【人教版】第11课 物理学的重大进展 教案与练习
一、学法指导
1．轻松记忆
（1）经典力学
内容
特征
意义
运动三大定律、万有引力定律
实验、数学化
统一（天上、地下的运动），标志（近代科学形成）
（2）相对论
内容
特征
意义
广义、狭义
打破绝对时空观
物理学的革命，对牛顿力学的既否定又发展
（3）量子论
诞生
发展
意义
量子假说
量子力学
微观世界
2．重点拓展
（1）伽利略最早倡导并以实践实验加数学的方法，他所谓的实验室理想化的实验。牛顿的方法是“归纳－演绎”法，与从前的演绎法所不同的是，牛顿认为演绎的结果必须重新诉诸实验确证。在二位大师这里，实验观察和数学演绎紧密的结合在一起，成为近代科学产生和发展的重要标志。
（2）爱因斯坦的相对论，在我们平时日常生活中是很难理解的，因为我们日常所接触的都是远远小于光速的运动，根本无法察觉到爱因斯坦相对论所描述的相对论效应：长度变短、时钟变慢。但是如果接近光速的运动能变成现实的话，一个以这样速度运动的人，在另一个静止的观察者看来就可能只是一条线。
（3）牛顿力学（经典力学）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。20世纪初，爱因斯坦提出相对论，否定了牛顿的绝对时空观。指出时间和空间随着物质的运动而变化。要注意理解相对论是对牛顿力学的既否定又发展。相对论发展概括了牛顿力学，牛顿力学仅是相对论中物体低速运动下的一个特例，对物体高速运动下的时空观，则无法解释，但是他仍然有存在的必要和价值。
二、知识结构
三、重难点分析
1．17世纪物理学取得重大成就的历史条件
（1）14－16世纪的文艺复兴，反对盲从和迷信，提倡去创造、去发现，为把自然科学从神学中解放出来创造了必要的条件；
（2）宗教改革进一步摧毁天主教会的精神独裁，对科学革命发生了巨大的影响；
（3）地理大发现又以实践证明了地缘学说，为建立新的天文学和地理学奠定了基础。
2．经典力学
（1）重要奠基者──伽利略（16世纪末17世纪初）
①贡献：发现了自由落体定律等物理学定律。
物理学：落体定律、匀速运动、匀加速运动定律。
天文学：用自己制造的望远镜证明了哥白尼的“日心说”。
②意义：开创以实验事实为根据并具有严密逻辑体系的近代科学，为经典力学的创立和发展奠定了基础。
（2）创立者——牛顿（17世纪）
①标志：《自然哲学的数学原理》。
②主要内容：万有引力定律和运动三定律。
③显著特征：注重实验，数学化。
④应用：海王星的发现证明了牛顿理论的预见性、科学性。
⑤适用范围：只适用于宏观物体（宏观世界）的运动；只适用于物体运动的低速状态，是绝对的时空论。
3．相对论
（1）背景：经典物理学的危机
①19世纪末三大发现：x射线、放射性和电子。
②经典力学无法解释研究中的新问题，如：黑体辐射、光电效应等等。
(2) 相对论的提出及主要内容：
①1905年，爱因斯坦提出狭义相对论和光速不变原理。
②1916年，他完成了广义相对论的最终形式。
（3）与牛顿力学的关系
①相对论打破了牛顿以来传统的绝对时空观。
②相对论并非全盘否定牛顿力学。牛顿力学反映的是宏观物体低速运动的客观规律，而狭义相对论反映的是物体高速运动的客观规律，是对牛顿力学的继承和发展。
③牛顿力学是相对论的一种特例（物体低速运动状态），包括在相对论体系中。
（4）相对论建立的意义
①相对论的提出是对近代物理学思想的一次重大革命。
②它否定经典力学的绝对时空论，深刻地揭示了空间、时间的本质属性。
③它发展了牛顿力学，推动物理学发展到一个新的高度。
4．量子论
（1）背景：
①19世纪末20世纪初，电子和放射性的发现。
②实验表明微观粒子的运动不能用宏观物体的运动规律进行描述。
（2）过程
①1900年，德国普朗克提出量子假说。
②爱因斯坦提出了光的量子理论。
③玻尔提出有关原子的量子理论。
（3）意义
①20世纪最深刻、最有成就的科学理论之一。
②标志着人类对客观规律的认识，开始从宏观世界深入到了微观世界。
③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。
④对化学、生物学、医学等科学领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。
5．相对论与牛顿力学的关系
(1)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。
(2)20世纪初，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，奠定了利用原子能的理论基础，加深了人们对物质和运动的认识，在哲学和科学上都具有重大意义。
(3)相对论发展了牛顿力学，牛顿力学是相对论力学在低速状态下的一个特例。牛顿力学是整个力学的基础，牛顿所创造的概念，至今仍指导着我们的物理学思想。牛顿在科学史上做出了杰出的贡献。
四、易混易错点辨析
例一：经典力学的产生归根结蒂是（ ）
A．生产力发展的结果 B．资本主义民主政治建立的结果
C．思想解放的结果 D．牛顿不懈努力的结果
答案：A。
辨析：生产力的不断进步对科学技术提出新的要求，推动着科学技术的发展。故答案为A。
例二：物理学的真正开端是（ ）
A．牛顿创立的经典力学体系 B．爱因斯坦提出相对论
C．普朗克提出量子假说 D．伽利略的发现及他开始的科学研究方法
答案：D。
辨析：伽利略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。故答案为D。
例三：“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。”这是哪个科学家提出的（ ）
A．伽利略 B．牛顿 C．爱因斯坦 D．普朗克
答案：C
辨析：这段论述符合爱因斯坦的广义相对论。故答案为C。
例四：下列对牛顿力学体系的认识不正确的是（ ）
A．牛顿力学体系是爱因斯坦相对论中的一种特殊情况下的理论
B．牛顿力学体系标志着近代自然科学的形成
C．牛顿力学体系正确反映了宏观物体低速运动的客观规律
D．牛顿力学体系不能适用于整个客观世界，相对论兴起后，应该否定
答案：D
辨析：爱因斯坦只是否定了经典力学的绝对时空观，但是并没有否定牛顿力学理论，因为该理论是当运动速度远低于光速的时候适用的一种理论，因此牛顿力学体系是相对论的一种特殊情况。牛顿提出的关于物体运动三大定律，是整个力学的基础，牛顿所创造的概念仍指导着今天的物理学思想。故答案为D。
例五：相对论的提出是物理学思想的一次重大革命，突出表现在相对论（ ）
①否定了经典力学的绝对时空观 ②深刻的揭示了时间和空间的本质属性 ③推动物理学发展到一个新高度 ④使人类对客观世界的认识开始从宏观世界深入到微观世界
A．①②③ B．②③④ C．①③④ D．①②
答案：A。
辨析：④是对量子论意义的表述，不符合题意。故答案为A。
五、体验高考
例一：（2009广东历史卷，21）普朗克曾这样评论爱因斯坦的科学成就：“这个原理在物理世界观上所引起的革命，只有哥白尼世界体系的引入才能与之相提并论。”文中的“这个原理”是
A．日心说 B．相对论 C．量子假说 D．万有引力定律
答案：B．
辨析：本题用排除法。日心说是哥白尼提出的，量子假说是普朗克首先提出的，万有引力定律是牛顿经典力学的组成部分。爱因斯坦的主要学说是相对论，它的提出是物理学思想的一次革命，它否定了经典力学的绝对时空观，把物理学发展到一个新高度，普朗克高度评价爱因斯坦即基于此。故答案为B。
例二：(2007年高考海南卷) 20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。
辨析：相对论是对经典力学的发展而非否定，C项错在“彻底解决”，标志着对物质世界的认识进入微观世界的是量子理论。故答案为B。
例三：(2008年上海高考) “月亮既不会掉下来，也不会离去，那是因为它的运动正好抵消了地球的引力”。说这句话的科学家是（ ）
A．牛顿 B．波义耳 C．拉瓦锡 D．哥白尼
答案：A
辨析：注意题干中的“引力”，应该考查的是万有引力定律。故答案为A。
例四：（2008年江苏单科15）一位科学家的墓碑上镌刻着这样的铭文：“他以神一般的力量……第一个说明了行星的运动和图像。”这位科学家应该是（ ）
A．伽利略 B．牛顿 C．爱因斯坦 D．普朗克
答案：B。
辨析：伽利略自制望远镜，观测到一些肉眼看不见的行星，证明了“日心说”的正确性，但是并没有说明行星的运动和图像；爱因斯坦主要贡献是相对论，打破了牛顿的经典力学体系；普朗克主要是提出了“量子假说”。牛顿提出了物理学三大定律和万有引力定律，用科学说明了行星的运动和图像，打破了基督教之前所宣扬的“神的力量”。故答案为B。
例五：（2008年广东单科21）19世纪，西方宗教信仰的虔诚度降低。与这一趋势形成无关的科学家是（ ）
A．牛顿 B．达尔文 C．爱因斯坦 D．伽利略
答案：C。
辨析：爱因斯坦提出相对论是在20世纪初，与19世纪西方宗教信仰的虔诚度降低无关。故答案为C。
六、演练广场
（一）选择题
1．经典力学体系的建立标志着近代科学的形成，主要是因为它（ ）
A．将天体的运动和地球上的运动概括在同一理论之中
B．是人类认识自然的历史上对自然规律进行的第一次理论性概括和总结
C．具有相当程度的科学性和预见性
D．建立了一套实验观察与数学演绎相结合的科学研究方法
2．有学者指出：《美国遗产词典》将“科学”定义为“对自然现象的观察、鉴定、描述、实验研究与理论分析。”从本质上来说，这就是伽利略的方法。对该学者这种说法的理解正确的是（ ）
A．我们今天科学研究的具体方法仍然超越不了伽利略
B．伽利略的贡献在于开创了现代科学研究的基本方法
C．自从有了伽利略，人类才开始进行科学研究
D．伽利略已经给“科学”下了精确的定义
3．在未来的某一时间，有一对20岁的孪生兄弟，弟弟乘宇宙飞船以29万千米/秒的速度飞行，哥哥留在地球上。50年后，当哥哥已经变成白发苍苍的老人时，他去迎接回到地球的弟弟，却发现弟弟还是一个30多岁的年轻人！你认为应该用什么理论来解释这一现象（ ）
A．相对论 B．量子理论
C．万有引力定律 D．质量不变定律
4．在宏观世界中，看起来相同的物体总是可以区别的，但是在微观世界中，同一类粒子却无法区分。例如，所有的电子的一切性质都完全一样。下列哪一理论的提出，使人类对微观世界的基本认识有了革命性的进步（ ）
A．自由落体运动定律的提出 B．相对论的提出
C．量子论的提出 D．万有引力定律的提出
5．爱因斯坦说：“牛顿时代已经成为历史……但是伟大的思想家与艺术家的工作将永远流传于世……”以下属于“牛顿时代”科技成就的是（ ）
A.“太阳中心说” B．相对论
C.万有引力定律 D．量子力学
6．近代前期，自然科学得以迅速发展的人文动力是（ ）
①冲破了神学思想的束缚 ②理性主义的熏陶 ③资本主义经济发展对科技的需要 ④文艺复兴运动的深入发展
A．①③④ B．①②③④ C．①②④ D．①④
7．超越时空的梦想越来越多的出现在电影里。有人认为，也许在将来的某一天这会变成为现实。这主要依据（ ）
A．量子理论 B．牛顿力学体系
C．法拉第的学说 D．自由落体定律
8．有一次，爱因斯坦与卓别林共同出席一个宴会，他们都受到了热烈的欢迎。卓别林对爱因斯坦开玩笑说：“大家欢迎我是因为他们都能理解我，大家欢迎你是因为他们都不理解你。”是指（ ）
A．绝大多数人盲目地欢迎爱因斯坦 B．相对论有悖于人们的日常生活
C．理论物理与人们日常生活很远 D．伟大的科学家不如著名艺术家
9．右图是四十集香港电视连续剧《寻秦记》的男主角项少龙，他从21世纪穿越到了秦朝统一前。这种题材的文学作品和影视节目盛行一时，请问为这类作品和节目盛行提供科学依据的是（ ）
A．基因改造工程 B．空间控制理论
C．相对论 D．量子论
（二）材料解析题
10．阅读下列材料，回答相关问题：
19世纪末，物理学家的研究一方面深入到物质内部的微观世界，放射线和原子被发现，另一方面扩展到整个宇宙。随着光学等学科的深入发展，人们对在光速或接近光速运动状态下的物质的研究，而超出了经典物理学的范围。物理学被称为“晴空上漂浮的两朵乌云”的两个无法解释的难题，其一就是以太的不存在。这使的经典物理学赖以建立的绝对时空观受到了严峻的挑战。
请回答：
（1）经典物理学的基础（代表）是什么？
（2）19世纪时，经典物理学发展到何种程度？他所适用的范围主要是什么？
（3）19世纪末，物理学的发展对经典物理学提出了怎样的挑战？
（4）20世纪物理学的发展取得的两项最重大的成就是什么？它们与经典物理学的关系是什么？
参考答案：
1．D．近代科学的特点，一是注重实验，二是它的数学化。二牛顿力学体系建立了一套实验观察与数学表达相结合的科学研究方法，因此标志着近代科学的诞生。故答案为D。
2．C．伽利略开创了用实验和数学研究的科学研究方法，对后世科学研究产生了重大影响。其他三项说法明显不对。故答案为C。
3．A．相对论极大的改变了人类对宇宙和自然地“常识性”观念，相对论中提出的时间和空间是相对的，才会出现这样的现象。故答案为A。
4．C．本题考查经典力学后物理学革命性的开创，即量子论的产生背景，电子和放射性的发现，打开了原子之门。故答案为C。
5．C．首先推断“牛顿时代”。牛顿时代指17世纪中叶至18世纪20年代，牛顿万有引力定律和机械运动三大定律，从而确立了经典力学——牛顿力学。故答案为C。
6．C．抓住题干限定语“人文动力”，③属于经济动力。故答案为C。
7．C．相对论指出：物体运动时，质量会随着物体运动速度增大为增加，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。故答案为C。
8．B．相对论比较高深，与人们的直观经验相距甚远，大多数人很难理解。故答案为B。
9．C．参照7题。故答案为C。
10．解析：本题考查了从牛顿力学到相对论和量子论物理学的发展过程，实际上是对本课的一个总结，作答时，抓住牛顿力学的特点、缺憾、量子论和相对论对牛顿力学的发展作答。
答案：（1）17世纪牛顿创立的经典力学。
（2）到19世纪，在经典力学的基础上，光学、热力学、电磁学、天体物理学等新兴学科取得了长足的进步，把人类对自然界的认识推进到前所未有的深度和广度。他所适用的范围主要是我们日常生活中的物理现象。
（3）19世纪末，物理学的研究一方面对深入到物质内部的微观世界，另一方面扩展到整个宇宙，超出了经典物理学的范围，经典物理学赖以建立的绝对时空观受到严峻的挑战。
（4）量子理论和相对论。他们发展了经典物理学，弥补了经典物理学在宏观的宇宙世界和微观的粒子世界面前的空缺，为人类描绘了一个崭新的世界，对整个人类的思维都产生了不可磨灭的影响。