1、第第 5 5 课课 2020 世纪的科学伟人爱因斯坦世纪的科学伟人爱因斯坦 目标导航 1.了解爱因斯坦早年的成长历程，分析其在科学方面能够取得科技成就的原因。 2.了解爱因斯坦相对论的基本内容， 分析相对论与牛顿经典力学之间的关系。 3.概括爱因斯 坦为争取和平而进行的重要活动，认识其在维护世界和平方面做出的重要贡献。 一、提出狭义相对论 1成长历程 (1)出身：1879 年，出生于德国南部小城乌尔姆的一个犹太血统家庭。 (2)童年：善于思考，对自然界的现象总爱寻根问底。 (3)中学：被赶出校门，坚持自学。 (4)大学：进入瑞士苏黎世联邦工业大学师范系，主修数学和物理。迷上了物理学，为以后从
2、事理论物理学研究打下了基础。 2提出狭义相对论 (1)提出：1905 年 6 月，发表了论动体的电动力学 ，标志着狭义相对论的提出。 (2)内容：相对性原理和光速不变原理。 (3)意义：改变了牛顿力学的时空观念，揭示了物质和能量的相当性，为原子能的利用奠定了 理论基础，是近代物理学领域的一次伟大革命。 思维点拨 爱因斯坦创立的狭义相对论和广义相对论是人类认识自然过程中的一次质的飞跃，标志着物 理学的重大突破，是在科学发展的道路上矗立起的一座新的里程碑，成为现今原子能科学、 宇宙航行等科学的理论基础。 二、推动量子力学的发展 1广义相对论 (1)标志：1916 年发表论文广义相对论的基础 。 (
3、2)内容 等效原理，即在一个加速运动的系统里，物体会自动改变运动状态，而改变这种运动状态 的力，就是惯性力。 广义相对性，即在加速运动系统里的惯性力，可以运用到时空中的各种物体运动上。 (3)意义：改变了人们对宇宙的认识，在广义相对论的指引下，天体和宇宙演化的观测研究及 理论探讨前所未有地蓬勃开展起来。 图解图示 爱因斯坦的相对论实际上是对牛顿经典力学的继承与发展，其关系用图示表示如下： 2推动量子力学发展 (1)1905 年提出光量子假说，解决经典物理学无法解释的光电效应问题。 (2)1921 年因光电效应研究而获得诺贝尔物理学奖，他的研究推动了量子力学的发展。 3其他成就 在宇宙学、统一场
4、论等领域取得重大研究成果。 易混提醒 爱因斯坦的相对论是现代物理学的标志，而吹响现代物理学第一声号角的是量子论。相对论 广博，量子论实用并且最早用于技术研究，如果说相对论作为时空的物理理论从根本上改变 了人们以往的时空观念，那么量子论则在很大程度上改变了人们的实践。 三、为人类和平进步而斗争 1捍卫和平 (1)第一次世界大战时：在仅有四人参加的反战宣言上签字。 (2)第一次世界大战后：致力于恢复各国人民的相互谅解，并为此到法、英、荷等国奔走。 (3)20 世纪 30 年代：开始呼吁各国人民为和平而斗争。 (4)第二次世界大战中：因美国用原子弹轰炸日本城市终生遗憾。 (5)第二次世界大战后：致力
5、于防止核战争，亲自领导组织了“原子科学家非常委员会”。 2评价 (1)爱因斯坦创立的相对论是人类认识自然过程中一次质的飞跃，这个理论已经成为原子能科 学、宇宙航行等科学的理论基础。 (2)如果没有爱因斯坦，原子能发电站、宇宙飞船等现代科技或许还在探索之中。 思维点拨 爱因斯坦的伟大之处，不仅仅在于他取得的一系列科学成就，还在于他是一个爱好和平的反 战斗士。爱因斯坦是核武器理论的提出者，但又是极力反对核战争的倡导者。 知识图示 主题一 经典力学理论与相对论的关系 史料一 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惟一道 路；牛顿所创造的概念，至今仍然指导着我们的物理学思想
6、。爱因斯坦 史料二 绝对空间，就其本性而言，是与外界任何事物无关而且永远是相同的和不动的。 牛顿自然哲学的数学原理 史料三 空间和时间不可能离开物质而独立存在， 空间的结构和性质取决于物质的分布。 爱因斯坦相对论 史料解读 (1)由史料一中的可知，爱因斯坦并没有否定牛顿力学，而是肯定了牛顿力学对现代物理学 的指导意义。 (2)史料二中的反映的是牛顿的绝对时空观。 (3)史料三中的是说空间、时间是与外部事物相联系的，受其影响。说明空间取决于物质 的分布，因此会有变化。 问题思考 (1)爱因斯坦认为相对论与牛顿力学是什么关系？ (2)相对论对经典力学有什么新发展？ 答案 (1)爱因斯坦认为，牛顿力
7、学至今仍然在指导着我们的物理学思想。因此，爱因斯坦并 没有否定牛顿力学，而是认为牛顿力学是相对论的基础，相对论是牛顿力学的发展。 (2)牛顿认为空间是绝对的，而爱因斯坦认为时间、空间是相对的，爱因斯坦否定了牛顿的绝 对时空观，弥补了经典力学在认识宏观世界上的不足。 经典力学理论与相对论的关系 (1)批判和修正 牛顿力学体系概括了物体机械运动的基本定律，这些定律有一个不容忽视的前提，即物体 运动是在低速情况下，这些定律才适用。 而爱因斯坦提出相对论，否定了牛顿的绝对时空观，指出了时间和空间的辩证关系，即时 间和空间不是绝对不变的，而是随着物质的运动而变化，物质质量随着运动速度的变化而变 化，并提
8、出质能转化原理。 (2)继承与发展 牛顿力学是整个力学的基础，他所关注的是宏观的世界和低速运动的物体。 相对论发展了牛顿力学，把人类的目光引向了微观世界和高速运动的物体，又使得牛顿力 学成为相对论力学在低速状态下的一个特例。这既是对传统物理学的一次伟大革命，同时又 促进了物理学研究的进一步发展。 主题二 全面评价爱因斯坦 史料一 在一片“牛顿被推翻了”的叫喊声中，爱因斯坦说：“可是人们不要以为，牛顿 的伟大工作能被这一理论或者任何别的理论代替。他伟大而明晰的观念，作为自然哲学领 域里整个近代概念结构的基础，将永远保持它独特的意义。” 巨人百传丛书爱因斯坦 史料二 1933 年， 爱因斯坦倡议通
9、过军事手段对抗希特勒的纳粹德国1947 年他写了一 封致联合国大会的公开信，建议建立包括苏联在内的“世界政府”，管理核武器。 安德鲁 罗宾逊爱因斯坦相对论一百年 史料解读 (1)由史料一中的可知，爱因斯坦认为牛顿的经典力学具有不可替代性。中的“这一理论” 指相对论。爱因斯坦肯定了牛顿经典力学对近代自然科学的基础作用。 (2)史料二中的说明爱因斯坦反对德国法西斯，说明爱因斯坦反对核战争，总之，史料二 反映了爱因斯坦追求世界和平的政治理想。 问题思考 (1)史料一中爱因斯坦如何看待经典力学？这体现了爱因斯坦怎样的人格魅力？ (2)史料二中，身为科学家的爱因斯坦有着怎样的政治理想？试从爱因斯坦的科学
10、态度谈谈你 的认识。 答案 (1)看待：经典力学是近代自然科学的基础。人格魅力：谦逊、包容、理性。 (2)政治理想：追求世界和平。 认识：合理利用科技，趋利避害。科学可以制造战争，也可以制止战争，关键取决于人类本 身；坚决反对利用科技进行战争的企图。 全面评价爱因斯坦 爱因斯坦，世界十大杰出物理学家，现代物理学的开创者、集大成者和奠基人，同时也是一 位著名的思想家、哲学家和具有正义感的社会活动家。 (1)科学贡献 爱因斯坦提出光量子假说，圆满地解释了光电效应问题。后来进行光辐射学的研究，并于 1921 年因光电效应研究获得诺贝尔物理学奖，他的研究推动了量子力学的发展。 狭义相对论揭示了作为物质
11、形式存在的空间和时间统一成一个四维空间，爱因斯坦的相对 论是人类认识自然过程中的一次质的飞跃，推动了现代科学技术的发展。 (2)倡导和平 他反对侵略战争，反对军国主义和法西斯主义，反对民族压迫和种族歧视，为人类的进步 进行坚决的斗争。 倡议各国认识核战争的极端危险性，各国科学家用自己的言行来维护世界和平。 (3)爱因斯坦一生淡泊名利，他获得了许多荣誉，但他从来没把这些荣誉看得很重。 1“他打破绝对静止的时空观，改变着人们看世界的角度和方式；他爱好和平反对战争。” 文中的“他”是指( ) A牛顿 B达尔文 C爱因斯坦 D普朗克 答案 C 解析 爱因斯坦提出相对论，揭示了空间和时间的可变性，打破了
12、绝对静止的时空观，是人 类思想发展史上的一次根本性变革。 21919 年英国泰晤士报曾刊登文章，标题为“科学革命”，副标题为“宇宙新理论” 和“牛顿观念的破产”。这一具有“科学革命”意义的成果是( ) A日心说 B量子论 C经典力学 D相对论 答案 D 解析 根据题干中“宇宙新理论”和“牛顿观念的破产”等信息可知其指的是爱因斯坦相对 论，故 D 项正确。 320 世纪初，爱因斯坦相对论的提出是物理学的一场变革。它( ) A否定了经典力学体系 B打破了绝对时空观 C彻底解决了 19 世纪以来物理学面临的危机 D标志着对物质世界的认识开始进入微观粒子世界 答案 B 解析 相对论的提出是物理学思想的
13、一次重大革命，他否定了经典力学的绝对时空观，深刻 地揭示了时间和空间的本质属性。同时，它也发展了牛顿力学，将其概括在相对论之中。C 说法过于绝对；D 是量子论，不符合题意。所以应选 B。 4阅读材料，回答问题。 材料 1919 年 11 月 7 日， 伦敦报纸对这一重大科学事件作了大量报道。泰晤士报 上以“科 学中的革命 新的宇宙理论 牛顿的概念被推翻”的标题报道了这次会议。报道中说：“观测 结果决定性地证实了著名物理学家爱因斯坦的预言，而且皇家学会的主席宣称这是发现了被 预言存在海王星以来的最惊人的事件。” (1)泰晤士报当时报道的应当是爱因斯坦的哪一重要成果，该成果诞生的标志是什么？ (2)报道中为什么说是“最惊人的事件”？ (3)报道标题中说“牛顿的概念被推翻”，请结合所学知识分析相对论与牛顿经典力学之间的 关系。 答案 (1)标志：广义相对论。1916 年广义相对论的基础发表。 (2)爱因斯坦的广义相对论改变了人们对宇宙的认识，他的研究无疑对传统物理学是一次伟大 的革命，也是人类自然科学史上的一次革命。 (3)相对论否定了经典力学的绝对时空观，深刻地揭示了时间和空间的本质属性。它也发展了 牛顿力学，将其概括在相对论力学之中，牛顿力学是相对论力学在低速状态下的一个特例， 推动了物理学发展到一个新的高度。
