《现代科学革命》教案教学目标知识与技能（1）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一一相对论和量子理论的基本观点。

（2）认识爱因斯坦在相对论、普朗克在量子理论的形成和创立过程中的重大作用。

（3）结合相对论和量子理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。

过程与方法（1）充分利用图书馆、博物馆、互联网等资源，提高收集、分析相关资料的能力。

在学习过程中通过合作、探究学习，培养分析解决问题的能力及交流与合作的能力。

（2）全面提高科学素质、创新精神和实践能力。

学会运用阅读法、观察法、讨论法、推理法、概括法、实验法等来学习了解近代物理学的相关问题。

情感态度与价值观结合辩证法原理，让学生领会科学发展的过程和意义，树立对待科学发展的正确态度。

重点与难点重点经典力学的建立；相对论的提出；量子论的诞生。

难点不同阶段物理学之间的关系；对科学发展创新性的理解。

教学过程新课导入经典物理学的历史地位是什么？牛顿经典力学的历史地位：（1）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而达到成熟和完善，并带动了其他学科的发展。

（2）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大综合。

（3）引发了第一次工业革命，使人类进入蒸汽时代。

（4）为启蒙思想和唯物主义哲学奠定了科学基础。

然而，在19世纪，备受推崇的经典物理学却面临着严重的危机，从而导致了现代科学革命。

新课学习一、经典物理学的危机牛顿经典物理学有哪些内容？经典物理学为什么会出现危机？17世纪后期，牛顿发表了著名的力学三定律（惯性定律、加速度的比例定律、作用与反作用定律）和万有引力定律，标志着经典力学体系的建立。

我们说的经典物理学是指以牛顿力学为代表的运动三大定律和万有引力定律，及在此基础上建立的理论体系。

经典物理学是以日常生活中常见的低速运动的物质为研究对象的，在这里，时间和空间被认为是绝对的，是与物质运动无关的因素。

因此，一旦物理学研究的这种基础发生变化，如所研究的物质是以光速或接近光速运动时，经典物理学的某些结论就变得不准确，导致经典物理学出现了危机。

当德国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终身的职业时，得到的答复是：“物理学基本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。

”当时许多物理学家认为：物理学的大厦已经落成，人类对自然界的认识已经到了尽头。

这说明了什么问题？1.17～19世纪牛顿经典力学日趋完善、成熟。

物理学的新发现：X射线、放射性和电子的发现，这三大发现都无法用经典物理学来解析，与经典物理学的理论体系产生了尖锐的矛盾，揭示了经典物理学的局限性。

经典物理学所研究的是人们日常生活中易于理解的宏观世界，三大发现所揭示的却是人们没有直接经验的微观现象。

这就要求人们对物质的认识要提高到一个新的层次，物理学要进行一场彻底的变革。

（相对论和量子理论出现的背景）上述新发现说明了什么问题？2.19世纪末以牛顿力学为基础的经典物理学无法解释物理学的新发现而陷入危机。

二、爱因斯坦与相对论1．爱因斯坦爱因斯坦（1879-1955），1879年3月14日在德国小城乌尔姆出生，他的父母都是犹太人。

他是举世闻名的德裔美国科学家，现代物理学的开创者和奠基人。

爱因斯坦有一个幸福的童年，他的父亲是位平静、温顺的好心人，爱好文学和数学。

他的母亲个性较强，喜爱音乐，并影响了爱因斯坦，爱因斯坦从六岁起学小提琴，从此小提琴成为他的终身伴侣。

爱因斯坦的父母对他有着良好的影响和家庭教育，家中弥漫着自由的精神和祥和的气氛。

和牛顿一样，爱因斯坦年幼时也未显出智力超群，相反，到了四岁多还不会说话，家里人甚至担心他是个低能儿。

六岁时他进入了国民学校，是一个十分沉静的孩子，喜欢玩一些需要耐心和坚韧的游戏，例如用纸片搭房子。

1888年进入了中学后，学业也不突出，除了数学很好以外，其他功课都不怎么样，尤其是拉丁文和希腊文，他对古典语言毫无兴趣。

1900年爱因斯坦毕业于苏黎士工业大学，1909年开始在大学任教，1914年任威廉皇家物理研究所所长兼柏林大学教授。

1933年受希特勒迫害离开德国移居美国，爱因斯坦在物理学的许多领域都有贡献，比如建立狭义相对论并推广为广义相对论、提出光的量子概念，并以量子理论解释光电效应、辐射过程、固体比热等。

1921年获诺贝尔物理学奖。

爱因斯坦的主要科学成就是提出了著名的相对论。

我们进入下一问题：“相对论的提出”。

2．相对论的提出相对论是怎样提出的？其主要内容是什么？（1）1905年，爱因斯坦发表《论动体的电动力学》一文，完整地提出匀速运动体系的狭义相对论；1916年他又把匀速运动体系的狭义相对论进一步推广到加速运动参考系中，建立了广义相对论。

这被看作人类思想史上最伟大的成就之一。

（2）主要内容：相对论的主要内容是什么？相对性原理和光速不变原理。

狭义相对论和广义相对论统称相对论，如何理解相对论？在相对性原理中，爱因斯坦认为时间、运动、质量不是绝对的，而是相对的。

较典型的现象是运动的物体长度变短（尺缩效应）、运动的钟比静止的钟走得慢（钟慢效应）、运动的物体重量变大。

光速不变原理则认为光的传播速度在任何条件下都是不变的。

由于相对论的观点与人们的日常经验不太一致，甚至有着尖锐的冲突，相对论从一开始就受到包括一些科学家在内的很多人的反对。

1921年爱因斯坦获得了诺贝尔奖，当时不少德国的诺贝尔奖获得者威胁说，如果给相对论授奖，他们就要退回已获得的奖章，结果评选委员会只好让爱因斯坦作为光电效应理论的建立者得奖，相对论始终没有获得诺贝尔奖。

但相对论在物理学上却非常合理且为实验所证实。

说一说：这说明了一个什么问题？可以给我们什么启发？这就提醒人们要敢于怀疑常识，勇于创新，因为即使生活中习以为常、看起来无懈可击的规律都有可能是不科学的。

3．相对论的意义：相对论的提出产生了怎样的影响？（1）解决了经典物理学的危机，创造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；也使人们对自然规律的探索从普通世界深入到广阔的宏观宇宙空间。

（2）打破了经典物理学绝对化的思维模式，为人们提供了辩证看待世界的途径。

相对论构成了现代物理学的两大支柱之一。

那么，现代物理学的另一个支柱又是什么呢？量子理论是现代物理学的另一大支柱。

二、量子理论中的微观世界1．提出作为现代物理学两大支柱之一的量子理论是怎样提出的呢？（1）量子假说最先由德国物理学家普朗克于1900年提出。

他认为，物质的辐射能不是连续的，而是以最小的、不可再分的能量单位即能量量子的整数倍跳跃式地变化的。

（2）随后英国物理学家卢瑟福和丹麦物理学家玻尔把量子论用于原子结构的研究，证实原子是由带正电的原子核和带负电的电子组成。

电子在不同轨道上围绕着原子核运动，当电子从外层轨道跳到内层轨道时就放出相应波长的电磁波。

玻尔在此基础上创立了原子结构的理论。

（3）爱因斯坦利用原子论成功地解释了光电效应出现的现象及光的本质，进一步推动了量子理论的发展。

普朗克（1858～1947年），德国物理学家、哲学家，量子理论的奠基人，1879年在慕尼黑大学获得博士学位后，先后在慕尼黑大学和基尔大学任教授。

1888年任柏林大学理论物理研究所所长。

他在物理学上最大的贡献是1900年提出辐射量子假说。

并因此获得1918年诺贝尔物理学奖。

1900年，普朗克为了克服经典物理学对黑体辐射现象解释上的困难，创立了物质辐射（或吸收）的能量只能是某一最小能量单位（能量量子）的整数倍的假说，即量子假说。

他引进了一个物理普适常数，即普朗克常数，以符号h表示，是微观现象量子特性的表征。

普朗克提出了量子理论假说后，因为思想僵化，不但不敢相信自己的理论，反而把自己提出的理论收回去：1900年，43岁的普朗克发表了他划时代的革命性的量子假说。

但是他“想方设法要把作用量子纳入古典理论中去，然而终归徒劳”。

这些徒劳无益的做法持续了许多年，花费了他不少心血。

这种迷惘的来源诚如海森堡所指出的那样：“普朗克由于在整个世界观上是保守的，他根本就不喜欢这个结果。

”2．主要内容量子理论的主要内容是什么？普朗克提出的量子假说、爱因斯坦提出光的量子理论、玻尔提出原子的量子理论。

3．意义量子理论的提出有什么意义？（1）量子论的形成标志着人类对于客观规律的认识，开始从宏观世界深入到微观世界。

基于量子规律的新技术深深地改变了人类的生活，包括激光技术和电子计算机的出现；在量子论的基础上发展起来的量子力学，极大地促进了原子核物理等科学的发展，人类从此进入了核能时代。

（2）量子论和相对论是现代物理学的两大支柱。

想一想：量子理论和相对论的提出有什么共同点？共同点：从背景上看，19世纪末，物理学得到了极大的发展，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。

但是，一系列新的发现无法用经典物理学解释，这使得经典物理学陷入了危机，面临着挑战。

从产生过程看，第一，都是科学大师们敢于向权威挑战，追求真理的结果。

第二，都经历了一个产生发展完善的过程。

合作探究l.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构成现代物理学的基础。

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。

合作探究2.牛顿力学与爱因斯坦相对论的关系（1）牛顿力学体系概括了物体机械运动的基本定律，这些定律有一个不容忽视的前提，即物质运动是在低速情况下，这些定律才适用。

（2）相对论否定了牛顿的绝对时空观，提出时空不是绝对不变的，而是随物质的运动而变化，物质质量随运动的速度变化而变化，并提出了质能转化原理，奠定了利用原子能的理论基础，加深了人们对物质和运动的认识，在科学、哲学上有重大意义。

（3）相对论发展了牛顿力学，把牛顿力学概括在相对论力学中，牛顿力学只是相对论力学在低速运动状态时的一个特例。

课堂小结19世纪，以牛顿力学为代表的经典物理学日趋完善，并达到了高峰。

但是一些新的研究发现对它提出了挑战，出现经典物理学的危机。

在这种情况下，以相对论和量子论为代表的重大物理学成就掀起了物理学的革命。

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，创立了一个全新的物理学世界，为人们提供了辩证地看待世界的途径。