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第25課 現代科學革命

    06-21 16:03:54    瀏覽次數: 978次    欄目:高二歷史教案

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第25課  現代科學革命
課標要求:知道相對論、量子論的主要內容,認識其意義。
教學目標:
知識與能力:通過本課的學習,使學生了解在經典物理學危機的基礎上現代科學革命產生的必然性,明白現代科學的兩大支柱——相對論和量子理論的基本觀點,并認識到愛因斯坦在相對論、普朗克在量子理論的形成和創立過程中的重大作用。
過程與方法:結合相對論和量子論各自的理論基礎和研究方向,闡明兩者對人類歷史和現代生活的重大意義。
情感態度與價值觀:結合辯證法原理,正確對待科學的發展。
教學重點:相對論、量子論的主要內容及意義。
教學難點:相對論、量子論的主要內容。
課時:本節教材用一課時。
板書設計:
第六單元  現代世界的科技與文化
第25課  現代科學革命
一、經典物理的危機
絕對權威→危機
二、愛因斯坦與相對論
1.最偉大
2.相對論
三、量子理論中的微觀世界
1.普朗克,愛因斯坦,玻爾
2.相對論和量子理論的評價:
教學過程:
導入新課:同學們還記得1687年出版的《自然哲學的數學原理》是哪位科學家的巨著嗎?牛頓。這部巨著的意義是什么?建立起一個完整的力學理論體系,實現了物理學史上的第一次大飛躍。
下面請同學們來閱讀本課的引言:19世紀,以牛頓力學為代表的經典物理學已經日趨完善,達到了高峰。但是一些新的研究發現對它提出了挑戰,導致了經典物理學的危機。正是在這種情況下,相對論和量子理論出現,它們掀起了物理學革命,構成了現代物理學的兩大支柱,并對其他學科產生了歷史性的影響。人類對自然世界的科學探索又躍上了一個新的高度。
今天,我們學習第25課現代科學革命。
一、經典物理學的危機
先請同學們聽一段小故事,當德國物理著名的物理學家普朗克年輕時向他的老師求教,是選擇音樂還是物理學作為自己的終身的職業時,得到的答復是:“物理學基本上是一門已經完成了的科學,因此,對于物理學的研究實際上是不會有多大成果的!
這個小故事說明了什么道理?請同學們閱讀本目內容,從教材中找到這個問題的答案。
教材P106本目內容第三自然段:當時,人們把以牛頓力學為代表的經典物理學看做絕對權威的理論,認為一切自然現象都可以用經典物理學加以說明,而且物理學已經發展到了完整、系統和成熟的階段,以后的工作只不過是在細節上做些修正和補充,在計算上更細致一點,使理論更加完善。
板書:絕對權威
那么,經典物理學的危機又來自哪里呢?仍然請同學們在教材的本目中找到答案。
教材P106本目內容倒數第三自然段:然而,正是在這個時候,物理學上出現了一系列新的發現,無法用經典物理學來解釋,這使得經典物理學陷入了危機,面臨著挑戰。
板書:絕對權威→危機
而經典物理學陷入危機的具體難題是“晴空是漂浮著的兩朵烏云”,而為了驅散這兩朵烏云,物理學掀起了一場革命,誕生了現代物理學的兩大支柱——相對論和量子論。我們先來看第一大支柱。
二、愛因斯坦與相對論
直至今天,愛因斯坦都被視為科學界最偉大的科學家之一。
板書:1.最偉大
請同學們看教材P107第一自然段,了解愛因斯坦的生平。
相對論是愛因斯坦最重要的成就,也是20世紀最重要的科學成就之一。
板書:2.相對論
相對論由狹義相對論和廣義相對論組成。狹義相對論首先就瓦解了牛頓經典力學中的絕對時空觀,指出經典力學僅僅在低速運動狀態下合理,從而化解了以太之謎,直接驅散了漂浮在物理學晴空上的第一朵烏云。在廣義相對論中,愛因斯坦將相對性原理由慣參考系進一步擴大到任意參考系,并把牛頓的引力理論作為其中的一部分內容。
教材P107第二、三自然段對相對論作了簡單地介紹,文字閱讀框《穿越時空的夢想》也對相對論的相對性原理作了直觀的說明,請同學們閱讀。
關于相對性原理,有一個時間與空間相對性的例證。一個觀察者看來是同時發生的事件,另一個向他作相對運動的觀察者看來便不是同時發生的。兩個這樣的觀察者對兩個事件之間的時間間隔的估計將會不一致,同時他們對距離的衡量也會不一致。假定兩個作相對勻速運動的觀察者所得到的光速相同,那么,只要他們對時間與空間運用不同的量度,就能對于現象得到相同的自然規律,并能精確地說明這種差距有多少,換句話說,每個觀察者都有自己的一套時間——空間的框架,對于一切觀察者全都相同的絕對空間時間是不存在的。
關于光速不變原理,也有例證,就是尺縮效應和鐘慢效應。假定一個觀察者B帶著一只座鐘和一把碼尺,并把碼尺指向他運動的方向。當他向觀察者A旁邊走過時,在A起來他的尺子不足一碼長,他的鐘也變慢了。B相對于A的速度愈大,這差額也就愈大。假如B用光速在A的旁邊通過,我們得到的結果是驚人的,這時B的碼尺長度將等于0,他的鐘也完全不足了。這就是說光速的速度的極限,宇宙間沒有任何東西能以大于光速的速度運動。運動尺子的縮短和運動時鐘的變慢效應,都是相對時空的基本屬性,與物體內容結構無關。如果物體的速度比光速小得多,相對論力學就可以解釋牛頓力學。
相對論與我們的生活常識有著巨大的差距,但卻被科學實驗所證實,這就給我們提出了一個問題:常識總是正確的嗎?常識和正確的理論起沖突的時候,應當怎樣分辨呢?
常識是我們在生活的經驗和過程中所具備的,甚至可以說,是構成我們正常生活的基礎,所以常識是根深蒂固的。這種根深蒂固、雷打不動的認識,往往構成了我們尋找真理和本質,在探詢日常生活之外的事物的規律時,我們認識的障礙。日常生活中,常識是必要的,但是科學發展和人類進步不是只靠常識和直覺就可以的。因此,從這個角度來理解,科學家們通過精確、巧妙的物理學實驗得出的理論,也是經過了同常識的反復斗爭而做出的,這更加體現出科學探索之路的艱難。
相對論是人類精神寶庫中璀璨的明珠,而相對論的發明者愛因斯坦也因此名垂青史。關于相對論的評價,是教材P107本目內容的最后一個自然段。
找學生閱讀教材P107本目內容的最后一個自然段:相對論的提出是物理學領域最偉大的革命。它在很大程度上解決了19世紀末出現的經典物理學的危機,可以廣泛地解釋不同運動狀態的物質,創立了一個全新的物理學世界,極大地擴展了物理學應用的領域。同時,相對論也打破了經典物理學絕對化的思維模式,為人們提供了辯證地看待世界的途徑。
自相對論橫空出世以后,人類的認識有了極大的擴展:由低速領域跨入高速領域,由宏觀領域延伸到宇宙觀領域,由我們生存的三維空間到時間、空間共同構成的四維空間。對地整個人類來說,由相對論引發了史無前例的改變,不僅僅局限于一個時代:人們認識到時間和空間的相互依賴關系、時間和空間的相對意義,認識到時間、空間與物質運動相互依賴關系。對于人類意識來說,這的確是一場深刻的革命。
相對論驅散了漂浮在物理學晴空上的第一朵烏云,那么,另一朵烏云是怎樣被驅散的呢?
三、量子理論中的微觀世界
量子理論的提出,同樣是源于實驗和公式之間的不合。
教材P107本目內容的第一、二自然段,教材P108第一、二、三、四、五自然段介紹了量子理論的創立過程,請同學們閱讀。
量子理論的創始人是誰?德國科學家普朗克。
板書:1.普朗克
量子理論的創立過程是一個不斷懷疑和不斷假設的過程,普朗克于1900年提出量子假說是“不得不”的結果。因為作為一位嚴謹的科學家,其最基本的態度就必須是尊重事實,歷史上因為墨守成規和不尊重事實而失去重大發現的實例舉不勝舉。但是量子理論本身和物理學中早已流行了很久的思維方式相差甚遠,與一般人的常識更是有天壤之別,所以即便是在物理學界反應也十分冷淡。普朗克本人也曾經出現過反復和動搖,并最終導致他沒有做出更加偉大的理論創新。這也反映了人類認識事物本質的反復性和曲折性。
量子理論的發展過程和相對論不同,相對論基本是愛因斯坦憑著一己之力創立的,而量子理論的發展則凝聚了很多科學家的聰明才智。教材還提到了哪些科學家的哪些貢獻呢?
愛因斯坦的光量子理論,玻爾的原子的量子理論。
板書:1.普朗克,愛因斯坦,玻爾
在人類對微觀世界的認識上,量子理論是一座里程碑,從當前的實踐來看,量子理論對人類物質生活的改變作用更大一些,請同學們看教材P108倒數第二、四自然段,這是量子理論的現實意義。
找學生閱讀教材P108倒數第四自然段:量子理論是20世紀最深刻、最有成就的科學理論之一,使人類對微觀世界的基本認識有了革命性的進步。
找學生閱讀教材P108倒數第二自然段:量子力學對化學、生物學、醫學、考古學、古生物學和地質學等科學領域都產生了重大影響,帶來了許多劃時代的技術創新,如半導體和激光器的發明等。這直接推動了社會生產力的發展,從根本上改變了人類的物質生活。

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