近代物理学奠基人教案

专题七

一 近代物理学的奠基人和革命者

（一）教学目标

【课标要求】

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。知道相对论、

量子论的主要内容，认识其意义。

【知识与能力】

了解经典力学的三大定律、量子理论、相对论等基础知识。牛顿、普朗克、爱因斯坦等

著名科学家的主要事迹，学会观察，培养敏锐的洞察力。理解科学进步中继承与发展的关系。

【过程与方法】

充分利用图书馆、博物馆、互联网等资源。提高收集、分析相关资料的能力。在学习过

程中通过合作、探究学习，培养分析解决问题的能力及交流与合作的能力。科学的方法。全面提高科学素质，创新精神和实践能力。学会运用阅读法、观察法、讨论法、推理法、概括法、实验法等来学习了解近代物理学的相关问题。

【情感态度与价值观】

通过学习，了解科学家为科学进步所作出的努力。学习他们为科学献身的精神；形成科

学的态度。知道在科学的道路上荆棘遍布，增强面对挫折的能力。增强毅力，树立勇往直前、持之以恒的精神。

（二）教学重难点

教学重点：伽利略对物理学发展的重大贡献；牛顿经典力学的建立；量子论的诞生；相

对论的提出。

教学难点：如何理解物理学各阶段发展的原因？

（三）教学过程

【导入新课】

人物图像

【新课讲授】

㈠牛顿力学体系

1、牛顿力学产生前的学说

（1）亚里士多德的学说

亚里士多德的力学观：必须有力作用在物体上，物体才能运动，没有力的作用，物体就

会静止。如：“推箱子”的例子

（2）伽利略的贡献——创立了自由落体定律

2、牛顿力学体系

“我好像是一个在海边玩耍的孩子，不时为拾到比通常更光滑的石子或更美丽的贝壳而

欢欣鼓舞，而展现在我面前的是完全未探明的真理之海。” ——牛顿临终遗言

（1）基本理论（牛顿力学三定律、万有引力定律）

（2）影响意义

长期以来，人们一直认为彗星是神秘的，不吉利的灾星，根本不能用科学来说明。牛顿

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。53年以后的1758年（当时哈雷已去世），这颗彗星果然

如期出现。哈雷慧星的发现验证了万有引力定律的科学性。

英国著名的哲学家休谟曾说：“我们被放在这有如戏院的世界上，每个事件的起源和缘

由却完全隐瞒不让我们知道，我们既没有足够的智慧预见未来，也没有能力防止那些使我们

不断受伤害的不幸事件发生。我们被悬挂在永恒的疑惧之中„„” ——《大国崛起》解说词

三百年前，人类的思想还充斥着迷信和恐惧，水为什么往低处流？太阳为什么升起落

下？这些今天看来简单之极的问题，在当时却是根本无法认识和把握的。直到牛顿出现，人类才终于结束了这种状态。 ——《大国崛起》解说词

理论的综合：牛顿力学体系对自然界的力学现象做出了系统、合理的说明，从而完成了

人类对自然界认识史上的第一次理论大综合。经典力学体系的建立标志着近代科学的形成。

实践的验证：根据万有引力定律，人们准确地算出地球的平均密度和扁平率，正确地解

释了潮汐的成因。根据这一定律，人们还发现了海王星、冥王星。

（二）量子力学

19世纪末，面对经典物理学近乎完美的发展，有的物理学家表示：“19世纪已经将物理

大厦全部建成，今后物理学家只是修饰和完美这座大厦。”

量子论确实深奥难懂，甚至连量子论奠基人之一的玻尔都说：“如果谁不为量子论而感

到困惑，那他就是没有理解量子论。”

1、背景

经典物理学是以日常生活中常见的低速运动的物体为研究对象的，一旦进入光速运动

时，经典物理学的某些结论就变得不准确

2、量子理论（诞生、发展、意义）

量子力学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。改变了近代

物理学中的传统观念,使物理学乃至整个自然科学的观念发生了重大变革。

今天，我们的现代文明，从电脑，电视，手机到核能，航天，生物技术，几乎没有哪个

领域不依赖于量子论。

（三）相对论

狭义相对论发表100周年，也许全世界只有几十个人能完全理解他的真谛，但这并不能

掩盖相对论对人类生活的巨大改变。

关于相对论，有人说：这个形式简洁优美的理论蕴藏了太多令人惊讶的内容，100年来，

人们时时从中悟出宇宙层出不穷的奥秘，直到今天，这里还有很多内容没有被我们悟透。„„

爱因斯坦关于相对论的比喻。

为了对这一深奥的理论做通俗的说明，爱因斯坦曾经风趣地对一名男青年说：“我

打个比方，比如你屁股坐在火炉上烤和坐在公园柳荫下与女士谈情说爱，那么，同样的时间你觉得哪一个更长？”男青年说：“当然坐在火炉上烤的时间觉得长久。”爱因斯坦说：“这就是我的相对论内容。”

1、狭义相对论

（1）提出

1905年，爱因斯坦发表了《论动体的电动力学》，创立了狭义相对论。

狭义相对论的基础：相对性原理 光速不变原理

（2）主要内容

时间和空间都与物质的运动有关，随着物质运动速度的变化而变化。

（3）意义

否认了牛顿力学的绝对时空观；继承和发展了牛顿力学；奠定了利用原子能的理论基础

2、广义相对论

（1）提出

1916年，爱因斯坦又建立了广义相对论。

（2）主要内容

广义相对论认为，物质存在的现实空间不是平坦的，而是弯曲的，空间的结构取决于物质的质量及其分布情况，空间弯曲的程度体现为引力场强度。

（3） 广义相对论第一次阐述了四维时空和物质的分布相联系的重要思想。

3、相对论与牛顿力学的关系：

相对论打破了牛顿以来传统的绝对时空观，但并非全盘否定牛顿力学。牛顿力学反映的是宏观物体低速运动的客观规律，而狭义相对论反映的是物体高速运动的客观规律，是对牛顿力学的继承和发展。牛顿力学是相对论的一种特例（物体低速运动状态），包括在相对论体系中。

4、相对论建立的意义

相对论的现实意义举例——相对论能修正GPS（全球定位系统）全球定位系统———GPS的应用也已普及化了，许多城市的公共汽车、出租车上都安装了它。早期的GPS接收器确定物体位置的误差是在15米范围内，这个误差可以用爱因斯坦相对论来修正。

爱因斯坦相对论的建立，是对近代物理学理论框架的重大突破，它不仅揭示了空间、时间的可变性，时空的变化和时空结构同物质的运动和状态密不可分。

这种全新的时空观、运动观和物质观的形成，是人类思想发展史中的一次根本性变革，对整个自然科学和哲学都产生了极其深远的影响。

量子论和相对论是现代物理学的两大支柱，量子论的形成标志着人类对于客观规律的认识，开始从宏观世界深入到微观世界。量子力学和狭义相对论结合形成原子核物理学，指导制造原子弹、氢弹和建立核电站。量子力学还为电子技术、半导体技术和激光技术等奠定了理论基础。

物理学的发展给了我们什么样的启示？

尊重事实，不迷信权威，敢于质疑，勇于探索创新，实践出真知„„