专题七近代以来科学技术的辉煌

一近代物理学的奠基人和革命者

一、认识史上的飞跃

1．背景

(1)在中世纪的欧洲，亚里士多德的学说长期被教会奉为教条。

(2)伽利略在观察、实验和推理的基础上，创立了自由落体定律，推翻了亚里士多德的学说。

2．内容

(1)牛顿的运动三定律，即惯性定律、加速度定律、作用力和反作用力定律。

(2)牛顿从研究地球对月球的引力入手，成功地导出了万有引力定律。

(3)著作：1687年，《自然哲学的数学原理》出版，标志着牛顿力学体系的形成。

3．意义

(1)牛顿的运动三定律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)牛顿的力学体系对自然界的力学现象做出了系统的、合理的说明，完成了人类对自然界认识史上的第一次理论大综合。

(3)万有引力定律的确立，使力学和天文学在理论上达到了相当完备的程度，并在生产和科学实验中得到广泛的应用和验证。

二、驱走乌云的太阳(供选考学生使用)

1．背景

(1)19世纪的物理学领域，以牛顿力学为基础，形成了完整的理论体系。

(2)19世纪末，黑体辐射问题成为物理学界的重大研究课题。

2．发展过程

(1)奥地利斯蒂芬：1879年发现黑体辐射的总能量与其温度之间的定量关系。

(2)德国普朗克：发现了热辐射过程中的能量分布规律。1900年提出量子概念，他在《关于正常光谱能量分布定律的理论》中阐述这一思想，标志着量子理论诞生。

(3)德国爱因斯坦：1905年利用量子理论解释光电效应，得出光具有波粒二象性的结论。

(4)法国德布罗意：1923年提出物质波理论，将量子论发展到一个新的高度。

(5)奥地利、德国物理学家：建立量子力学。

3．意义

(1)量子力学成为反映自然界基本规律的理论体系，指导着人们向物质运动的各个层面进行深入探讨。

(2)改变了近代物理学中的传统观念，使物理学乃至整个自然科学的观念都发生了重大变革。

三、爱因斯坦的“时空”

1．相对论的创立

2.影响

(1)是对近代物理学理论框架的重大突破，揭示了 空间、时间的可变性，说明了时空的变化和时空结构同物质的运动和状态密不可分。

(2)形成全新的时空观、运动观和物质观，是人类思想发展史中的一次根本性变革，对整个自然科学和哲学都产生了深远的影响。

(3)相对论同量子理论一起，构成了现代物理学的基本理论框架。

[轻巧识记] 经典力学

[概念阐释] 近代科学

近代科学是在搜集材料的基础上，从现象深入到本质，从经验定律上升为系统的科学理论。它是建立在观察、试验基础上的实验科学，并广泛应用数学方法使科学知识日益精确化；同时发展了以实验事实为根据和以归纳推理为主要手段的研究方法，确立了一系列定量的科学定律。

[名师点拨]

1．经典力学的两点影响

(1)牛顿力学和热力学引发了第一次工业革命，使人类社会进入蒸汽时代。

(2)牛顿用数学方法精确描述宇宙运行的自然法则，为法国启蒙思想和唯物主义哲学奠定了科学基础，打击了神学，促使人类思想不断解放。

2．经典力学的特征

与传统科学和现代物理学相比，经典力学具有三大特征：一是注重实验，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。二是数学化，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。三是研究人们日常生活中易于理解的宏观世界，后来的X射线、放射性和电子等三大发现所揭示的却是人们没有直接经验的微观现象。这些表明人们对物质世界的认识在不断深入。

[易错提醒]

1．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，标志着近代物理学的真正开端。伽利略因而被誉为“近代科学之父”。牛顿经典力学体系的建立则标志着近代科学的形成。

2．爱因斯坦的相对论只是否定了牛顿的绝对时空观，没有否定整个牛顿力学。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。相对论发展了牛顿力学，打破了传统的绝对时空观。

1．伽利略通过实验，发现了自由落体定律等物理学定律，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，为经典力学体系的创立和发展奠定了基础。

2．牛顿《自然哲学的数学原理》的发表，标志着经典力学体系的初步建立，经典力学是近代自然科学理论体系中最先成熟和完善的核心理论体系。

3．20世纪初，普朗克提出了量子假说，爱因斯坦提出了相对论，改变了人们认识世界的角度和方式，标志着人类迈入现代科学技术时代。量子论和相对论一起，构成了现代物理学的基础。

[材料] 爱因斯坦说：“牛顿第一个成功地找到了一个用公式清楚表达的基础。从这基础出发，他用数学的思维，逻辑地、定量地演绎出范围很广的现象并且同经验相符合。”

据材料及所学知识，牛顿最突出的贡献是什么？其理论体系有何特点？

[教你读史]

材料以图文的形式展现了牛顿的贡献，注意关键词：“用公式”表达，“用数学的思维”等。

[提示] 贡献：牛顿运动三定律及万有引力定律，完成了人类对自然界认识史上的第一次理论大综合。

特点：以实验为基础，以数学为表达形式，具有严密逻辑体系。

牛顿力学体系的贡献及其局限性

(1)贡献：

①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的普遍规律，从力学的角度证明了自然界的统一性，实现了人类对自然界认识的第一次综合，完成了人类对对自然规律的第一次理论概括和总结。

②牛顿力学体系以严格的数学方法和严密的逻辑体系把宇宙间的运动统一起来，对人类解释与预见物理现象具有决定性的意义。

③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发展，把人类对自然界的认识推进到前所未有的深度和广度。

(2)局限性：

①牛顿力学体系建立在日常生活中常见的低速运动的物质之上，时间和空间被视为与物质运动无关而独立存在，是绝对的。

②无法解释高速运动的物体运动的规律和微观世界中的粒子。

[材料一] (英国)皇家学会会长汤姆逊致辞说：“爱因斯坦的相对论是人类思想史上最伟大的成就之一，也许就是最伟大的成就。”……1921年……爱因斯坦作为光电效应理论的建立者而得奖，但相对论始终没有获诺贝尔奖。

——吴国盛《科学的历程》

(1)材料一为什么说相对论是“最伟大的成就之一”？“相对论始终没有获诺贝尔奖”说明了什么问题？

[教你读史]

注意相对论的两个评价，一是“最伟大”，二是“始终没有获诺贝尔奖”。

[提示] (1)原因：相对论否定了经典力学的绝对时空观，深刻揭示了时间和空间的本质属性，提出了全新的时空观、运动观和物质观；发展了牛顿力学，将其概括在相对论力学之中，将物理学发展到一个新的高度。

问题：相对论超出了人们的日常思维、经验和感受，很难被人们理解和接受。

[材料二] 能量子钻进物体的表面层……把它的全部能量给予了单个电子……一个在物体内部具有动能的电子当它到达物体表面时已经失去了它的一部分能量。

——《爱因斯坦文集》

(2)据材料二回答，爱因斯坦这一研究的理论基础是什么？他在这一方面有何贡献？

(3)为什么说相对论和量子论使人类对自然世界的科学探索又跃上了一个新的高度？

[教你读史]

关键词：“能量”“电子”；同时注意材料的出处。

[提示] (2)理论基础：量子理论。贡献：用量子理论成功解释了光电效应。

(3)相对论和量子论弥补了经典力学在认识宏观世界和微观世界方面的不足，开阔了人们的视野，改变了人们认识世界的角度和方式。

量子论和相对论是现代物理学的两大支柱

(1)量子理论和相对论一起，构成了现代物理学的基础。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和微观的粒子世界面前，就显得不太够用了。

(2)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。

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