2019-2020年高中歷史 第25課《現(xiàn)代科學革命》全套課程教案 岳麓版必修3.doc

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2019-2020年高中歷史 第25課《現(xiàn)代科學革命》全套課程教案 岳麓版必修3 課標要求：知道相對論、量子論的主要內(nèi)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(jīng)典物理學危機的基礎上現(xiàn)代科學革命產(chǎn)生的必然性，明白現(xiàn)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(chuàng)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(xiàn)代生活的重大意義。 情感態(tài)度與價值觀：結合辯證法原理，正確對待科學的發(fā)展。 教學重點：相對論、量子論的主要內(nèi)容及意義。 教學難點：相對論、量子論的主要內(nèi)容。 課時：本節(jié)教材用一課時。 板書設計： 第六單元 現(xiàn)代世界的科技與文化 第25課 現(xiàn)代科學革命 一、經(jīng)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(shù)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(xiàn)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(jīng)典物理學已經(jīng)日趨完善，達到了高峰。但是一些新的研究發(fā)現(xiàn)對它提出了挑戰(zhàn)，導致了經(jīng)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(xiàn)，它們掀起了物理學革命，構成了現(xiàn)代物理學的兩大支柱，并對其他學科產(chǎn)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(xiàn)代科學革命。 一、 經(jīng)典物理學的危機 二、 先請同學們聽一段小故事，當?shù)聡锢碇奈锢韺W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(yè)時，得到的答復是：“物理學基本上是一門已經(jīng)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(nèi)容，從教材中找到這個問題的答案。 教材P106本目內(nèi)容第三自然段：當時，人們把以牛頓力學為代表的經(jīng)典物理學看做絕對權威的理論，認為一切自然現(xiàn)象都可以用經(jīng)典物理學加以說明，而且物理學已經(jīng)發(fā)展到了完整、系統(tǒng)和成熟的階段，以后的工作只不過是在細節(jié)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(jīng)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(nèi)容倒數(shù)第三自然段：然而，正是在這個時候，物理學上出現(xiàn)了一系列新的發(fā)現(xiàn)，無法用經(jīng)典物理學來解釋，這使得經(jīng)典物理學陷入了危機，面臨著挑戰(zhàn)。 板書：絕對權威→危機 而經(jīng)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(xiàn)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。 三、 愛因斯坦與相對論 四、 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(jīng)典力學中的絕對時空觀，指出經(jīng)典力學僅僅在低速運動狀態(tài)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(nèi)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(fā)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(fā)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(xiàn)象得到相同的自然規(guī)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(nèi)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(jīng)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?nèi)粘Ｉ钪獾氖挛锏囊?guī)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(fā)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(jīng)過了同常識的反復斗爭而做出的，這更加體現(xiàn)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(fā)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(nèi)容的最后一個自然段。 找學生閱讀教材P107本目內(nèi)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(xiàn)的經(jīng)典物理學的危機，可以廣泛地解釋不同運動狀態(tài)的物質，創(chuàng)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(jīng)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(fā)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(nèi)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(chuàng)立過程，請同學們閱讀。 量子理論的創(chuàng)始人是誰？德國科學家普朗克。 板書：1．普朗克 量子理論的創(chuàng)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?shù)目茖W家，其最基本的態(tài)度就必須是尊重事實，歷史上因為墨守成規(guī)和不尊重事實而失去重大發(fā)現(xiàn)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(jīng)出現(xiàn)過反復和動搖，并最終導致他沒有做出更加偉大的理論創(chuàng)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(fā)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(chuàng)立的，而量子理論的發(fā)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(shù)第二、四自然段，這是量子理論的現(xiàn)實意義。 找學生閱讀教材P108倒數(shù)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(shù)第二自然段：量子力學對化學、生物學、醫(yī)學、考古學、古生物學和地質學等科學領域都產(chǎn)生了重大影響，帶來了許多劃時代的技術創(chuàng)新，如半導體和激光器的發(fā)明等。這直接推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展，從根本上改變了人類的物質生活。 相對論和量子理論的出現(xiàn)，掀起了物理學革命，構成了現(xiàn)代物理學的兩大支柱，并對其他學科產(chǎn)生了歷史性的影響。請看教材P108最后一個自然段，這是對相對論和量子理論的總體評價。 板書：2．相對論和量子理論的評價： 找學生閱讀教材P108最后一個自然段：量子理論和相對論一起，構成了現(xiàn)代物理學的基礎，彌補了經(jīng)典物理學的不足，描繪了一個嶄新的宏觀宇宙世界和微觀粒子世界，大大開闊了人們的視野，改變了人們看世界的角度和方式。它們不僅對物理科學本身，對自然科學，而且對整個人類的思維都產(chǎn)生了不可磨滅的影響。 量子理論和相對論突破了經(jīng)典物理學理論，對傳統(tǒng)科學的錯誤觀念和狹隘觀念也進行了否定，豐富了人類的知識寶庫；其探索和創(chuàng)新精神，也是人類認識世界、了解世界的歷程在曲折中前進的規(guī)律的生動說明。 小結：量子理論和相對論發(fā)展了經(jīng)典物理學，彌補了經(jīng)典物理學在宏觀宇宙世界和微觀的粒子世界面前的空缺，為人類描繪了一個嶄新的世界，對整個人類的思維都產(chǎn)生了不可磨滅的影響。但是理論的發(fā)展是無限的，人類的認識過程也是沒有止境的。 作業(yè)： 閱讀下列材料： 19世紀末，物理學的研究一方面深入到物質內(nèi)部的微觀世界，放射線和原子被發(fā)現(xiàn)，另一方面擴展到整個宇宙。隨著光學等學科的深入發(fā)展，人們對在光速或接近光速運動狀態(tài)下的物質的研究，也超出了經(jīng)典物理學的范圍。物理學被稱為“晴空上漂浮著兩朵烏云”的兩個無法解釋的難題，其一就是以太的不存在。這使得經(jīng)典物理學賴以建立的絕對時空觀受到了嚴峻的挑戰(zhàn)。 （1）經(jīng)典物理學形成的基礎是什么？這一基礎建立的理論是什么？ 提示：17世紀牛頓創(chuàng)立的經(jīng)典力學。它是建立在絕對時空觀的理論之上的。 （2）到19世紀時，經(jīng)典物理學發(fā)展到何種程度？他所適用的范圍主要是什么？ 提示：到19世紀，在經(jīng)典力學的 基礎上，光學、熱力學、電磁學、天體物理學等新興學科取得了長足的進步，把人類對自然界的認識推進到前所未有的深度和廣度。它所適用的范圍主要是我們?nèi)粘Ｉ钪械奈锢憩F(xiàn)象。 （3）19世紀末，物理學的發(fā)展對經(jīng)典物理學提出了怎樣的挑戰(zhàn)？ 提示：19世紀末，物理學的研究一方面深入到物質內(nèi)部的微觀世界，另一方面擴展到整個宇宙，超出了經(jīng)典物理學的范圍，經(jīng)典物理學賴以建立的絕對時空觀受到嚴峻挑戰(zhàn)。 （4）20世紀物理學的發(fā)展取得的兩項最重大的成就是什么？它們與經(jīng)典物理學的關系是什么？ 提示：量子理論和相對論。它們發(fā)展了經(jīng)典物理學，彌補了經(jīng)典物理學在宏觀宇宙世界和微觀的粒子世界面前的空缺，為人類描繪了一個嶄新的世界，對整個人類的思維都產(chǎn)生了不可磨滅的影響。 課堂反饋：