(二)教学内容分析
●本课从牛顿到普朗克到爱因斯坦,讲述了物理学进步的历程,揭示了人类对自然认识不断深入的过程,勾画出物理学理论体系的创新,导致物理学新的研究方法和研究成果不断涌现的历程,使人类认识自然、应用自然和改造自然能力不断增强的。
●教材展示了物理学发展的过程是一个不断超越前人、突破权威的过程。教材设计了几个关于科技进步引起人类认识变化的思考问题,通过讨论,要帮助学生形成正确的自然观。
课文以巨人肩上的思索、认识史上的飞跃、驱走乌云的太阳、爱因斯坦的“时空”四个重要问题,讲述了人类在物理学领域的认识由低级到高级不断演进的过程:
【巨人肩上的思索】介绍了牛顿对先哲理论的突破。重点介绍了三定律和万有引力定律。
近代科学诞生后,意大利科学家伽利略通过观察、实验和推理,创立了自由落体定律。17世纪末,英国科学家牛顿在伽利略和笛卡儿等理论的基础上,得出了惯性定律、加速度定律和作用力和反作用力定律。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。近代自然科学有两个重要特征:用实验可以验证,用数学可以精确表达。牛顿还以独特的思考方式,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。1687年,牛顿撰写的《自然哲学的数学原理》出版,书中总结了他的力学体系以及在数学、天文学方面的研究成果。
【认识史上的飞跃】介绍了牛顿的力学体系完成后,人类对自然界认识上的重大成就。
科学实验证明,万有引力定律不但适用于整个太阳系,而且适用于一切天体运动和宇宙中的所有物体。近代科学摆脱了神学的束缚,到19世纪,进入了全面繁荣的时代。根据万有引力定律,人们正确地解释了潮汐的成因。19世纪20年代,人们在制作星表时发现了天王星和海王星,体现了自然科学所具有的惊人的预见力和巨大的理论指导意义。
【驱走乌云的太阳】重点介绍了普朗克的量子理论和对光学的重要影响。
19世纪末,物理学界的重大研究课题是黑体辐射问题。1879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。德国物理学家普朗克发现了热辐射过程中的能量分布规律,他提出了著名的量子概念,《关于正常光谱能量分布定律的理论》的发表,标志着量子理论的诞生。1905年,德裔科学家爱因斯坦把普朗克的量子理论推广到光学中,成功地解释了光电效应,作出了光具有波粒二象性的结论。1923年,法国物理学家德布罗意又提出物质波理论,认为实物粒子也具有波动性,将量子论发展到一个新的高度。量子理论使物理学乃至整个自然科学的观念都发生了重大变革。
【爱因斯坦的“时空”】介绍了爱因斯坦的相对论及其意义。
1905年,爱因斯坦发表了《论动体的电动力学》,创立了狭义相对论。他认为时间和空间都与物质的运动有关,随着物质运动速度的变化而变化。爱因斯坦还指出,物体的质量m与其能量E之间有E=mc2(c代表光速)的关系。这一质能关系式奠定了利用原子能的理论基础。1916年,爱因斯坦建立了广义相对论。广义相对论第一次阐述了四维空时和物质的分布相联系的重要思想。爱因斯坦相对论的建立,是对近代物理学理论框架的重大突破,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极其深远的影响。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。
●本课的重点和难点。
重点:1、了解经典力学的主要内容和知道相对论、量子论的主要内容。
2、认识人类认识继承发展的过程。
难点:认识科学发展与宗教的关系。
(二) 问题解答
【读一读】
你是怎样看待牛顿的?读了牛顿的这段话,你有哪些感想?
提示:评价牛顿要注意结合其成就及作用。从正确的自我意识和对待科学的态度来阐述感想。
【想一想】
牛顿力学体系的建立为什么会引起人类认识上的巨大飞跃?
1、牛顿的力学体系对自然界的力学现象作出了系统、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。2、适用于整个太阳系、一切天体运动以及宇宙中的所有物体。3、使力学和天文学在理论上达到了相当完备的程度,同时也在生产和科学实践中得到广泛的应用和验证。4、使科学摆脱了神学的束缚向前发展。
【议一议】
有人说,人类可以认识未来任何将出现在比已知更高一个层次上的事物,但我们永远不能认识宇宙的全部。你认为这种说法正确吗?请结合你了解的知识,谈谈支持你的观点的理由。
正确。提示:人的生命是有限的,而宇宙是无限的。
【自我测评】
简述牛顿的主要科学成就及其影响。
牛顿的主要科学成就是牛顿力学体系的建立,包括:惯性定律;加速度定律;作用力和反作用力定律;万有引力定律。影响: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、对自然界的力学现象作出了系统的、合理的说明,从而完成了人类对自然界认识史上的第一次理论大综合。3、成为近代科学形成的标志。
【阅读与思考】
材料中说相对论是人类思想史上最伟大的成就,你同意这一说法吗?为什么?
同意。提示:用相对论的重要意义来说明。
你如何看待1921年爱因斯坦获诺贝尔奖时所发生的事?
提示:科学没有国界。尊重知识。