第11课 物理学的重大进展周老师.docx

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第11课物理学的重大进展周老师

教案

第四单元近代以来世界的科学发展历程第11课物理学的重大进展

安徽省蚌埠第一中学周洪霞

第11课物理学的重大进展

【教学分析】

[一]课标要求:

（1了解经典力学的主要内容,认识其在近代自然科学理论发展中的历史地位。

（2知道相对论、量子论的主要内容,认识其意义。

[二]教学目标:

知识与技能:

（1识记:

伽利略开创了以实验为根据的近代科学;经典力学体系建立的标志;1905年爱因斯坦提出狭义相对论及1915年提出广义相对论;1900年普朗克提出量子假说宣告量子论的诞生

（2阅读相关课本与史料,认识近代科技的特点并分析近代科技诞生的历史背景

（3分析概括经典力学体系的特点,认识对人类社会发展的影响

（4分析比较狭义相对论、广义相对论与牛顿力学的关系;

过程与方法:

（1通过展示史料对比分析使学生归纳伽利略、牛顿、爱因斯坦、普朗克对物理学重大发展做出的贡献

（2展示史料,指导学生阅读课文及材料,获取有效信息,认识各个阶段物理学发展对人类社会产生的重要影响,并积极思考,表达;

（3运用相关史料了解近现代物理学发展史,认识近现代物理学发展史是一部一代代物理学家精心观察、大胆质疑、开拓创新推动人类文明前进的历史。

情感、态度与价值观:

（1通过对伽利略、牛顿、爱因斯坦等科学家不畏艰难追求真理的事迹讲述,体会科学真理需要勇于探索、执著追求的精神

（2通过对经典力学、相对论、量子论这些物理学重大成就的讲述,认识科学理论是不断完善、创新的。

【教学思路】

教学重点:

伽利略、牛顿、爱因斯坦、普朗克对近现代物理学创立、完善所做出的贡献

教学难点:

经典力学、相对论、量子论在近代自然科学理论发展中的历史地位【教学过程】:

第四单元近代以来世界的科学发展历程

‚科学技术发展的历程告诉我们,物理学不仅是发展科学与技术所需要的关键知识,对人类社会的发展它也产生了重要影响……2000年美国《时代》杂志评选人类有史以来最杰出的科学家,第一位是爱因斯坦,第二是牛顿……‛——刘国跃《物理学与人类科技进步——2005国际物理年》

通过阅读这段史料,我们不难看出物理学对人类社会进步的贡献是如此重要,所以我们也有必要来了解物理学的发展

第11课物理学的重大进展

首先我们通过一段史料来了解古代物理学状况

‚亚里士多德写成了《物理学》一书,这里的‚物理学‛其原意是‚自然论‛或‚自然哲学‛的意思。

对于‚运动原因‛的探讨,主要是作为他的哲学原理的一种推论。

按照他的想法每一物体都有其活动的自然领域或特定空间。

物体越重,下落得就越快;物体越轻,下降得就越慢,物体下落的快慢与它的重量成正比。

‛——杨庆余《物理学史》

提问:

1、材料中亚里士多德是怎样总结物体运动规律的?

2、亚里士多德是根据什么方法得出这一结论的?

在近代自然科学诞生前,亚里士多德的认识统治了物理学1000多年,终于有一天有一位人敢于去挑战这一结论那就是伽利略

一、经典力学

伽利略（GalileoGalilei,伽利略〃伽利莱,1564年2月15日---1642年1月8日,意大利物理学家、天文学家和哲学家,近代实验科学的先驱者

——互动百科

伽利略如何去挑战亚里士多德的权威?

请看材料

‚伽利略利用小球在光滑的斜面上做力学实验。

随着小球在光滑斜面滑行的斜角不断增加,达到90°时就成为一个自由落体运动。

他还通过物体的单摆运动来研究自由落体运动。

最后通过实验证明:

自由落体的下落速度与时间成正比,与物体重量无关。

……那些信奉亚里士多德的人最后承认:

在事实面前,我无话可说。

因为可以重复成千上万同样的实验得出同样的结果就已经无话可说了。

‛——《科学思维与科学方法》

1、根据材料指出伽利略用什么方法来挑战亚里士多德的学说?

（科学实验

2、结合材料指出伽利略通过实验在物体运动方面得到了什么新认识?

（自由落体的下落速度与时间成正比,与物体重量无关即自由落体的定律

3、对此你从中感悟到了什么?

（感情升华:

看到了科学家敢于用批判的精神去挑战权威,科学真理需要勇于探索、执著追求的精神等而伽利略对近代物理学有怎样的贡献?

‚在近代科学的开创者行列里,伽利略最为突出,是他创造并示范了新的科学实验传统以及将实验与数学相结合的科学方法,正是他的工作将近代物理学乃

至近代科学引上了历史舞台。

‛——《科学的历程》

提问:

1、结合材料在研究方法上,伽利略对近代物理学的主要贡献是什么?

2、根据材料判断近代科技诞生的时代?

（从伽利略生卒年代再结合材料判断16、17世纪

4、能否将近代科技诞生于此时完全归功于伽利略?

（学情分析:

很多学生在学本课后容易形成近代科学的形成发展的原因归结于科学家,教师在这是有必要讲清近代科技产生的原因背景

教师讲解:

正如材料所说伽利略开创了新的科学实验方法,从而将近代物理学乃至近代科学引上了历史舞台,为近代科技的创立和发展奠定了基础;但是,近代科技产生的原因不能仅仅归功于某个科学家,那么近代科技诞生的原因和背景究竟是什么?

下面请看一段材料:

‚近代科学诞生的时代也是世界历史上发生巨大变革的时代。

恩格斯说:

‘这个时代,法国人称之为文艺复兴,但这些名称没有一个能把这个时代充分表达出来……旧的世界界限被打破了;只是在这个时候才真正发现了地球,奠定了以后的世界贸易以及从手工业过渡到工场手工业的基础,而工场手工业又是现代大工业的出发点。

教会的精神独裁被摧毁了,德意志诸民族大部分都直截了当地接受了新教……’,这就是近代科学诞生的历史背景‛——《科学的历程》

提问:

请同学根据史料分析:

近代科技诞生的背景有哪些?

教师总结:

其中资本主义工场手工业的发展使得新工艺、新技术开始成为人们研究的问题;文艺复兴的新思潮冲击了中世纪以来的教会的绝对权威,解放思想,有利于科学的发展;新航线的开辟也为近代科学开辟了一个科学研究的新天地;宗教改革使新的科学思想得到了发展,使越来越多愿意独自面对上帝的人面向科学。

而在在近代自然科学的各学科中,发展较快、成熟较早的是经典力学。

‚在近代自然科学的各学科中,发展较快、成熟较早的是经典力学（又叫牛顿力学。

这是因为力学的发展除了受到工场手工业时期经济和技术需要的推动外,它还受到天文学发展的影响。

另一方面,力学的研究对象是自然界中最常见,最简单的运动形式。

从这种运动形式入手去探索自然界的规律就比较符合从简单到

复杂的认识秩序。

科学史告诉我们,经典力学的发展成熟是经过伽利略、开普勒、牛顿等大批科学家辛勤工作的结果‛——《科技简史》

提问:

1、下面请同学们根据材料概括经典力学发展的原因又哪些?

刚才我们的分析我们了解到伽利略通过实验发现了自由落体定律,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,为后来的经典力学的创立和发展奠定了基础。

而在经典力学创立时期另一位奠基式的科学家是开普勒

开普勒是德国天文学家,数学家。

1571年12月27日生于魏尔,1630年11月15日卒于雷根斯堡。

发现了行星沿椭圆轨道运行,并且提出行星运动三定律。

——互动百科

过渡:

伽利略与开普勒两人都各自建树了独特的功勋,伽利略主要研究地上的力学开普勒主要研究的是天上的力学,虽然两人都是好友但是他们并不互相理解对方的科学成就,因此将天上的力学和地上的力学进行综合的工作只有留给牛顿来解决了。

请同学看课文P55牛顿的图片。

同时打出

《原理》书影史料

讲解:

牛顿是经典力学的集大成者,他总结了天体力学和地面上力学的成就,,提出了运动三大定律和万有引力定律,从而使经典力学成为一个完整的理论体系。

在他45岁,划时代的伟大巨著《自然哲学之数学原理》出版。

史料‚牛顿在《原理》书中,提出了力学的三大定律和万有引力定律,对宏观物体的运动给出了精确的描述……该著作把地面上物体的运动和太阳系内行星的运动统一在相同的物理定律之中,从而完成了人类文明史上第一次自然科学的大综合……他用数学的方法,使物理学成为能够表述因果性的一个完整体系。

这就是我们今天所说的经典力学体系。

‛

————————————周培源《伟大的贡献深远的影响》

提问:

根据材料指出经典力学体系的特点是什么?

请看图片:

书名

这里所说的自然哲学就是自然科学的意思。

这个题目即是把自然界的各种现象用数学的规律加以说明的意思。

正如史料中所说的“他用数学的方法,使物理学成为能够表述因果性的一个完整体系。

”

提问:

这一体系的建立对物理学及人类社会发展产生什么影响?

依次展示三段史料:

史料一:

牛顿力学理论能预见到新的物理现象和物理事实,并能以天文观测或实验证实他们的正确性。

在万有引力理论的基础上,人们后来发现并证实海王星和冥王星的存在,这是牛顿力学理论的光辉佐证。

——周培源《伟大的贡献深

远的影响》

学生根据史料概括:

影响1:

牛顿力学理论能预见到新的物理现象和物理事实,根据这一理论发现并证实海王星和冥王星的存在

史料二:

《原理》开辟了一个全新的宇宙体系……说他开创了理性时代也不过分,正是从这里,人类思想获得了可以用理性解决面临所有问题的自信。

——《科学的历程》

影响2、它的建立也使人们有更多的自信运用人的理性去解决问题,从而开创了理性时代

史料三:

牛顿力学的建立,使人类对自然界的认识跨进了划时代的一大步。

……加快了科学技术的发展步伐,为第一次工业革命大规模发明和使用机械打下基础。

——《物理学和人类科技的进步》

3、加快了技术的发展的同时带来生产力的发展,它的建立为工业革命大规模发明和使用机械打下基础。

通过以上的分析我们不难看出以牛顿力学为代表的物理学成果辉煌,尤其是万有引力定律精确的预测到未知行星——海王星的存在显示了牛顿力学无比强大的理论威力,人们被科学的力量所震撼来了。

科学史上有个小插曲可以说明当时古典物理学在人们心中完美的程度。

德国著名物理学家普朗克曾向他的老师表示要献身理论物理学,老师劝他说:

“年轻人,物理学是一门已经完成了的科学,不会再有多大发展了,将一生献给这门学科,太可惜了。

”

这从一个侧面反映了当时人们对牛顿力经典物理学完美程度的一种看法。

到了十九世纪末二十世纪初一位年仅26岁的青年人对牛顿经典力学发出挑战又掀起了一层科学的巨浪,物理学的一次革命到来了

二、相对论

展示图片

教师讲解图片:

这就是年轻时爱因斯坦的照片,当时他26岁。

那年正好是1905年。

年仅26岁的爱因斯坦以勇敢创新的精神发表了题为《论动力体的电动力学》的科学论文,建立了狭义相对论,否定了牛顿力学的时空观。

20世纪初爱因斯坦的相对论对人类社会有什么样的影响也许我一堂课是讲不完的,但是我们可以通过一句话来揣摩它深刻的影响

‚爱因斯坦创建的相对论使人类的认识真正进入高速运动的领域,使自然科学对于时间、空间、质量、能量、引力乃至宇宙的认识发生了根本性的变化,严重打击了机械自然观……相对论的创立,是现代物理学的伟大革命,列宁称赞爱因斯坦为伟大的革新家。

‛——《科技简史》

提问:

1、材料中的“高速运动领域”是指什么领域的运动?

（光速

2、相对论的提出使自然科学对于时间、空间、质量、能量、引力乃至宇宙的认识发生了什么样的根本性变化?

要解决这个问题我们还必须了解之前的经典力学对时空的认识究竟如何?

‚在以牛顿力学为中心的古典物理学世界里,空间、时间及物体的质量都是绝对的,具有近乎神圣不可侵犯的意义。

在古典物理的世界里,众人共同生活在同一时空系统,什么都可以改变但众人共有思维时空系统绝不会变。

‛——张立德《当哲学遇上近代物理学》

这就是牛顿力学的经典时空观。

那么爱因斯坦对于时空的认识究竟如何?

（请同学们把爱因斯坦的狭义相对论找出来并念给大家听

‚爱因斯坦说,时间、空间及质量都会改变,只有光速不变。

所有的变动都

与运动速度有关,不变的光速成为时空及质量变动的指标,其改变的程度与光速的平方成一定的比例。

‛——张立德《当哲学遇上近代物理学》

与经典力学时空观不同的是爱因斯坦认为时间空间甚至质量都会因物体运动速度的变化而改变,其改变的程度与光速平方程比例。

我们都知道光速是每秒30万公里,更何况光速的平方?

所以与之相比,任何变化都显得微不足道,甚至感觉不到!

但是就正是因为这微不足道,所以几千年来,人们觉得时空绝对不会变。

而又正是这微不足道,它足以说明时空、质量会随着物体运动速度的变化而变化的事实是客观存在的。

所以相对论的提出否定了经典力学的时空观,从而改变了人类对世界的认识。

当然,我们看待科技成就要采取实事求是的科学分析态度。

任何重大理论成就绝不是完美无瑕、天衣无缝的。

科技理论总是在实践的深入研究过程中补充、充实、提高。

爱因斯坦在1915年提出广义相对论就是个例证。

‚广义相对论引力指出空间时间的性质与物质的特性密切相关,空时的结构和性质取决于物质的分布。

根据广义相对论的引力论和运动方程,他推断在引力场中传播的光线将要发生弯曲。

这一预见在1919年英国天文学家在日蚀观察中得到证实。

这一结果一发表,全世界为之震惊!

‛——周培源《纪念伟大科学家爱因斯坦诞辰一百周年》

说到这,我们不由地会思考这么一个问题:

究竟相对论与牛顿经典力学之间有着什么样的联系?

（学生思考先判断,然后老师出示史料

‚相对论与牛顿力学之间有着非常美妙的关系——广义相对论在引力非常弱的情况下即简化为狭义相对论,而狭义相对论在运动速度远远小于光速的情况下简化为牛顿的万有引力理论。

新的理论并未‘推翻’旧的理论,而是将旧理论收纳为新理论中的一种特例‛——吴斌《他改变了人类对世界的认识》

吴斌在这篇文章中对二者之间的关系概括得如此精辟。

爱因斯坦的相对论改变了人类对世界的认识,不愧为是现代物理学的伟大革命

过渡:

如果说相对论所研究的主要对象是宇宙中的巨大物体,行星、恒星、星云、星际太空、时间、空间等,而二十世纪初物理学革命另一重大成就量子力

学则以宇宙间之极微小的物体，原子、基本粒子、光子为其研究的对象，而量子力学的理论基础就是普朗克提出的量子论三、量子论的诞生与发展打出普朗克的图像出示史料：

‚量子论的创立是物理学发展中的一场革命，它揭示了微观世界的特殊的运动规律，有力地冲击了经典物理理论，暴露了它的局限性，改变了它的一些基本观念。

过去认为能量是连续的，现在被证明能量是不连续的。

量子论提出后，马上被用来研究原子结构问题。

‛——《科技简史》提问：

1、根据史料分析量子论主要研究的是哪些领域运动规律？

教师讲解：

19世纪末20世纪初，电子和放射线的发现打开了原子的大门，人们对物质的认识深入到原子内部，大量实验表明微观粒子运动不能用经典力学的理论来说明2、根据材料指出量子论如何改变了经典物理理论的基本观念的？

如何更好地理解呢？

讲解：

古典物理学对能量的看法可以用水作比喻。

能量的释放则如水流是连续不断，即把能量的释放看成连续体看待。

而到了19世纪中后期，德国钢铁工业发展。

炼钢需要控制炉温。

炉温怎么控制？

你不能拿温度计直接去测量。

于是就在炉子上开个孔看反射出来的热辐射，通过热辐射的测试以期来知道并控制炉温。

在研究热辐射的过程中，终于在1900年普朗克提出了震撼世界的量子假说：

物体在发射辐射和吸收辐射时，能量将是不连续的，是以一个最小的能量单元成整数倍跳跃式地变化。

这个最小的能量单元普朗克称之为“量子”。

‚量子论提出后，马上被用来研究原子结构问题‛意味着这一理论的提出使物理学开辟了一条通往原子时代的崭新道路，是整个原子物理学和自然科学新纪元的开端，普朗克也因此获得1918年诺贝尔物理学奖。

继普朗克提出量子理论之后，爱因斯坦利用量子理论成功解释了光电效应；丹麦物理学家玻尔提出了有关原子的量子理论。

到了20世纪30年代，一个描写微观粒子运动规律的新理论——量子力学产生了。

‚量子力学的理论和方法，对20世纪自然科学的发展产生了广泛而深远的影响，在激光、纳米材料、超导和等离子体等许多现代物理、现代科学技术的众多广泛领域中，量子力学已成为不可缺少的重要理论。

‛——刘国跃：

《物理学与人类科技进步——2005年国际物理年》在世纪之交，物理学取得了重大突破，它们对人类社会的发展又带来什么影响？

十九世纪末二十世纪初的物理学革命取得了辉煌的胜利。

其中相对论和量子理论的创立是这场革命最伟大的成果。

相对论和量子理论的创立是人类认识的一大飞跃，使人们的认识深入到新的层次和领域，发现了微观物质的运动规律，为现代自然科学和现代技术革命提供了理论基础。

——王德胜《科技简史》1、请指出材料中的“现代技术革命”是指哪次？

2、请结合课文知识找出经典力学、相对论、量子论之间的关系的句子？

这节课我们学习了近现代物理学的重大发展。

相信在美好的未来，随着人类技术的进一步发展及认识的深入，我们期待物理学会有更辉煌的成就以造福人类！

板书设计：

第11课物理学的重大进展一、经典力学1、奠基：

伽利略2、建立：

牛顿3、意义二、相对论1、提出：

爱因斯坦2、意义：

三、量子论的诞生和发展1、提出：

普朗克2、意义