近代物理学的奠基人和革命者

课标要求

1. 了解经典力学的主要内容，认识其在近代自然科学理论发展中的历史地位

2. 知道相对论、量子论的主要内容，认识其意义

目标分解

1. 掌握牛顿经典力学体系的出现、主要内容、意义以及实践

2. 掌握量子理论的发现过程、标志、发展以及意义

3. 掌握爱因斯坦相对论的提出、内容以及意义

孙中山高度评价牛顿：“达尔文发明物种进化之理，而学者多称之为时间之大发明，与牛顿之摄力为空间之大发明相媲美。”他还把牛顿的科学理论作为他的“建国方略之心理建设”的一个思想基础。

牛顿力学的主要成就是什么？有何意义？之后，物理学在此基础上又有何发展？

建议本课以自主探究的学习方式为主，辅以教师的讲解。教师讲解的过程中，注意准确把握科技成就的核心内容和对历史的巨大作用，注意结合学生学习生活实际，为学生创设问题情景，引导学生积极思考，主动参与课堂教学，汲取科学巨匠成功的研究方法和创新精神。另外要帮助学生理解近代科学的特点以及与传统科技之间的区别，理解牛顿的经典力学、量子理论和相对论之间的关系。注意向学生强调科技自身在发展过程中的继承与发展之间的辩证关系，也可以用材料比较和阅读法概括物理学发展的线索。

一、巨人肩上的思索

1.中世纪欧洲教会教条以及所遇到的冲击：

（1）教条：亚里士多德的学说。

（2）冲击：伽利略学说中自由落体运动定律，推翻了这一学说。2.牛顿经典力学体系的建立：

（1）运动三定律及意义：惯性定律、加速度定律和作用力与反作用力定律。这些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）其他成就：万有引力定律。

（3）著作：《自然哲学的数学原理》，书中总结他的力学体系及在数学、天文学方面的研究成果。

二、认识史上的飞跃

1.牛顿经典力学体系的地位和意义：

（1）牛顿力学体系完成了人类对自然界认识史上第一次理论大综合。

（2）使力学和天文学在理论上达到相当完备的程度，也在生产和科学实验中得到广泛应用和验证；使科学摆脱神学的束缚向前发展。

2.牛顿经典力学理论的科学性和预见性：

（1）根据万有引力定律，人们准确地算出了地球的平均密度和扁平率，正确地解释了潮汐的成因。

（2）19世纪上半期，人们发现天王星附近的另一颗行星——海王星的存在及位置。

结合所学知识分析，牛顿的经典力学体系为什么具有划时代的意义？

【答案】 牛顿经典力学的建立在近代科学发展史上具有划时代的意义。第一，为力学学科确定了基本概念和基本定律，使力学形成系统化和理论化的知识体系且达到成熟和完善，并带动了其他学科的发展。第二，把天上和地上的运动统一起来，实现了人类对自然界认识的第一次大综合。第三，把人们对机械运动的认识从运动学的水平提高到动力学的水平。第四，把对物体运动状态的描述从变化的结果提高到对变化过程的认识。

三、驱走乌云的太阳

1.普朗克量子理论的诞生：

（1）过程：

①1879年，奥地利物理学家斯蒂芬发现了黑体辐射的总能量与其温度之间的定量关系。

②19世纪末，普朗克发现热辐射过程中能量分布规律；

③1900年普朗克提出量子概念。

（2）标志：

在《关于正常光谱能量分布定律的理论》中阐述这一思想，标志量子理论诞生。

2.量子理论的发展：

（1）1905年，爱因斯坦运用量子理论得出光具有波粒二象性结论。

（2）1923年，德布罗意提出物质波理论。之后建立量子力学。

四、爱因斯坦的“时空”

1.爱因斯坦相对论的提出：

（1）1905年，爱因斯坦创立了狭义相对论。

（2）1916年，爱因斯坦把适用于匀速运动体系的狭义相对论推广到加速运动的参考系中，建立了广义相对论。

2.爱因斯坦相对论建立的意义：

（1）这是对近代物理学理论框架重大突破，是人类思想发展史中一次根本性变革。

（2）揭示空间、时间可变性及时空变化和结构同物质运动状态密不可分，对自然科学和哲学产生深远影响。

（3）同量子理论一起构成现代物理学基本理论框架。

现代物理学的两大支柱——量子理论和相对论：

量子理论和相对论一起共同构成物理学的基础。经典物理学所适用的主要是我们日常生活中的物理现象，但在宏观的宇宙世界中和微观的粒子世界面前，就显得不太够用了。

量子理论的形成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；同时，在量子理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。

相对论的提出否定了经典力学的绝对时空论，从本质上修正了由狭隘经验建立起来的时空观，深刻地揭示了时间和空间的本质属性，推动物理学发展到一个新的高度。

总之，量子理论和相对论弥补了经典物理学的缺点，掀起了物理学的革命，构成了现代物理学的基本理论框架。

牛顿是英国伟大的物理学家、数学家和天文学家。他由于发明了万有引力定律而创立了科学的天文学，……由于认识了力的本性而创立了科学的力学。他所创立的经典力学体系不仅总结了前人研究的力学成就，而且说明了以前的理论所不能解释的物理事实，并且他在研究物理问题的同时创立了科学的研究方法和思维方法。牛顿经典力学体系的主要内容及意义：

（1）牛顿经典力学体系主要包括牛顿运动三定律和万有引力定律。其中牛顿运动三定律是指惯性定律、加速度定律和作用力与反作用力定律。

（2）牛顿力学体系的建立标志着近代自然科学的形成。它的确立使力学和天文学等理论达到了相当完备的程度，同时在生产和科学实验中得到广泛的应用和验证，使科学从此摆脱了神学的束缚而向前发展。牛顿力学体系对自然界的力学现象作了系统合理的说明，从而完成了人类历史上人类对自然界认识的第一次理论大综合，海王星的发现体现了惊人的科学预见性和巨大的理论指导意义。

【探究拓展】牛顿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先驱们深信不疑的真理。

例实现了自然科学第一次理论性大综合的是

A. 哈维的血液循环学说

B. 法拉第的电磁感应理论

C. 牛顿的经典力学体系

D. 爱因斯坦的相对论

【解析】 主要利用记忆法了解掌握自然科学形成的标志。

【答案】 C

下列关于牛顿力学的说法不正确的是（）

A. 包括惯性定律、加速度定律、作用力和反作用力定律三大定律

B. 进一步打击了神学思想体系

C. 万有引力定律适用于整个太阳系

D. 运动三定律是近代力学体系的基础

【解析】 牛顿力学体系包括惯性定律、加速度定律、作用力和反作用力定律以及万有引力定律。