第11课   物理学的重大进展
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。
一、经典力学
1.背景：_________运动不仅解放了人们的思想，也对科学研究
产生了重要影响。
2.历程：
文艺复兴
自由落体定律
实验事实
的数学原理
自然哲学
实验
物体运动三
大定律
万有引力
数学
3.意义：
(1)这一体系对解释和预见_________，具有决定性意义。
(2)根据_____________，人们发现了海王星等。
物理现象
万有引力定律
【警示钟】
正确认识牛顿力学体系
    牛顿力学体系是近代自然科学理论体系中最先成熟和完善的核心理论体系。与以往的科学体系相比，最大的特点就是以实验为基础，以数学为表达形式。这也是近代科学必须具备的特点。
二、相对论的创立
1.背景：19世纪，经典力学面临着挑战。
2.创立：20世纪初的德国物理学家_________提出。
3.内容:
(1)狭义相对论：物体运动时，质量会随着_________________而
增加，同时，___________也会随着物体运动速度的变化而变
化。
(2)广义相对论：空间和时间的性质不仅取决于物质的运动情
况，也取决于___________________。
爱因斯坦
物体运动速度增大
空间和时间
物质本身的分布状态
4.意义:
(1)相对论的提出是物理学领域的一次重大革命。
(2)它否定了_____________________，深刻地揭示了时间和空
间的本质属性。
(3)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。
经典力学的绝对时空观
【学习思考】
你认为应该怎样评价牛顿和爱因斯坦的贡献？
提示：牛顿提出了万有引力定律和物体运动三大定律，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。
三、量子论的诞生与发展
1.背景:
(1)19世纪末20世纪初，人们对物质的认识深入到了__________。
(2)实验表明，______________不能用经典力学的理论来说明。
原子内部
微观的粒子运动
2.过程:
(1)诞生：1900年，德国物理学家普朗克提出_________。
(2)发展：
①爱因斯坦利用量子理论成功地_______________。
②丹麦物理学家_____提出了有关原子的量子理论。
③20世纪30年代，_________建立起来。
量子假说
解释了光电效应
玻尔
量子力学
3.意义:
(1)使人类对_________的基本认识取得革命性的进步。
(2)量子论与_______一起，构成了现代物理学的基础，它们
弥补了经典力学在认识宏观世界和微观世界方面的不足。
(3)开阔了人们的视野，改变了人们_________的角度和方式。
微观世界
相对论
认识世界
【警示钟】
    量子论和相对论是现代物理学的两大基石。相对论提出了全新的时空观，量子论提供了新的关于自然界的表述方式和思考方法。两者都开阔了人们的视野，不但推动了科技的进步，而且在一定程度上改变了人们的传统观念，具有思想解放的作用。
            经典力学的确立及其特点、意义
【探究讨论】
材料一  抛射体45度时射程最远——仅用数学便得到如此严格的证明，这使我心中充满又惊又喜的感觉……大炮和迫击炮轰击时，最大射程(即炮弹发射的最远距离)，是在仰角45度时获得的……但是要理解为什么发生这种情况，这比从别人那里得到证据甚至反复实验得到的证据重要的多……通过探索原因而达到对某一效应的理解会使人顿开茅塞，从而使理解和确证其他事实无须再借助实验，目前的例子恰好证明了这一点……
——伽利略《关于两门新科学的对话》
材料二  长期以来，人们一直认为彗星是神秘的，根本不能用科学来说明。牛顿说，既然彗星也是天体，就必然遵循力学规律。他的好友哈雷用牛顿力学算出了1682年出现的彗星的轨道，指出它的回归周期是75-76年，由此预言它将在1758年再次出现……1758年这颗彗星果然如期出现，因此被命名为哈雷彗星。
——《百度文库》
请分析：
(1)根据材料一及所学知识指出，伽利略在科学研究上的重要贡献是什么。有何重要意义？
提示：①贡献：发现了数学在科学研究中的重要作用，
开创了实验与数学相结合的科学研究方法。
②意义：为经典力学的建立奠定了基础，标志着物理学的真正开端。
(2)根据材料及所学知识，哈雷彗星发现的重要前提条件有哪些？
提示：①文艺复兴运动解放了人们的思想，自然科学
研究开始摆脱教会的束缚。
②牛顿力学体系的形成，提出了万有引力定律。
③以实验为基础，以数学为表达形式的科学研究方法的出现。
(3)哈雷彗星的发现说明了科学研究的巨大威力是什么？
提示：对于解释和预见物理及天文现象，具有决定性意义。
【要点归纳】
经典力学的特征和历史地位及影响
     1.特征：
    (1)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。
    (2)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。
    (3)研究人们日常生活中易于理解的宏观世界。后来科学发现所揭示的是人们没有直接经验的微观现象，表明人们对物质世界的认识在不断深入。
     2.地位和影响：
    (1)把自然界中一切力学现象囊括在力学体系中，成为人类在认识自然的历史上对自然规律的第一次总结与概括。
    (2)形成以实验为基础、以数学为表达形式的牛顿力学体系，即经典力学体系，标志着近代科学的形成和人类科学时代的开始。
    (3)牛顿力学和热学引发了第一次技术革命，使人类社会进入“蒸汽时代”。
    (4)牛顿用数学方法精确描述宇宙运行的自然法则，为法国启蒙思想和唯物主义哲学奠定了科学基础；打击了神学，促进人类思想不断解放。
【跟踪训练1】
观察右图，艺术家笔下的牛顿像
神一样在制定宇宙规律。此图反
映了牛顿的力学体系(    )
A.还不被人们所接受，人们的思想还被神学禁锢着
B.使人们彻底摆脱了神学的束缚
C.具有惊人的科学预见性
D.有力地冲击了欧洲宗教的“上帝创造宇宙”说
【解析】选D。本题主要考查牛顿经典力学的意义。A、B说法不符合史实，C说法与图片无关。牛顿像神一样在制定宇宙规律，是指牛顿提出了物体运动三大定律和万有引力定律等，从而有力地冲击了欧洲宗教的“上帝创造宇宙”说。
【变式备选】英国天文学家埃德蒙·哈雷在诗作《致人杰》中写道：“天空最深处的秘密被揭示，使最外面的天球旋转的力不再隐藏……我们看到，数学驱散云雾……”据此判断这篇诗作是歌颂(    )
A.伽利略                   B.牛顿
C.爱因斯坦                 D.普朗克
【解析】选B。本题主要考查学生的阅读分析能力。“天球旋转的力不再隐藏”说明了牛顿的万有引力定律对天体运行规律的合理解释，“数学驱散云雾”说明了牛顿力学的特征。因此，B正确。
            相对论和量子论对物理学的发展
【探究讨论】
材料一  (英国)皇家学会会长汤姆逊致辞说：“爱因斯坦的相对论是人类思想史上最伟大的成就之一，也许就是最伟大的成就。”……1921年，爱因斯坦获得了诺贝尔奖。这奖来得十分不易。当时有不少德国的诺贝尔奖获得者威胁说，如果给相对论授奖，他们就要退回已获的奖章，结果评选委员会找到了一个办法，让爱因斯坦作为光电效应理论的建立者而得奖，相对论始终没有获诺贝尔奖。
——吴国盛《科学的历程》
材料二  能量子钻进物体的表面层……把它的全部能量给予了单个电子……一个在物体内部具有动能的电子当它到达物体表面时已经失去了它的一部分能量。此外还必须假设，每个电子在离开物体时还必须为它脱离物体做一定量的功P(这是物体的特性值——即逸出功)。那些表面上朝着垂直方向被激发的电子，将以最大法线速度离开物体。
——《爱因斯坦文集》
请分析：
(1)材料一为什么说相对论是“最伟大的成就之一”？“相对论始终没有获诺贝尔奖”说明了什么问题？
提示：原因：相对论否定了经典力学的绝对时空观，深刻揭示了时间和空间的本质属性，提出了全新的时空观、运动观和物质观；发展了牛顿力学，将其概括在相对论力学之中，将物理学发展到一个新的高度。
问题：相对论脱离人们的正常思维和感受，不被人们理解和接受。
(2)根据材料二回答，爱因斯坦这一研究的理论基础是什么？在这方面他有何贡献?
提示：理论基础：普朗克于1900年提出的量子假说，
量子论宣告诞生。
贡献：用量子理论成功解释了光电效应。
(3)为什么说相对论和量子论使人类对自然世界的科学探索又跃上了一个新的高度？
提示：相对论和量子论弥补了经典力学在认识宏观世界和微观世界方面的不足，开阔了人们的视野，改变了人们认识世界的角度和方式。
【要点归纳】
经典力学、量子论和相对论之间的关系
    经典力学、量子论和相对论是近现代物理学的核心，如何正确理解它们各自的内容以及三者之间的内在联系，是本部分的重点和难点。
    1.牛顿力学的创立改变了自古以来人们的认识论和方法论，为相对论的提出奠定了基础。
    2.量子论和相对论的提出，使人们对物质世界的认识深入到微观世界和宏观世界。相对论反映的是物体高速运动的客观规律，而量子论则是研究微观世界粒子运动规律的科学。量子论和相对论一起，构成了现代物理学的基本理论框架，开阔了人们的视野，改变了人们认识世界的角度和方式。
    3.相对论是对牛顿力学的继承和发展，否定了牛顿力学的绝对时空观，但并非全盘否定。牛顿力学反映的是宏观物体低速运动的客观规律，是相对论的一种特例，包含在相对论力学之中。
【想一想】物理学的发展给了我们怎样的启示？
提示：尊重事实，不迷信权威，敢于质疑，勇于探索创新，实践出真知。
【跟踪训练2】1931年，法国物理学家保罗·朗之万曾说：“在我们这一时代的物理学史中，(他)的地位将在最前列……因为他对于科学的贡献更深入到人类思想基本概念的结构中。”他评论的这位科学家是(    )
A.伽利略                  B.牛顿
C.普朗克                  D.爱因斯坦
【解析】选D。本题主要考查爱因斯坦在相对论和量子论方面
的贡献。由题干知“这一时代”应指20世纪，排除A、B
。其对科学的贡献“更深入到人类思想基本概念的结构中”，比较C、D，爱因斯坦的相对论否定了绝对的时空观，深刻影响了人们的观念，改变了人们认识世界的角度和方式，再结合“地位将在最前列”，因此D更符合要求。
【变式备选】爱因斯坦的相对论修正了经典力学体系，并非否定。在相对论中，牛顿三大定律依然正确，只不过在分析问题时还要考虑到相对论的效应而已。以上阐述的相对论与经典力学的关系是(    )
A.各自独立                 B.继承与发展
C.否定与对立               D.否定与发展
【解析】选B。本题主要考查学生的阅读分析能力。相对论修正了经典力学体系，而牛顿三大定律在相对论中依然正确，说明相对论是继承和发展了经典力学，绝非否定，也并不是各自独立，排除A、C、D。