人教版高中历史必修3物理学的重大进展教案

物理学的重大进展教案

A教学目标

一、知识与能力：

识记伽利略、牛顿、爱因斯坦、普朗克等物理学家对物理学发展所作出的重大成就；理解经典力学在近代自然科学理论发展中的历史地位；相对论和量子论诞生的原因、意义；探究经典力学体系的特点，比较相对论、量子论与牛顿力学的关系。思考“日心说”与“地心说”相比的进步性，探究经典力学体系的特点、影响。

二、过程与方法：

1、引导学生回忆初中物理知识来促进本课的学习。

2、通过学生预习（围绕4个物理学家，自制小课件）、课堂展示本课主要内容，促进同学的互相学习。教师给予必要的补充。

三、情感态度与价值观：

1、科学真理需要勇于探索、执着追求的精神；

2、科学理论在不断完善、创新，人类对客观规律的认识不断深入。

B重点与难点

重点：伽利略对物理学发展的重大贡献；经典力学的建立；相对论的提出；量子论的诞生。

难点：物理学各阶段发展的原因；对科学发展创新性的理解。

D教学过程

【导入新课】

1632年，伽利略撰写的《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》科学巨著出版后，立刻引起教会的恐慌，把伽利略投入监狱。教皇乌尔班八世的御用工具——宗教裁判所在1633年6月21日宣布对伽利略的判决：“我们判决你在宗教法庭监狱内服刑，刑期由我们掌握，为了有益于补赎，命令你在今后3年内，每周背诵7篇赎罪诗篇……”这一纸胡言，竟使伽利略蒙冤300多年，致死都没有撤销判决，甚至死后还被禁止举行殡礼，不准葬入圣太克罗斯墓地。

那么，是什么原因导致宗教裁判所对伽利略作了如此判决？我们应如何看待伽利略在科学领域的贡献？

【讲述新课】

近代科学诞生的历史背景是什么？

(1)资本主义工业和商品经济的发展为近代自然科学的发展奠定了物质基础并成为主要动力。

(2)新兴的资产阶级在经济上和政治上对自然科学的迫切需要。

(3)自然科学自身发展的需要。

(4)文艺复兴、地理大发现和宗教改革的推动。

(5)优秀科学家实践和刻苦钻研，也促进了科学的发展。

一、经典力学：

1、经典力学的重要奠基者──伽利略

（1）背景：文艺复兴运动的影响，即解放了人们的思想，推动了科学研究。

16世纪末17世纪初，随着文艺复兴运动的扩展和人的思想的解放，意大利科学家伽利略认为研究自然界必须进行系统地观察和实验。他将科学实验与数学相结合，进行科学研究，并强调追究事物之间的数学关系。

（2）成就：

A成就：

①创立科学的研究方法：实验和观察。

②物理学：实验证明力与运动状态的关系，发现自由落体定律等。

伽利略的研究表明，外力并不是维持运动状态的原因，而只是改变运动状态的原因。这是对古希腊哲学家亚里士多德以来有关运动观念的重大变革，为经典力学的建立奠定基础。他的发现以及他开始的科学研究方法，是人类思想史上伟大的成就之一，标志着物理学的真正开端。

③天文学：自制望远镜观察天体并取得大量成果的第一人，证明了哥白尼“日心说”的正确性。

哥白尼在1543年出版的《天体运动论》中，提出：太阳位于宇宙的中心，有五颗当时已知的行星和地球围绕太阳旋转。《天体运行论》虽然也存在缺点，但它在人类历史上第一次描绘出了太阳系结构的真实图景，揭示了地球围绕太阳转的本质，把颠倒了1000多年的日地关系重新颠倒过来，引起了中世纪宇宙观的彻底革命，沉重打击了封建教会的神权统治。

意大利科学家伽利略对哥白尼学说的传播和天文学的发展作出了重要贡献。1569年他自创了用以观察天体的第一架望远镜，从望远镜里他发现月球表面有高山深谷，并不是以前人们所说的月球表面是光滑的；木星有四颗卫星，很相似于行星绕着太阳转，他看到银河是由无数恒星组成的，还观察到哥白尼曾推论的金星有盈亏现象。1632年伽利略出版了《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》。

【合作探究】1：你认为伽利略能够确定自由落体定律的关键途径是什么？你有何启示？

途径：实验、计算。

启示：实践是检验真理的唯一标准。

B意义：①大大改变了古希腊哲学家亚里士多德以来有关运动的观念，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，为后来经典力学的创立和发展奠定了基础。

自由落体定律的发现是伽利略把科学实验和理性思维相结合解决物理学问题的典范。它不仅发现了物体下落运动的客观规律，而且为人类认识自然找到了一条正确的途径和方法，因此，现在人们称伽利略为物理学之父。正是由于伽利略创立的科学方法，物理学研究才走上正确道路。

②伽利略在天文学上的发现和观点，摧毁了教会的信条而证明了哥白尼学说的正确。

过渡：伽利略是力学的奠基者，他在世时曾预言“一门广博精深的科学已经启蒙。我在这方面的工作只是它的开始，那些比我更敏锐的人所用的方法与手段将会探索到各个遥远的角落。”那个比他更敏锐的人就是牛顿。在伽利略研究的基础上，英国科学家牛顿进一步研究，创立了经典力学体系。

2、牛顿创立经典力学

（1）标志：1687年牛顿发表《自然哲学的数学原理》，提出物体运动三大定律和万有引力定律。

惯性定律、比例定律、作用与反作用相等定律。

（2）特点：以实验为基础，以数学为表达形式。

经典力学最显著的特征之一就是注重实验，实验可以进一步揭示客观现象和过程之间内在的逻辑联系，并由此得出重要的结论。另一个显著特征是它的数学化，这种数学化的根源是自然内在的数学关系。自然的数学结构是近代科学的先驱们深信不疑的真理。

（2）意义：

①经典力学体系的建立标志着近代科学的形成。

②经典力学体系具有科学性和预见性：牛顿力学体系对解释和预见物理现象具有决定性意义，根据牛顿力学体系，人们发现了海王星和冥王星。

【备课资料】天王星和海王星的发现

18世纪以前，人们都以为土星就是太阳系的边界。随着观测技术的进步，人类对太阳系的认识有了突破。1781年，英国天文学家赫舍尔在用望远镜观察天空时，发现在土星之外的金牛座群星中有一颗既不像恒星又不是彗星的星星，后来英国天文学家麦斯克雷弄清楚了它是一颗前所未知的行星，新行星以希腊神话中的萨都恩神（土星以此命名）的父亲、天神乌兰纳斯来命名新行星，中文译为天王星。其后人们按照当时的观测编制了天王星的运行表。但到了1830年，人们发现它的实际运行情况与运行表所推算的数值存在着明显的差别，根据万有引力理论，这种“越轨”现象使天文学家们考虑到在它的附近可能有一颗未知的行星干扰着它的运动，根据万有引力定律，人们可以从天王星的行为中推算出这颗未知行星的位置。1845年10月，英国剑桥大学学生亚当斯首先得出了计算结果，但未被引起重视。1846年8月，法国天文学家勒维烈经过自己的计算，公布了这颗未知行星的轨道参数。三个多星期后，德国天文学家加勒根据勒维烈计算的数据果真找到了这颗行星，这就是海王星。海王星的发现是牛顿力学在天文学运用上的伟大胜利，它标志着天体力学已趋于成熟。

经典力学体系的形成对近代科学的发展有和影响？（导与练思维启迪1）

【质疑与思考】：以牛顿的理论为代表的经典物理学理论是不是就绝对正确、无所不能的呢？

牛顿力学体系的建立既有巨大的意义，也有其局限之处。经典力学体系建立在日常生活中常见的低速运动的物质之上，认为存在绝对静止和绝对时间，然而，随着科学的飞速发展，物理学出现一系列新现象，无法用经典力学来解释高速运动的微观粒子发生的现象，这使其陷入危机，面临着挑战。爱因斯坦的相对论正是在次背景下产生的。

狭义相对论发表100周年，也许全世界只有几十个人能完全理解他的真谛，但这并不能掩盖相对论对人类生活的巨大改变。

二、爱恩斯坦创立相对论：

1、历史背景：

（1）19世纪科学得到了飞速发展；

（2）经典力学无法解释研究中遇到的一些问题，如高速运动的微观粒子等。

经典力学认为，时间和空间与物质运动无关，存在着绝对的静止和绝对的时间。这与人们的一般看法一致。但到了19世纪，经典力学无法解释研究中遇到的一些新问题，面临着挑战。

2、相对论的提出及主要内容：

（1）提出：20世纪初，刚刚得到博士学位的爱因斯坦发表的一篇题为《论动体的电动力学》的文章，提出了著名的相对论，引发了二十世纪物理学的另一场革命。

（2）内容：相对论包含狭义相对论和广义相对论。

狭义相对论认为，物体运动时，质量会随着物体运动速度增大而增加，同时，空间和时间也会随着物体运动的变化而变化，即会发生尺缩效应和钟慢效应。

狭义相对论认为，物体运动时，质量会随着物体运动速度增大而增加，同时，空间和时间也会随着物体运动的变化而变化，即会发生尺缩效应和钟慢效应。

广义相对论认为，空间和时间的性质不仅取决于物质的运动情况，也取决于物质本身的分布状态。

【合作探究】2：狭义相对论和广义相对论的区别

狭义相对论讨论的是匀速直线运动的参照系（惯系参照系）之间的物理定律，广义相对论则推广到具有加速度的参照系中（非惯性系），并在等效原理的假设下，广泛应用于引力场中。

相对论和量子力学是现代物理学的两大基本支柱。奠定了经典物理学基础的经典力学，不适用于高速运动的物体和微观领域。相对论解决了高速运动问题；量子力学解决了微观亚原子条件下的问题。相对论颠覆了人类对宇宙和自然的“常识性”观念，提出了“时间和空间的相对性”、“四维时空”、“弯曲空间”等全新的概念。

狭义相对论最著名的推论是质能公式，它可以用来计算核反应过程中所释放的能量，并导致了原子弹的诞生。而广义相对论所预言的引力透镜和黑洞，也相继被天文观测所证实。

3、意义：

（1）相对论的提出是物理学思想的一次重大革命，它否定了经典力学的绝对时空论，从本质上修正了由狭隘经验建立起来的时空观，深刻地揭示了时间和空间的本质属性。即：揭示了时空的可变性、时空变化的联系性，树立了新的时空观、运动观、物质观。这一理论被后人誉为20世纪人类思想史上最伟大的成就之一。

（2）爱因斯坦的相对论也发展了牛顿力学，将牛顿力学概括在相对论力学之中，推动物理学发展到一个新的高度。

相对论与牛顿力学的关系

相对论打破了牛顿以来传统的绝对时空观，但并非全盘否定牛顿力学。牛顿力学反映的是宏观物体低速运动的客观规律，而狭义相对论反映的是物体高速运动的客观规律，是对牛顿力学的继承和发展。牛顿力学是相对论的一种特例（物体低速运动状态），包括在相对论体系中。

【合作探究】3：阅读P56【学思之窗】，你认为应该怎样评价牛顿和爱因斯坦的贡献？

牛顿确立了万有引力定律和运动三定律，之后光学、电磁学等与力学进一步统一，大大推动了物理学的发展，牛顿力学研究的是宏观世界。

爱因斯坦打破了牛顿以来传统的绝对时空观，于1905年提出了狭义相对论和光速不变原理，1916年爱因斯坦完成了广义相对论的最终形式。爱因斯坦的相对论发展了牛顿力学，将牛顿力学概括在相对论力学之中，推动物理学发展到一个新的高度。