1、第第 2 课课 影响世界发展进程的科学巨人影响世界发展进程的科学巨人 目标导航 1.知道牛顿在物理学、天文学等领域的主要成就，认识牛顿在世界自然科学发展 史上的崇高地位。2.掌握爱因斯坦的相对论及其他的科学成就，认识爱因斯坦对维护世界和 平所做出的巨大贡献。 一、牛顿：宇宙定律的发现者 1.生平：出生于英格兰一个自耕农家庭；1661 年进入剑桥大学三一学院，对自然现象产生浓 厚兴趣。 2.主要科学成就 (1)物理学领域 发现了万有引力定律，综合并表达了经典力学的三个基本定律：惯性定律、加速度定律、 作用力与反作用力定律。 1687 年发表自然哲学的数学原理 ，从而诞生了天体力学。“牛顿力学”体
2、系的建立标 志着近代科学体系的形成。 (2)天文学领域 用万有引力定律说明，力学规律支配天上的星体运动和地面上的物体运动。 采用数学的方法，精确地计算和解决天体运动问题。 (3)数学领域 发现了二次项定理。 创立了微积分，开辟了数学新纪元。 (4)光学领域 发现白光是由各种不同颜色的光组成的。 制成第一架反射望远镜。 提出了光的“微粒说”。 3.全面认识牛顿 (1)是英国伟大的物理学家、天文学家、数学家和自然哲学家。 (2)建立起力学理论体系，成为宇宙定律的发现者。 (3)1689 年，当选为英国议会中的大学代表，其后，把兴趣由科学转向政治、神学等问题。 思维点拨 (1)牛顿力学体系内容包括：
3、 力学三大定律及万有引力定律。 它产生的标志是 1687 年发表的自然哲学的数学原理 。 (2)牛顿力学的创立，标志着人类科学时代的开始。 名师指津 宗教迷信思想是科学的大敌。 牛顿晚年没有再取得重大成就， 与其迷恋宗教和神 秘思想密切相关。 二、爱因斯坦：追寻空间和时间的本质 1.生平：1879 年出生于德国一个犹太人家庭，1896 年进入大学学习物理学。 2.提出狭义相对论 (1)提出：1905 年， 论动体的电动力学发表，标志着狭义相对论的提出。 (2)内容 空间、时间、物质和物质运动之间紧密相连，不可分割。 空间和时间在本质上是统一的，随着物质的运动而变化。 (3)影响：震动了物理学界
4、，使爱因斯坦名扬欧洲。 3.推动量子力学发展 (1)广义相对论 标志：1916 年发表论文广义相对论基础 。 内容：万有引力是由于物质的存在和分布使时间和空间的性质不均匀而引起的，进一步揭 示了时空、物质、运动和引力之间的统一性。 意义： 相对论与量子理论一起构成了现代物理学的两大支柱， 促进了物理学的革命性变化。 (2)物理学其他领域 建立起质能关系式 Emc2，为原子能的利用提供了理论依据。 以量子理论解释光电效应、辐射过程、固体比热，发展了量子统计。 1921 年，因其光子理论获得诺贝尔物理学奖。 易错提醒 相对论并没有抹掉牛顿在历史上的光辉， 实际上相对论发展了牛顿力学， 把牛顿 力学
5、概括在相对论之中，牛顿所创造的概念至今仍然是指导物理学的重要思想。 归纳总结 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。 4.为人类和平进步而斗争 (1)第一次世界大战爆发后，公开发表反战宣言，呼吁结束战争。 (2)第二次世界大战中建议美国研制原子武器，但对美国投掷原子弹轰炸日本广岛、长崎表示 强烈不满。 (3)第二次世界大战后为反对核战争和美国国内法西斯主义，进行不懈斗争。 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，
6、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 牛顿的科学成就 史料一 牛顿在进行光学实验 自然界和自然规律隐藏在黑暗中，上帝说，让牛顿出生吧！于是一切都成为光明。 蒲伯 从数学开始到牛顿时代为止，数学工作由牛顿完成了一大半。莱布尼茨 史料二 上中学时牛顿就喜欢做实验并记笔记，他将日常生活中发生的许多现象记录下来， 还对所学的知识进行分类整理。 史料解读 (1)史料一中的图片说明牛顿通过光学实验发现了光的构成和光的“微粒说”。肯定了牛顿 在光学方面的贡献。肯定了牛顿在数学方面的贡献。 (2)史料二涉及牛顿的一些科学研究方法：做
7、实验、记笔记、分类整理等。 问题思考 (1)阅读史料一并结合所学知识解释，牛顿如何从光学实验和数学方面使“自然界和自然规 律”变成光明的？ (2)结合史料二归纳牛顿能使黑暗变成光明的原因。 提示 (1)光学实验：自制折射望远镜，证明日光即白光由七色光组成，进一步说明了物体颜 色的形成原理，奠定了光谱学的基础；提出光的本质是微粒的见解，统领西方物理学界两个 世纪，与荷兰惠更斯的“波动说”构成了关于光的两大基本理论。数学方面：提出了数学上 有名的二次项定理和微积分的初步算法。 (2)原因： 做实验、 记笔记、 积累知识、 分类整理，将实验作为得出科学概念的主要途径；“归 纳演绎”法；忘我的勤奋探索
8、精神。 牛顿的科学成就 (1)牛顿是英国物理学家、天文学家和数学家。 (2)在天文学方面，他解释了潮汐现象，指出潮汐的大小不但同朔望月有关，而且与太阳的引 力也有关系；牛顿从理论上推测出地球不是球体，而是两极稍扁、赤道略鼓，并由此说明了 岁差现象等。 (3)在物理学上，牛顿基于伽利略、开普勒等人的工作，建立了三条运动基本定律和万有引力 定律，并建立了经典力学的理论体系。 (4)在数学上，牛顿提出了“牛顿二次项定理”，并和莱布尼茨几乎同时创立了微积分学。 (5)在光学方面，牛顿发现白色日光由不同颜色的光构成，并制成“牛顿色盘”；关于光的本 性，牛顿创立了光的“微粒说”。在牛顿的著作自然哲学的数学
9、原理中，他用数学解释 了哥白尼的日心说和天体运动的现象。 (6)牛顿力学体系的建立是近代科学形成的标志，是人类认识史上对自然规律的第一次概括和 总结。 主题二 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。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
10、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？ 提示 (1)爱因斯坦认为，牛顿力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
11、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， 物质质量随运动速度的变化而变化， 并提出质能转化原理。 (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
12、学研究的进一步发展。 主题三 全面评价爱因斯坦 史料 作为科学家，他的理论非常深奥，一般人无法领悟。作为思想家，他的见解相当深 邃，普通人难以理解。可是，这样一位科学精英和思想精英，为什么会走进大众的生活， 成为家喻户晓的人物，并受到全世界男女老少的尊敬和爱戴呢？爱因斯坦是一位有社 会责任感和科学良心的世界公民。爱因斯坦与大科学的诞生 史料解读 说明爱因斯坦创立的相对论非常深奥，有悖于人们的日常经验，很难被理解。说明爱因 斯坦被大众熟知并受到尊敬和爱戴。是爱因斯坦受尊敬和爱戴的原因。 问题思考 1952 年 11 月 8 日， 以色列总理本 古里安提名爱因斯坦为总统候选人。 根据史料和所学知识
13、， 说明爱因斯坦被提名为以色列总统候选人的原因。 提示 爱因斯坦在科学上做出了杰出贡献；具有强烈的正义感和社会责任感；是犹太人中的 杰出人物。 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
14、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.下列对 17 世纪牛顿力学体系产生的原因的表述，不确切的是( ) A.资本主义生产的迅速发展对力学提出了迫切要求 B.伽利略、开普勒等人的研究已有相当厚实的基础 C.牛顿个人具有的伟大天才和作出的巨大努力 D.同时代的众多著名科学家协同一致的通力合作 答案 D 解析 本题要求选出错误的选项。资本主义经济的发展，提出了
15、许多问题，迫切需要自然科 学来解释，以促进生产力的更大发展，在力学和天文学方面，在哥白尼、开普勒、伽利略等 人的研究基础上，牛顿才建立起力学体系，但不能说是同时代众多著名科学家协同一致的合 作，排除 A、B、C，选 D。 2.牛顿万有引力定律的发现缘于对哪一领域成就的思考( ) A.光学的领域 B.天文学领域 C.数学领域 D.经典力学领域 答案 B 解析 万有引力定律成为天文学上的基础定律，极大地推动了人们对天体运动的研究。 3.下列有关爱因斯坦相对论的叙述，正确的是( ) 时间和空间是随着物质的运动而变化的 质能转化原理是利用原子能的理论基础 从 形式上修正了牛顿的绝对时空观 发展了牛顿力
16、学，把相对论概括在牛顿力学之中 A. B. C. D. 答案 C 解析 依据所学知识可知，爱因斯坦的相对论的内容是时间和空间是随着物质的运动而变化 的，故正确；原子能的理论基础是基于相对论的质能转化公式，故正确；相对论从实质 上纠正了牛顿的绝对时空观，把牛顿力学体系概括在相对论中，故错误。所以本题答案 为 C 项，A、B、D 错误。 4.阅读下列材料： 材料一 牛顿(16421727 年)，毕业于剑桥大学，后任该校教授。英国皇家学会会员、会长。 牛顿除了在力学方面的贡献外，还是微积分的发明人之一；同时，他发现了太阳光的光谱， 发明了反射式望远镜等。 材料二 爱因斯坦(18791955 年)，德
17、国物理学家。1905 年获哲学博士学位。曾在多所大学 任教授，并当选为普鲁士科学院院士。1921 年，他因在光电效应上的贡献获得诺贝尔物理学 奖。1933 年，因受纳粹政权迫害，迁居美国。1940 年入美国籍。 请回答： (1)结合材料一及所学知识，指出牛顿在物理学方面的最突出成就。这一成就有什么特点？ (2)结合材料二及所学知识，指出爱因斯坦在物理学方面的突出贡献及其意义。 (3)概括两位科学家取得物理学方面成就的共同原因。 答案 (1)创建经典力学体系，标志着近代科学体系的形成。特点：一是注重实验，二是数学化。 (2)提出相对论，指出时空的本质属性。是物理学思想的一次重大革命，奠定了现代科
18、学发展 的理论基础。 (3)勇于探索、善于观察、执着追求的科学精神，社会生产力的发展与社会进步。 解析 解答第(1)题的第一问要抓住关键词“最突出”，第二问实际上是要求分析近代科学的 特点；第(2)题综合材料二及所学知识即可作答；第(3)题要综合时代特点及个人因素分析。 学习思考 提示 17 世纪中期，欧洲历史正处于一个巨大的转折和变化时期。当时英国正处在资产阶级 革命的风暴中； 欧洲的启蒙运动也在发动阶段。 而在自然科学方面， 哥白尼的“太阳中心说”， 伽利略的自由落体定律和加速度概念，开普勒、布鲁诺、培根等科学家的发现，都预示着科 学界一个革命时代的来临。 自我测评 提示 科学成就：(1)牛顿：万有引力定律及惯性定律、加速度定律、作用力与反作用力定律等。 (2)爱因斯坦：狭义相对论、广义相对论、光量子假说等。 材料阅读与思考 提示 这是一道开放题。它集中体现了爱因斯坦这位科学家对科学技术在给人类带来便利、 进步的同时， 对历史进程中所凸显的世界性问题的忧虑、 关注和对未来解决这些问题的期盼。
