大发现以实验事实使得原子不可分、不变化的传统观念发生了动摇。物理学家们曾认为的似乎已经基本上完成了的经典物理学体系，从根本上出现了动摇，这就是所谓的“物理学危机”。经典物理学所研究的是人们日常生活中易于理解的宏观世界，三大发现所揭示的却是人们没有直接经验的微观现象，这表明人们对物质世界的认识已经深入了一个层次。物理学的“危机”没有吓倒大多数物理学家，他们继续向前探索，于是产生了以量子论和相对论的建立为标志的物理学革命，物理学从此开辟了新的天地
8、。2内容(1)爱因斯坦 1905 年发表论物体的电动力学，创立了狭义相对论。其要点是：否定了牛顿的绝对空间和绝对时间观念，指出时间、空间与物质运动不是各自孤立存在的，时间和空间是随着物质的运动而变化的，物质的质量也是随运动速度的变化而变化的。这样，该理论就揭示了空间、时间、物质、运动之间本质上的统一性，把牛顿的力学理论作为一种特殊情况(当运动速度远比光速低的时候)概括在内，从而建立了一个既适用于宏观、低速，又适用于微观、高速的运动理论。根据狭义相对论的原理，认为质量和能量是可以相互转化的，并推导出著名的质能关系式 Emc2，即物体的能量等于质量和光速(每秒钟 30 万公里)平方的乘积。这一质能
9、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。(2)1916 年爱因斯坦又创立了广义相对论，进一步揭示了时空结构(四维空间)同物质分布的关系，指出了物质间所存在的万有引力，是由于物质的存在和分布使时间和空间的性质不均匀(即时空弯曲)而引起的。3意义：相对论的提出是物理学领域的一次重大革命，它否定了经典力学的绝对时空论，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，即揭示了时空的可变性、时空变化的联系性，树立了新的时空观、运动观、物质观。这一理论被后人誉为 20 世纪人类思想史上最伟大的成就之一。相对论的提出，使爱因斯坦成为继牛顿之后世
10、界上最伟大的理论物理学家。考查爱因斯坦的相对论阅读下列材料，回答问题。材料一 日食期间光线弯曲情况的记录 日期地点结果及误差(角秒)1919 年 5 月 29 日Sobral1.980.16 Principe1.610.40 在 1919 年 11 月 6 日召开的英国皇家天文学会皇家学会联合举行的大会上，天文学家罗伊尔宣布：“星光确实按照爱因斯坦引力理论的预言发生偏折。”从光线弯曲的验证历史看广义相对论的正确性问题材料二 在一片“牛顿被推翻了”的叫喊声中，爱因斯坦说：“可是人们不要以为，牛顿的伟大工作能被这一理论或者任何别的理论代替。他伟大而明晰的观念，作为自然哲学领域里整个近代概念结构的基
11、础，将永远保持它独特的意义。”巨人百传丛书爱因斯坦(1)材料一中罗伊尔的结论是通过哪些方法得出的？他的结论证实了什么？(2)为什么人们认为“牛顿的伟大工作”会被相对论代替？材料二中爱因斯坦的回答展现了他怎样的人格魅力？解析 本题以爱因斯坦相对论被证实、认可为切入点，考查学生从材料中获取有效信息的能力以及对相对论与牛顿力学体系关系的认识。学生在平时学习中要注意掌握爱因斯坦相对论的内容、影响，理解其与牛顿力学的关系，并学习爱因斯坦的科学研究精神与意志品质。第(1)问要依据表格中的记录内容进行分析；第(2)问应从经典力学的缺陷及相对论的提出与发展方面说明理由，根据爱因斯坦的回答概括其人格魅力，言之成
12、理即可。答案(1)方法：观测、计算、验证。证实：广义相对论是成立的(或正确的)。(2)理由：以牛顿力学为代表的经典物理学陷入危机，相对论突破了经典力学，揭示了时间和空间是相对的本质属性(或形成系统而科学的时空观、物质观)。人格魅力：谦逊、宽容、理性等。探究 20 世纪的科学伟人爱因斯坦阅读下列材料：材料一 1905 年，年仅 26 岁的爱因斯坦提出了狭义相对论学说，轰动了当时的物理学界。材料二 为纪念划时代物理学大师爱因斯坦逝世 50 周年，作为“国际物理年”重要的全球性纪念活动之一，“物理照耀世界”光束传递活动于 4 月 19 日晚举行。美国新泽西州当地时间2030，一束光信号从爱因斯坦工作
13、过的普林斯顿大学准时发出，通过大洋光缆在 24 小时内周游地球，最后返回美国。据介绍，活动的主信号为带有爱因斯坦头像和“国际物理年”的宣传画，同时附一页与物理学相关、适合中学生的研究性课题题目，以电子邮件的方式向下传递。与此同时，各地科协青少年部与各地物理学会根据当地条件组织部分学生，并行开展可见光信号传递活动。当晚，中国31 个省、自治区、市的 33 座城市参加了光束传递活动。北京青年报探究问题(1)结合材料一指出狭义相对论提出的标志是什么？(2)根据材料二和爱因斯坦的科学贡献分析为什么全球要隆重纪念爱因斯坦逝世 50 周年？探究思路第(1)问应结合所学知识指出论物体的电动力学的发表标志着狭义相对论的提出。第(2)问，结合所学归纳出爱因斯坦对人类科学发展的贡献。尝试答题(1)1905 年在德国莱比锡出版的物理学纪事杂志上发表的论物体的电动力学标志着狭义相对论的提出。(2)爱因斯坦创立的相对论为科学发展带来了革命性的变化；根据相对论得出的质量能量公式为原子弹的研制提供了理论依据；爱因斯坦提出的光量子假说推动了量子力学的发展；他在宇宙学、统一场论等领域的成果是人类自然科学史上的一次革命；爱因斯坦热爱和平，厌恶战争，关心人类的命运；他伟大的人格更是留给后人的一笔宝贵遗产。
