知識與能力
知道經典力學的主要內容;伽利略、牛頓對經典力學建立的主要貢獻;認識經典力學在近代自然科學理論發展中的歷史地位。知道相對論、量子論的主要內容;了解愛因斯坦建立相對論和光的量子理論、普朗克提出量子假說等史實;認識相對論、量子論提出的意義。
過程與方法
學會運用閱讀法、觀察法、討論法、推理法、概括法、實驗法等來學習了解近代物理學的相關問題。
情感、態度與價值觀
感受伽利略、愛因斯坦等科學家不迷信權威、為科學而不斷探索創新的進取精神。
重點:伽利略對物理學發展的重大貢獻;牛頓經典力學的建立;量子論的誕生;相對論的提出。
難點:如何理解物理學各階段發展的原因?
一、經典力學體系
1、背景
文藝復興運動使科學從神學的桎梏中被解放出來,近代科學誕生。
伽利略對亞里士多德力學觀的否定
(1)亞里士多德的學說
亞里士多德的力學觀:必須有力作用在物體上,物體才能運動,沒有力的作用,物體就會靜止。如:“推箱子”的例子
(2)伽利略的貢獻——創立了自由落體定律
2、創立 《自然哲學的數學原理》
基本理論:牛頓力學三定律(慣性定律、加速度的比例定律、作用力和反作用力定律)、萬有引力定律
影響意義
理論的綜合:牛頓力學體系對自然界的力學現象做出了系統、合理的說明,從而完成了人類對自然界認識史上的第一次理論大綜合。經典力學體系的建立標志著近代科學的形成。
實踐的驗證:根據萬有引力定律,人們準確地算出地球的平均密度和扁平率,正確地解釋了潮汐的成因。根據這一定律,人們還發現了海王星、冥王星。
二、現代物理學理論的發展
1、量子力學
背景
19世紀末20世紀初,電子和放射性的發現,促進人們對物質的認識深入到了原子內部。但大量的實驗表明,微觀粒子的運動不能用通常的宏觀物體的運動規律進行描述。這就需要人們對微觀世界開展研究。
概況
誕生:1900年,德國物理學家普朗克提出了量子假說。這個假說宣告了量子論的誕生。
發展:1905年,愛因斯坦提出了光具有波粒二象性的結論,1923年,法國物理學家德布羅意又提出物質波理論。
成熟:在這個基礎上,奧地利、德國的物理學家建立了量子力學。
意義
量子理論彌補了經典物理學在微觀的粒子世界方面認識的空缺,把人類對客觀規律的認識從宏觀世界推進到微觀世界,改變了人們看世界的角度和方式;量子理論讓人們從根本上改變了近代物理學中的傳統觀念,使物理學乃至整個自然科學的觀念都發生了重大變革。
2、相對論
(1)狹義相對論
創立:1905年,愛因斯坦發表了《論動體的電動力學》,創立了狹義相對論。
內容:時間和空間都與物質運動有關;時間和空間隨著物質運動速度的變化而變化。
意義:否認了牛頓力學的絕對時空觀;繼承和發展了牛頓力學;奠定了利用原子能的理論基礎。
愛因斯坦的狹義相對論是建立在兩個基本假設基礎之上的。第一個假設是相對性原理,即物體運動狀態的改變與選擇任何一個參照系無關;第二個假設是光速不變原理,即對任何一個參照系而言,光速都是相同的。從兩個基本假設出發,愛因斯坦得出如下新的結論:運動物體在運動方向上長度縮短;運動著的時鐘要變慢;任何物體的運動速度都不可能超過光速;同時性是相對的,在一個慣性系中同時發生的事情,在另一個運動著的慣性系中測量便不是同時發生的;如果物質速度比光速小得多,相對論力學就變為牛頓力學,比起牛頓力學來,相對論力學具有更普遍的意義。物體的能量等于物體的慣性質量乘以光速的平方。
(2)廣義相對論
提出:1916年,愛因斯坦又建立了廣義相對論。
主要內容:廣義相對論認為,物質存在的現實空間不是平坦的,而是彎曲的,空間的結構取決于物質的質量及其分布情況,空間彎曲的程度體現為引力場強度。
意義:第一次闡述了四維時空和物質的分布相聯系的重要思想。
(3)相對論與牛頓力學的關系:
相對論打破了牛頓以來傳統的絕對時空觀,但并非全盤否定牛頓力學。牛頓力學反映的是宏觀物體低速運動的客觀規律,而狹義相對論反映的是物體高速運動的客觀規律,是對牛頓力學的繼承和發展。牛頓力學是相對論的一種特例(物體低速運動狀態),包括在相對論體系中。
(4)相對論建立的意義
愛因斯坦相對論的建立,是對近代物理學理論框架的重大突破,它不僅揭示了空間、時間的可變性,時空的變化和時空結構同物質的運動和狀態密不可分。這種全新的時空觀、運動觀和物質觀的形成,是人類思想發展史中的一次根本性變革,對整個自然科學和哲學都產生了極其深遠的影響。
量子論和相對論是現代物理學的兩大支柱,量子論的形成標志著人類對于客觀規律的認識,開始從宏觀世界深入到微觀世界。量子力學和狹義相對論結合形成原子核物理學,指導制造原子彈、氫彈和建立核電站。量子力學還為電子技術、半導體技術和激光技術等奠定了理論基礎。
☆物理學的發展給了我們什么樣的啟示?
尊重事實,不迷信權威,敢于質疑,勇于探索創新,實踐出真知……
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