第四单元 近代以来世界的科学发展历程
第11课 物理学的重大进展
知识点一 经典力学
1．背景
(1)文艺复兴运动不仅解放了人们的思想，也对科学研究产生了重要影响。
(2)16世纪末17世纪初，伽利略发现了自由落体定律等物理学定律，开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系的近代科学，为后来经典力学的创立和发展奠定了基础。
2．建立
(1)提出：1687年，牛顿出版了《自然哲学的数学原理》。
(2)内容：物体运动三大定律和万有引力定律等。
(3)特征：
①以实验为基础。
②以数学为表达形式。
3．地位及作用
经典力学体系对解释和预见物理现象，具有决定性意义。后来，根据万有引力定律，人们发现了海王星等。
为什么16世纪中期以后科学会出现新时期？(物理学发展的原因)
(1)农业、手工业、商品经济发展，社会经济发展，资本主义萌芽并发展，生产经验的积累，技术能力的提高，提供了物质基础。
(2)文艺复兴运动、宗教改革、启蒙运动的影响。
(3)科学家的刻苦钻研、追求真理、勇于探索的科学精神。
【题1】 关于伽利略的力学成就的评述，正确的是( )
①标志着经典力学体系的建立 ②开创了实验科学的时代
③标志着物理学的真正开端 ④是人类思想史上的伟大成就之一
A．①②③ B．②③④ C．①③④ D．①②④
答案 B
解析 伽利略的力学成就为经典力学的建立奠定了基础，标志着物理学的真正开端。另外，伽利略开创的一系列科学研究方法使其成为近代实验科学的奠基者，是人类思想史上的伟大成就之一。本题正确答案为B。
知识点二 相对论的创立
1．背景
(1)19世纪，随着物理学研究的进展，经典力学无法解释研究中遇到的一些新问题，面临着挑战。
(2)德国物理学家爱因斯坦多年的研究。
2．内容
(1)狭义相对论：物体运动时，质量会随着物体运动速度增大而增加，同时，空间和时间也会随着物体运动速度的变化而变化，即会发生尺缩效应和钟慢效应。
(2)广义相对论：空间和时间的性质不仅取决于物质的运动情况，也取决于物质本身的分布状态。
3．意义
(1)相对论的提出是物理学领域的一次重大革命。
(2)它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。
(3)它也发展了牛顿力学，将其概括在相对论力学之中，推动物理学发展到一个新的高度。
牛顿经典力学与相对论的关系怎样？
(1)牛顿在17世纪提出了经典力学。包括物体运动三大定律和万有引力定律等，这些定律有一个共同的前提，即物体在低速运动的情况下这些定律才适用。
(2)1905年爱因斯坦提出狭义相对论。指出时间、空间和物体的质量不是绝对不变的，而是随着物体的运动而发生变化。从本质上修正了由狭隘经验建立起来的时空观，揭示了时间与空间的本质属性。
总之，从内容和体现的思想来看，相对论发展了牛顿力学，把牛顿力学概括在相对论力学中，牛顿力学只是相对论力学在低速运动状态下的一个特例。
【题2】 从经典力学到相对论的发展表明( )
①任何科学成就都是“站在巨人肩膀上”的发现 ②人类对自然界的认识是随着时代的前进而不断发展的 ③人类开始从宏观世界深入到微观世界认识规律 ④科学的发展是无止境的
A．①②③④ B．①②④
C．②③④ D．①②③
答案 B
解析 此题考查学生对世界近现代物理学发展的综合认识能力。①②④从科学发展的继承性、特点等角度作了正确阐释。相对论着重研究宏观世界高速运动的物体。
知识点三 量子论的诞生与发展
1．背景
(1)19世纪末20世纪初，电子和放射线的发现，人们对物质的认识深入到了原子内部。
(2)大量的实验表明，微观的粒子运动不能用经典力学的理论来说明。
2．诞生
(1)时间：1900年，德国物理学家普朗克提出了量子假说。
(2)内容：辐射像物质一样，是由具有能量的基本单位量子来实现的。
3．发展
(1)爱因斯坦利用量子理论成功地解释了光电效应。
(2)丹麦物理学家玻尔提出了有关原子的量子理论。
(3)20世纪30年代，量子力学建立起来。
4．意义
(1)使人类对微观世界的基本认识取得革命性的进步。
(2)与相对论一起，构成了现代物理学的基础，弥补了经典力学在认识宏观世界和微观世界方面的不足。
(3)推动了物理学自身的进步，开阔了人们的视野，改变了人们认识世界的角度和方式。
为什么说量子理论和相对论是现代物理学的两大支柱？
〖HTF〗(1)经典物理学所适用的主要是我们日常生活中的物理现象，但在宏观的宇宙世界和微观的粒子世界面前，就显得不太够用了。
(2)量子论的形成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；同时，在量子论基础上发展起来的量子力学，极大地促进了原子物理、固体物理和原子核物理等科学的发展。
(3)相对论的提出否定了经典力学的绝对时空论，从本质上修正了由狭隘经验建立起来的时空观，深刻地揭示了时间和空间的本质属性，推动物理学发展到一个新的高度。
(4)量子论和相对论弥补了经典物理学的缺点，掀起了物理学的革命，构成了现代物理学的基本理论框架。
【题3】 中新社台北(20xx年)4月19日电：19日晚7时许，世界第一高楼——台北101大楼呼应“物理照亮世界”的活动：点亮灯光，凸现“E=mc2”，纪念伟大的科学家爱因斯坦发表相对论100周年。相对论提出的历史意义有( )
①是物理学思想的一次重大革命
②否定了经典力学的绝对时空观
③深刻地揭示了时间和空间的本质属性
④树立了新的时空观、运动观、物质观
A．①②③ B．①②③④
C．①③④ D．②③④
答案 B
解析 爱因斯坦发表相对论是物理学领域最伟大的革命，在很大程度上缓解了19世纪末出现的经典物理学的危机，创立了一个全新的物理学世界，极大地拓展了物理学的应用领域。同时，相对论也打破了经典物理学绝对化的思维，揭示了时空的可变性、时空变化的联系性，形成了全新的时空观、运动观和物质观，是人类思想发展史中的一次根本性变革，对自然科学和哲学产生了极其深远的影响。
【史料文本】 阅读教材P54“伽利略面对教会的审判”插图和[历史纵横]。
【信息解读】 一可以看到伽利略对物理学作出的重大贡献，二可以得知教会对伽利略的迫害，反映了当时教会对人们思想的压制。
【史料应用】 1.关于右图的物理学理论的说法正确的是( )
A．最早是在17世纪初伽利略在实验中发现的
B．图示表明，大球先落地，小球后落地
C．图示表明，小球先落地，大球后落地
D．是哥白尼“日心说”的有力证据
答案 A
【史料文本】 阅读教材P55[资料回放]和[历史纵横]。
【信息解读】 通过对材料的阅读，可以看出牛顿谦逊的优良品德和对科学的敬畏，以及实事求是、脚踏实地的科学态度，也反映了牛顿经典力学的巨大威力。
【史料应用】 2.下列对牛顿力学体系的表述，不正确的是( )
A．其内容就是物体运动三大定律
B．把天上和地上的物体运动概括在同一个理论之中
C．是人类对自然规律的第一次理论性的概括和综合
D．牛顿力学体系具有相当的科学性、预见性
答案 A
解析 牛顿力学体系的内容包括物体运动三大定律和万有引力定律等，A项表述不确切。
思考：你认为应该怎样评价牛顿和爱因斯坦的贡献？(P56)
方法点拨 本题主要考查学生的理解分析能力。回答时应突出两人的贡献，分清两人的研究领域。
答案要点 牛顿确立了万有引力定律和运动三大定律，之后光学、电磁学等与力学进一步统一，大大推动了物理学的发展。牛顿力学研究的是宏观世界。爱因斯坦打破了牛顿以来传统的绝对时空观，于1905年提出了狭义相对论和光速不变原理，1916年爱因斯坦的相对论发展了牛顿力学。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。
【变式1】 20xx年8月24日，在捷克首都布拉格举行的国际天文学联合会大会通过行星的新定义，1930年发现的冥王星“惨遭降级”。发现冥王星的理论依据是( )
A．哥白尼的“太阳中心说” B．伽利略的科学理论
C．牛顿经典力学理论 D．爱因斯坦的相对论
答案 C
解析 牛顿的经典力学用严格的数学方法和逻辑思维把宇宙的运动统一起来，对预见物理现象有决定意义，冥王星的发现正是根据万有引力定律计算出来的。故正确答案为C项。