专题七 近代以来科学技术的辉煌
一 近代物理学的奠基人和革命者
导入：投影材料
大自然和自然定律都在黑暗中躲藏，
上帝说，让牛顿问世！
于是一切都有了光明。—— 蒲伯
英国现代派诗人J.C．Squire对蒲伯的上述两句诗做出了回应：
此情形并未能持久，
魔鬼喝道：“嗬！让爱因斯坦问世！”
世界又变得难以捉摸。
师：大自然和自然定律的探索是物理学研究的主要对象，这两段诗，反映了近代以来物理学的发展和主要成就。诗人为什么会这样说呢？我们今天一起来学习专题七第一节内容，请大家翻开课本P120.
新课：
一、自主学习——梳理知识
科学家 主要成就 影响
物理学 自然科学 思想认识
伽利略 自由落体定律 为经典力学奠定基础 观察、实验和推理方法 打破教会权威
牛顿 《自然哲学的数学原理》（物体运动三大定律和万有引力定律） 标志着牛顿力学体系的形成 标志着近代科学的形成 人类认识上的巨大飞跃
普朗克 量子理论 改变了••••••使••••••重大变革 ） 为现代自然科学和现代技术革命提供了重要的理论基础 ••••••重大变革
爱因斯坦 成功解释光电效应，得出光具有波粒二象性的结论 推动了量子论的发展 人类思想发展史中的一次根本性变革
相对论（狭义、广义）、光速不变原理 构成现代物理学的基本理论框架
二、合作学习
（一）为什么说牛顿问世一切有了光明？
1、牛顿的巨大成就有哪些？
地球人都知道，运动三定律和万有引有定律。若要增强兴趣可举踢球的例子。
2、牛顿力学体系的建立对人类文明的发展产生了哪些重大影响？
投影：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
问：这段材料的主要观点是什么？
牛顿出现和他的成就结束了人类对宗教的迷信和对自然的恐惧。是人类认识上的巨大飞跃，为什么这么说呢？
答：①牛顿的运动三定律构成了近代力学体系的基础，成为整个近代物理学的重要支柱；
②牛顿力学体系对自然界的力学现象做了系统合理的说明，从而完成了人类对自然界认识史上的第一次理论大综合；
③适用适用于一切天体运动和宇宙中的所有物体；
④使力学和天文学在理论上达到了相当完备的程度，也在生产和科学实验中得到广泛应用和验证。
结论1：人类认识上的巨大飞跃，使科学摆脱了神学的束缚向前发展；
过渡：牛顿的发现表明，自然界中一切在引力作用下产生的运动均可从物质自身的原因得到说明，因此无需借助于超自然因素的作用。对科学的发展产生了怎样的影响？
结论2：标志着近代科学的形成。带动了各门科学的发展，引起了巨大的科学革命。
那我们再来看一些材料，投影：《牛顿哲学原理》插图和材料：（伏尔泰认为）牛顿以他对天地万物的寥寥数条规律的精美绝伦的概括，彰显了人的理性的伟大，暴露了宗教非理性主义的的荒谬。 ——《世界文明史》
解读：图上拿圆规者为牛顿，中间为艺术女神缪斯（music），将“理性之光”传到伏尔泰身上。问：光的寓意是什么？科学之光和理性之光。牛顿的科学成就促进了启蒙运动的进一步发展。再想一想：科学的发展对人类文明的进步有什么作用？
结论3：激发了人类理性，推动了社会的进步；能否再举一例说明对社会进步的影响？投影材料：“许多历史学家认为,如果从近代科学的角度看,正是牛顿开启了工业革命的大门。” ——《大国崛起》解说词
问：科学的发展与工业革命有何关系？还可以得出什么结论？
结论4：开启了工业革命的大门。
过渡：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。”（投影）可是，随着人类认识的不断发展，经典力学受到了越来越大的挑战。
（二）为什么说爱因斯坦的问世使世界又变得难以捉摸？
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。在这种背景下，量子理论与相对论应运而生。正如诗人J.C．Squire对蒲伯的回应（投影导入材料）
1、量子理论（投影：诞生－发展—广泛应用）
普朗克，1900年提出了著名的量子概念，并发表《关于正常光谱能量分布定律的理论》,标志着量子理论的诞生。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。普朗克由此获得1918年诺贝尔物理学奖。
1905年，爱因斯坦把普朗克的量子理论推广到光学中，成功地解释了光电效应，得出了光具有波粒二象性的结论。后来经过各国科学家们的努力，量子论不断发展，建立了量子力学。成为反映自然界基本规律的理论体系，让人们从上改变了近代物理学中的传统观念，使物理乃至整个自然科学的观念都发生了重大变革。
过渡：谁知道1921年诺贝尔物理学奖获得者是谁？他因什么成就获奖？
P121材料阅读与思考：1921年，爱因斯坦获得了诺贝尔奖金。这奖来得十分不容易。当时有不少德国的诺贝尔奖获得者威胁说，如果给相对论授奖，他们就要退回已获的奖章，结果评选委员会找到一个办法，让爱因斯坦作为光电效应理论的建立者而得奖，相对论始终没有获得诺贝尔奖。
能否因为相对论没有获诺贝尔奖，就否定它的成就呢？
2、相对论
投影：相对论的主要内容和意义
狭义相对论 广义相对论
创立 1905年《论动体的电动力学》 1916年
内容 ①时间和空间都与物质运动有关。
②时间和空间随着物质运动速度的变化而变化。 ①物质存在的现实空间是弯曲的，
②空间结构取决于物质的质量和分布情况，③空间弯曲的程度体现为引力场强度。
适用范围 适用于高速运动中的匀速运动体系 适用于高速运动中的加速运动体系
意义 打破绝对时间和绝对空间，但不是牛顿力学对全盘否定，而是继承和发展。 第一次阐述了四维时空和物质的分布相联系的重要思想
狭义相对论发表100多年了，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。简单举一个例子：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。
投影：(英国)皇家学会会长汤姆逊致辞说：“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。”。
你同意“相对论是人类思想史上最伟大的成就之一”这一说法吗？为什么？
理解相对论建立的意义：
结论1：对物理学：相对论的建立是对近代物理学理论框架的重大突破；构成现代物理学的基本理论框架.量子论和相对论是现代物理学的两大支柱。
结论2：为现代自然科学和现代技术革命提供了重要的理论基础。
结论3：是人类思想发展史中的一次根本性变革。
本课总结：投影知识结构表。这节课我们学了伽利略、牛顿、普朗克和爱因斯坦的科学成就，通过介绍物理学的发展是一个不断超越前人、突破权威的进步历程。向我们揭示了人类对自然认识不断深入的过程，勾画出物理学理论体系的创新，使人类认识自然、应用自然和改造自然的能力不断增强，进而推动了人类文明的不断进步。
（三）拓展探究
请讨论：1、近代科学迅猛发展的原因是什么？
1）生产力发展和社会发展的需求
2）人文主义和理性主义的兴起解放了人们的思想
3）科学家们的个人天赋和不懈努力
投影：1666年秋天的一个傍晚，牛顿坐在花园的苹果树下，正在考虑一个运动的问题。忽然一只熟透的苹果掉了下来，正好落在牛顿的前面。这只苹果引起了牛顿的注意。他想，苹果为什么不向天上飞，也不向前后左右落，而偏偏垂直地落到地面上呢？肯定是地球在吸引它。既然地球能吸引离地面这么高的苹果树上的苹果，那它也肯定在吸引着月亮。经过研究、演算和论证，牛顿发现了万有引力定律。