岳麓版历史必修三教案：第25课现代科学革命

由天下分享时间：2024/12/25 9:21:23 加入收藏我要投稿点赞

高考资源网（ks5u.com）您身边的高考专家

第25课现代科学革命

课标要求：知道相对论、量子论的主要内容，认识其意义。教学目标：

知识与能力：通过本课的学习，使学生了解在经典物理学危机的基础上现代科学革命产生的必然性，明白现代科学的两大支柱——相对论和量子理论的基本观点，并认识到爱因斯坦在相对论、普朗克在量子理论的形成和创立过程中的重大作用。

过程与方法：结合相对论和量子论各自的理论基础和研究方向，阐明两者对人类历史和现代生活的重大意义。情感态度与价值观：结合辩证法原理，正确对待科学的发展。教学重点：相对论、量子论的主要内容及意义。教学难点：相对论、量子论的主要内容。课时：本节教材用一课时。板书设计：

第六单元现代世界的科技与文化

第25课现代科学革命

一、经典物理的危机绝对权威→危机

二、爱因斯坦与相对论 1．最伟大 2．相对论

三、量子理论中的微观世界 1．普朗克，爱因斯坦，玻尔 2．相对论和量子理论的评价：教学过程：

导入新课：同学们还记得1687年出版的《自然哲学的数学原理》是哪位科学家的巨著吗？牛顿。这部巨著的意义是什么？建立起一个完整的力学理论体系，实现了物理学史上的第一次大飞跃。

下面请同学们来阅读本课的引言：19世纪，以牛顿力学为代表的经典物理学已经日趋完善，达到了高峰。但是一些新的研究发现对它提出了挑战，导致了经典物理学的危机。正是在这种情况下，相对论和量子理论出现，它们掀起了物理学革命，构成了现代物理学的两大支柱，并对其他学科产生了历史性的影响。人类对自然世界的科学探索又跃上了一个新的高度。

今天，我们学习第25课现代科学革命。一、经典物理学的危机

先请同学们听一段小故事，当德国物理著名的物理学家普朗克年轻时向他的老师求教，是选择音乐还是物理学作为自己的终身的职业时，得到的答复是：“物理学基本上是一门已经完成了的科学，因此，对于物理学的研究实际上是不会有多大成果的。”

这个小故事说明了什么道理？请同学们阅读本目内容，从教材中找到这个问题的答案。

教材P106本目内容第三自然段：当时，人们把以牛顿力学为代表的经典物理学看做绝对权威的理论，认为一切自然现象都可以用经典物理学加以说明，而且物理学已经发展到了完整、系统和成熟的阶段，以后的工作只不过是在细节上做些修正和补充，在计算上更细致一点，使理论更加完善。

板书：绝对权威

那么，经典物理学的危机又来自哪里呢？仍然请同学们在教材的本目中找到答案。

教材P106本目内容倒数第三自然段：然而，正是在这个时候，物理学上出现了一系列新的发现，无法用经典物理学来解释，这使得经典物理学陷入了危机，面临着挑战。

板书：绝对权威→危机

而经典物理学陷入危机的具体难题是“晴空是漂浮着的两朵乌云”，而为了驱散这两朵乌云，物理学掀起了一场革命，诞生了现代物理学的两大支柱——相对论和量子论。我们先来看第一大支柱。

二、爱因斯坦与相对论

直至今天，爱因斯坦都被视为科学界最伟大的科学家之一。板书：1．最伟大

请同学们看教材P107第一自然段，了解爱因斯坦的生平。

相对论是爱因斯坦最重要的成就，也是20世纪最重要的科学成就之一。板书：2．相对论

高考资源网（ks5u.com）您身边的高考专家

相对论由狭义相对论和广义相对论组成。狭义相对论首先就瓦解了牛顿经典力学中的绝对时空观，指出经典力学仅仅在低速运动状态下合理，从而化解了以太之谜，直接驱散了漂浮在物理学晴空上的第一朵乌云。在广义相对论中，爱因斯坦将相对性原理由惯参考系进一步扩大到任意参考系，并把牛顿的引力理论作为其中的一部分内容。

教材P107第二、三自然段对相对论作了简单地介绍，文字阅读框《穿越时空的梦想》也对相对论的相对性原理作了直观的说明，请同学们阅读。

关于相对性原理，有一个时间与空间相对性的例证。一个观察者看来是同时发生的事件，另一个向他作相对运动的观察者看来便不是同时发生的。两个这样的观察者对两个事件之间的时间间隔的估计将会不一致，同时他们对距离的衡量也会不一致。假定两个作相对匀速运动的观察者所得到的光速相同，那么，只要他们对时间与空间运用不同的量度，就能对于现象得到相同的自然规律，并能精确地说明这种差距有多少，换句话说，每个观察者都有自己的一套时间——空间的框架，对于一切观察者全都相同的绝对空间时间是不存在的。

关于光速不变原理，也有例证，就是尺缩效应和钟慢效应。假定一个观察者B带着一只座钟和一把码尺，并把码尺指向他运动的方向。当他向观察者A旁边走过时，在A起来他的尺子不足一码长，他的钟也变慢了。B相对于A的速度愈大，这差额也就愈大。假如B用光速在A的旁边通过，我们得到的结果是惊人的，这时B的码尺长度将等于0，他的钟也完全不足了。这就是说光速的速度的极限，宇宙间没有任何东西能以大于光速的速度运动。运动尺子的缩短和运动时钟的变慢效应，都是相对时空的基本属性，与物体内容结构无关。如果物体的速度比光速小得多，相对论力学就可以解释牛顿力学。

相对论与我们的生活常识有着巨大的差距，但却被科学实验所证实，这就给我们提出了一个问题：常识总是正确的吗？常识和正确的理论起冲突的时候，应当怎样分辨呢？

常识是我们在生活的经验和过程中所具备的，甚至可以说，是构成我们正常生活的基础，所以常识是根深蒂固的。这种根深蒂固、雷打不动的认识，往往构成了我们寻找真理和本质，在探询日常生活之外的事物的规律时，我们认识的障碍。日常生活中，常识是必要的，但是科学发展和人类进步不是只靠常识和直觉就可以的。因此，从这个角度来理解，科学家们通过精确、巧妙的物理学实验得出的理论，也是经过了同常识的反复斗争而做出的，这更加体现出科学探索之路的艰难。

相对论是人类精神宝库中璀璨的明珠，而相对论的发明者爱因斯坦也因此名垂青史。关于相对论的评价，是教材P107本目内容的最后一个自然段。

找学生阅读教材P107本目内容的最后一个自然段：相对论的提出是物理学领域最伟大的革命。它在很大程度上解决了19世纪末出现的经典物理学的危机，可以广泛地解释不同运动状态的物质，创立了一个全新的物理学世界，极大地扩展了物理学应用的领域。同时，相对论也打破了经典物理学绝对化的思维模式，为人们提供了辩证地看待世界的途径。

自相对论横空出世以后，人类的认识有了极大的扩展：由低速领域跨入高速领域，由宏观领域延伸到宇宙观领域，由我们生存的三维空间到时间、空间共同构成的四维空间。对地整个人类来说，由相对论引发了史无前例的改变，不仅仅局限于一个时代：人们认识到时间和空间的相互依赖关系、时间和空间的相对意义，认识到时间、空间与物质运动相互依赖关系。对于人类意识来说，这的确是一场深刻的革命。

相对论驱散了漂浮在物理学晴空上的第一朵乌云，那么，另一朵乌云是怎样被驱散的呢？三、量子理论中的微观世界

量子理论的提出，同样是源于实验和公式之间的不合。

教材P107本目内容的第一、二自然段，教材P108第一、二、三、四、五自然段介绍了量子理论的创立过程，请同学们阅读。

量子理论的创始人是谁？德国科学家普朗克。板书：1．普朗克

量子理论的创立过程是一个不断怀疑和不断假设的过程，普朗克于1900年提出量子假说是“不得不”的结果。因为作为一位严谨的科学家，其最基本的态度就必须是尊重事实，历史上因为墨守成规和不尊重事实而失去重大发现的实例举不胜举。但是量子理论本身和物理学中早已流行了很久的思维方式相差甚远，与一般人的常识更是有天壤之别，所以即便是在物理学界反应也十分冷淡。普朗克本人也曾经出现过反复和动摇，并最终导致他没有做出更加伟大的理论创新。这也反映了人类认识事物本质的反复性和曲折性。

量子理论的发展过程和相对论不同，相对论基本是爱因斯坦凭着一己之力创立的，而量子理论的发展则凝聚了很多科学家的聪明才智。教材还提到了哪些科学家的哪些贡献呢？

爱因斯坦的光量子理论，玻尔的原子的量子理论。板书：1．普朗克，爱因斯坦，玻尔

在人类对微观世界的认识上，量子理论是一座里程碑，从当前的实践来看，量子理论对人类物质生活的改变作用更大一些，请同学们看教材P108倒数第二、四自然段，这是量子理论的现实意义。

找学生阅读教材P108倒数第四自然段：量子理论是20世纪最深刻、最有成就的科学理论之一，使人类对微

高考资源网（ks5u.com）您身边的高考专家

观世界的基本认识有了革命性的进步。

找学生阅读教材P108倒数第二自然段：量子力学对化学、生物学、医学、考古学、古生物学和地质学等科学领域都产生了重大影响，带来了许多划时代的技术创新，如半导体和激光器的发明等。这直接推动了社会生产力的发展，从根本上改变了人类的物质生活。

相对论和量子理论的出现，掀起了物理学革命，构成了现代物理学的两大支柱，并对其他学科产生了历史性的影响。请看教材P108最后一个自然段，这是对相对论和量子理论的总体评价。

板书：2．相对论和量子理论的评价：

找学生阅读教材P108最后一个自然段：量子理论和相对论一起，构成了现代物理学的基础，弥补了经典物理学的不足，描绘了一个崭新的宏观宇宙世界和微观粒子世界，大大开阔了人们的视野，改变了人们看世界的角度和方式。它们不仅对物理科学本身，对自然科学，而且对整个人类的思维都产生了不可磨灭的影响。

量子理论和相对论突破了经典物理学理论，对传统科学的错误观念和狭隘观念也进行了否定，丰富了人类的知识宝库；其探索和创新精神，也是人类认识世界、了解世界的历程在曲折中前进的规律的生动说明。

小结：量子理论和相对论发展了经典物理学，弥补了经典物理学在宏观宇宙世界和微观的粒子世界面前的空缺，为人类描绘了一个崭新的世界，对整个人类的思维都产生了不可磨灭的影响。但是理论的发展是无限的，人类的认识过程也是没有止境的。

作业：

阅读下列材料：

19世纪末，物理学的研究一方面深入到物质内部的微观世界，放射线和原子被发现，另一方面扩展到整个宇宙。随着光学等学科的深入发展，人们对在光速或接近光速运动状态下的物质的研究，也超出了经典物理学的范围。物理学被称为“晴空上漂浮着两朵乌云”的两个无法解释的难题，其一就是以太的不存在。这使得经典物理学赖以建立的绝对时空观受到了严峻的挑战。

（1）经典物理学形成的基础是什么？这一基础建立的理论是什么？

提示：17世纪牛顿创立的经典力学。它是建立在绝对时空观的理论之上的。（2）到19世纪时，经典物理学发展到何种程度？他所适用的范围主要是什么？

提示：到19世纪，在经典力学的基础上，光学、热力学、电磁学、天体物理学等新兴学科取得了长足的进步，把人类对自然界的认识推进到前所未有的深度和广度。它所适用的范围主要是我们日常生活中的物理现象。

（3）19世纪末，物理学的发展对经典物理学提出了怎样的挑战？

提示：19世纪末，物理学的研究一方面深入到物质内部的微观世界，另一方面扩展到整个宇宙，超出了经典物理学的范围，经典物理学赖以建立的绝对时空观受到严峻挑战。

（4）20世纪物理学的发展取得的两项最重大的成就是什么？它们与经典物理学的关系是什么？

提示：量子理论和相对论。它们发展了经典物理学，弥补了经典物理学在宏观宇宙世界和微观的粒子世界面前的空缺，为人类描绘了一个崭新的世界，对整个人类的思维都产生了不可磨灭的影响。