歷史必修ⅲ人教版4.1物理學(xué)的重大進(jìn)展教案

1、課程標(biāo)準(zhǔn)：了解經(jīng)典力學(xué)的主要內(nèi)容，認(rèn)識其在近代自然科學(xué)理論發(fā)展中的歷史地位。A教學(xué)目標(biāo)一、知識與能力：識記伽利略、牛頓、愛因斯坦、普朗克等物理學(xué)家對物理學(xué)發(fā)展所作出的重大成就；理解經(jīng)典力學(xué)在近代自然科學(xué)理論發(fā)展中的歷史地位；相對論和量子論誕生的原因、意義；探究經(jīng)典力學(xué)體系的特點，比較相對論、量子論與牛頓力學(xué)的關(guān)系。思考“日心說”與“地心說”相比的進(jìn)步性，探究經(jīng)典力學(xué)體系的特點、影響。二、過程與方法：1、引導(dǎo)學(xué)生回憶初中物理知識來促進(jìn)本課的學(xué)習(xí)。2、通過學(xué)生預(yù)習(xí)（圍繞4個物理學(xué)家，自制小課件）、課堂展示本課主要內(nèi)容，促進(jìn)同學(xué)的互相學(xué)習(xí)。教師給予必要的補充。三、情感態(tài)度與價值觀：1、科學(xué)真理需要勇

2、于探索、執(zhí)著追求的精神；2、科學(xué)理論在不斷完善、創(chuàng)新，人類對客觀規(guī)律的認(rèn)識不斷深入。B重點與難點重點：伽利略對物理學(xué)發(fā)展的重大貢獻(xiàn)；經(jīng)典力學(xué)的建立；相對論的提出；量子論的誕生。難點：物理學(xué)各階段發(fā)展的原因；對科學(xué)發(fā)展創(chuàng)新性的理解。D教學(xué)過程【導(dǎo)入新課】1632年，伽利略撰寫的關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話科學(xué)巨著出版后，立刻引起教會的恐慌，把伽利略投入監(jiān)獄。教皇烏爾班八世的御用工具宗教裁判所在1633年6月21日宣布對伽利略的判決：“我們判決你在宗教法庭監(jiān)獄內(nèi)服刑，刑期由我們掌握，為了有益于補贖，命令你在今后3年內(nèi)，每周背誦7篇贖罪詩篇”這一紙胡言，竟使伽利略蒙冤300多年，致死都沒有撤

3、銷判決，甚至死后還被禁止舉行殯禮，不準(zhǔn)葬入圣太克羅斯墓地。那么，是什么原因?qū)е伦诮滩门兴鶎だ宰髁巳绱伺袥Q？我們應(yīng)如何看待伽利略在科學(xué)領(lǐng)域的貢獻(xiàn)？【講述新課】近代科學(xué)誕生的歷史背景是什么？(1)資本主義工業(yè)和商品經(jīng)濟(jì)的發(fā)展為近代自然科學(xué)的發(fā)展奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)并成為主要動力。(2)新興的資產(chǎn)階級在經(jīng)濟(jì)上和政治上對自然科學(xué)的迫切需要。(3)自然科學(xué)自身發(fā)展的需要。(4)文藝復(fù)興、地理大發(fā)現(xiàn)和宗教改革的推動。(5)優(yōu)秀科學(xué)家實踐和刻苦鉆研，也促進(jìn)了科學(xué)的發(fā)展。一、經(jīng)典力學(xué)：1、經(jīng)典力學(xué)的重要奠基者伽利略（1）背景：文藝復(fù)興運動的影響，即解放了人們的思想，推動了科學(xué)研究。16世紀(jì)末17世紀(jì)初，隨著文藝

4、復(fù)興運動的擴展和人的思想的解放，意大利科學(xué)家伽利略認(rèn)為研究自然界必須進(jìn)行系統(tǒng)地觀察和實驗。他將科學(xué)實驗與數(shù)學(xué)相結(jié)合，進(jìn)行科學(xué)研究，并強調(diào)追究事物之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。（2）成就：A成就：創(chuàng)立科學(xué)的研究方法：實驗和觀察。物理學(xué)：實驗證明力與運動狀態(tài)的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)自由落體定律等。希臘學(xué)者亞里士多德認(rèn)為地球上的物體運動有天然運動和受迫運動。他認(rèn)為物體的受迫運動是推動者加于被推動者的，推動者一旦停止推動，運動就會立即停止。伽利略首先運用理想實驗的方式進(jìn)行邏輯推理，從推理中發(fā)現(xiàn)物體下落的快慢和它的重量無關(guān)。伽利略設(shè)想，如果亞里士多德的觀點是正確的，那么，讓輕重不同的兩個物體下落時，重的物體下落快，輕的物體下落慢

5、?？墒?，把它們綁在一起讓其下落會出現(xiàn)什么情形呢？按照亞里士多德的觀點，綁在一起后的物體會比原來重的物體更重，所以它們就比重的物體下落得快?？墒牵瑥牧硪环矫娣治?，綁在一起后，由于重的物體要帶動輕的物體運動，它們應(yīng)該比重的物體下降得慢一些。這顯然是兩個互相矛盾的結(jié)論。無論如何，綁在一起的兩個物體只能以一個速度下落，而推理的過程又是完全正確的，因此推理的前提必然是錯誤的。伽利略由這個推理得出結(jié)論：物體下落的快慢與重量無關(guān)，所有物體下落快慢都是相同的。據(jù)說1590年的一天，26歲的伽利略為了證實自己論斷的正確，他來到比薩斜塔的七層陽臺上，將一個約千克重的石塊和約千克重的小石塊同時放下，結(jié)果兩石塊同時落

6、地。在場的數(shù)以百計的學(xué)者和觀眾，親眼目睹了這一精彩的場面，伽利略用活生生的事實向人們展示了輕重相差懸殊的兩個物體同時落地的現(xiàn)象。從而推翻了亞里士多德的錯誤理論，發(fā)現(xiàn)了物體下落的真正運動規(guī)律自由落體定律。伽利略的研究表明，外力并不是維持運動狀態(tài)的原因，而只是改變運動狀態(tài)的原因。這是對古希臘哲學(xué)家亞里士多德以來有關(guān)運動觀念的重大變革，為經(jīng)典力學(xué)的建立奠定基礎(chǔ)。他的發(fā)現(xiàn)以及他開始的科學(xué)研究方法，是人類思想史上偉大的成就之一，標(biāo)志著物理學(xué)的真正開端。天文學(xué)：自制望遠(yuǎn)鏡觀察天體并取得大量成果的第一人，證明了哥白尼“日心說”的正確性。公元前4世紀(jì)，亞里士多德創(chuàng)立了“地心說”。亞里士多德認(rèn)為，宇宙是一個有限

7、的球體，分為天地兩層，地球位于宇宙中心，所以日月圍繞地球運行，物體總是落向地面。地球之外有9個等距離天層，各個天層自己都不會運動，是上帝推動了恒星天層，才帶動了所有的天層。人類居住的地球，巍然不動地居于宇宙中心。作為古希臘的最后一位大天文學(xué)家，托勒密全面承襲了亞里士多德的“地心說”，把亞里士多德的9層天擴大為11層。托勒密設(shè)想，各行星都繞著一個較小的圓周運動，而每個圓的圓心則在以地球為中心的圓周上運動。他把繞地球的那個圓叫“均輪”，每個小圓叫“本輪”，同時假設(shè)地球并不恰好在均輪的中心，而是偏開一定的距離，均輪都是一些偏心圓；日、月、行星除了作上述軌道運行外，還與眾恒星一起，每天繞地球轉(zhuǎn)動一周，

8、從而使計算結(jié)果達(dá)到了與實測的一致，取得了航海上的實用價值。托勒密的“地心說”恰好迎合了基督教義，便被基督教用來維護(hù)圣經(jīng)學(xué)說。圣經(jīng)宣揚，宇宙和地球都是上帝耶和華創(chuàng)造的，地球不動位居宇宙中心，圣地耶路撒冷位居大地中央，人類是神的驕子，宇宙間的萬物都是神為了滿足人的需要創(chuàng)造出來的于是，托勒密的“地心說”成了圣經(jīng)，天文學(xué)成了宗教的奴婢，這種狀況一直延續(xù)到哥白尼時代。哥白尼在1543年出版的天體運動論中，提出：太陽位于宇宙的中心，有五顆當(dāng)時已知的行星和地球圍繞太陽旋轉(zhuǎn)。天體運行論雖然也存在缺點，但它在人類歷史上第一次描繪出了太陽系結(jié)構(gòu)的真實圖景，揭示了地球圍繞太陽轉(zhuǎn)的本質(zhì)，把顛倒了1000多年的日地關(guān)系

9、重新顛倒過來，引起了中世紀(jì)宇宙觀的徹底革命，沉重打擊了封建教會的神權(quán)統(tǒng)治。意大利科學(xué)家伽利略對哥白尼學(xué)說的傳播和天文學(xué)的發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)。1569年他自創(chuàng)了用以觀察天體的第一架望遠(yuǎn)鏡，從望遠(yuǎn)鏡里他發(fā)現(xiàn)月球表面有高山深谷，并不是以前人們所說的月球表面是光滑的；木星有四顆衛(wèi)星，很相似于行星繞著太陽轉(zhuǎn)，他看到銀河是由無數(shù)恒星組成的，還觀察到哥白尼曾推論的金星有盈虧現(xiàn)象。1632年伽利略出版了關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話?！竞献魈骄俊?：你認(rèn)為伽利略能夠確定自由落體定律的關(guān)鍵途徑是什么？你有何啟示？途徑：實驗、計算。啟示：實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。B意義：大大改變了古希臘哲學(xué)家亞里士多德以來

10、有關(guān)運動的觀念，開創(chuàng)了以實驗事實為根據(jù)并具有嚴(yán)密邏輯體系的近代科學(xué)，為后來經(jīng)典力學(xué)的創(chuàng)立和發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。自由落體定律的發(fā)現(xiàn)是伽利略把科學(xué)實驗和理性思維相結(jié)合解決物理學(xué)問題的典范。它不僅發(fā)現(xiàn)了物體下落運動的客觀規(guī)律，而且為人類認(rèn)識自然找到了一條正確的途徑和方法，因此，現(xiàn)在人們稱伽利略為物理學(xué)之父。正是由于伽利略創(chuàng)立的科學(xué)方法，物理學(xué)研究才走上正確道路。伽利略在天文學(xué)上的發(fā)現(xiàn)和觀點，摧毀了教會的信條而證明了哥白尼學(xué)說的正確。過渡：伽利略是力學(xué)的奠基者，他在世時曾預(yù)言“一門廣博精深的科學(xué)已經(jīng)啟蒙。我在這方面的工作只是它的開始，那些比我更敏銳的人所用的方法與手段將會探索到各個遙遠(yuǎn)的角落?！蹦莻€比他更

11、敏銳的人就是牛頓。在伽利略研究的基礎(chǔ)上，英國科學(xué)家牛頓進(jìn)一步研究，創(chuàng)立了經(jīng)典力學(xué)體系。2、牛頓創(chuàng)立經(jīng)典力學(xué)（1）標(biāo)志：1687年牛頓發(fā)表自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理，提出物體運動三大定律和萬有引力定律。慣性定律、比例定律、作用與反作用相等定律。（2）特點：以實驗為基礎(chǔ)，以數(shù)學(xué)為表達(dá)形式。經(jīng)典力學(xué)最顯著的特征之一就是注重實驗，實驗可以進(jìn)一步揭示客觀現(xiàn)象和過程之間內(nèi)在的邏輯聯(lián)系，并由此得出重要的結(jié)論。另一個顯著特征是它的數(shù)學(xué)化，這種數(shù)學(xué)化的根源是自然內(nèi)在的數(shù)學(xué)關(guān)系。自然的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)是近代科學(xué)的先驅(qū)們深信不疑的真理。（2）意義：經(jīng)典力學(xué)體系的建立標(biāo)志著近代科學(xué)的形成。經(jīng)典力學(xué)體系具有科學(xué)性和預(yù)見性：牛頓力學(xué)體系

12、對解釋和預(yù)見物理現(xiàn)象具有決定性意義，根據(jù)牛頓力學(xué)體系，人們發(fā)現(xiàn)了海王星和冥王星?！緜湔n資料】天王星和海王星的發(fā)現(xiàn)18世紀(jì)以前，人們都以為土星就是太陽系的邊界。隨著觀測技術(shù)的進(jìn)步，人類對太陽系的認(rèn)識有了突破。1781年，英國天文學(xué)家赫舍爾在用望遠(yuǎn)鏡觀察天空時，發(fā)現(xiàn)在土星之外的金牛座群星中有一顆既不像恒星又不是彗星的星星，后來英國天文學(xué)家麥斯克雷弄清楚了它是一顆前所未知的行星，新行星以希臘神話中的薩都恩神（土星以此命名）的父親、天神烏蘭納斯來命名新行星，中文譯為天王星。其后人們按照當(dāng)時的觀測編制了天王星的運行表。但到了1830年，人們發(fā)現(xiàn)它的實際運行情況與運行表所推算的數(shù)值存在著明顯的差別，根據(jù)萬

13、有引力理論，這種“越軌”現(xiàn)象使天文學(xué)家們考慮到在它的附近可能有一顆未知的行星干擾著它的運動，根據(jù)萬有引力定律，人們可以從天王星的行為中推算出這顆未知行星的位置。1845年10月，英國劍橋大學(xué)學(xué)生亞當(dāng)斯首先得出了計算結(jié)果，但未被引起重視。1846年8月，法國天文學(xué)家勒維烈經(jīng)過自己的計算，公布了這顆未知行星的軌道參數(shù)。三個多星期后，德國天文學(xué)家加勒根據(jù)勒維烈計算的數(shù)據(jù)果真找到了這顆行星，這就是海王星。海王星的發(fā)現(xiàn)是牛頓力學(xué)在天文學(xué)運用上的偉大勝利，它標(biāo)志著天體力學(xué)已趨于成熟。經(jīng)典力學(xué)體系的形成對近代科學(xué)的發(fā)展有和影響？（導(dǎo)與練思維啟迪1）【質(zhì)疑與思考】：以牛頓的理論為代表的經(jīng)典物理學(xué)理論是不是就絕

14、對正確、無所不能的呢？牛頓力學(xué)體系的建立既有巨大的意義，也有其局限之處。經(jīng)典力學(xué)體系建立在日常生活中常見的低速運動的物質(zhì)之上，認(rèn)為存在絕對靜止和絕對時間，然而，隨著科學(xué)的飛速發(fā)展，物理學(xué)出現(xiàn)一系列新現(xiàn)象，無法用經(jīng)典力學(xué)來解釋高速運動的微觀粒子發(fā)生的現(xiàn)象，這使其陷入危機，面臨著挑戰(zhàn)。愛因斯坦的相對論正是在次背景下產(chǎn)生的。狹義相對論發(fā)表100周年，也許全世界只有幾十個人能完全理解他的真諦，但這并不能掩蓋相對論對人類生活的巨大改變。 二、愛恩斯坦創(chuàng)立相對論：1、歷史背景：（1）19世紀(jì)科學(xué)得到了飛速發(fā)展；（2）經(jīng)典力學(xué)無法解釋研究中遇到的一些問題，如高速運動的微觀粒子等。經(jīng)典力學(xué)認(rèn)為，時間和空間與物

15、質(zhì)運動無關(guān)，存在著絕對的靜止和絕對的時間。這與人們的一般看法一致。但到了19世紀(jì)，經(jīng)典力學(xué)無法解釋研究中遇到的一些新問題，面臨著挑戰(zhàn)。2、相對論的提出及主要內(nèi)容：（1）提出：20世紀(jì)初，剛剛得到博士學(xué)位的愛因斯坦發(fā)表的一篇題為論動體的電動力學(xué)的文章，提出了著名的相對論，引發(fā)了二十世紀(jì)物理學(xué)的另一場革命。（2）內(nèi)容：相對論包含狹義相對論和廣義相對論。狹義相對論認(rèn)為，物體運動時，質(zhì)量會隨著物體運動速度增大而增加，同時，空間和時間也會隨著物體運動的變化而變化，即會發(fā)生尺縮效應(yīng)和鐘慢效應(yīng)。廣義相對論認(rèn)為，空間和時間的性質(zhì)不僅取決于物質(zhì)的運動情況，也取決于物質(zhì)本身的分布狀態(tài)。【合作探究】2：狹義相對論和

16、廣義相對論的區(qū)別狹義相對論討論的是勻速直線運動的參照系（慣系參照系）之間的物理定律，廣義相對論則推廣到具有加速度的參照系中（非慣性系），并在等效原理的假設(shè)下，廣泛應(yīng)用于引力場中。相對論和量子力學(xué)是現(xiàn)代物理學(xué)的兩大基本支柱。奠定了經(jīng)典物理學(xué)基礎(chǔ)的經(jīng)典力學(xué)，不適用于高速運動的物體和微觀領(lǐng)域。相對論解決了高速運動問題；量子力學(xué)解決了微觀亞原子條件下的問題。相對論顛覆了人類對宇宙和自然的“常識性”觀念，提出了“時間和空間的相對性”、“四維時空”、“彎曲空間”等全新的概念。狹義相對論最著名的推論是質(zhì)能公式，它可以用來計算核反應(yīng)過程中所釋放的能量，并導(dǎo)致了原子彈的誕生。而廣義相對論所預(yù)言的引力透鏡和黑洞，

17、也相繼被天文觀測所證實。19世紀(jì)經(jīng)典物理學(xué)達(dá)到巔峰狀態(tài)，在人們心目中，經(jīng)典物理學(xué)已經(jīng)達(dá)到近乎完美的程度。這時，年輕的普朗克和他的老師發(fā)生了一段對話：普朗克：“老師，我準(zhǔn)備把我的一生都 獻(xiàn)給物理理論學(xué)！”老師：“年輕人，物理學(xué)是一門已經(jīng)完成了的學(xué)科，不會再有多大的發(fā)展，把一生都獻(xiàn)給這門學(xué)科，太可惜了?！薄举|(zhì)疑與思考】：那么，物理學(xué)是不是一門已經(jīng)完成了的學(xué)科，不會再有多大的發(fā)展呢？三、量子論的誕生與發(fā)展：采用學(xué)生自學(xué)的形式，讓學(xué)生自己去歸納學(xué)習(xí)要點。1、誕生的背景：（1）19世紀(jì)末20世紀(jì)初，電子和放射性的發(fā)現(xiàn)，打開了原子的大門，使人們對物質(zhì)的認(rèn)識深入到了原子內(nèi)部。（2）大量的實驗表明，微觀粒子的

18、運動不能用通常的宏觀物體的運動規(guī)律進(jìn)行描述。量子論在這種背景下誕生。2、量子論的誕生、發(fā)展和量子力學(xué)：（1）誕生：1900年，德國物理學(xué)家普朗克提出量子假說，宣告了量子論的誕生。普朗克由于創(chuàng)立了量子理論而獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。（2）發(fā)展：愛因斯坦利用量子論成功地解釋了光電效應(yīng)出現(xiàn)的現(xiàn)象及光的本質(zhì)，進(jìn)一步推動了量子論的發(fā)展。丹麥物理學(xué)家玻爾把量子論用于原子結(jié)構(gòu)的研究，創(chuàng)立了原子結(jié)構(gòu)的理論。經(jīng)過這些科學(xué)家的共同努力，到20世紀(jì)30年代量子力學(xué)最終建立。量子力學(xué)是研究微觀世界粒子運動規(guī)律的科學(xué)。過渡：今天，我們的現(xiàn)代文明，從電腦，電視，手機到核能，航天，生物技術(shù)，幾乎沒有哪個領(lǐng)域不依賴于量子論。量子力學(xué)和狹義相對論結(jié)合形成原子核物理學(xué)，指導(dǎo)制造原子彈、氫彈和建立核電站。量子力學(xué)還為電子技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和激光技術(shù)等奠定了理論基礎(chǔ)。3、量子論和量子力學(xué)的影響：（1）量子論使人類對微觀世界的基本認(rèn)識取得革命性的進(jìn)步，成為20世紀(jì)最深刻、最有成就的科學(xué)理論之一。（2）