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2019-2020年人教版高中歷史必修三 第四單元 第11課 物理學的重大進展教案 一、教學目標 1、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。 2、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容，促進同學的互相學習。教師給予必要的補充。 3、情感態(tài)度與價值觀： （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。 二、重點與難點 1、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。 2、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。 【教學過程】 單元導入：閱讀單元序言和課文標題回答： 1、 文藝復興和科學發(fā)展之間有什么關系？ 2、 這一單元見了哪些方面的科技成就？ 3、 科技發(fā)展與社會進步之間的關系及具體表現(xiàn)？ 單元結構（PPT）： 科技歷程：文藝復興，思想解放→科學勃興，進展輝煌→轉化生產(chǎn)，科技革命 新課導入：圖片展示伽利略、牛頓、愛因斯坦、普朗克圖像 問題：他們分別是什么人？有什么貢獻？ 講述新課： 一、經(jīng)典力學： 1、經(jīng)典力學的重要奠基者──伽利略 圖片展示：亞里斯多德及物理學觀點貢獻伽利略斜塔實驗 問題導學： 問題一：亞里斯多德名言？研究領域和貢獻？ “吾愛吾師‘但吾更愛真理”；自然界和人類社會；古希臘最博學的人；邏輯論證系統(tǒng)和物理學（材料） 問題二：與中世紀的亞里斯多德的力學學說相比，伽利略的主要貢獻在哪里？他是在怎樣的背景下取得了這些成就的？ 問題三：哥倫布發(fā)現(xiàn)了新大陸，伽利略發(fā)現(xiàn)了新宇宙，怎樣認識伽利略在世界科學史上的地位？ （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。 （2）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)的關系，發(fā)現(xiàn)自由落體定律等。 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。 【合作探究】1：你認為伽利略能夠確定自由落體定律的關鍵途徑是什么？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。 （3）、意義：①大大改變了古希臘哲學家亞里士多德以來有關運動的觀念，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。 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。 ②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?！蹦莻€比他更敏銳的人就是牛頓。在伽利略研究的基礎上，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 課件展示:牛頓圖像及介紹 問題一：牛頓為什么會贏得掌聲不斷，鮮花無數(shù)？牛頓的科學貢獻是什么？其理論誕生的時間、標志、內容和特點分別是什么？ 課件展示:海王星發(fā)現(xiàn)；工業(yè)革命的成就 問題二：看教材P55頁第一段并結合牛頓所處的時代，概括牛頓經(jīng)典力學的創(chuàng)立有和意義？ 問題三：為什么說牛頓經(jīng)典力學的創(chuàng)立標志著近代自然科學的形成？ 問題四：中國傳統(tǒng)科技和近代自然科學在研究方法上有何區(qū)別？ 經(jīng)驗-實驗；綜合-分析；應用-抽象 （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，以數(shù)學為表達形式。 （2）意義： ①經(jīng)典力學體系的建立標志著近代科學的形成。 ②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。 ③促進了人類的思想解放，把地球上物體的力學和天體力學統(tǒng)一到一個基本的力學體系之中，正確地反映了宏觀物體低速運動的客觀規(guī)律，實現(xiàn)了自然科學的一次大綜合，是人類認識自然界的一次大飛躍。 ④促進了英國工業(yè)革命的產(chǎn)生。（蒸汽時代） （3）局限性：建立在日常生活中常見的低速運動的物質之上，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) 【探究學習】引導學生比較中國古代的傳統(tǒng)科技與西方的近代科學的主要區(qū)別。 【質疑與思考】：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這一背景下產(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： 課件展示：愛因斯坦圖像及介紹 問題一：艾因斯坦如何發(fā)展了物理學？其理論的主要內容有哪些？ 課件展示：愛因斯坦圖對牛頓評價 問題二：相對論的提出有何意義？有人認為相對論出現(xiàn)后，牛頓在歷史上的光輝完全被抹掉了，愛因斯坦如何評價牛頓？你同意哪種觀點？說出你的理由 課件展示：愛因斯坦圖“窺見上帝和人間秘密”；大腦被保留；對原子彈研制的擔憂。 問題三：愛因斯坦是如何“窺見了人間秘密”的?這體現(xiàn)了科學家的什么精神? 高度的社會責任感(人道主義者) 1、歷史背景： （1）19世紀科學得到了飛速發(fā)展； （2）19世紀末出現(xiàn)了“物理學危機”經(jīng)典力學認為，時間和空間與物質運動無關，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、相對論的提出及主要內容： （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，引發(fā)了二十世紀物理學的另一場革命。 （2）內容：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)生尺縮效應和鐘慢效應。 廣義相對論認為，空間和時間的性質不僅取決于物質的運動情況，也取決于物質本身的分布狀態(tài)。 【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下，廣泛應用于引力場中。 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)典物理學基礎的經(jīng)典力學，不適用于高速運動的物體和微觀領域。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。 狹義相對論最著名的推論是質能公式，它可以用來計算核反應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： （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系 相對論打破了牛頓以來傳統(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，而狹義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)），包括在相對論體系中。 【合作探究】3：閱讀P56【學思之窗】，你認為應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，之后光學、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論力學之中，推動物理學發(fā)展到一個新的高度。 課件展示：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，不建墳墓，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束了那樸素的葬禮： 我們全都獲益不淺， 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。 他的主治醫(yī)生賀維博士認為如此偉大的大腦，應該進行研究，所以他便把愛因斯坦的大腦保留了下來，并切成200片帶走。但至今沒有結論。 教師簡介愛因斯坦本人對成功秘訣的概括“A=X+Y+Z 問題四：你認為愛因斯坦成功的秘訣是什么？ [過渡]課件展示：19世紀經(jīng)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。” 【質疑與思考】：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，使人們對物質的認識深入到了原子內部。 （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： （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出現(xiàn)的現(xiàn)象及光的本質，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構的研究，創(chuàng)立了原子結構的理論。 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，幾乎沒有哪個領域不依賴于量子論。 量子力學和狹義相對論結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、半導體技術和激光技術等奠定了理論基礎。 3、量子論和量子力學的影響： （1）量子論使人類對微觀世界的基本認識取得革命性的進步，成為20世紀最深刻、最有成就的科學理論之一。 （2）量子論與相對論一起構成現(xiàn)代物理學的基礎，并彌補了經(jīng)典力學在認識宏觀世界和微觀世界方面的不足。 （3）推動了物理學自身的進步，開闊了人們的視野，改變了人們認識世界的角度和方式。 小結：相對論和量子論是現(xiàn)代物理學的兩大支柱，共同構成了經(jīng)典物理學的基礎。這兩種理論的提出，解決了經(jīng)典物理學在微觀領域及宏觀世界方面所面臨的問題。，改變了人們看世界的方式和角度，它們不僅對物理學本身，對自然科學，而且對人類的思維都產(chǎn)生了重大影響。 【課堂總結】 一、請記住愛因斯坦的話吧：“沒有能獨立思考和獨立判斷的有創(chuàng)造性的個人，社會的向上發(fā)展是不可想象的。” 經(jīng)典力學、相對論、量子論之間的關系。經(jīng)典力學改變了自古代中世紀以來人們的認識論和方法論；相對論發(fā)展了牛頓力學，將其概括在相對論力學之中；量子論與相對論一起，構成了現(xiàn)代物理學的基礎。 二、物理學的發(fā)展給了我們什么樣的啟示？ 敢于質疑；勇于創(chuàng)新；實踐出真知 布置作業(yè)： 教學反思：