1、人教版历史必修3第3单元第11课物理学的重大进展教案教学目标知识与技能1识记：伽利略的贡献和他的科学研究方法；经典力学体系的建立过程；相对论的基本内容，知道它是物理学的一次重大革命；普朗克量子论的诞生。2理解：16世纪末17世纪初物理学方面取得突出成就的历史条件；相对论、量子论诞生的原因、影响。3运用：比较“日心说”和“地心说”，讨论其进步性；归纳量子论的发展过程。过程与方法1运用问题探究和自主实验，了解物理学成就的取得与近代科学研究方法形成之间的联系。2运用历史比较的方法，认识物理学的发展历程。情感态度与价值观1了解近代自然科学不断突破、取得成就的过程，认识科学无止境，科学真理的魅力在于它的
2、不断完善和不断创新。2一切科学成就的取得都是科学家们艰辛努力的结果，认识科学家们勇于探索、执着追求的精神。重点与难点重点伽利略对物理学发展的重大贡献；经典力学的建立；相对论的提出；量子论的诞生。难点物理学各阶段发展的原因；对科学发展创新性的理解。教学过程教学过程导入新课邓小平同志曾经说过，科学技术是第一生产力。当我们走进世界近代科学的殿堂，便会更深刻地感受到这一结论的伟大之处。伽利略、牛顿、爱因斯坦这些在世界科学史上闪耀着璀璨光芒的科学巨匠，以他们伟大的科学发现使人类逐步从农业文明进入工业文明，又从工业文明跨入信息社会的新时代，给整个人类社会带来了广泛而深刻的革命性变化。同时他们那种敢于坚持真
3、理、不畏强权的科学精神也为我们后人树立了榜样。联想质疑近代自然科学在物理学领域取得了哪些主要成就？新课学习近代物理学有哪些重大成就？是哪些科学家研究的结果？近代物理学经历的三个发展阶段：一、经典力学的奠基和建立伽利略和牛顿；二、从经典力学到相对论爱因斯坦；三、量子论的诞生和发展普朗克。一、经典力学的奠基者伽利略1背景（1）文艺复兴运动的影响。文艺复兴运动解放了人们的思想，为把自然科学从神学中解放出来创造了必要的条件。（2）资产阶级在经济上和政治上对自然科学的迫切需要。（3）自然科学自身发展的需要。资本主义生产方式的产生和发展，不仅向自然科学提出大量的研究课题，还提供了丰富的经验材料以及新的科学
4、实验条件。2伽利略的生平伽利略（15641642），意大利的物理学家和天文学家。他出生于比萨城一个家道中落的贵族家庭。伽利略从小聪明好学，才智过人，具有极强的独立精神，遇事好寻根问底，并养成观察、思考和亲自实验操作的习惯，从不迷信权威和盲从他人。他才华横溢，能言善辩，锋芒毕露，在比萨大学获“辩论家”的绰号。这些品质，为他以后取得卓越科学成果创造了条件。过渡伽利略的一生贡献是多方面的，首先了解他在物理学特别是力学方面的贡献。3伽利略的贡献（1）对物理学的贡献发现自由落体定律。确定了匀速运动、加速运动这两个物理概念。通过研究提出力不是维持物体运动状态的原因，而只是改变物体运动状态的原因，从根本上改
5、变了亚里士多德以来的力学观念，为经典力学的建立奠定了基础。做一个简单的物体运动演示实验，结合实验，对伽利略在物理学方面的成就加以介绍（2）对天文学的贡献利用自制望远镜观察天体的第一人。证明了哥白尼“日心说”的正确。4伽利略的贡献的意义只要木星的光芒在天空中闪耀，地球上的人就永远不会忘记伽利略。乌尔班八世1624年给费迪南德大公爵的信伽利略的一生是为科学真理战斗的一生。他以力学上的一系列重要发现，为经典力学体系的建立提供了重要的基础；他注重观察和实验，强调数学与实验相结合、演绎与实验相结合，成为实验科学的创始人；在天文学方面的一系列主要发现，为哥白尼的日心说提供了坚实的基础。二、经典力学的建立牛
6、顿1牛顿的生平伽利略是力学的奠基者，他在世时就曾预见说：“一门广博精深的科学已经启蒙，我在这方面的工作只是它的开始，那些比我更敏锐的人所用的方法和手段将会探索到各个遥远的角落。”那个比他更敏锐的人就是牛顿。牛顿，1643年诞生于英国林肯郡的一个小镇乌尔斯索普的一个农民家庭。牛顿在中学时代学习成绩并不出众，只是爱好读书，对自然现象有好奇心，并有很好的技巧，喜欢别出心裁地做些小工具、小发明、小实验。牛顿于1661年以减费生的身份进入剑桥大学三一学院，成为一名优秀的学生，1665年毕业于剑桥大学并获学士学位。1669年，年仅26岁的牛顿就担任了剑桥大学的教授，1672年他被接纳为英国皇家学会会员，1
7、703年被选为皇家学会主席。牛顿于1727年3月逝世，国葬于伦敦威斯敏斯特教堂。2牛顿经典力学体系建立的标志“我把这部著作叫做自然哲学的数学原理，因为哲学的全部任务看来就在于从各种运动现象来研究各种自然之力，而后用这些力去论证其他现象，我希望能用同样的推理方法，从力学中推导出自然界的其他现象。“自然哲学的数学原理序言1687年，牛顿发表了巨著自然哲学的数学原理，在这本书中，牛顿确立了物体机械运动的三大定律，即惯性定律、比例定律（即加速度与力成正比）、作用和反作用相等定律。运动三定律成为经典力学的基础、近代物理学的重要支柱。同时，牛顿还以独特的思考方式，从研究地球对月球的引力人手，成功地导出了著
8、名的万有引力定律。这样，牛顿在运动三定律和万有引力定律的基础上，建立起人类历史上第一个完整的科学体系牛顿力学体系，为以后科学的发展树立了一个光辉的典范。3牛顿经典力学体系的显著特征牛顿经典力学体系最显著的特征之一就是注重实验，实验可以进一步揭示客观现象和过程之间内在的逻辑联系，并由此得出重要的结论。另一个显著特征是它的数学化，这种数学化的根源是自然内在的数学关系。自然的数学结构是近代科学的先驱们深信不疑的真理。4牛顿经典力学体系建立的意义（1）科学的验证牛顿成功预言彗星的出现。应用万有引力定律，说明和计算了彗星的运动轨道。“笔尖下的行星”的发现。1781年，天文学家赫舍尔发现天王星，距太阳约2
9、8亿公里，环绕太阳一周要84年。但根据牛顿理论，其运动有偏差，于是预言，还应该存在另一颗星。当时，天文学家列威尔、亚当斯根据牛顿的理论计算出了该星的轨道。柏林天文学家伽列于1846年9月23日在列威尔推算处相距不到10的地方发现了这颗星海王星。后来，人们在类似的情况下又发现了另一颗行星一一冥王星。这再次验证了牛顿万有引力定律的正确性，大大拓宽了天文科学家的视野。（2）近代科学的形成牛顿三大运动定律和万有引力定律建立后，光学、电磁学等与力学的进一步统一，大大推动了物理学的发展。经典力学体系的建立标志着近代科学的形成。（3）推动物理学的发展牛顿对科学的贡献是前无古人的。从本质上讲，在科学研究的方法
10、上，牛顿继承了伽利略的实验方法和数学方法，发展了数学方法，发明了“流数”（即微积分），并用方程式来描述自然规律，用严密的数学推导对实验和观察进行分析和综合。牛顿正是应用他独创的、在当时是最先进的数学方法，在三个运动定律和万有引力定律的基础上建立起他的力学体系的。可以说，伽利略为科学的发展打下了坚实的地基，牛顿则在这个地基上面建立起了气势恢弘的科学殿堂。牛顿正是伽利略所期待的“头脑更敏锐”的人，是一位站在巨人们肩膀上的巨人。为什么说牛顿力学体系引起人类认识上的巨大飞跃？牛顿力学体系对自然界的力学现象作出系统的合理的说明，它提出了物体机械运动的三大定律和万有引力定律。这些定律构成一个统一的体系，把
11、天上和地上的物体运动概括在一个理论之中。从此，它把神从无生命领域驱逐了出去，使科学摆脱了神学的束缚。因此，人们把牛顿力学体系的建立作为近代科学形成的标志。这是在人类认识史上对自然规律的第一次理论概括和综合。理论的威力在于预见和指导，根据万有引力定律，人们准确地算出地球的平均密度和扁平率，正确地解释了潮汐的成因。根据这一定律，人们还发现了海王星，冥王星也是在类似情况下发现的。三、相对论1相对论提出的背景（1）19世纪的理论物理学达到了巅峰状态。在人们的心目中，经典物理学已经达到了近乎完美的程度。（2）19世纪末的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。这三大发现使物理学
12、家们曾认为的似乎已经基本上完成了的经典物理学体系，从根本上发生了动摇。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。2爱因斯坦及其相对论的提出也许有人会觉得爱因斯坦离我们很遥远，但事实上，他控制着我们日常生活的一切。请看下面的一幅幅场景：每天早晨6点，当卫星闹钟把你从床上叫起的时候，抱怨爱因斯坦吧！你的闹钟之所以能在6时准时响起，是因为各国的原子钟和地球上空的GPS全球定位卫星系统每一秒钟都校时一次。但如果它们不是以爱因斯坦最著名的理论相对论效应为依据校时的话，全球的定时和定位系统将一团糟，甚
13、至完全失去意义。6点15分，当你在刷牙时不小心将牙膏滴在了衬衫上，抱怨爱因斯坦吧！正是爱因斯坦测量液体分子大小的理论使众多的发明成为现实，包括如何生产出效果更好的牙膏。6点30分，你打开电视收看天气预报和交通情况。下雨了，路上的车已经排了几公里长，看起来又是糟糕的一天，抱怨爱因斯坦吧！是他的光电效应理论使电视摄影机在后来成为现实。遥控器、数码相机也都离不开这一理论。现在，从你起床到现在已经半个小时了，但你生活的一切好像都在由爱因斯坦控制。这就是爱因斯坦的魔力所在。爱因斯坦对光子和光电效应的阐述，已成为我们生活中大部分日用电器得以出现的基础。他在1917年进一步发展了他的光电理论，今天的CD和D
14、VD播放器来源于此。如果没有爱因斯坦对原子理论的阐述，我们今天所有的日用电器将会是另一种模样。爱因斯坦生平爱因斯坦是现代最伟大的物理学家。1879年，他出生在德国南方的一个犹太人家庭。青年时期的爱因斯坦在物理学上就卓有成就，1905年，他在一篇论文中首次提出了狭义相对论，到1916年又推出广义相对论。他还发现了光电效应定律。相对论的新观念对现代理论物理学的发展影响深远。1921年，爱因斯坦获得诺贝尔物理学奖。2过程（1）爱因斯坦经过多年研究，于1905年提出了狭义相对论和光速不变原理，指出时间、空间和物体质量不是绝对不变的，而是随着物体的运动而发生变化，打破了传统的绝对时空观。（2）狭义相对论
15、：物体运动时，质量会随着物体运动速度的增大而增加，同时，空间和时间也会随着物体运动速度的变化而变化，即还会发生尺缩效应和钟慢效应。（3）1916年，爱因斯坦完成了广义相对论的最终形式。广义相对论：空间和时间不可能离开物质而独立存在，空间结构和性质取决于物质的分布。这使人类进一步深化了对时间、空间和引力现象的认识。3意义（1）相对论的提出是物理学的一次重大革命，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。（2）它发展了牛顿力学，将牛顿力学概括在相对论力学之中，推动物理学发展到一个新的高度。牛顿定律和爱因斯坦相对论的关系？20世纪初，爱
16、因斯坦先后提出了狭义相对论和广义相对论，揭示了时空的可变性。相对论认为：时间和空间不是绝对不变的，而是随着物质的运动而变化；物质质量随着运动速度的增大而增加。爱因斯坦的相对论否定了牛顿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；同时也发展了牛顿力学，牛顿力学只是相对论力学在低速运动状态时的一个特例。狭义相对论反映的是物体高速运动的客观规律，是对牛顿力学的继承和发展。因此，不能据此认为，相对论的建立就一笔勾销了牛顿的历史功绩，广义相对论则使牛顿力学体系中的“空虚空间”这个概念失去了它的意义。四、量子论的诞生与发展1量子论诞生的背景19世纪末2
17、0世纪初，电子和放射性的发现，打开了原子的大门，使人们对物质的认识深入到了原子内部。但大量的实验表明，微观粒子的运动不能用通常的宏观物体的运动规律进行描述。量子论在这种背景下诞生。2量子论诞生的过程1900年，德国物理学家普朗克提出了量子假说。这个假说宣告了量子论的诞生。在普朗克之后，英国的物理学家卢瑟福和丹麦物理学家玻尔把量子论用于原子结构的研究，证实原子是由带正电的原子核和带负电的电子组成。玻尔在此基础上创立了原子结构的理论。爱因斯坦利用量子论成功地解释了光电效应出现的现象及光的本质，进一步推动了量子论的发展。3量子论和量子力学的意义在量子论基础上发展起来的量子力学，极大地促进了原子物理、
18、固体物理和原子核物理等科学的发展。同时，也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。相对论和量子力学的确立是物理学革命的高潮，以物理学革命为先导，带动了化学、生物学、天文学、地质学等学科的理论也都发生了革命性的突破。量子力学和狭义相对论结合形成原子核物理学，指导制造原子弹、氢弹和建立核电站。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。3意义（1）在量子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，是20世纪最有成就的科学理论之一。（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）相对论与量子论构成了现代物理学的基础，改变了人们认识世界的角度和方式。课堂小结科学家成果地位和评价伽利略自由落体定律；匀速运动、加速运动的概念；提出力不是维持物体运动状态的原因；自制望远镜经典力学的奠基人牛顿机械运动三大规律；万有引力经典力学的确立者爱因斯坦相对论物理学的重大革命普朗克量子假说宏观到微观玻尔氢原子结构