第11课物理学的重大进展

　　教学目标：
　　1、知识与能力：
　　（1）识记：识记伽利略、牛顿、爱因斯坦、普朗克等物理学家对物理学发展所作出的重大成就；
　　（2）理解：理解经典力学在近代自然科学理论发展中的历史地位；相对论和量子论诞生的原因、意义；
　　（3）探究经典力学体系的特点，比较相对论、量子论与牛顿力学的关系。
　　（4）思考＂日心说＂与＂地心说＂相比的进步性，探究经典力学体系的特点、影响。
　　2、过程与方法：
　　（1）引导学生回忆初中物理知识来促进本课的学习。
　　（2）通过学生预习（围绕4个物理学家，）、课堂讲解展示本课内容，促进同学的互相学习。教师给予必要的补充。
　　3、情感态度与价值观：
　　（1）科学真理需要勇于探索、执着追求的精神；
　　（2）科学理论在不断完善、创新，人类对客观规律的认识不断深入。
　　教学重点和难点：
　　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。
　　教材分析：
　　本课教材主要分三大目从四个方面向学生介绍物理学从16世纪末17世纪初到19世纪末20世纪初的重大成就：经典力学的重要奠基者——伽利略、经典力学的建立、从经典力学到相对论、量子论的诞生与发展。这一时期物理学方面的文字、图片、人物介绍等资料比较丰富，教师可以适当补充一些资料，提高学生学习的兴趣。
　　教学过程及要点：
　　导入新课：1632年，伽利略撰写的《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》科学巨著出版后，立刻引起教会的恐慌，把伽利略投入监狱。教皇乌尔班八世的御用工具——宗教裁判所在1633年6月21日宣布对伽利略的判决：＂我们判决你在宗教法庭监狱内服刑，刑期由我们掌握，为了有益于补赎，命令你在今后3年内，每周背诵7篇赎罪诗篇……＂这一纸胡言，竟使伽利略蒙冤300多年，致死都没有撤销判决，甚至死后还被禁止举行殡礼，不准葬入圣太克罗斯墓地。那么，是什么原因导致宗教裁判所对伽利略作了如此判决？我们应如何看待伽利略在科学领域的贡献？
　　第11课　物理学的重大进展
　　一、经典力学
　　1、产生的背景
　　114世纪以后，伴随欧洲资本主义的萌芽，新兴的资产阶级在经济上和政治上对自然科学产生了迫切的需要。
　　2文艺复兴运动解放了人们的思想，推动了自然科学研究。
　　3伽利略的研究成果，为经典力学的创立奠定了基础。
　　希腊学者亚里士多德认为地球上的物体运动有天然运动和受迫运动。他认为物体的受迫运动是推动者加于被推动者的，推动者一旦停止推动，运动就会立即停止。
　　16世纪末17世纪初，随着文艺复兴运动的扩展和人的思想解放，意大利科学家伽利略认为研究自然界必须进行系统的观察和实验。他将科学实验与数学相结合，进行科学研究，并强调追究事物之间的数学关系。
　　1590年的一天，26岁的伽利略为了证实自己论断的正确，他来到比萨斜塔的七层阳台上，将一个约4.5千克重的石块和约0.45千克重的小石块同时放下，结果两石块同时落地。16xx年，伽利略在实验中发现：物体下落时的距离与所用时间的平方成正比，而物体下落的速度与物体的重量无关，这就是著名的落体定律。他还通过实验证实了匀速运动定律和匀加速运动定律。
　　伽利略的研究表明，外力并不是维持运动状态的原因，而只是改变运动状态的原因。这是对古希腊哲学家亚里士多德以来有关运动观念的重大变革，为经典力学的建立奠定基础。他的发现以及他开始的科学研究方法，是人类思想史上伟大的成就之一，标志着物理学的真正开端。
　　2、牛顿力学体系的产生
　　1标志：1687年牛顿发表《自然哲学的数学原理》，提出物体运动三大定律（惯性定律、比例定律、作用与反作用定律）和万有引力定律。
　　2特点：以实验为基础，以数学为表达形式。经典力学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。
　　3意义：
　　a具有科学性和预见性。牛顿力学体系对解释和预见物理现象具有决定性意义，根据牛顿力学体系，人们发现了海王星和冥王星。
　　b把地球上物体的力学和天体力学统一到一个基本的力学体系之中，正确地反映了宏观物体低速运动的客观规律，实现了自然科学的一次大综合，是人类认识自然界的一次大飞跃。
　　c局限性：建立在日常生活中常见的低速运动的物质之上，认为存在绝对静止和绝对时间，然而，随着科学的飞速发展，物理学出现一系列新现象，无法用经典力学来解释高速运动的微观粒子发生的现象，这使其陷入危机，面临着挑战。
　　d标志着近代科学的形成。
　　二、相对论的创立
　　1、历史背景：19世纪末出现了＂物理学危机＂
　　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。
　　2、相对论的主要内容：狭义相对论和广义相对论
　　20世纪初，德国物理学家爱因斯坦经过多年的研究提出了相对论，相对论包括狭义相对论和广义相对论。
　　狭义相对论认为，物体运动时，质量会随着物体运动速度增大而增加，同时，空间和时间也会随着物体运动的变化而变化，即会发生尺缩效应和钟慢效应。
　　广义相对论认为，空间和时间的性质不仅取决于物质的运动情况，也取决于物质本身的分布状态。
　　※相论与我们的生活
　　狭义相对论最著名的推论是质能公式，它可以用来计算核反应过程中所释放的能量，并导致了原子弹的诞生。而广义相对论所预言的黑洞，也相继被天文观测所证实。
　　爱因斯坦的狭义相对论，在我们的日常生活中是很难理解的，因为我们日常接触的都是远远小于光速的运动，根本无法察觉到爱因斯坦相对论所描述的相对论效应：长度变短、时钟变慢。但如果接近光速的运动能变成现实的话，会出现这样的景象：一个人坐上接近光速的火箭高去作星际航行。一年后他回来了，发现儿子已经是白发苍苍的老人，而自己还是那样年轻。中国古代传说中的＂天上方一日，人间已一年＂就可用相对论得到解释。
　　3、意义
　　1物理学思想的一次重大革命，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。
　　2爱因斯坦的相对论也发展了牛顿力学，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。
　　三、量子论的诞生与发展
　　1、诞生的历史背景
　　119世纪末20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。
　　2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。
　　2、诞生与发展
　　19xx年，德国物理学家普朗克提出量子假说，宣告了量子论的诞生。普朗克并由此而获得了诺贝尔物理学奖。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。丹麦物理学家玻尔把量子论用于原子结构的研究，创立了原子结构的理论。20世纪30年代，经过众多科学家的努力量子力学最终建立。量子力学是研究微观世界粒子运动规律的科学。今天，我们的现代文明，从电脑，电视，手机到核能，航天，生物技术，几乎没有哪个领域不依赖于量子论。量子力学和狭义相对论结合形成原子物理学，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、影响
　　1量子论使人类对微观世界的基本认识取得革命性的进步，成为20世纪最深刻、最有成就的科学理论之一。
　　2量子论与相对论一起构成现代物理学的基础，并弥补了经典力学在认识宏观世界和微观世界方面的不足。
　　3推动了物理学自身的进步，开阔了人们的视野，改变了人们认识世界的角度和方式。
　　小结：经典力学、相对论与量子论的关系
　　经典力学改变了自古代以来人们的认识论和方法论。相对论打破了牛顿以来传统的绝对时空观，但并非全盘否定牛顿力学。牛顿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，是对牛顿力学的继承和发展。牛顿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。
　　作业：经典力学、相对论与量子论的关系
　　教学反思：本节理论性极强，教师应化繁为简，说清基本的物理学概念即可，以免增加文科同学的负担。