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2019-2020年高中歷史《近代物理學(xué)的奠基人和革命者》教案3 人民版必修3 （一）教學(xué)目標(biāo) 【課標(biāo)要求】 了解經(jīng)典力學(xué)的主要內(nèi)容，認(rèn)識(shí)其在近代自然科學(xué)理論發(fā)展中的歷史地位。知道相對(duì)論、量子論的主要內(nèi)容，認(rèn)識(shí)其意義。 【知識(shí)與能力】 了解經(jīng)典力學(xué)的三大定律、量子理論、相對(duì)論等基礎(chǔ)知識(shí)。牛頓、普朗克、愛(ài)因斯坦等著名科學(xué)家的主要事跡，學(xué)會(huì)觀察，培養(yǎng)敏銳的洞察力。理解科學(xué)進(jìn)步中繼承與發(fā)展的關(guān)系。 【過(guò)程與方法】 充分利用圖書(shū)館、博物館、互聯(lián)網(wǎng)等資源。提高收集、分析相關(guān)資料的能力。在學(xué)習(xí)過(guò)程中通過(guò)合作、探究學(xué)習(xí)，培養(yǎng)分析解決問(wèn)題的能力及交流與合作的能力?？茖W(xué)的方法。全面提高科學(xué)素質(zhì)，創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。學(xué)會(huì)運(yùn)用閱讀法、觀察法、討論法、推理法、概括法、實(shí)驗(yàn)法等來(lái)學(xué)習(xí)了解近代物理學(xué)的相關(guān)問(wèn)題。 【情感態(tài)度與價(jià)值觀】 通過(guò)學(xué)習(xí)，了解科學(xué)家為科學(xué)進(jìn)步所作出的努力。學(xué)習(xí)他們?yōu)榭茖W(xué)獻(xiàn)身的精神；形成科學(xué)的態(tài)度。知道在科學(xué)的道路上荊棘遍布，增強(qiáng)面對(duì)挫折的能力。增強(qiáng)毅力，樹(shù)立勇往直前、持之以恒的精神。 （二）教學(xué)重難點(diǎn) 教學(xué)重點(diǎn)：伽利略對(duì)物理學(xué)發(fā)展的重大貢獻(xiàn)；牛頓經(jīng)典力學(xué)的建立；量子論的誕生；相對(duì)論的提出。 教學(xué)難點(diǎn)：如何理解物理學(xué)各階段發(fā)展的原因？ （三）教學(xué)過(guò)程 【導(dǎo)入新課】 人物圖像 【新課講授】 ㈠牛頓力學(xué)體系 1、牛頓力學(xué)產(chǎn)生前的學(xué)說(shuō) （1）亞里士多德的學(xué)說(shuō) 亞里士多德的力學(xué)觀：必須有力作用在物體上，物體才能運(yùn)動(dòng)，沒(méi)有力的作用，物體就會(huì)靜止。如：“推箱子”的例子 （2）伽利略的貢獻(xiàn)——?jiǎng)?chuàng)立了自由落體定律 2、牛頓力學(xué)體系 “我好像是一個(gè)在海邊玩耍的孩子，不時(shí)為拾到比通常更光滑的石子或更美麗的貝殼而歡欣鼓舞，而展現(xiàn)在我面前的是完全未探明的真理之海。” ——牛頓臨終遺言 （1）基本理論（牛頓力學(xué)三定律、萬(wàn)有引力定律） （2）影響意義 長(zhǎng)期以來(lái)，人們一直認(rèn)為彗星是神秘的，不吉利的災(zāi)星，根本不能用科學(xué)來(lái)說(shuō)明。牛頓的好友哈雷用牛頓力學(xué)算出了1682年出現(xiàn)的彗星的軌道，指出它的回歸周期是75—76年，由此預(yù)言它將在1758年再次出現(xiàn)。53年以后的1758年（當(dāng)時(shí)哈雷已去世），這顆彗星果然如期出現(xiàn)。哈雷慧星的發(fā)現(xiàn)驗(yàn)證了萬(wàn)有引力定律的科學(xué)性。 英國(guó)著名的哲學(xué)家休謨?cè)f(shuō)：“我們被放在這有如戲院的世界上，每個(gè)事件的起源和緣由卻完全隱瞞不讓我們知道，我們既沒(méi)有足夠的智慧預(yù)見(jiàn)未來(lái)，也沒(méi)有能力防止那些使我們不斷受傷害的不幸事件發(fā)生。我們被懸掛在永恒的疑懼之中……” ——《大國(guó)崛起》解說(shuō)詞 三百年前，人類的思想還充斥著迷信和恐懼，水為什么往低處流？太陽(yáng)為什么升起落下？這些今天看來(lái)簡(jiǎn)單之極的問(wèn)題，在當(dāng)時(shí)卻是根本無(wú)法認(rèn)識(shí)和把握的。直到牛頓出現(xiàn)，人類才終于結(jié)束了這種狀態(tài)。 ——《大國(guó)崛起》解說(shuō)詞 理論的綜合：牛頓力學(xué)體系對(duì)自然界的力學(xué)現(xiàn)象做出了系統(tǒng)、合理的說(shuō)明，從而完成了人類對(duì)自然界認(rèn)識(shí)史上的第一次理論大綜合。經(jīng)典力學(xué)體系的建立標(biāo)志著近代科學(xué)的形成。 實(shí)踐的驗(yàn)證：根據(jù)萬(wàn)有引力定律，人們準(zhǔn)確地算出地球的平均密度和扁平率，正確地解釋了潮汐的成因。根據(jù)這一定律，人們還發(fā)現(xiàn)了海王星、冥王星。 （二）量子力學(xué) 19世紀(jì)末，面對(duì)經(jīng)典物理學(xué)近乎完美的發(fā)展，有的物理學(xué)家表示：“19世紀(jì)已經(jīng)將物理大廈全部建成，今后物理學(xué)家只是修飾和完美這座大廈?！? 量子論確實(shí)深?yuàn)W難懂，甚至連量子論奠基人之一的玻爾都說(shuō)：“如果誰(shuí)不為量子論而感到困惑，那他就是沒(méi)有理解量子論?！? 1、背景 經(jīng)典物理學(xué)是以日常生活中常見(jiàn)的低速運(yùn)動(dòng)的物體為研究對(duì)象的，一旦進(jìn)入光速運(yùn)動(dòng)時(shí)，經(jīng)典物理學(xué)的某些結(jié)論就變得不準(zhǔn)確 2、量子理論（誕生、發(fā)展、意義） 量子力學(xué)標(biāo)志著人類對(duì)客觀規(guī)律的認(rèn)識(shí)，開(kāi)始從宏觀世界深入到微觀世界。改變了近代物理學(xué)中的傳統(tǒng)觀念,使物理學(xué)乃至整個(gè)自然科學(xué)的觀念發(fā)生了重大變革。 今天，我們的現(xiàn)代文明，從電腦，電視，手機(jī)到核能，航天，生物技術(shù)，幾乎沒(méi)有哪個(gè)領(lǐng)域不依賴于量子論。 （三）相對(duì)論 狹義相對(duì)論發(fā)表100周年，也許全世界只有幾十個(gè)人能完全理解他的真諦，但這并不能掩蓋相對(duì)論對(duì)人類生活的巨大改變。 關(guān)于相對(duì)論，有人說(shuō)：這個(gè)形式簡(jiǎn)潔優(yōu)美的理論蘊(yùn)藏了太多令人驚訝的內(nèi)容，100年來(lái)，人們時(shí)時(shí)從中悟出宇宙層出不窮的奧秘，直到今天，這里還有很多內(nèi)容沒(méi)有被我們悟透?！? 愛(ài)因斯坦關(guān)于相對(duì)論的比喻。 為了對(duì)這一深?yuàn)W的理論做通俗的說(shuō)明，愛(ài)因斯坦曾經(jīng)風(fēng)趣地對(duì)一名男青年說(shuō)：“我打個(gè)比方，比如你屁股坐在火爐上烤和坐在公園柳蔭下與女士談情說(shuō)愛(ài)，那么，同樣的時(shí)間你覺(jué)得哪一個(gè)更長(zhǎng)？”男青年說(shuō)：“當(dāng)然坐在火爐上烤的時(shí)間覺(jué)得長(zhǎng)久?！睈?ài)因斯坦說(shuō)：“這就是我的相對(duì)論內(nèi)容?！? 1、狹義相對(duì)論 （1）提出 1905年，愛(ài)因斯坦發(fā)表了《論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)》，創(chuàng)立了狹義相對(duì)論。 狹義相對(duì)論的基礎(chǔ)：相對(duì)性原理 光速不變?cè)? （2）主要內(nèi)容 時(shí)間和空間都與物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)有關(guān)，隨著物質(zhì)運(yùn)動(dòng)速度的變化而變化。 （3）意義 否認(rèn)了牛頓力學(xué)的絕對(duì)時(shí)空觀；繼承和發(fā)展了牛頓力學(xué)；奠定了利用原子能的理論基礎(chǔ) 2、廣義相對(duì)論 （1）提出 1916年，愛(ài)因斯坦又建立了廣義相對(duì)論。 （2）主要內(nèi)容 廣義相對(duì)論認(rèn)為，物質(zhì)存在的現(xiàn)實(shí)空間不是平坦的，而是彎曲的，空間的結(jié)構(gòu)取決于物質(zhì)的質(zhì)量及其分布情況，空間彎曲的程度體現(xiàn)為引力場(chǎng)強(qiáng)度。 （3） 廣義相對(duì)論第一次闡述了四維時(shí)空和物質(zhì)的分布相聯(lián)系的重要思想。 3、相對(duì)論與牛頓力學(xué)的關(guān)系： 相對(duì)論打破了牛頓以來(lái)傳統(tǒng)的絕對(duì)時(shí)空觀，但并非全盤否定牛頓力學(xué)。牛頓力學(xué)反映的是宏觀物體低速運(yùn)動(dòng)的客觀規(guī)律，而狹義相對(duì)論反映的是物體高速運(yùn)動(dòng)的客觀規(guī)律，是對(duì)牛頓力學(xué)的繼承和發(fā)展。牛頓力學(xué)是相對(duì)論的一種特例（物體低速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)），包括在相對(duì)論體系中。 4、相對(duì)論建立的意義 相對(duì)論的現(xiàn)實(shí)意義舉例——相對(duì)論能修正GPS（全球定位系統(tǒng)）全球定位系統(tǒng)———GPS的應(yīng)用也已普及化了，許多城市的公共汽車、出租車上都安裝了它。早期的GPS接收器確定物體位置的誤差是在15米范圍內(nèi)，這個(gè)誤差可以用愛(ài)因斯坦相對(duì)論來(lái)修正。 愛(ài)因斯坦相對(duì)論的建立，是對(duì)近代物理學(xué)理論框架的重大突破，它不僅揭示了空間、時(shí)間的可變性，時(shí)空的變化和時(shí)空結(jié)構(gòu)同物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)和狀態(tài)密不可分。 這種全新的時(shí)空觀、運(yùn)動(dòng)觀和物質(zhì)觀的形成，是人類思想發(fā)展史中的一次根本性變革，對(duì)整個(gè)自然科學(xué)和哲學(xué)都產(chǎn)生了極其深遠(yuǎn)的影響。 量子論和相對(duì)論是現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱，量子論的形成標(biāo)志著人類對(duì)于客觀規(guī)律的認(rèn)識(shí)，開(kāi)始從宏觀世界深入到微觀世界。量子力學(xué)和狹義相對(duì)論結(jié)合形成原子核物理學(xué)，指導(dǎo)制造原子彈、氫彈和建立核電站。量子力學(xué)還為電子技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和激光技術(shù)等奠定了理論基礎(chǔ)。 物理學(xué)的發(fā)展給了我們什么樣的啟示？ 尊重事實(shí)，不迷信權(quán)威，敢于質(zhì)疑，勇于探索創(chuàng)新，實(shí)踐出真知……