第1课 近代物理学的奠基人和革命者
[学习目标]
1.了解经典力学的主要内容。 课程标准 2.认识其在近代自然科学理论发展中的历史地位。 3.知道相对论、量子论的主要内容，认识其意义。 重点难点 1.掌握经典力学、相对论和量子论的主要内容。 2.掌握经典力学、相对论、量子论的历史地位及意义。
一、认识史上的飞跃
1．背景：意大利科学家伽利略创立了自由落体定律，推翻了亚里士多德的学说。 2．创立
(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，又总结出作用力和反作用力定律。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)牛顿成功地导出了万有引力定律。
(3)1687年，牛顿撰写的《自然哲学的数学原理》出版，标志着经典力学体系的初步建立。 3．意义
(1)牛顿的力学体系完成了人类对自然界认识史上的第一次理论大综合。
(2)它的确立使力学和天文学在理论上达到了相当完备的程度，同时也在生产和科学实验中得到广泛的应用和验证。 问题思考
材料 下面是两枚纪念牛顿的邮票
思考 图一反映了牛顿力学的什么成果？图二体现了这一成果的运用所取得的成就是什么？说明了什么？
提示 图一反映的是万有引力定律。图二是指海王星的发现。说明了牛顿力学具有惊人的预见性和巨大的理论指导意义。 易混易错
伽利略开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系的近代科学，标志着近代物理学的真正开端。伽利略因而被誉为“近代科学之父”。牛顿经典力学体系的建立则标志着近代科学的形成。
二、驱走乌云的太阳 1．诞生和发展
(1)1879年，奥地利物理学家斯蒂芬发现黑体辐射的总能量与其温度之间的定量关系。 (2)1900年，普朗克提出了量子概念，并在《关于正常光谱能量分布定律的理论》中对这一思想进行了阐述，标志着量子理论的诞生。
(3)1905年，德国科学家爱因斯坦用量子理论成功地解释了光电效应，得出了光具有波粒二象性的结论。
(4)1923年，法国物理学家德布罗意提出物质波理论。 (5)数年后，奥地利、德国的物理学家建立了量子力学。 2．影响
量子理论让人们从根本上改变了近代物理学中的传统观念，使物理学乃至整个自然科学的观念都发生了重大变革。 判断正误
(1)1900年，普朗克提出了量子概念，标志着量子力学诞生。( × )
(2)量子力学的发展，表明人类对客观世界的认识从宏观世界走向微观世界。( √ ) 三、爱因斯坦的“时空” 1．狭义相对论
(1)创立：1905年爱因斯坦发表了《论动体的电动力学》，在相对性原理和光速不变原理的基础上，创立了狭义相对论。
(2)内容：时间和空间都与物质的运动有关，随着物质运动速度的变化而变化。
(3)与牛顿力学的关系：否定了牛顿的绝对时空观；并非全盘否定牛顿力学，牛顿力学反映宏观物体低速运动的客观规律，狭义相对论反映物体高速运动的客观规律，是对牛顿力学的继承和发展。 2．广义相对论
(1)建立：1916年爱因斯坦把适用于匀速运动体系的狭义相对论推广到加速运动的参考系中，建立了广义相对论。
(2)内容：物质存在的现实空间是弯曲的，空间的结构取决于物质的质量及其分布情况，空间弯曲的程度体现为引力场强度；时空是物质存在的形式。
(3)意义：广义相对论第一次阐述了四维时空和物质的分布相联系的重要思想。 3．相对论的意义
(1)是对近代物理学理论框架的重大突破，它不仅揭示了空间、时间的可变性，而且说明，无
论是空间还是时间都不可能单独发生变化，其改变与物质的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。
(3)相对论同量子理论一起，构成了现代物理学的基本理论框架。 归纳总结
经典力学、相对论与量子论之间的关系
(1)经典力学所适用的主要是我们日常生活中的物理现象，但在宏观的宇宙世界和微观的粒子世界面前，就显得不太够用了。
(2)量子论的形成标志着人类对客观规律的认识，开始从宏观世界深入到微观世界；同时，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学科的发展。
(3)相对论的提出否定了经典力学的绝对时空观，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，推动物理学发展到一个新的高度。
(4)量子论和相对论弥补了经典力学的缺点，掀起了物理学的革命，构成了现代物理学的基本理论框架。
科学革命、工业革命及政治革命之间的相互关系
斯塔夫里阿诺斯在《全球通史》中写道：“关于这些革命(科学革命、工业革命和政治革命)，须特别提到的另一特点是，它们并不是平行或独立地进行的。它们互相依赖，连续地一者对另一者起作用。”
解读 作者主要说明了历史发展中的各个要素是相互作用、相互影响的。科学革命、工业革命以及政治革命在17、18世纪以后互相作用，共同推动了世界发展。
针对练 1688年，牛顿发明了反射性望远镜。基于对三棱镜将白光发散成可见光谱的观察，牛顿还发现了太阳光的光谱，并发展出了颜色理论。这些成就( )
A．推动了物理学的继续发展 B．标志近代实验科学的开端 C．挑战了封建神学创世说 D．证明了“自然界无跳跃” 答案 A
解析 “1688年，牛顿发明了反射性望远镜”“发现了太阳光的光谱，并发展出了颜色理论”，这些均是物理学的重大发现，推动了物理学向前进步，故A项正确。
1．印证教材观点
材料一 英国著名诗人亚历山大·蒲伯曾写过一首赞美牛顿的诗：
自然和自然界的规律，隐藏在黑暗里。上帝说：“让牛顿去吧！”于是一切成为光明。
艺术家笔下的牛顿像神一样在制定宇宙规律
应用1 材料表明牛顿的经典力学完整地解释天体和地球上的一切现象，揭示了自然界的规律。从此，科学摆脱了神学的束缚向前发展；同时促进了人们思想的进一步解放。 材料二 阿尔伯特·爱因斯坦的相对论产生了重大影响，该理论表明宇宙有一个空间和时间的结构。根据这一理论，将时间和空间说成是绝对的是没有意义的……对于测量者来说，空间和时间是相对的。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，这表明科学已经达到了能够被人类所知的界限。——杰里·本特利《新全球史》
应用2 材料说明爱因斯坦提出相对论，主张时间和空间是相对的，这就打破了牛顿经典力学的绝对时空观。 2．获取材料信息
材料 在实验观测的基础上，它们以叛逆教会的姿态告诉世人：没有什么信条不可怀疑，没有什么学说不可改变。它们作为近代科学革命的两大檄文，是向宗教权威发出的挑战书，也是自然科学借以宣告独立的宣言书，科学作为神学附庸的地位不复存在。
——摘编自肖耀根《世界近代科学革命事件及其意义》
应用 根据材料概括近代科学革命的特点。 提示 特点：反对宗教神学。
针对练 著名学者斯塔夫里阿诺斯认为，在“光荣革命”到来之前，一个伟大的人发现了解释自然现象的钥匙——理性。人们觉得，理性也能打开人类事务之门。对这里的“理性”理解准确的是( )
A．以科学精神批判天主教神学 B．用实验方法验证科学理论 C．将“变化”观念引入科学领域 D．用数学方法描述物质运动 答案 D
解析 根据材料时间“‘光荣革命’到来之前”可以确定为17世纪，联系史实可知“一个伟大的人”为牛顿，用数学方法描述物质运动符合“解释自然现象的钥匙——理性”，故D项正确。
1．有人说：“一个苹果让牛顿吸引了世界，一壶沸水让瓦特转动了世界，一个元素让爱迪生点燃了世界……”其中“一个苹果让牛顿吸引了世界”主要是指牛顿( ) A．创立了植物分类学说 C．创立了自由落体定律 答案 D
解析 “一个苹果让牛顿吸引了世界”主要是指牛顿的万有引力定律。
2．英国科学史专家丹皮尔在《科学史》中指出，“牛顿摆脱了这些先人之见，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了理论基础 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 答案 D
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。 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( ) 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 答案 D
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
B．提出了量子力学理论 D．提出了万有引力定律
2019_2020学年高中历史专题七近代以来科学技术的辉煌第1课近代物理学的奠基人和革命者学案
