【人教版】第11课 物理学的重大进展 教案与练习
☆知识与能力：
（1）识记：伽利略、牛顿、爱因斯坦、普朗克等物理学家对物理学发展所作出的重大成就；
（2）理解：经典力学在近代自然科学理论发展中的历史地位；相对论和量子论诞生的原因、意义；
（3）探究经典力学体系的特点，比较相对论、量子论与牛顿力学的关系。
（4）思考“日心说”与“地心说”相比的进步性，探究经典力学体系的特点、影响。
☆情感态度与价值观：
（1）科学真理需要勇于探索、执着追求的精神；
（2）科学理论在不断完善、创新，人类对客观规律的认识不断深入。
▲教学重点和难点：
重点：伽利略对物理学发展的重大贡献；经典力学的建立；相对论的提出；量子论的诞生。
难点：物理学各阶段发展的原因；对科学发展创新性的理解。
▲教学过程及要点：
导入新课：学生看教材54页图《伽利略面对教会的审判》
1632年，伽利略撰写的《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》科学巨著出版后，立刻引起教会的恐慌，把伽利略投入监狱jiānyù，竟使伽利略蒙冤300多年。
那么，是什么原因导致dǎozhì宗教裁判所对伽利略作了如此判决？我们应如何看待伽利略在科学领域的贡献？
一、经典力学：
1、经典力学的重要奠基者──伽利略
（1）背景：文艺复兴运动的影响，即解放了人们的思想，推动了科学研究。
16世纪末17世纪初，随着文艺复兴运动的扩展和人的思想的解放，意大利科学家伽利略认为研究自然界必须进行系统地观察和实验。他将科学实验与数学相结合，进行科学研究，并强调追究事物之间的数学关系。
（2）物理学的成就和意义：
●成就：发现自由落体定律等物理学定律
伽利略运用理想实验的方式进行逻辑推理，从推理中发现物体下落的快慢和它的重量无关。据说1590年的一天，伽利略为了证实自己论断的正确，他来到比萨斜塔的七层阳台上，将二个大小不一的石块同时放下，结果两石块同时落地。在场的数以百计的学者和观众，亲眼目睹了这一精彩的场面。从而推翻了亚里士多德的错误理论，发现了物体下落的真正运动规律——自由落体定律，掀开了近代物理学的序幕。
伽利略并不满足于得到的定性结论，他又继续研究物体下落运动的定量规律，探索下落距离和所用时间的关系。为了测量时间，伽利略在一个大的盛水桶底部钻一个小孔，并安上龙头，在龙头下面放上接水容器。打开龙头水就会流入接水容器，称量容器中所接水的质量就可以确定经历的时间。伽利略又想出了一个“冲淡重力”的方法。他仔细观察小球在斜面上的运动时发现，斜面越陡，小球运动得越快。伽利略想，如果斜面是垂直的，那么它的运动就是小球的下落运动。因此，小球下落运动可以看作是小球斜面运动的一种特殊情况。因此用斜面做实验就可以研究物体下落的规律。做斜面实验时，斜面的倾斜度可以任意调节，调节到较小的倾斜度时，小球在斜面上运动就比较缓慢，此时用他的计时装置就可以进行较为精确的研究。伽利略反复进行斜面实验，测量出小球在斜面上运动的距离和所用时间，通过推导距离、时间、速率和加速度之间的关系，伽利略得到小球沿斜面滚下或自由下落的运动都是匀加速运动的结论，又进一步发现了物体下落运动的规律——自由落体定律。即物体从静止状态开始下落运动，物体运动的距离同下落的时间的平方成正比。
他还通过实验证实了匀速运动定律和匀加速运动定律。伽利略的研究表明，外力并不是维持运动状态的原因，而只是改变运动状态的原因。这是对古希腊哲学家亚里士多德以来有关运动观念的重大变革，为经典力学的建立奠定基础。他的发现以及他开始的科学研究方法，是人类思想史上伟大的成就之一，标志着物理学的真正开端。
●意义：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。
自由落体定律的发现是伽利略把科学实验和理性思维相结合解决物理学问题的典范。它不仅发现了物体下落运动的客观规律，而且为人类认识自然找到了一条正确的途径和方法，因此，现在人们称伽利略为物理学之父。正是由于伽利略创立的科学方法，物理学研究才走上正确道路。
（3）天文学的成就和意义
●成就：利用自制望远镜发现许多星体，证明了哥白尼“日心说”的正确性。
公元前4世纪，亚里士多德创立了“地心说”。亚里士多德认为，宇宙是一个有限的球体，分为天地两层，地球位于宇宙中心。
作为古希腊的最后一位大天文学家，托勒密全面承袭了亚里士多德的“地心说”。托勒密的“地心说”恰好迎合了基督教义，便被基督教用来维护圣经学说，一直延续到哥白尼时代。
哥白尼，1473年出生在波兰。他10岁那年，瘟疫wēn yì夺去了他的父亲。舅父把他送进大学，他钻研了数学、天文学，潜心研究过“地心说”，并用仪器观测天象。在1543年出版的《天体运动论》中，他向人们描述了宇宙图景：太阳位于宇宙的中心，有五颗当时已知的行星和地球围绕太阳旋转。这却遭到了马丁·路德的反对和责难zénàn，他把哥白尼叫做“想要把天文学这门学科弄颠倒”的蠢人。《天体运行论》在1616年被罗马教廷列为禁书。《天体运行论》虽然也存在缺点，但它揭示了地球围绕太阳转的本质，把颠倒了1000多年的日地关系重新颠倒过来，引起了中世纪宇宙观的彻底革命，沉重打击了封建教会的神权统治。
意大利科学家伽利略对哥白尼学说的传播和天文学的发展作出了重要贡献。1569年他自创了用以观察天体的第一架望远镜，从望远镜里他发现月球表面有高山深谷，并不是以前人们所说的月球表面是光滑的；木星有四颗卫星，很相似于行星绕着太阳转，他看到银河是由无数恒星组成的，还观察到哥白尼曾推论的金星有盈亏现象。
●意义：伽利略的这些发现和观点，摧毁了教会的信条而证明了哥白尼学说的正确。
2、牛顿创立经典力学牛顿（1643—1727）是著名的英国科学家，在物理学、数学、天文学等许多方面作出了卓越zhuóyuè的贡献。牛顿出生于英国，牛顿是一个早产儿，出生时只有三磅重，接生婆和他的亲人都担心他能否活下来。谁也没有料到他成为了一位震古烁今zhèngǔ-shuòjīn的科学巨人，并且竟活到了85岁的高龄。
（1）标志：1687年牛顿发表《自然哲学的数学原理》，提出物体运动三大定律和万有引力定律。在该书中他给力学的质量、动量、惯性、力及向心力下了定义，对大至宇宙天体，小至光的微粒的一切物体在真空中或在有阻力的介质中的运动，全部应用运动三定律dìnglǜ和万有引力定律给予了说明，把自然界中的一切力学现象都囊括nángkuò在他的力学体系之中。《自然哲学的数学原理》一书的出版标志着经典力学的成熟。牛顿力学在科学史上的意义表现在它把天上和地上的运动统一起来，把万有引力定律和运动三定律视为宇宙间一切力学运动有普遍规律，从力学的角度jiǎodù证明了自然界的统一性，实现了人类自然界认识的第一次综合。
牛顿力学方面的贡献之一是确立了万有引力定律。这个定律说明，任何两个物体之间都有引力存在。这个引力与彼此吸引的物体的质量体积tǐjī成正比，而与两物体间距离的平方成反比fǎnbǐ。万有引力定律总结了此前一个半世纪的科学发明并用精确的数学术语把它们联结起来了。此外，牛顿还确立了著名的运动三定律，即惯性定律、比例定律（即加速度与力成正比）、作用和反作用相等定律。运动三定律是经典物理学的基础。牛顿确立的万有引力定律和运动三大定律成为经典力学建立的标志。
（2）特征：一是注重以实验为基础，二是以数学为表达形式。经典力学最显著的特征之一就是注重实验，实验可以进一步揭示jiēshì客观现象和过程之间内在的逻辑联系，并由此得出重要的结论。另一个显著特征是它的数学化，这种数学化的根源是自然内在的数学关系。自然的数学结构是近代科学的先驱们深信不疑的真理。
（3）意义：
①经典力学体系的建立标志着近代科学的形成。②促进了天文学发展：根据牛顿力学体系，人们发现了天王星和海王星。③促进了光学、电磁学等与力学的统一，推动了物理学的发展。④促进了资本主义的两次科技革命的出现和发展。