20122013學年高中歷史第11課物理學的重大進展教案新人教版必修3

1、第11課物理學的重大進展課程標準：了解經(jīng)典力學的主要內(nèi)容，認識其在近代自然科學理論發(fā)展中的歷史地位。A教學目標一、知識與能力：識記伽利略、牛頓、愛因斯坦、普朗克等物理學家對物理學發(fā)展所作出的重大成就；理解經(jīng)典力學在近代自然科學理論發(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)典力學體系的特點，比較相對論、量子論與牛頓力學的關(guān)系。思考“日心說”與“地心說”相比的進步性，探究經(jīng)典力學體系的特點、影響。二、過程與方法：1、引導學生回憶初中物理知識來促進本課的學習。2、通過學生預習(圍繞4個物理學家，自制小課件)、課堂展示本課主要內(nèi)容，促進同學的互相學習。教師給予必要的補充。三、情感態(tài)度與價

2、值觀：1、科學真理需要勇于探索、執(zhí)著追求的精神；2、科學理論在不斷完善、創(chuàng)新，人類對客觀規(guī)律的認識不斷深入。B重點與難點重點：伽利略對物理學發(fā)展的重大貢獻；經(jīng)典力學的建立；相對論的提出；量子論的誕生。難點：物理學各階段發(fā)展的原因；對科學發(fā)展創(chuàng)新性的理解。D教學過程【導入新課】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

3、冤300多年，致死都沒有撤銷判決，甚至死后還被禁止舉行殯禮，不準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領(lǐng)域的貢獻？【講述新課】近代科學誕生的歷史背景是什么？(1)資本主義工業(yè)和商品經(jīng)濟的發(fā)展為近代自然科學的發(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)濟上和政治上對自然科學的迫切需要。(3)自然科學自身發(fā)展的需要。(4)文藝復興、地理大發(fā)現(xiàn)和宗教改革的推動。(5)優(yōu)秀科學家實踐和刻苦鉆研，也促進了科學的發(fā)展。一、經(jīng)典力學：1、經(jīng)典力學的重要奠基者一一伽利略1）背景：文藝復興運動的影響，即解放了人們的思想，推動了科學研究。用

4、心愛心專心116世紀末17世紀初，隨著文藝復興運動的擴展和人的思想的解放，意大利科學家伽利略認為研究自然界必須進行系統(tǒng)地觀察和實驗。他將科學實驗與數(shù)學相結(jié)合，進行科學研究，并強調(diào)追究事物之間的數(shù)學關(guān)系。（2）成就：A成就：1創(chuàng)立科學的研究方法：實驗和觀察。2物理學：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。希臘學者亞里士多德認為地球上的物體運動有天然運動和他認為物體的受受迫運動。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行邏輯推從推理中發(fā)現(xiàn)物體下落的快慢和理，它的重量無關(guān)。伽利略設(shè)想，如果亞里士多德的觀點是那么，讓輕重不同的兩個物體

5、正確的，下落時，重的物體下落快，輕的物體下落慢?？墒牵阉鼈兘壴谝黄鹱屍湎侣鋾霈F(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所以它們就比重的物體更重，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動，它們應(yīng)該比重的物體下降得慢這顯然是兩個互相矛盾的結(jié)無論如何，綁在一起的一些。論。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年的一歲的伽利略為了證實自己論斷的正確，他來到比薩斜天，26塔的七層陽臺上，將一個約4.5千克

6、重的石0.45千克重的小石塊同時放下，結(jié)果兩石塊和約塊同時落地。在場的數(shù)以百計的學者和觀親眼目睹了這一精彩的場伽利略用活生生的眾，面，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)而只是改變運動狀態(tài)的原因。的原因，這是對古希臘哲學家亞里士多德以來有關(guān)運動觀念的重大變革，為經(jīng)典力學的建立奠定基礎(chǔ)。他的發(fā)現(xiàn)以及他開始的科學研究方是人類思想史上偉大的成就之標志著物理學的法，一，真正開端。3天文學：自制望遠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

7、紀，亞里士多德創(chuàng)立了“地心說”。亞里士多德認為，宇宙是一個有限的球體，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是上帝推動了恒星天層，才帶動運動，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家，托勒密全面承襲了亞里士多德的“地，把心說”亞里士多德的9層天擴大為層。托勒密設(shè)想，各行星都繞著一個較小的圓周運11動，而每個圓的圓心則在以地球為中心的圓周上他把繞地球的那個圓叫“均輪”，每個小圓叫運動?！氨据啞?，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、

8、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，從而使計算結(jié)果達。到了與實測的一致，取得了航海上的實用托勒密的“地心說”恰好迎合了基督教義，便被基督教用來維護圣經(jīng)學說。圣經(jīng)宣揚，宇宙和地球都是上帝耶和華創(chuàng)地球不動位居宇宙中圣地耶路撒冷位居大地中托勒密價值。造的，心，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，用心愛心專心2的“地心說”成了圣經(jīng)，天文學成了宗教的奴婢，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

9、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)系重新顛倒過來，重打擊了封建教會的神權(quán)統(tǒng)治。意大利科學家伽利略對哥白尼學說的傳播和天文學的發(fā)展作出了重要貢獻。1569年他自創(chuàng)了用以觀察天體的第一架望遠鏡，從望遠鏡里他發(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,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。關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話。【合作探究】1：你認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準。B意義：大大改變了古希臘哲學家亞里士

10、多德以來有關(guān)運動的觀念，開創(chuàng)了以實驗事實為根據(jù)并具有嚴密邏輯體系的近代科學，為后來經(jīng)典力學的創(chuàng)立和發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。自由落體定律的發(fā)現(xiàn)是伽利略把科學實驗和理性思維相結(jié)合解決物理學問題的典范。 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之父。正是由于伽利略創(chuàng)立的科學方法，物理學研究才走上正確道路。伽利略在天文學上的發(fā)現(xiàn)和觀點，摧毀了教會的信條而證明了哥白尼學說的正確。過渡：伽利略是力學的奠基者，他在世時曾預言“一門廣博精深的科學已經(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的角落。

11、 ”那個比他更敏銳的人就是牛頓。在伽利略研究的基礎(chǔ)上，英國科學家牛頓進一步研究，創(chuàng)立了經(jīng)典力學體系。2、牛頓創(chuàng)立經(jīng)典力學（1）標志：1687年牛頓發(fā)表自然哲學的數(shù)學原理，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)學為表達形式。經(jīng)典力學最顯著的特征之一就是注重實驗，實驗可以進一步揭示客觀現(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)學化，這種數(shù)引起了中世紀宇宙觀的徹底革命，沉很相似于行星 繞著太1632年伽利略出版了：學化的根源是自然內(nèi)在的數(shù)學關(guān)系。自然的數(shù)學結(jié)構(gòu)是近代科學的先驅(qū)們深信不疑-的真理。（

12、2）意義：經(jīng)典力學體系的建立標志著近代科學的形成。經(jīng)典力學體系具有科學性和預見性：牛頓力學體系對解釋和預見物理現(xiàn)象具有決定性意義，根據(jù)牛頓力學體系，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)的進步，人類對太陽系的認識有了突破。1781年，英國天文學家赫舍爾在用望遠鏡觀察天空時，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。其后人們按照當時的觀測編制了天王星的

13、運行用心愛心專心3-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)萬有引力理論，這種“越軌”現(xiàn)象使天文學家們考慮到：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， 英國劍橋大學學生亞當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)是牛頓力學在天文學運用上的偉大勝利，它標志著天體力學已趨于成熟。經(jīng)典力學

14、體系的形成對近代科學的發(fā)展有和影響？（導與練思維啟迪1）【質(zhì)疑與思考】 ： 以牛頓的理論為代表的經(jīng)典物理學理論是不是就絕對正確、 無所不能的呢？牛頓力學體系的建立既有巨大的意義，也有其局限之處。經(jīng)典力學體系建立在日常生活中常見的低速運動的物質(zhì)之上，認為存在絕對靜止和絕對時間，然而，隨著科學的飛速發(fā)展，物理學出現(xiàn)一系列新現(xiàn)象，無法用經(jīng)典力學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

15、世紀科學得到了飛速發(fā)展；（2）經(jīng)典力學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)典力學認為，時間和空間與物質(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，經(jīng)典力學無法解釋研究中遇到的一些新問題，面臨著挑戰(zhàn)。2、相對論的提岀及主要內(nèi)容：（1）提出：20世紀初，剛剛得到博士學位的愛因斯坦發(fā)表的一篇題為論動體的電動力學的文章，提出了著名的相對論，弓I發(fā)了二十世紀物理學的另一場革命。（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

16、慢效應(yīng)。廣義相對論認為，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)。二_【合作探究】2：狹義相對論和廣義相對論的區(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。相對論和量子力學是現(xiàn)代物理學的兩大基本支柱。奠定了經(jīng)典物理學基礎(chǔ)的經(jīng)典力學，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

17、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，并導致了原子彈的誕生。而廣義相對論所預言的引力透鏡和黑洞，也相繼被天文觀測所證實。3、意義：用心愛心專心4（1）相對論的提出是物理學思想的一次重大革命，它否定了經(jīng)典力學的絕對時空論，從本質(zhì)上修正了由狹隘經(jīng)驗建立起來的時空觀，深刻地揭示了時間和空間的本質(zhì)屬性。即：揭示了時空的可變性、時空變化的聯(lián)系性,樹立了新的時空觀、運動觀、物質(zhì)觀。這一理論被后人譽為20世紀人類思想史上最偉大的成就之一。（2）愛因斯坦的相對論也發(fā)展了牛頓力學，將牛頓力學概括在相對論力學之中，推動物理學發(fā)展到一個新的高度。相對論與牛頓力學的關(guān)系相對論打破了牛頓以

18、來傳統(tǒng)的絕對時空觀，但并非全盤否定牛頓力學。牛頓力學反映的是宏觀物體低速運動的客觀規(guī)律，相對論反映的是物體高速運動的客觀規(guī)律，是對牛頓力學的繼承和發(fā)展。牛頓力學是相對論的一種特例（物體低速運動狀態(tài)），包扌論體系中。【合作探究】3:閱讀P56【學思之窗】，你認為應(yīng)該怎樣評價牛頓和愛因斯坦的貢獻?牛頓確立了萬有引力定律和運動三定律,學、電磁學等與力學進一步統(tǒng)一，大大;推動了物理學的發(fā)展，牛頓力學研究的是宏觀世界。!愛因斯坦打破了牛頓以來傳統(tǒng)的絕對時空觀，于1905年提出了狹義相對論和光速不變；原理，1916年愛因斯坦完成了廣義相對論的最終形式。愛因斯坦的相對論:發(fā)展了牛頓力學，將牛頓力學概括在相對

19、論力學之中，推動物理學發(fā)展到一個-新的高度。1955年4月18日因主動脈瘤破裂逝世于普林斯頓。遵照他的遺囑，不發(fā)訃告，不舉行:公開葬禮，不建墳?zāi)?，不立紀念碑?；鸹瘯r按照他的書面遺囑：免除所有花卉布置以及所.有音樂典禮。骨灰撒在永遠對人保密的地方，為的是不使任何地方成為圣地。遺囑執(zhí)行者用歌德悼念席勒的詩結(jié)束了那樸素的葬禮：我們?nèi)极@益不淺，全世界都感謝他的教誨那專屬他個人的東西，早已傳遍廣大人群。他像行將隕滅的彗星，光華四射，把無限的光芒同他的光芒永相連結(jié)。他的主治醫(yī)生賀維博士認為如此偉大的大腦，應(yīng)該進行研究，所以他便把愛因斯坦的大腦保留了下來，并切成200片帶走。但至今沒有結(jié)論。過渡19世紀經(jīng)

20、典物理學達到巔峰狀態(tài)， 在人們心目中， 經(jīng)典物理學已經(jīng)達到近乎完美的程度。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，我準備把我的一生都獻給物理理論學！”老師：“年輕人，物理學是一門已經(jīng)完成了的學科，不會再有多大的發(fā)展，把一生都獻給這門學科，太可惜了?！碧栐谙鄬Α举|(zhì)疑與思考】：那么，物理學是不是一門已經(jīng)完成了的學科，不會再有多大的發(fā)展呢？三、量子論的誕生與發(fā)展：采用學生自學的形式，讓學生自己去歸納學習要點。1、誕生的背景：（1）19世紀末20世紀初，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)的認識深入到了原子內(nèi)部。（2）大量的實驗表明，微觀粒子的運動不能用通常的宏觀物體

21、的運動規(guī)律進行描述。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：用心愛心專心5（1）誕生：1900年，德國物理學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獎。（2）發(fā)展：1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)， 進一步推動了量子論的發(fā)展。2丹麥物理學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。3經(jīng)過這些科學家的共同努力，到20世紀30年代量子力學最終建立。量子力學是研究微觀世界粒子運動規(guī)律的科學。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。量子力學和狹義相對論結(jié)合形成原子核物理學，指導制造原子彈、氫彈和建立核電站。量子力學還為電子技術(shù)、半導