近代以来科学技术的辉煌
专题七 近代以来科学技术的辉煌 一 近代物理学的奠基人和革命者
知识点一 认识史上的飞跃 1．背景
(1)在中世纪的欧洲，亚里士多德的学说长期被教会奉为教条。 (2)近代科学诞生后，亚里士多德的力学不断受到质疑。 (3)伽利略在观察、实验和推理的基础上，创立了的学说。
2．内容
(1)17世纪末，英国科学家牛顿得出了惯性定律和加速度定律。 (2)总结出作用力和反作用力定律。 (3)用微积分做计算工具导出数学、天文学方面的研究成果。
3．意义
(1)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重要支柱。 (2)完成了人类对
自然界认识史上的第一次理论大综合。万有引力定律准确地算出了
地球的平均密度和扁平率，正确地解释了潮汐的成因。
万有引力定律。
(4)1687年牛顿撰写的《自然哲学的数学原理》出版，书中总结了他的力学体系以及在
自由落体定律，推翻了亚里士多德
经典力学
知识点二 驱走乌云的太阳 1．背景
(1)19世纪的物理学领域，以牛顿力学为基础，形成了完整的理论体系。 (2)19世纪末，黑体辐射问题成为物理学界的重大研究课题。 2．发展过程
(1)奥地利斯蒂芬：1879年发现黑体辐射的总能量与其温度之间的定量关系。 (2)德国普朗克：发现了热辐射过程中的能量分布规律。1900年提出量子概念，标志着量子理论诞生。
10光电效应，得出光具有波粒二象性的(3)德国爱因斯坦：1905年利用量子理论解释□结论。
11物质波理论，将量子论发展到一个新的高度。 (4)法国德布罗意：1923年提出□
12量子力学。 (5)奥地利、德国物理学家：建立□3．意义
13理论体系，指导着人们向物质运动的各个层(1)量子力学成为反映自然界基本规律的□面进行深入探讨。
14传统观念，使物理学乃至整个自然科学的观念都发生了重(2)改变了近代物理学中的□大变革。
【易混易错】 量子理论同爱因斯坦的相对论一起构成了现代物理学的基本理论框架，但爱因斯坦的相对论的提出比普朗克的量子理论要晚。
知识点三 爱因斯坦的“时空” 1．主要内容
(1)狭义相对论：1905年，爱因斯坦发表了《论动体的电动力学》一文，认为时间和空15运动有关，随着物质运动速度的变化而变化。创立了狭义相对论。 间都与物质的□
16四维时空和物(2)广义相对论：1916年，爱因斯坦建立了广义相对论。第一次阐述了□质的分布相联系的重要思想。
2．意义
(1)是对近代物理学理论框架的重大突破，不仅揭示了空间、时间的可变性，而且说明它们都不可能单独发生变化，其改变与物质运动和状态密不可分。
(2)是人类思想发展史中的一次根本性变革，对整个自然科学和哲学都产生了极其深远的影响。
17量子理论一起，构成了现代物理学的基本理论框架。 (3)相对论同□
【易混易错】 爱因斯坦的相对论只是否定了牛顿的绝对时空观，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。牛顿力学是整个力学的基础，牛顿所创造的概念，至今仍指导着我们的物理学思想。相对论发展了牛顿力学，打破了传统的绝对时空观。
[讨论交流1] 伽利略曾说“科学的真理不应在古代圣人的蒙着灰尘的书上去找，而应该在实验中和以实验为基础的理论中去找。”说明了什么问题？
提示：伽利略重视实验在科学研究中的作用。 [讨论交流2]
根据上图的提示思考：牛顿为什么被称为“宇宙规律的发现者”？
提示：《自然哲学的数学原理》的问世，标志着牛顿已经建立起一个完整的力学理论体系，把天地间万物的运动规律概括在一个严密的统一理论中。因此，牛顿成为“宇宙规律的发现者”。
[讨论交流3] 观察下面漫画：孪生兄弟的宇航难题
该漫画生动地说明了爱因斯坦的哪一理论？ 提示：相对论。
[讨论交流4] 量子理论和经典物理学所运用的范围有何主要不同？
提示：经典物理学所适用的主要是我们日常生活中的物理现象，量子理论使人们对客观规律的认识，从宏观世界深入到微观世界，指向物质运动的各个层面。
主题一 经典力学
材料一：抛射体45度时射程最远——仅用数学便得到如此严格的证明，这使我心中充满又惊又喜的感觉……大炮和迫击炮轰击时，最大射程(即炮弹发射的最远距离)，是在仰角45度时获得的……但是要理解为什么发生这种情况，这比从别人那里得到证据甚至反复实验得到的证据重要的多……通过探索原因而达到对某一效应的理解会使人顿开茅塞，从而使理解和确证其他事实无须再借助实验，目前的例子恰好证明了这一点……
——伽利略《关于两门新科学的对话》
材料二：长期以来，人们一直认为彗星是神秘的，根本不能用科学来说明。牛顿说，既然彗星也是天体，就必然遵循力学规律。他的好友哈雷用牛顿力学算出了1682年出现的彗星的轨道，指出它的回归周期是75～76年，由此预言它将在1758年再次出现……1758年这颗彗星果然如期出现，因此被命名为哈雷彗星。
——《百度文库》
请分析：
(1)根据材料一及所学知识指出，伽利略在科学研究上的重要贡献是什么？有何重要意义？
(2)根据材料及所学知识，哈雷彗星发现的重要前提条件有哪些？ (3)哈雷彗星的发现说明了科学研究的巨大威力是什么？
提示：(1)①贡献：发现了数学在科学研究中的重要作用，开创了实验与数学相结合的科学研究方法。②意义：为经典力学的建立奠定了基础，标志着物理学的真正开端。
(2)①文艺复兴运动解放了人们的思想，自然科学研究开始摆脱教会的束缚。②牛顿力学体系的形成，提出了万有引力定律。③以实验为基础，以数学为表达形式的科学研究方法的出现。
(3)对于解释和预见物理及天文现象，具有决定性意义。
1．近代自然科学产生和发展的社会条件
提示：(1)经济条件：随着资本主义生产方式的产生和发展，技术改造与机器采用逐渐增多，人们需要自然科学的进步以解决提高生产力水平的问题。因而，资本主义经济发展成为近代科学产生的物质基础和根本动力。
(2)政治条件：资产阶级民主制度的建立，为近代科学的持续发展提供了较为自由的空间。欧洲先进国家实行奖励科技发明、改革教育制度、完善专利法规等政策，为近代科学的创立和发展提供了良好的政治环境。
(3)思想条件：随着文艺复兴、宗教改革和启蒙运动的发展，资产阶级打破了天主教会的精神统治，动摇了封建制度的政治思想基础，为把自然科学从神学中解放出来创造了必要条件。
(4)技术条件：资本主义生产方式的发展，不仅为自然科学提出了大量的研究课题，还提供了丰富的实验材料和新的科学实验条件。
(5)主观条件：科学家群体不仅具备勇于科学探索、敢于追求真理和坚持不懈的可贵精神，而且得以贯彻和体现。
2．经典力学的历史地位及影响
提示：(1)把自然界中一切力学现象囊括在力学体系中，成为人类在认识自然的历史上对自然规律的第一次总结与概括。
(2)形成以实验为基础、以数学为表达形式的牛顿力学体系，即经典力学体系，标志着近代科学的形成和人类科学时代的开始。
(3)牛顿力学和热学引发了第一次技术革命，使人类社会进入“蒸汽时代”。 (4)牛顿用数学方法精确描述宇宙运行的自然法则，为法国启蒙思想和唯物主义哲学奠定了科学基础；打击了神学，促进人类思想不断解放。
[例1] 英国科学史专家丹皮尔在《科学史》中指出，牛顿摆脱了“先人之见，实在是一种真正的进步”。牛顿的进步性主要在于( )
A．确立了辩证唯物主义理论 B．为资产阶级革命奠定理论基础 C．放弃了对宗教的信仰
D．首次对自然规律进行理论性概括
[解析] 牛顿力学体系对自然界的现象作出了系统、合理的说明，从而完成了人类认识自然界的第一次理论大综合，故D项符合题意；A、B、C三项均与牛顿的主要贡献不符。
[答案] D
主题二 相对论和量子论对物理学的发展
材料一：(英国)皇家学会会长汤姆逊致辞说：“爱因斯坦的相对论是人类思想史上最伟大的成就之一，也许就是最伟大的成就。”……1921年，爱因斯坦获得了诺贝尔奖。这奖来得十分不易。当时有不少德国的诺贝尔奖获得者威胁说，如果给相对论授奖，他们就要退回已获的奖章，结果评选委员会找到了一个办法，让爱因斯坦作为光电效应理论的建立者而得奖，相对论始终没有获诺贝尔奖。
——吴国盛《科学的历程》
材料二：能量子钻进物体的表面层……把它的全部能量给予了单个电子……一个在物体内部具有动能的电子当它到达物体表面时已经失去了它的一部分能量。此外还必须假设，每个电子在离开物体时还必须为它脱离物体做一定量的功P(这是物体的特性值——即逸出功)。那些表面上朝着垂直方向被激发的电子，将以最大法线速度离开物体。
——《爱因斯坦文集》
请分析：
(1)材料一为什么说相对论是“最伟大的成就之一”？“相对论始终没有获诺贝尔奖”说明了什么问题？
(2)根据材料二回答，爱因斯坦这一研究的理论基础是什么？在这方面他有何贡献？ (3)为什么说相对论和量子论使人类对自然世界的科学探索又跃上了一个新的高度？ 提示：(1)原因：相对论否定了经典力学的绝对时空观，深刻揭示了时间和空间的本质属性，提出了全新的时空观、运动观和物质观；发展了牛顿力学，将其概括在相对论力学之中，将物理学发展到一个新的高度。
问题：相对论脱离人们的正常思维和感受，不被人们理解和接受。 (2)理论基础：普朗克于1900年提出的量子假说，量子论宣告诞生。 贡献：用量子理论成功解释了光电效应。
(3)相对论和量子论弥补了经典力学在认识宏观世界和微观世界方面的不足，开阔了人们的视野，改变了人们认识世界的角度和方式。
牛顿经典力学、相对论和量子论三者之间的关系 提示：(1)牛顿力学的创立为相对论的提出奠定了基础。
(2)相对论是对牛顿力学的继承和发展，否定了牛顿力学的绝对时空观，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。
(3)量子论和相对论的提出，使人们对物质世界的认识深入到微观领域和宏观宇宙世界，弥补了经典物理学的缺点。量子论和相对论一起，构成了现代物理学的基本理论框架，开阔了人们的视野，改变了人们认识世界的角度和方式。
(4)三者是继承与发展的关系，一起推动了物理学的发展。
[例2] (江苏单科)“根据这一理论，将时间和空间说成是绝对的是没有意义的，因为对这两种范畴的测量通常随着观察者的运动而改变。……对于门外汉来说，这些观点——通常用不能理解的数学公式解释——表明科学已经达到了能被人类所知的界限。”上述“理论”的主要意义是( )
A．开创了以实验为基础的近代科学 B．预见海王星存在的准确性 C．弥补经典力学对时空认识的不足 D．发现能量辐射的运动原则
[解析] 从材料中的“将时间和空间说成是绝对的是没有意义的”可知，材料反映的是爱因斯坦的相对论，它弥补了经典力学对时空认识的不足。A项是伽利略的成就，B项是牛顿的贡献，D项指的是量子力学，排除A、B、D三项。故选C项。
[答案] C
1．爱因斯坦认为：“伽利略的发现以及他所应用的科学的推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正开端。”这主要是因为伽利略( B )
A．捍卫哥白尼日心说 C．发明了天文望远镜 物理学的开端。故B项正确。
2．观察下图，据图可以得出西方近代自然科学发展的主要特点是( C )
B．奠定实验科学基础 D．发现自由落体定律
解析：伽利略运用科学的推理及观察实验的科学方法，奠定了实验科学的基础，标志着
A．生活实践经验的总结 B．实用性技术应用性强 C．科学观察、实验的研究方法 D．重视经验综合，轻视理论研究
解析：伽利略在比萨斜塔所做的物体落地实验和牛顿观察苹果落地都是科学观察、实验的研究方法，C项正确；A、B、D三项符合中国古代科技发展的特点，均可排除。
3．19世纪经典物理学被誉为“一座庄严雄伟的建筑体系和动人心弦的美丽殿堂”，然而到了19世纪末20世纪初它却风光不再。使“美丽殿堂”风光不再的主要原因是( D )
A．牛顿力学体系缺乏科学基础 B．它不能解释物理学的所有问题 C．人们不再重视科学研究 D．相对论和量子论的诞生
解析：19世纪末20世纪初牛顿力学体系“风光不再”，动摇它的是量子论和相对论。相对论否定了经典力学的绝对时空观，将牛顿的力学概括在相对论力学当中；量子论使人类的认识深入微观世界，与相对论构成了现代物理学的基础。A、C说法错误；B不是主要原因。故选D。
4．“使人类克服了经典物理学的危机，对微观世界的基本认识有了革命性的进展”指的是( D )
A．牛顿力学体系的建立 C．自由落体定律的提出
B．进化论的提出 D．量子论的提出
解析：抓住“微观世界”这一题眼，结合“克服了经典物理学的危机”这个前提，进行分析判断。A、C两项属于经典物理学成就，B项为生物学成就，均可排除，只有D项正确。
5．《宇宙探险》一书认为，由于科学家“揭示了时间、空间与物质分布、运动之间的辩证关系，提出了新的宇宙观，同时使得现代物理学和天文学如此结合而产生了天体物理学，为人类研究和探索宇宙提供了新的更广泛的途径。”你认为为此作出最重要贡献的是( B )
A．创立万有引力的牛顿 C．提出量子假说的普朗克 断出答案为B项。
6．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 )
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．转变了人们的思维方式和社交方式
解析：注意时间“20世纪初”，这两场革命分别是爱因斯坦的相对论和普朗克的量子理论，分别使人们对宏观和微观世界的认识有了革命性的进步。故A项正确。
B．创立相对论的爱因斯坦 D．提出太阳中心说的哥白尼
解析：从材料“揭示了时间、空间与物质分布、运动之间的辩证关系”可以很容易地推
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