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高中历史教案:第25课  现代科学革命

来源:未知 2013-12-09 字体大小: 分享到:

  第25课 现代科学革命

  课标要求:知道相对论、量子论的主要内容,认识其意义。

  教学目标:

  知识与能力:通过本课的学习,使学生了解在经典物理学危机的基础上现代科学革命产生的必然性,明白现代科学的两大支柱——相对论和量子理论的基本观点,并认识到爱因斯坦在相对论、普朗克在量子理论的形成和创立过程中的重大作用。

  过程与方法:结合相对论和量子论各自的理论基础和研究方向,阐明两者对人类历史和现代生活的重大意义。

  情感态度与价值观:结合辩证法原理,正确对待科学的发展。

  教学重点:相对论、量子论的主要内容及意义。

  教学难点:相对论、量子论的主要内容。

  课时:本节教材用一课时。

  板书设计:

  第六单元 现代世界的科技与文化

  第25课 现代科学革命

  一、经典物理的危机

  绝对权威→危机

  二、爱因斯坦与相对论

  1.最伟大

  2.相对论

  三、量子理论中的微观世界

  1.普朗克,爱因斯坦,玻尔

  2.相对论和量子理论的评价:

  教学过程:

  导入新课:同学们还记得1687年出版的《自然哲学的数学原理》是哪位科学家的巨著吗?牛顿。这部巨著的意义是什么?建立起一个完整的力学理论体系,实现了物理学史上的第一次大飞跃。

  下面请同学们来阅读本课的引言:19世纪,以牛顿力学为代表的经典物理学已经日趋完善,达到了高峰。但是一些新的研究发现对它提出了挑战,导致了经典物理学的危机。正是在这种情况下,相对论和量子理论出现,它们掀起了物理学革命,构成了现代物理学的两大支柱,并对其他学科产生了历史性的影响。人类对自然世界的科学探索又跃上了一个新的高度。

  今天,我们学习第25课现代科学革命。

  一、经典物理学的危机

  先请同学们听一段小故事,当德国物理著名的物理学家普朗克年轻时向他的老师求教,是选择音乐还是物理学作为自己的终身的职业时,得到的答复是:“物理学基本上是一门已经完成了的科学,因此,对于物理学的研究实际上是不会有多大成果的。”

  这个小故事说明了什么道理?请同学们阅读本目内容,从教材中找到这个问题的答案。

  教材P106本目内容第三自然段:当时,人们把以牛顿力学为代表的经典物理学看做绝对权威的理论,认为一切自然现象都可以用经典物理学加以说明,而且物理学已经发展到了完整、系统和成熟的阶段,以后的工作只不过是在细节上做些修正和补充,在计算上更细致一点,使理论更加完善。 #p#分页标题#e#


  板书:绝对权威

  那么,经典物理学的危机又来自哪里呢?仍然请同学们在教材的本目中找到答案。

  教材P106本目内容倒数第三自然段:然而,正是在这个时候,物理学上出现了一系列新的发现,无法用经典物理学来解释,这使得经典物理学陷入了危机,面临着挑战。

  板书:绝对权威→危机

  而经典物理学陷入危机的具体难题是“晴空是漂浮着的两朵乌云”,而为了驱散这两朵乌云,物理学掀起了一场革命,诞生了现代物理学的两大支柱——相对论和量子论。我们先来看第一大支柱。

  二、爱因斯坦与相对论

  直至今天,爱因斯坦都被视为科学界最伟大的科学家之一。

  板书:1.最伟大

  请同学们看教材P107第一自然段,了解爱因斯坦的生平。

  相对论是爱因斯坦最重要的成就,也是20世纪最重要的科学成就之一。

  板书:2.相对论

  相对论由狭义相对论和广义相对论组成。狭义相对论首先就瓦解了牛顿经典力学中的绝对时空观,指出经典力学仅仅在低速运动状态下合理,从而化解了以太之谜,直接驱散了漂浮在物理学晴空上的第一朵乌云。在广义相对论中,爱因斯坦将相对性原理由惯参考系进一步扩大到任意参考系,并把牛顿的引力理论作为其中的一部分内容。

  教材P107第二、三自然段对相对论作了简单地介绍,文字阅读框《穿越时空的梦想》也对相对论的相对性原理作了直观的说明,请同学们阅读。

  关于相对性原理,有一个时间与空间相对性的例证。一个观察者看来是同时发生的事件,另一个向他作相对运动的观察者看来便不是同时发生的。两个这样的观察者对两个事件之间的时间间隔的估计将会不一致,同时他们对距离的衡量也会不一致。假定两个作相对匀速运动的观察者所得到的光速相同,那么,只要他们对时间与空间运用不同的量度,就能对于现象得到相同的自然规律,并能精确地说明这种差距有多少,换句话说,每个观察者都有自己的一套时间——空间的框架,对于一切观察者全都相同的绝对空间时间是不存在的。

  关于光速不变原理,也有例证,就是尺缩效应和钟慢效应。假定一个观察者B带着一只座钟和一把码尺,并把码尺指向他运动的方向。当他向观察者A旁边走过时,在A起来他的尺子不足一码长,他的钟也变慢了。B相对于A的速度愈大,这差额也就愈大。假如B用光速在A的旁边通过,我们得到的结果是惊人的,这时B的码尺长度将等于0,他的钟也完全不足了。这就是说光速的速度的极限,宇宙间没有任何东西能以大于光速的速度运动。运动尺子的缩短和运动时钟的变慢效应,都是相对时空的基本属性,与物体内容结构无关。如果物体的速度比光速小得多,相对论力学就可以解释牛顿力学。 #p#分页标题#e#

  相对论与我们的生活常识有着巨大的差距,但却被科学实验所证实,这就给我们提出了一个问题:常识总是正确的吗?常识和正确的理论起冲突的时候,应当怎样分辨呢?

  常识是我们在生活的经验和过程中所具备的,甚至可以说,是构成我们正常生活的基础,所以常识是根深蒂固的。这种根深蒂固、雷打不动的认识,往往构成了我们寻找真理和本质,在探询日常生活之外的事物的规律时,我们认识的障碍。日常生活中,常识是必要的,但是科学发展和人类进步不是只靠常识和直觉就可以的。因此,从这个角度来理解,科学家们通过精确、巧妙的物理学实验得出的理论,也是经过了同常识的反复斗争而做出的,这更加体现出科学探索之路的艰难。

  相对论是人类精神宝库中璀璨的明珠,而相对论的发明者爱因斯坦也因此名垂青史。关于相对论的评价,是教材P107本目内容的最后一个自然段。

  找学生阅读教材P107本目内容的最后一个自然段:相对论的提出是物理学领域最伟大的革命。它在很大程度上解决了19世纪末出现的经典物理学的危机,可以广泛地解释不同运动状态的物质,创立了一个全新的物理学世界,极大地扩展了物理学应用的领域。同时,相对论也打破了经典物理学绝对化的思维模式,为人们提供了辩证地看待世界的途径。

  自相对论横空出世以后,人类的认识有了极大的扩展:由低速领域跨入高速领域,由宏观领域延伸到宇宙观领域,由我们生存的三维空间到时间、空间共同构成的四维空间。对地整个人类来说,由相对论引发了史无前例的改变,不仅仅局限于一个时代:人们认识到时间和空间的相互依赖关系、时间和空间的相对意义,认识到时间、空间与物质运动相互依赖关系。对于人类意识来说,这的确是一场深刻的革命。

  相对论驱散了漂浮在物理学晴空上的第一朵乌云,那么,另一朵乌云是怎样被驱散的呢?

  三、量子理论中的微观世界

  量子理论的提出,同样是源于实验和公式之间的不合。

  教材P107本目内容的第一、二自然段,教材P108第一、二、三、四、五自然段介绍了量子理论的创立过程,请同学们阅读。

  量子理论的创始人是谁?德国科学家普朗克。


  板书:1.普朗克

  量子理论的创立过程是一个不断怀疑和不断假设的过程,普朗克于1900年提出量子假说是“不得不”的结果。因为作为一位严谨的科学家,其最基本的态度就必须是尊重事实,历史上因为墨守成规和不尊重事实而失去重大发现的实例举不胜举。但是量子理论本身和物理学中早已流行了很久的思维方式相差甚远,与一般人的常识更是有天壤之别,所以即便是在物理学界反应也十分冷淡。普朗克本人也曾经出现过反复和动摇,并最终导致他没有做出更加伟大的理论创新。这也反映了人类认识事物本质的反复性和曲折性。 #p#分页标题#e#

  量子理论的发展过程和相对论不同,相对论基本是爱因斯坦凭着一己之力创立的,而量子理论的发展则凝聚了很多科学家的聪明才智。教材还提到了哪些科学家的哪些贡献呢?

  爱因斯坦的光量子理论,玻尔的原子的量子理论。

  板书:1.普朗克,爱因斯坦,玻尔

  在人类对微观世界的认识上,量子理论是一座里程碑,从当前的实践来看,量子理论对人类物质生活的改变作用更大一些,请同学们看教材P108倒数第二、四自然段,这是量子理论的现实意义。

  找学生阅读教材P108倒数第四自然段:量子理论是20世纪最深刻、最有成就的科学理论之一,使人类对微观世界的基本认识有了革命性的进步。

  找学生阅读教材P108倒数第二自然段:量子力学对化学、生物学、医学、考古学、古生物学和地质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,如半导体和激光器的发明等。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。

  相对论和量子理论的出现,掀起了物理学革命,构成了现代物理学的两大支柱,并对其他学科产生了历史性的影响。请看教材P108最后一个自然段,这是对相对论和量子理论的总体评价。

  板书:2.相对论和量子理论的评价:

  找学生阅读教材P108最后一个自然段:量子理论和相对论一起,构成了现代物理学的基础,弥补了经典物理学的不足,描绘了一个崭新的宏观宇宙世界和微观粒子世界,大大开阔了人们的视野,改变了人们看世界的角度和方式。它们不仅对物理科学本身,对自然科学,而且对整个人类的思维都产生了不可磨灭的影响。

  量子理论和相对论突破了经典物理学理论,对传统科学的错误观念和狭隘观念也进行了否定,丰富了人类的知识宝库;其探索和创新精神,也是人类认识世界、了解世界的历程在曲折中前进的规律的生动说明。

  小结:量子理论和相对论发展了经典物理学,弥补了经典物理学在宏观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。但是理论的发展是无限的,人类的认识过程也是没有止境的。

  作业:

  阅读下列材料:

  19世纪末,物理学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,也超出了经典物理学的范围。物理学被称为“晴空上漂浮着两朵乌云”的两个无法解释的难题,其一就是以太的不存在。这使得经典物理学赖以建立的绝对时空观受到了严峻的挑战。 #p#分页标题#e#

  (1)经典物理学形成的基础是什么?这一基础建立的理论是什么?

  提示:17世纪牛顿创立的经典力学。它是建立在绝对时空观的理论之上的。

  (2)到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?

  提示: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。它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,物理学的发展对经典物理学提出了怎样的挑战?

  提示:19世纪末,物理学的研究一方面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?

  提示:量子理论和相对论。它们发展了经典物理学,弥补了经典物理学在宏观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。

  课堂反馈:

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标签: 数学 物理 化学 历史 生物 (责任编辑:101教育小编)
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