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(diǎn)，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(diǎn)、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(bǔ)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(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：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(diǎn)：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(bǔ)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(shí)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(yùn)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(yùn)動的擴(kuò)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(shí)驗(yàn)。他將科學(xué)實(shí)驗(yàn)與數(shù)學(xué)相結(jié)合，進(jìn)行科學(xué)研究，并強(qiáng)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(shí)驗(yàn)和觀察。物理學(xué)：實(shí)驗(yàn)證明力與運(yùn)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(yùn)動有天然運(yùn)動和受迫運(yùn)動。他認(rèn)為物體的受迫運(yùn)動是推動者加于被推動者的，推動者一旦停止推動，運(yùn)動就會立即停止。伽利略首先運(yùn)用理想實(shí)驗(yàn)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(diǎn)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、。可是，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(diǎn)，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?，從另一方面分析，綁在一起后，由于重的物體要帶動輕的物體運(yùn)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(shí)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(jì)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(shí)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(yùn)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(yùn)動狀態(tài)的原因，而只是改變運(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(kuò)大為11層。托勒密設(shè)想，各行星都繞著一個較小的圓周運(yùn)動，而每個圓的圓心則在以地球?yàn)橹行牡膱A周上運(yùn)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(yùn)行外，還與眾恒星一起，每天繞地球轉(zhuǎn)動一周，

8、從而使計(jì)算結(jié)果達(dá)到了與實(shí)測的一致，取得了航海上的實(shí)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(yáng)，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(yùn)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(yùn)行論雖然也存在缺點(diǎn)，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(shí)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(shí)驗(yàn)、計(jì)算。啟示：實(shí)踐是檢驗(yàn)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(yùn)動的觀念，開創(chuàng)了以實(shí)驗(yàn)事實(shí)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(shí)驗(yàn)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(yùn)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(diǎn)，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(yùn)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(diǎn)：以實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)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。【備課資料】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(yùn)行表。但到了1830年，人們發(fā)現(xiàn)它的實(shí)際運(yùn)行情況與運(yùn)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(yùn)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(jì)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(jì)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(jì)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(yùn)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(yùn)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(yùn)動的微觀粒子發(fā)生的現(xiàn)象，這使其陷入危機(jī)，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(yùn)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(yùn)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(yùn)動時，質(zhì)量會隨著物體運(yùn)動速度增大而增加，同時，空間和時間也會隨著物體運(yùn)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(yùn)動情況，也取決于物質(zhì)本身的分布狀態(tài)?！竞献魈骄俊?：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(yùn)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(yùn)動的物體和微觀領(lǐng)域。相對論解決了高速運(yùn)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(jì)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(shí)。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。”【質(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(diǎn)。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(shí)驗(yàn)表明，微觀粒子的

18、運(yùn)動不能用通常的宏觀物體的運(yùn)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(yùn)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(jī)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）