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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(xué)的重大進(jìn)展教案 一、教學(xué)目標(biāo) 1、知識與能力： 識記伽利略、牛頓、愛因斯坦、普朗克等物理學(xué)家對物理學(xué)發(fā)展所作出的重大成就；理解經(jīng)典力學(xué)在近代自然科學(xué)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(xué)體系的特點(diǎn)，比較相對論、量子論與牛頓力學(xué)的關(guān)系。思考“日心說”與“地心說”相比的進(jìn)步性，探究經(jīng)典力學(xué)體系的特點(diǎn)、影響。 2、過程與方法： （1）、引導(dǎo)學(xué)生回憶初中物理知識來促進(jìn)本課的學(xué)習(xí)。 （2）、通過學(xué)生預(yù)習(xí)（圍繞4個物理學(xué)家，自制小課件）、課堂展示本課主要內(nèi)容，促進(jìn)同學(xué)的互相學(xué)習(xí)。教師給予必要的補(bǔ)充。 3、情感態(tài)度與價值觀： （1）、科學(xué)真理需要勇于探索、執(zhí)著追求的精神； （2）、科學(xué)理論在不斷完善、創(chuàng)新，人類對客觀規(guī)律的認(rèn)識不斷深入。 二、重點(diǎn)與難點(diǎn) 1、重點(diǎn)：伽利略對物理學(xué)發(fā)展的重大貢獻(xiàn)；經(jīng)典力學(xué)的建立；相對論的提出；量子論的誕生。 2、難點(diǎn)：物理學(xué)各階段發(fā)展的原因；對科學(xué)發(fā)展創(chuàng)新性的理解。 【教學(xué)過程】 單元導(dǎo)入：閱讀單元序言和課文標(biāo)題回答： 1、 文藝復(fù)興和科學(xué)發(fā)展之間有什么關(guān)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(jìn)步之間的關(guān)系及具體表現(xiàn)？ 單元結(jié)構(gòu)（PPT）： 科技?xì)v程：文藝復(fù)興，思想解放→科學(xué)勃興，進(jìn)展輝煌→轉(zhuǎn)化生產(chǎn)，科技革命 新課導(dǎo)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(xiàn)？ 講述新課： 一、經(jīng)典力學(xué)： 1、經(jīng)典力學(xué)的重要奠基者──伽利略 圖片展示：亞里斯多德及物理學(xué)觀點(diǎn)貢獻(xiàn)伽利略斜塔實(shí)驗(yàn) 問題導(dǎo)學(xué)： 問題一：亞里斯多德名言？研究領(lǐng)域和貢獻(xiàn)？ “吾愛吾師‘但吾更愛真理”；自然界和人類社會；古希臘最博學(xué)的人；邏輯論證系統(tǒng)和物理學(xué)（材料） 問題二：與中世紀(jì)的亞里斯多德的力學(xué)學(xué)說相比，伽利略的主要貢獻(xiàn)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(rèn)識伽利略在世界科學(xué)史上的地位？ （1）背景：文藝復(fù)興運(yùn)動的影響，即解放了人們的思想，推動了科學(xué)研究。 （2）成就： ①創(chuàng)立科學(xué)的研究方法：實(shí)驗(yàn)和觀察。 ②物理學(xué)：實(shí)驗(yàn)證明力與運(yùn)動狀態(tài)的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)自由落體定律等。 ③天文學(xué)：自制望遠(yuǎn)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(rèn)為伽利略能夠確定自由落體定律的關(guān)鍵途徑是什么？你有何啟示？ 途徑：實(shí)驗(yàn)、計算。 啟示：實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。 （3）、意義：①大大改變了古希臘哲學(xué)家亞里士多德以來有關(guān)運(yùn)動的觀念，開創(chuàng)了以實(shí)驗(yàn)事實(shí)為根據(jù)并具有嚴(yán)密邏輯體系的近代科學(xué)，為后來經(jīng)典力學(xué)的創(chuàng)立和發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。 自由落體定律的發(fā)現(xiàn)是伽利略把科學(xué)實(shí)驗(yàn)和理性思維相結(jié)合解決物理學(xué)問題的典范。它不僅發(fā)現(xiàn)了物體下落運(yùn)動的客觀規(guī)律，而且為人類認(rèn)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(xué)之父。正是由于伽利略創(chuàng)立的科學(xué)方法，物理學(xué)研究才走上正確道路。 ②伽利略在天文學(xué)上的發(fā)現(xiàn)和觀點(diǎn)，摧毀了教會的信條而證明了哥白尼學(xué)說的正確。 過渡：伽利略是力學(xué)的奠基者，他在世時曾預(yù)言“一門廣博精深的科學(xué)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(yuǎn)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(chǔ)上，英國科學(xué)家牛頓進(jìn)一步研究，創(chuàng)立了經(jīng)典力學(xué)體系。 2、牛頓創(chuàng)立經(jīng)典力學(xué) 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(xué)貢獻(xiàn)是什么？其理論誕生的時間、標(biāo)志、內(nèi)容和特點(diǎn)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(jié)合牛頓所處的時代，概括牛頓經(jīng)典力學(xué)的創(chuàng)立有和意義？ 問題三：為什么說牛頓經(jīng)典力學(xué)的創(chuàng)立標(biāo)志著近代自然科學(xué)的形成？ 問題四：中國傳統(tǒng)科技和近代自然科學(xué)在研究方法上有何區(qū)別？ 經(jīng)驗(yàn)-實(shí)驗(yàn)；綜合-分析；應(yīng)用-抽象 （1）標(biāo)志：1687年牛頓發(fā)表《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》，提出物體運(yùn)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(diǎn)：以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，以數(shù)學(xué)為表達(dá)形式。 （2）意義： ①經(jīng)典力學(xué)體系的建立標(biāo)志著近代科學(xué)的形成。 ②經(jīng)典力學(xué)體系具有科學(xué)性和預(yù)見性：牛頓力學(xué)體系對解釋和預(yù)見物理現(xiàn)象具有決定性意義，根據(jù)牛頓力學(xué)體系，人們發(fā)現(xiàn)了海王星和冥王星。 ③促進(jìn)了人類的思想解放，把地球上物體的力學(xué)和天體力學(xué)統(tǒng)一到一個基本的力學(xué)體系之中，正確地反映了宏觀物體低速運(yùn)動的客觀規(guī)律，實(shí)現(xiàn)了自然科學(xué)的一次大綜合，是人類認(rèn)識自然界的一次大飛躍。 ④促進(jìn)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(yùn)動的物質(zhì)之上，認(rèn)為存在絕對靜止和絕對時間，然而，隨著科學(xué)的飛速發(fā)展，物理學(xué)出現(xiàn)一系列新現(xiàn)象，無法用經(jīng)典力學(xué)來解釋高速運(yùn)動的微觀粒子發(fā)生的現(xiàn)象，這使其陷入危機(jī)，面臨著挑戰(zhàn) 【探究學(xué)習(xí)】引導(dǎo)學(xué)生比較中國古代的傳統(tǒng)科技與西方的近代科學(xué)的主要區(qū)別。 【質(zhì)疑與思考】：以牛頓的理論為代表的經(jīng)典物理學(xué)理論是不是就絕對正確、無所不能的呢？ 牛頓力學(xué)體系的建立既有巨大的意義，也有其局限之處。經(jīng)典力學(xué)體系建立在日常生活中常見的低速運(yùn)動的物質(zhì)之上，認(rèn)為存在絕對靜止和絕對時間，然而，隨著科學(xué)的飛速發(fā)展，物理學(xué)出現(xiàn)一系列新現(xiàn)象，無法用經(jīng)典力學(xué)來解釋高速運(yùn)動的微觀粒子發(fā)生的現(xiàn)象，這使其陷入危機(jī)，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(xué)？其理論的主要內(nèi)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(rèn)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(diǎn)？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(dān)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(xué)家的什么精神? 高度的社會責(zé)任感(人道主義者) 1、歷史背景： （1）19世紀(jì)科學(xué)得到了飛速發(fā)展； （2）19世紀(jì)末出現(xiàn)了“物理學(xué)危機(jī)”經(jīng)典力學(xué)認(rèn)為，時間和空間與物質(zhì)運(yùn)動無關(guān)，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(jì)，經(jīng)典力學(xué)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(nèi)容： （1）提出：20世紀(jì)初，剛剛得到博士學(xué)位的愛因斯坦發(fā)表的一篇題為《論動體的電動力學(xué)》的文章，提出了著名的相對論，引發(fā)了二十世紀(jì)物理學(xué)的另一場革命。 （2）內(nèi)容：相對論包含狹義相對論和廣義相對論。 狹義相對論認(rèn)為，物體運(yùn)動時，質(zhì)量會隨著物體運(yùn)動速度增大而增加，同時，空間和時間也會隨著物體運(yùn)動的變化而變化，即會發(fā)生尺縮效應(yīng)和鐘慢效應(yīng)。 廣義相對論認(rèn)為，空間和時間的性質(zhì)不僅取決于物質(zhì)的運(yùn)動情況，也取決于物質(zhì)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(yùn)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(shè)下，廣泛應(yīng)用于引力場中。 相對論和量子力學(xué)是現(xiàn)代物理學(xué)的兩大基本支柱。奠定了經(jīng)典物理學(xué)基礎(chǔ)的經(jīng)典力學(xué)，不適用于高速運(yùn)動的物體和微觀領(lǐng)域。相對論解決了高速運(yùn)動問題；量子力學(xué)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(zhì)能公式，它可以用來計算核反應(yīng)過程中所釋放的能量，并導(dǎo)致了原子彈的誕生。而廣義相對論所預(yù)言的引力透鏡和黑洞，也相繼被天文觀測所證實(shí)。 3、意義： （1）相對論的提出是物理學(xué)思想的一次重大革命，它否定了經(jīng)典力學(xué)的絕對時空論，從本質(zhì)上修正了由狹隘經(jīng)驗(yàn)建立起來的時空觀，深刻地揭示了時間和空間的本質(zhì)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(yùn)動觀、物質(zhì)觀。這一理論被后人譽(yù)為20世紀(jì)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(xué)，將牛頓力學(xué)概括在相對論力學(xué)之中，推動物理學(xué)發(fā)展到一個新的高度。 相對論與牛頓力學(xué)的關(guān)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(xué)。牛頓力學(xué)反映的是宏觀物體低速運(yùn)動的客觀規(guī)律，而狹義相對論反映的是物體高速運(yùn)動的客觀規(guī)律，是對牛頓力學(xué)的繼承和發(fā)展。牛頓力學(xué)是相對論的一種特例（物體低速運(yùn)動狀態(tài)），包括在相對論體系中。 【合作探究】3：閱讀P56【學(xué)思之窗】，你認(rèn)為應(yīng)該怎樣評價牛頓和愛因斯坦的貢獻(xiàn)？ 牛頓確立了萬有引力定律和運(yùn)動三定律，之后光學(xué)、電磁學(xué)等與力學(xué)進(jìn)一步統(tǒng)一，大大推動了物理學(xué)的發(fā)展，牛頓力學(xué)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(xué)，將牛頓力學(xué)概括在相對論力學(xué)之中，推動物理學(xué)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?zāi)梗涣⒓o(jì)念碑。火化時按照他的書面遺囑：免除所有花卉布置以及所有音樂典禮。骨灰撒在永遠(yuǎn)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(jié)束了那樸素的葬禮： 我們?nèi)极@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(jié)。 他的主治醫(yī)生賀維博士認(rèn)為如此偉大的大腦，應(yīng)該進(jìn)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(jié)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(rèn)為愛因斯坦成功的秘訣是什么？ [過渡]課件展示：19世紀(jì)經(jīng)典物理學(xué)達(dá)到巔峰狀態(tài)，在人們心目中，經(jīng)典物理學(xué)已經(jīng)達(dá)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(zhǔn)備把我的一生都 獻(xiàn)給物理理論學(xué)！” 老師：“年輕人，物理學(xué)是一門已經(jīng)完成了的學(xué)科，不會再有多大的發(fā)展，把一生都獻(xiàn)給這門學(xué)科，太可惜了?！? 【質(zhì)疑與思考】：那么，物理學(xué)是不是一門已經(jīng)完成了的學(xué)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(xué)生自學(xué)的形式，讓學(xué)生自己去歸納學(xué)習(xí)要點(diǎn)。 1、誕生的背景： （1）19世紀(jì)末20世紀(jì)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(zhì)的認(rèn)識深入到了原子內(nèi)部。 （2）大量的實(shí)驗(yàn)表明，微觀粒子的運(yùn)動不能用通常的宏觀物體的運(yùn)動規(guī)律進(jìn)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(xué)： （1）誕生：1900年，德國物理學(xué)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(xué)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(yīng)出現(xiàn)的現(xiàn)象及光的本質(zhì)，進(jìn)一步推動了量子論的發(fā)展。 ②丹麥物理學(xué)家玻爾把量子論用于原子結(jié)構(gòu)的研究，創(chuàng)立了原子結(jié)構(gòu)的理論。 ③經(jīng)過這些科學(xué)家的共同努力，到20世紀(jì)30年代量子力學(xué)最終建立。量子力學(xué)是研究微觀世界粒子運(yùn)動規(guī)律的科學(xué)。 過渡：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)，幾乎沒有哪個領(lǐng)域不依賴于量子論。 量子力學(xué)和狹義相對論結(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)。 3、量子論和量子力學(xué)的影響： （1）量子論使人類對微觀世界的基本認(rèn)識取得革命性的進(jìn)步，成為20世紀(jì)最深刻、最有成就的科學(xué)理論之一。 （2）量子論與相對論一起構(gòu)成現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)，并彌補(bǔ)了經(jīng)典力學(xué)在認(rèn)識宏觀世界和微觀世界方面的不足。 （3）推動了物理學(xué)自身的進(jìn)步，開闊了人們的視野，改變了人們認(rèn)識世界的角度和方式。 小結(jié)：相對論和量子論是現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱，共同構(gòu)成了經(jīng)典物理學(xué)的基礎(chǔ)。這兩種理論的提出，解決了經(jīng)典物理學(xué)在微觀領(lǐng)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(xué)本身，對自然科學(xué)，而且對人類的思維都產(chǎn)生了重大影響。 【課堂總結(jié)】 一、請記住愛因斯坦的話吧：“沒有能獨(dú)立思考和獨(dú)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(xué)、相對論、量子論之間的關(guān)系。經(jīng)典力學(xué)改變了自古代中世紀(jì)以來人們的認(rèn)識論和方法論；相對論發(fā)展了牛頓力學(xué)，將其概括在相對論力學(xué)之中；量子論與相對論一起，構(gòu)成了現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)。 二、物理學(xué)的發(fā)展給了我們什么樣的啟示？ 敢于質(zhì)疑；勇于創(chuàng)新；實(shí)踐出真知 布置作業(yè)： 教學(xué)反思：