1、 第第 25 课课 现代科学革命现代科学革命 学习目标 核心素养导航 课程标准 知道相对论、量子理论的主要内容，认识其意义。 重点难点 1.相对论和量子论的主要内容及意义。 2.相对论、量子理论的内容；经典力学与相对论的关系。 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。 问题思考 思考 有个物理学家说：“19 世纪物理学大厦已经全部建成，今后物理学家只是修饰和完善 这座大厦。”这座“大厦”的奠基者是谁？ 提示 牛顿。
2、 2经典物理学的危机 (1)19 世纪末，物理学上出现了一系列新的发现，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。 深化理解 在牛顿经典力学中，存在着绝对静止和绝对的时间。这种绝对的时空观符合人们的日常工作 经验，但无法解释高速运动的物体的运动规律和微观世界中的粒子。 二、爱因斯坦与相对论 1地位 20 世纪初，爱因斯坦提出的相对论对物理学的发展带来了革命性的变化，爱因斯坦本人也因 此成为继牛顿之后最伟大的科学家。 2内容 相对论的两个基本原理是相对性原理和光速不变原理。时间和空间都是物质存在的形式，时 间、空间、运
3、动、质量不是绝对不变的，而是相对的，可以互相转化。 判断正误 相对论是对牛顿经典力学的否定。( ) 提示 爱因斯坦相对论是对牛顿力学绝对时空观的否定，但没有否定整个牛顿力学。 问题思考 1你认为应该用什么理论来解释下面的这一现象。 提示 相对论。 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 许是最伟大的成就，它不是发现一个孤岛，而是发现了新的科学思想的新大陆。”汤姆逊的 依据是什么？ 提示 相对论揭示了时空与物质的本质属性。 3意义 (1)相对论的提出是物理学领域最伟大的革命。它在很大程度上解决了经典物理学的危机，创 立了一个全新的物理学世界，极大地扩展了
4、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。 三、量子理论中的微观世界 1提出和发展 (1)1900 年，德国理论物理学家普朗克提出了量子假说。 (2)继普朗克的量子假说之后，爱因斯坦提出了光的量子理论。 (3)丹麦物理学家玻尔提出了原子的量子理论。 判断正误 普朗克的量子论使人们开始认识微观世界。( ) 提示 普朗克的量子论加深了人们对微观世界的认识。 2意义 (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
5、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。 (3)量子理论和相对论一起，构成了现代物理学的基础，对自然科学，对整个人类的思维都产 生了不可磨灭的影响。 问题思考 思考 为什么说相对论和量子论使人类对自然世界的科学探索又跃上了一个新的高度？ 提示 相对论和量子论弥补了经典力学在认识宏观世界和微观世界方面的不足，开阔了人们 的视野，改变了人们认识世界的角度和方式。 归纳总结 牛顿经典力学、相对论和量子论三者之间的关系 (1)牛顿力学的创立为相对论的提出奠定了基础。 (2)相对论是对牛顿力学的继承和发展，否定了牛顿力学的绝对时空观
6、，将牛顿力学概括在相 对论力学之中，推动物理学发展到一个新的高度。 (3)量子论和相对论的提出，使人们对物质世界的认识深入到微观领域和宏观宇宙世界，弥补 了经典物理学的不足。量子论和相对论一起，构成了现代物理学的基本理论框架，开阔了人 们的视野，改变了人们认识世界的角度和方式。 (4)三者是继承与发展的关系，一起推动了物理学的发展。 科学在“扬弃”中发展量子理论和相对论的共同点及说明的道理 (1)共同点：从产生的背景看，19 世纪末，物理学得到了极大发展，物理学的研究一方面深入 到物质内部的微观世界，另一方面扩展到整个宇宙；但是，一系列新发现无法用经典物理学 来解释，使经典物理学陷入了危机，面
7、临着挑战。从产生的过程看，都是科学大师们敢于向 权威挑战，追求真理的结果；都经历了一个产生、发展和完善的过程，如相对论经历了由狭 义相对论到广义相对论的发展，量子理论则经历了量子假说、光的量子理论、原子的量子理 论、量子力学的发展过程。 (2)说明的道理：科学的发展以前人的成果为基础，又在不断地超越前人，挑战未知世界。 针对练 “新的假定必须解释旧的假定所成功地解释的一切事物；必须至少避免旧的假定的 一些错误；在可能之处，它应当解释旧的假定不能解释或预言的事物。”下列选项最能说明 此观点的是( ) A地心说与日心说 B神创论与进化论 C经典力学与相对论 D量子理论与相对论 答案 C 解析 相对
8、论发展了经典力学，把经典力学概括在相对论之中，经典力学只是相对论在低速 运动状态下的一个特例，相对论是对经典力学的否定与发展。故 C 项正确。 1印证教材观点 材料 爱因斯坦说，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。 应用 “牛顿时代”在物理学上是指经典力学体系建立的时代。爱因斯坦认为，牛顿“是一 位具有最高思维能力和创造力的人”，其理论对现代物理学仍然具有指导作用。 2获取材料信息 材料一 20 世纪初爱因斯坦提出时间与物质分布、 运动之间的辩证关系， 提出了新的宇宙观， 同时使得现代物理学和天文学如此
9、结合产生了天体物理学，为人类科学研究提供了新的更广 泛的途径。摘自宇宙探险 应用 1 材料中科学理论有什么新发展？简要分析其发展的主要原因。 提示 科学理论：由牛顿的经典力学到爱因斯坦的相对论。爱因斯坦在相对论中提出，物体 的质量会随着时间、空间的变化而变化，这给人们辩证地看待世界提供了新途径。 原因：经典力学无法解释研究中遇到的一些新问题；第二次工业革命的推动。 材料二 这一发现成为 20 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、原子以及支配它们变化的能量过程的有用 理论。诺贝尔物理学奖获得者 应用 2 材料所述“这一发现”指
10、的是什么？ 提示 量子理论。 1 (2018 合肥高二期末)作为我国空间科学卫星系列的首发星我国第一颗暗物质粒子探测 卫星已于2015年12月17日发射升空。 暗物质研究被称为21世纪物理学时空两朵乌云之一。 巧合的是在 100 多年前，物理学界也曾经有两朵令人不安的乌云，其中第二朵出现在能量辐 射的问题上。当时为了驱散这一“乌云”( ) A伽利略提出自由落体定律 B牛顿提出万有引力定律 C普朗克创立量子理论 D爱因斯坦提出相对论 答案 C 解析 根据题目中的关键信息“2015 年”“100 多年前”可以得知， 这朵“乌云”出现在 20 世纪初期。伽利略提出自由落体定律是在 16 世纪末，与题
11、目中的时间不符，故 A 项错误； 万有引力定律是牛顿在 1687 年于自然哲学的数学原理上发表的，与题目中的时间不符， 故 B 项错误；爱因斯坦的狭义相对论是在 1905 年提出，广义相对论是在 1916 年提出，是对 牛顿的绝对时空观的否定，并非为辐射问题而提出，不符合题意，故 D 项错误。 2一位著名的科学家在解释他的新的科学成果时，曾开玩笑说：“万有引力可无法对坠入爱 河的人负责。”他的成果可能是( ) A经典力学体系 B进化论 C相对论 D量子理论 答案 C 解析 由题干信息可知，这一科学成果能够弥补万有引力定律的不足。结合所学知识可知， 相对论打破了牛顿力学的绝对时空观，继承并发展了
12、牛顿力学，故 C 项正确。 3(2018 天津一中高二期中)(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，它不是发现一个孤岛，而是发现了新的科 学思想的新大陆。”爱因斯坦相对论的提出是物理学思想的一场重大革命。这是因为相对论 ( ) A否定了牛顿的力学原理 B借鉴了德国科学家普朗克的学说 C揭示了时间、空间并非绝对不变的属性 D修正了能量质量互相转化的理论 答案 C 解析 结合所学可知，相对论揭示了时空与物质的本质属性，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，同时，相对论也 打破了经
13、典物理学绝对化的思维，为人们提供了辩证地看待世界的新途径，因此相对论是物 理学思想的一场重大革命，故 C 项正确。 4“把两个完全一样的钟，分别放在地球的北极和赤道上。由于地球自转的缘故，赤道上的 钟会比北极的钟走得慢一些。 计算表明： 当速度增大时， 时间将会变慢； 当速度达到光速时， 时间也就停止。”这一理论( ) A证明了哥白尼的“日心说”的正确性 B形成了以数学为表达形式的力学体系 C开创了具有严密逻辑体系的近代科学 D深刻地揭示了时间和空间的本质属性 答案 D 解析 根据材料的描述可知，速度越快，时间越慢。爱因斯坦说当一物体以光速运动，它的 时间是停止的，这是爱因斯坦的相对论，赤道上
14、线速度比北极上线速度快得多，所以赤道上 的钟会比北极的钟走得慢一些。 51921 年，诺贝尔委员会决定授予爱因斯坦诺贝尔物理学奖，但评委会在通知他获奖的信 中写道： “这次给你授奖没有考虑你在相对论(即狭义相对论)和引力论(即广义相对论)方面所 做出的贡献。”这说明( ) A相对论的理论体系还不够成熟 B相对论不是爱因斯坦的最大成就 C科学界还没有普遍接受相对论 D爱因斯坦还没有公开相对论成果 答案 C 解析 狭义相对论提出于 1905 年，广义相对论建立于 1916 年，表明相对论的理论体系已相 当成熟，故 A 项错误；相对论是爱因斯坦的最大成就，故 B 项错误；“这次给你授奖没有考 虑你在相对论(即狭义相对论)和引力论(即广义相对论)方面所做出的贡献”表明科学界还没 有普遍接受相对论， 故 C 项正确； 爱因斯坦在 1915 年未完成广义相对论的创建工作， 在 1916 年初正式发表相关论文，故 D 项错误。 6爱因斯坦和普朗克是 20 世纪世界著名的科学家，分别创立了相对论和量子理论。它们的 共同之处有( ) 揭示了时间、空间的可变性 深刻改变了自然科学的观念 突破了近代物理学的传统 构成现代物理学的理论框架 A B C D 答案 D 解析 揭示了时间、空间的可变性只符合爱因斯坦的相对论，排除含的选项。两人不仅在 学术研究上影响深远，而且对人的思想认识上也产生了重大影响。