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2015-2016学年高中历史 第六单元 第25课 现代科学革命学案 岳麓版必修3


第 25 课

现代科学革命

[课标要求] 知道相对论、量子论的主要内容,认识其意义。

一、经典物理学的危机 1.经典物理学的成就 (1)在经典力学的基础上,19 世纪物理学领域取得了长足的进步,把人类对自然界的认识推 进到前所未有的深度和广度。 (2)人们把以牛顿力学为代表的经典物理学看做绝对权威的理论。 2.经典

物理学的危机 (1)19 世纪末,物理学上出现的一系列新的发现,无法用经典物理学来解释,这使得经典物 理学陷入了危机,面临着挑战。 (2)物理学面临危机的同时,也迎来了一场伟大的革命。 二、爱因斯坦与相对论 1.提出:20 世纪初,爱因斯坦提出的相对论为物理学的发展带来了革命性的变化,爱因斯 坦成为继牛顿之后最伟大的科学家。 2.内容:相对性原理和光速不变原理:时间、空间、运动、质量是相对的,可以互相转化。 3.意义:相对论的提出是物理学领域最伟大的革命。 (1)它在很大程度上解决了 19 世纪末出现的经典物理学的危机, 可以广泛地解释不同运动状 态的物质,创立了一个全新的物理学世界,极大地扩展了物理学应用的领域。 (2)相对论也打破了经典物理学绝对化的思维模式,为人们提供了辩证地看待世界的途径。 [温馨提示] 爱因斯坦的相对论只是否定了牛顿的绝对时空观,并没有否定整个牛顿力学。 牛顿力学是相对论力学在低速状态下的一个特例。 三、量子理论中微观世界 1.诞生:1900 年,普朗克提出了量子假说。 2.发展:爱因斯坦提出了光的量子理论,丹麦物理学家玻尔提出了原子的量子理论。 3.影响 (1)量子理论是 20 世纪最深刻、 最有成就的科学理论之一, 使人类对微观世界的基本认识有 了革命性的进步。 (2)量子力学对化学、生物学、医学、考古学、古生物学和地质学等科学领域都产生了重大 影响,带来了许多划时代的技术创新,这直接推动了社会生产力的发展,从根本上改变了人 类的物质生活。 4.近代物理学兴起的意义
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量子理论和相对论一起,构成了现代物理学的基础,弥补了经典物理学的不足,描绘了一个 崭新的宏观宇宙世界和微观粒子世界, 大大开阔了人们的视野, 改变了人们看世界的角度和 方式。它们不仅对物理科学本身,对自然科学,而且对整个人类的思维都产生了不可磨灭的 影响。

主题 相对论、量子论的地位和异同 1.地位 (1)相对论否定了经典力学的绝对时空观,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,树立了新的时空观、运动观、物质观,推动物理学发 展到一个新的高度。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)量子理论的形成标志着人类对客观规律的认识, 开始从宏观世界深入到微观世界; 同时, 在量子论基础上发展起来的量子力学, 极大地促进了原子物理、 固体物理和原子核物理等科 学的发展。 (3)相对论和量子理论弥补了经典物理学的不足,掀起了物理学的革命,构成了现代物理学 的基本理论框架,成为现代物理学的两大支柱。 2.异同 (1)异:①相对论以宏观世界为研究对象。②量子论以微观粒子世界为研究对象。 (2)同:①背景:都是在经典物理学陷入危机,面临挑战的情况下提出的。②过程:刚开始 都是作为假说,后来都得到精确的实验证明。③地位:相对论与量子论共同构成现代物理学 的基本理论框架。④都是科学大师敢于向权威挑战,勇于追求真理的结果。

材料一 有人认为相对论出现后, 牛顿在历史上的光辉会完全被抹掉。 而爱因斯坦却说: “在 牛顿时代, 牛顿的道路是一位具有最高思维能力和创造力的人所能发现的唯一道路; 牛顿所 创造的概念,至今仍然指导着我们的物理学思想。” 材料二 科学家们为了总结热辐射规律, 推导出两个公式。 但这两个公式的计算结果总是与 实验结果不相符合。

加热到不同温度的物体发出不同颜色的光 (1)材料一中,你同意哪一种观点?请说出你的理由。 答案 同意爱因斯坦的观点。 因为牛顿力学体系的建立是近代科学形成的标志, 在欧洲启蒙

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思想宣扬科学、 反对封建神学的运动中发挥了极大的作用, 以牛顿力学为代表的经典物理学 开创了一个崭新的科学时代。 相对论是在经典物理学的基础上发展起来的, 两者之间是继承 与发展而不是相互排斥的关系。 (2)材料二中的情况说明了什么问题?是如何得到解决的? 答案 微观粒子的运动不能用经典物理学的原理说明, 经典物理学存在局限性, 面临着危机 和挑战。1900 年,德国物理学家普朗克提出量子假说,后来,爱因斯坦提出了光的量子理 论, 丹麦物理学家玻尔提出原子的量子理论。 使人类对微观世界的基本认识取得了革命性的 进步。

现代物理学的三个“二” 两大背景:牛顿经典力学被权威化;经典物理学受到挑战。 两大支柱:相对论和量子论。 两个人物:爱因斯坦、普朗克。

1.19 世纪末,经典物理学陷入危机且面临的挑战有(

) ②物理学家们实验

①物理学一系列新的发现与经典物理学的理论体系产生了尖锐的矛盾 的结果证明“以太”不存在 A.①② 答案 A B.②③ C.①③ ③爱因斯坦提出相对论 D.③④

④量子假说的提出

解析 本题考查经典物理学面临的危机与挑战。 结合所学知识可知①②正确, ③④都出现在 20 世纪,不符合 19 世纪末的要求。 2.英国皇家学会会长汤姆逊说:“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,他不是发现了一个孤岛,而是发现了新的科学思想的新大陆。”对 此理解不正确的是( )

A.爱因斯坦彻底否定了牛顿的经典物理学,带来了物理学领域的革命 B.相对论的提出拓展了物理学应用的领域,提供了辩证地看待世界的途径 C.相对论解决了经典物理学遇到的难题,将人类的研究深入到高速运动和微观世界 D.他不仅对物理学本身,对自然科学,而且对整个人类的思维都产生了巨大的影响 答案 A 解析 爱因斯坦对牛顿的经典物理学是批判地继承,而非“彻底否定”。故 A 项表述错误。 3.电视连续剧《天仙配》有这样的情节:唐朝张百忍因孝道而升天成为玉皇大帝,而后他 的年龄基本上是恒定的,七仙女亦然,永葆青春。假设此情景成立,其科学依据最有可能的
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是(

) B.量子论 D.进化论

A.相对论 C.经典力学 答案 A

解析 根据爱因斯坦的相对论,时间、空间、质量等都不是固定不变的,而是处在不断的变 化中。 4.爱因斯坦这样评价普朗克的发现:“这一发现成为二十世纪物理学研究的基础,从那个 时候起几乎完全决定了物理学的发展。要是没有这一发现,那就不可能建立起分子、原子及 支配它们变化的能量过程的有用理论。”这一“发现”是( A.相对论 C.进化论 答案 D 解析 1900 年,普朗克提出量子论。 5.“把能量的变化看成是跳跃式的进行,成功地解释了经典理论无法解释的某些现象,打 破了经典物理学中一切过程都是连续变化的观念。 ”这一理论的诞生主要由下列哪一问题引 发( ) B.揭示时空本质属性 D.预测未知行星方位 B.经典力学 D.量子论 )

A.研究热辐射 C.解释光电效应 答案 A

解析 材料体现的是量子理论的相关研究,它是 19 世纪末科学家在研究热辐射问题的基础 上进一步研究的结果,A 项正确;B 项体现的是相对论思想,C 项是材料中现象进一步发展 的结果,D 项是牛顿经典力学的成就。B、C、D 三项均不符合题干要求。 6.阅读下列材料,回答问题。 材料一 19 世纪末,正当物理学家们在庆贺“物理学大厦”落成之际,科学实验却发现了 许多经典物理学无法解释的事实。首先是世纪之交物理学的三大发现:电子、X 射线和放射 性现象。其次是经典物理学的万里晴空中出现了两朵“乌云”——“以太漂移”的“零结 果”和黑体辐射的“紫外灾难”。 材料二 20 世纪初,爱因斯坦发表了具有划时代意义的论文,为物理学的发展做出了重要 贡献。为纪念这一奇迹 100 周年,2004 年 6 月 10 日,联合国大会召开第 58 次会议鼓掌通 过了 2005 年为“国际物理学年”的决议。 (1)材料一中的“物理学大厦”指的是什么?它是在怎样的背景下落成的? (2)20 世纪初,物理学理论有什么新发展?其发展的原因是什么? (3)物理学理论的新发展在当时有什么意义? 答案 (1)经典物理学。背景:资本主义经济的发展;人文主义的兴起和发展极大地解放了
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人们的思想;自然科学从神学的束缚中解脱出来。 (2)新发展:由经典物理学发展到相对论。原因:科技革命的推动;经典物理学出现危机; 科学理论有了重大突破。 (3)相对论的提出是物理学领域最伟大的革命, 在很大程度上解决了 19 世纪末出现的经典物 理学的危机,极大地扩展了物理学应用的领域。同时,相对论也打破了经典物理学绝对化的 思维模式,为人们提供了辩证地看待世界的途径。 解析 本题主要考查了 19 世纪末 20 世纪初经典物理学向现代物理学过渡的背景、 内容及意 义。结合材料和所学知识回答即可。

【课中思考】(教材 P108) 提示 (1)要结合哲学原理来说明它们的共同点。相对论和量子理论的提出刚开始只是作为 假说, 是经典物理学在某些领域已经十分完善但在另外的领域却遭遇重重问题的情况下, 作 为一种解释提出的。 但后来它们都得到精确结果的证明, 并对修正经典物理学的不足和谬误 之处起到了关键作用,成为现代物理学的两大支柱。 (2)这说明新事物的出现都是需要时间和过程的,人类的认识是一个不断前进的过程,是不 断遭遇困惑和不断看清事实找寻真理的过程。 此问题可以从哲学的多个方面解释, 可以展开课堂讨论, 鼓励学生畅所欲言, 答案不求唯一。 【阅读与思考】(教材 P109) 提示 本题主要阐述日常经验和理论的关系。日常生活带给我们的经验是直观的、表面的, 而物理学上的理论是必须经过精确的、 理想的条件下的实验来证明的。 理论可能和我们的日 常生活相距甚远,但理论一旦应用于实际,便会由里到外改变我们的日常生活,直至我们的 日常经验。很多理论在提出伊始,都因为和日常经验背道而驰而遭到质疑,但真理并不因为 质疑而黯淡,真理由事实证明。可以在阐述抽象原理的时候,举出生活中的具体例子说明日 常经验和理论之间的差距。 【解析与探究】(教材 P109) 提示 (1)爱因斯坦是基于他对于维护人类和平的热忱而做出上述举动的,也是正确的。 (2)启发:科学研究应该用于促进社会发展、保障人类和平等方面;科学对军事技术进步的 推动作用巨大,有时能起到以暴制暴,从而换取和平的作用;科学研究的初衷,与其后的实 际应用的效果之间可能会出现较大偏差等等。 (3)态度:科学发展的本身,是客观而不受任何利益集团左右的。我们应该以理性的态度来 看待科学的发展,既要努力学习,进一步推动科学的发展,但同时也要控制科研成果的实际 应用向着保障人类福祉的方向发展。(本题属于开放性问题,应鼓励学生畅所欲言,答案不

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求唯一) 【自我测评】(教材 P109) 提示 (1)现代物理学的主要贡献是相对论和量子理论的提出。 (2)历史影响:现在,相对论已经融入到科学的各个领域,许多现代自然科学的学科,如天 文学、光学、量子力学都是在相对论的基础上发展起来的。相对论与现代科学的联系是如此 紧密,以至于任何人想打倒它,都需要做彻底推翻现今科学的所有物理定律,否定所有科学 领域的尖端技术成果的准备。 量子理论的建立是人类认识史上的又一次飞跃, 它使人们的认 识深入到微观世界的领域。量子理论在解决原子领域的一系列重大问题中取得了很大成功。 物理学在相对论和量子力学这两大基石上迅速建立起了现代物理学的大厦。 从此, 原子和分 子物理学、核物理学、凝聚态物理学、低温物理学等边缘学科纷纷建立,形成了许多新的独 立的体系。

基础巩固 1.罗素(Bertrand Russell)写道:“几乎所有现代世界与古代世界之间的区别,都得归功 于在十七世纪取得最辉煌成就的科学。 ”“十七世纪取得最辉煌成就的科学”指的是( A.经典力学 C.量子理论 答案 A 解析 本题考查依据材料阐释历史问题的能力。B、C、D 三项分别是 19 世纪和 20 世纪初的 科学成就,而不是 17 世纪的。 2.19 世纪,以牛顿经典力学为基础的经典物理学之所以被看做是绝对权威的理论,主要是 由于( ) B.生物进化论 D.相对论 )

A.经典力学日臻完善 B.根据万有引力发现了海王星 C.人们认识的局限性 D.经典物理学可以解释一切自然现象 答案 C 解析 人们的认识受到时代和科学研究水平的影响, 当时人们的研究领域还未深入到高速运 动状态的宏观宇宙和物体内部的微观世界。 3.诺贝尔物理学奖获得者杨振宁高度赞扬一位科学家,指出他的“新眼光改变了基础物理 的发展进程”,其理论“宏伟,美妙,广邃,催生了令人敬畏的宇宙学??”杨振宁所赞扬 的科学家是( )

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A.牛顿 C.普朗克 答案 D

B.瓦特 D.爱因斯坦

解析 根据题干提供的信息“宏伟宇宙”揭示宏观宇宙的是爱因斯坦的相对论。 4.普朗克曾这样评论爱因斯坦的科学成就:“这个原理在物理世界观上所引起的革命,只 有哥白尼世界体系的引入才能与之相提并论。”文中的“这个原理”是( A.日心说 C.量子假说 答案 B 解析 普朗克的观点主要是高度评价爱因斯坦的科学成就, 日心说是哥白尼的学说, 量子假 说是普朗克首先提出的, 万有引力定律是牛顿经典力学的组成部分。 爱因斯坦的主要学说是 相对论,相对论的提出是物理学思想的一次革命,它否定了经典力学的绝对时空观,把物理 学发展到一个新高度,普朗克高度评价爱因斯坦主要是基于此。答案为 B 项。 5.法新社斯德哥尔摩 1918 年 12 月 10 日电:“由于他对能的性质所做的革命性发现,今天 被授予诺贝尔物理学奖。”这里的“革命性发现”指的是( A.万有引力定律 C.相对论 答案 D 解析 依据关键信息“能的性质”可判断应选 D 项。 6.北京时间 2013 年 3 月 15 日凌晨, 《科学》杂志在线发文,宣布中国科学家领衔的团队首 次在实验上发现量子反常霍尔效应。 这一发现让研究新的量子系统成为可能, 或将对信息技 术进步产生重大影响。下列科学家与这一发现不相关的是( A.普朗克 C.玻尔 答案 B 解析 1900 年德国物理学家普朗克提出量子假说,1905 年爱因斯坦提出光量子假说,成功 解释了光电效应,1913 年丹麦物理学家玻尔提出原子的量子理论,此三人都和量子论密切 相关。达尔文提出进化论,与此无关,B 项符合题目要求。 能力提升 7.德国科学家基尔霍夫(1824—1887)曾说:“物理学已经无所作为,往后无非在已知规律 的小数点后面加上几个数字而已。”能证明这一说法错误的是( A.经典力学体系 C.相对论的提出 答案 C
7

)

B.相对论 D.万有引力定律

)

B.经典力学体系 D.量子理论

)

B.达尔文 D.爱因斯坦

)

B.电力的广泛应用 D.两弹一星的问世

解析 解答本题要注意观点提出者的生活时代:19 世纪。牛顿经典力学创立后经后人的补 充发展,19 世纪被看成绝对权威的理论。但正是在这个时候,物理学的发展出现了危机, 20 世纪初爱因斯坦提出相对论解决了牛顿力学体系不能解决的问题,故并不是只在物理学 已知规律后的小数点后面加上几个数字而已的问题。 8.在 19 世纪的最后一天,物理学家 W·汤姆生在展望 20 世纪物理学前景时说,物理学的 大厦已经落成,它美丽的天空却被两朵乌云笼罩,其中一朵是同热辐射有关的问题。驱散这 朵“乌云”的是( A.万有引力定律 C.量子论 答案 C 解析 本题考查材料分析能力。据材料信息“20 世纪物理学??同热辐射有关”即可判断 描述的是量子论,故选 C 项。 9.阅读下列材料,回答问题。 材料一 20 世纪最后一期的《时代》周刊评选了一位“世纪人物”,称他为“天才、政治 难民、人道主义者、原子和宇宙谜的开启者”。他说过这样的名言:“一个人对社会的价值 首先取决于他的感情、思想和行动对增进人类利益有多大的作用。” 材料二 1933 年,爱因斯坦在为英国一刊物撰稿时写道:“科学是一种强有力的工具。怎 样用它,究竟是给人带来幸福还是带来灾难,全取决于人自己,而不取决于工具。刀子对人 的生活是有用的, 但是它能够用来杀人??我们的唯一希望在于, 拒绝任何有助于战争准备 或者战争意图的行为。” 材料三 科学技术是生产力,这是马克思主义历来的观点。早在一百多年以前,马克思就说 过:“机器生产的发展要求自觉地应用自然科学。”??现代科学技术的发展,使科学与生 产的关系越来越密切了。科学技术作为生产力,越来越显示出巨大的作用。——邓小平《在 全国科学大会开幕式上的讲话》 (1)根据材料一及所学知识,他是怎样以“感情、思想和行动”来“增进人类利益”的?概 括这位“世纪人物”在科学研究方面的优秀品质。 (2)根据材料二、三,爱因斯坦和邓小平在论述科学作用时的侧重点分别是什么? 答案 (1)提出相对论和光的量子理论,奠定了现代物理学的理论基础,推动了人类自然科 学和哲学的发展;关注人类的进步与和平,二战后致力于防止核战争,倡议各国科学家用自 己的言行来维护世界和平。优秀品质:不迷信权威;敢于探索,勇于创新;坚持不懈,勤奋 刻苦等。 (2)爱因斯坦侧重于科学与战争的关系(或科学对战争的影响);邓小平侧重于科学与生产之 间的关系。 解析 第(1)问根据材料判断出这个人是爱因斯坦,他提出了相对论和光的量子理论,反对
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) B.电磁感应理论 D.相对论

核战争,倡导世界和平。第(2)问关键是读懂两则材料阐述的意思。

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