第四单元 近代以来世界的科学发展历程
科学勃兴 进展辉煌
转化生产 科技革命
文艺复兴 思想解放
----经典力学、相对论和量子论、进化论（11、12课）
----三次科技革命（13课）
科技历程
天问 （战国）屈原
2000多年前
这浩瀚的宇宙有没有一个开头？
那时混混沌沌，天地未分，可凭什么来研究？
穹窿的天盖高达九层，多么雄伟壮丽！
太阳与月亮高悬不坠，何以能照耀千秋？
大地为什么倾陷东南？
……
啊！我日夜追求真理的阳光，
渔夫却笑我不随波逐流！
1400多年前 中世纪托勒密绘制的欧洲宇宙体系
500多年前，哥白尼绘制的宇宙图
霍金《时间简史》
我们对宇宙了解多少？
我们又是怎样才知道的？
宇宙从何来，又将向何处去？
宇宙有开端吗？
时空的本质是什么？
宇宙会有终结吗？
变革社会关系、重新划分权利义务界限，摆脱社会关系中的人的行动的不自由。
追求自由
通过认识自然，凭借科学发展和技术进步，克服人与自然关系中行动的不自由。
社会路线
自然路线
文艺复兴
宗教改革
启蒙运动
近代自然科学和技术的发展
【思考】他们分别是什么人？有什么贡献?
探究：他们分别是什么人？有什么贡献？
第11课 物理学的重大进展
伽利略 牛顿 普朗克 爱因斯坦
近代物理学发展的简要历程
伽利略 牛顿 普朗克 爱因斯坦
奠基者
革命者
神学附属
自由落体定律
经典力学
量子理论
狭义相对论
广义相对论
经典力学的重要奠基者—伽利略
1.背景:

2.重大贡献:
中世纪农业、手工业的发展为近代科学提
供了物质条件；文艺复兴运动的兴起
（1）物理学成就:
外力并不是维持运动的原因,是改变运动状态的原因.
发现自由落体定律（物体运动观念的重大变革）
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
（2）天文学成就：
创制天文望远镜（“伽利 略望远镜”），发现了许多星体
为经典力学的建立奠定了基础,标志着物理学的真正开端
证明了哥白尼“日心说”的正确性
一．经典力学
“亚里士多德写成了《物理学》一书。对于“运动原因”的探讨，主要是作为他的哲学原理的一种推论。按照他的想法每一物体都有其活动的自然领域或特定空间。物体越重，下落得就越快；物体越轻，下降得就越慢，物体下落的快慢与它的重量成正比。” ——杨庆余《物理学史》
问题:根据材料指出亚里士多德关于物体运动规律的结论是什么？
问题：亚里士多德是根据什么方法得出这一结论的？
“伽利略利用小球在光滑的斜面上做力学实验。随着小球在光滑斜面滑行的斜角不断增加，达到90°时就成为一个自由落体运动。他还通过物体的单摆运动来研究自由落体运动。最后通过实验证明：自由落体的下落速度与时间成正比，与物体重量无关。……那些信奉亚里士多德的人最后承认：在事实面前，我无话可说。因为可以重复成千上万同样的实验得出同样的结果就已经无话可说了。”
——鲍建强《科学思维与科学方法 》
问题：根据材料指出伽利略用什么方法来挑战亚里士多德的学说？
问题：结合材料指出伽利略通过实验在物体运动方面得到了什么新认识？
伽利略简介
伽利略（1564—1642），伟大的意大利物理学家和天文学家，他开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系和数学表述形式的近代科学，被誉为“近代科学之父”。他第一个把望远镜对准天空进行观测，出版了《星空使者》一书。1632年，他出版了《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》，把哥白尼的学说推到了最终胜利的阶段。
1590年，伽俐略在斜塔的顶层做自由落体运动实验，让两个重量相差10倍的铁球，同时从塔顶落下，结果两球同时着地，因而，雄辩地一举推翻了束缚人们近2000年的希腊学者亚里士多德关于重量不同的物体，其下落的速度也不相同的“物体下落速度与重量成正比”的理论。伽俐略开创了实验物理的新时代，为经典力学的创立奠定基础。
经典力学的重要奠基者—伽利略
1.背景:

2.重大贡献:
中世纪农业、手工业的发展为近代科学提
供了物质条件；文艺复兴运动的兴起
（1）物理学成就:
外力并不是维持运动的原因,是改变运动状态的原因.
发现自由落体定律（物体运动观念的重大变革）
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
（2）天文学成就：
创制天文望远镜（“伽利 略望远镜”），发现了许多星体
为经典力学的建立奠定了基础,标志着物理学的真正开端
证明了哥白尼“日心说”的正确性
一．经典力学
1609年，伽利略创制了天文望远镜,并用来观测天体。他发现了月球表面的凹凸不平，并亲手绘制了第一幅月面图。
伽利略是第一位利用望远镜观察天体并取得大量成果的人。
伽利略发明的望远镜及观测到的月亮
1610年，伽利略发现了木星的四颗卫星，后又发现太阳上有黑子，月球上有山脉，这些都为哥白尼的地球绕着太阳公转的“日心说”找到了有力证据。宗教法庭把他软禁在家，不准外出。８年多后，伽利略临死前仍不屈服，坚定地说：“地球确实在围着太阳转！”
自然科学的发展经历了由古代科学向近代科学的转变过程。下图是意大利某著名物理学家及其发明的望远镜，其被誉为“近代科学之父”，是基于他
A．以实验事实为根据并强调严密逻辑体系
B．研究行星运动取得重大成果
C．用数学方法和逻辑体系描述宇宙运动
D．对宇宙的认识动摇宗教神学的基础
巩固练习
是对生产经验的总结和对自然现象的直接描述，缺乏理论探索（属应用科学）
注重观察和实验与严密逻辑体系相结合（属理论科学）
重视整理与经验总结
注重理论研究与观察实验
服务于农业生产和统治需要
服务于工业生产和经济的发展
逐渐落后于西方
近代自然科学兴起和发展
讨论：牛顿和爱因斯坦，谁是科学史上最有影响力的人？
艾萨克·牛顿（1643-1727）
自然界和自然规律隐藏在黑暗中，上帝说：让牛顿出生吧！于是，一切都变得光明。——（英）亚历山大·波普
阿尔伯特·爱因斯坦（1879-1955）
在美的前沿揭示了一个崭新的世界。
【思考】同样提出并发展科学理论，牛顿的结局与布鲁诺、伽利略等科学家有何不同？
1689年成为国会议员。
1700年任铸币厂长
1706年，被册封为爵士，成为第一位获此殊荣的科学家
牛顿的生活
科学与理性的萌动
1521 麦哲伦船队横渡了太平洋，完成环球航行
1550年起 宗教改革中出现清教运动，推崇刻苦、勤奋生活
1616年 莎士比亚去世，生前将文艺复兴推向高潮
1620年 剑桥大学成为“知识分子骚动”的地方
1626年 唯物主义和现代实验科学的始祖培根去世
1640年 反对专制王权的资产阶级革命正式开始
1642年 牛顿出生于一个清教徒家庭
1660年 促进“物理-数学实验知识”发展的皇家学会成立
1676年 议会制定《人身保护法》并迫使英王签署
1687年 牛顿出版了《自然哲学的数学原理》
阅读以上年表，在以上所列事件中任选一点，说一说这一社会因素与牛顿科学成就的联系。
牛顿与社会变化
资本主义经济发展；文艺复兴以来，人文主义解放思想，崇尚科学和理性。。。。
牛顿在人类文明（自然科学、社会发展）中的地位？
自然哲学的
数学原理
物理学
是物理的基本工具
牛顿由于发明了万有引力定律而创立了科学的天文学，由于进行了光的分解而创立了科学的光学，由于创立了二项式定理和无限理论而创立了科学的数学，由于认识了力的本性而创立了科学的理学。
------恩格斯
牛顿力学是经典物理学和天文学的基础，也是现代工程力学以及与之有关的工程技术的理论基础。牛顿力学的创立，标志着人类科学时代的开始。-------岳麓版教科书
1、标志着经典力学体系和近代科学的形成;
牛顿在人类文明（自然科学、社会发展）中的地位？生活中的牛顿力学
他以超乎寻常人的智力，用他所发明的数学方式，第一个证明了“行星的运动和图像，彗星的轨道和大海的潮汐……”
——墓志铭
2.对解释和预见物理现象有决定性意义
牛顿在人类文明（自然科学、社会发展）中的地位？
通过牛顿开辟的科学方法，……正是因为遵循了科学、技术和生产这个全新的模式……沟通了人类5000年以来一直无法跨越的“技术”和“科学”之间的鸿沟……开启了“工业革命”的大门。
3.牛顿的科学理论为工业革命奠定了基础
探究：根据材料分析牛顿如何让一切变得光明？
牛顿
科学艺术女神缪斯
伏尔泰
《牛顿哲学原理》插图
牛顿以他对天地万物的聊聊数条规律的精美绝伦的概括，彰显了人的理性的伟大，暴露了宗教非理性主义的荒谬。
——伏尔泰
4.为法国启蒙思想奠定了科学基础
5.推动了维新变法运动，新文化运动，引领了中国的思想解放潮流
根据材料，概括牛顿对中国近代思想解放潮流有何具体影响？
牛顿倡打破偶像之论，遂启近代科学，嗣同（谭嗣同）之冲决罗网，正其义也。
----梁启超《清代学术概论》
我们相信尊重自然科学实验哲学，破除迷信妄想，是我们现在社会进化论的必要条件。
------1919年《新青年》
质疑：经典力学体系完成了人类对自然史上的一次理论大综合，它是最完美的物理学理论吗？人类的科学和理性已经走向幸福终点站了吗？
人类对理性的追求，促进了科学的发展同时也向科学发起了挑战
1.提出背景：
19世纪科学得到飞速发展（19世纪末物理学三大发现：x射线、放射线和电子的发现），经典力学无法解释一些新问题，出现“物理学危机”。
二. 相对论的创立
科学生活：激动人心 VS 枯燥乏味
童年时代：感受被排斥的痛苦；
大学期间：普通学生未被重视；
大学毕业：没有找到固定工作；
组建家庭：成为专利局的职员‘
成为最顶尖的物理学家
爱因斯坦
（1879-1955）
1905年，爱因斯坦26岁，接连写下4篇改变整个20世纪物理学面貌的论文：
1.光的量子说（解释光电效应）
2.布朗运动（证明分子的存在）
3.狭义相对论（修正了牛顿力学）
4.质能互换律（E=mc2）

5.1916年，爱因斯坦发表了广义相对论基础，最具创见也是最伟大的贡献：
广义相对论（取代了牛顿的万有引力理论）
1905 神奇的一年
1.提出背景：
2.提出：（1905年 狭义相对论；1916年提出广义相对论）
二. 相对论的创立
狭义相对论
广义相对论
相对论
什么是狭义相对论？
狭义相对论的两个基本原理是相对性原理和光速不变原理。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。
为了对这一深奥的理论做通俗的说明，爱因斯坦曾经风趣地对一名男青年说：“我打个比方，比如你屁股坐在火炉上烤和坐在公园柳荫下与女士谈情说爱，那么，同样的时间你觉得哪一个更长？”男青年说：“当然坐在火炉上烤的时间觉得长久。”爱因斯坦说：“这就是我的相对论内容。”
时间和空间的相对性
什么是广义相对论？
广义相对论指出:空间和时间不可能离开物质而独立存在,空间结构和性质取决于物质的分布.
科学革命：宇宙新理论、牛顿观念的破产 ——1919.11.7英国《泰晤士报》
思考：爱因斯坦推翻了牛顿的理论，牛顿真的错了？相对论和经典力学有何关系？
1.相对论否定了经典力学的绝对时空观；
2.牛顿力学反映的是宏观物体低速运动的客观规律，而相对论反映的是物体高速运动的客观规律，相对论是对牛顿力学的继承和发展。
3.牛顿力学是相对论的一种特例（物体低速运动状态），包括在相对论体系中。
1.提出背景：
2.提出：（1905年 狭义相对论；1916年提出广义相对论）
3.意义
二. 相对论的创立
①是物理学领域的一次重大革命
②否定了经典力学的绝对时空观
③发展了牛顿力学
④推动物理学发展到一个新高度
生于马车时代的爱因斯坦，其无与伦比的智慧和思想在100年中带来的变化超过了他之前两个世纪的科技进展。
爱因斯坦揭示了更为复杂的真实，用于还以事物真相的思想和方法为电脑、卫星、电信、激光、电视、核能和原子弹的问世作出了贡献。
——《华盛顿邮报》（2005年）
宇航员在月球上，将一个铁球和一片鹅毛同时落下，结果同时到达地面。
汽车在拐弯时倾斜加速，我们的身体为什么向后仰；而减速时向前倾
长相相同的两个孪生兄弟，哥哥一天乘坐光速的宇宙飞船去太空旅游，一年回到地球，发现哥哥明显比弟弟年轻。
学以致用：指出下列现象体现了何人的什么理论？
伽利略的自由落体定律
牛顿的作用和反作用定律
爱因斯坦的相对论
19世纪末20世纪初，物理学三大发现，使
人们对物质的认识深入到原子内部。
1.背景：

2.量子论的诞生与发展：
3.意义：
（1）1900年，德国物理学家普朗克提出量子假说（诞生）
（2）丹麦物理学家玻尔把量子论用于原子结构研究，创立了
原子结构理论。
（3）爱因斯坦利用量子论成功地解释了光电效应出现的现象
及光的本质。
P57
三、量子论的诞生与发展
普朗克（1858—1947）生于基尔。1879年普朗克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。由于量子论创立，普朗克获得1918年诺贝尔物理学奖。他的父亲是一位杰出的法律教授。普朗 克家是德国人所具有的最好品质的范例：诚恳，忠于职守，他的 业余爱好是音乐，在这方面表现了专业艺术才干；另一项业余爱好是他一直坚持到晚年的登 山运动。
加热到不同温度的物体发出不同颜色的光
科学家们为了总结热辐射规律，推导出两个公式。
但这两个公式的计算结果总是与实验结果不相符合。
1900年，为了解决热辐射理论上的疑点，德国物理学家普朗克提出了量子假说：辐射像物质一样，是由具有能量的基本单位量子来实现的。
近代物理学的重大进展
伽利略（17世纪初）：近代科学之父 实验科学
落体定律、匀速运动、匀加速运动
牛顿（1687）：经典力学体系 近代自然科学的形成
特征:实验为基础,数学为表达形式
爱因斯坦（19世纪）：相对论

普朗克（20世纪）：量子论
由宏观到微观
奠定现代物理学基础
课堂小结
托勒密创造了一个宇宙，他持续了一千四百年。牛顿也创造了一个宇宙，持续了三百年。爱因斯坦又创造了一个宇宙，我还不能告诉你们它会持续多久？
爱因斯坦及相对论会是物理学的终极权威吗？
萧伯纳1930
科学是在对经典不断的继承和理性的质疑中向前发展！
在科学上，没有一个理论能够说得到了完全的“证明”，当新事实或新的观察结果出现时它必定有待于进一步的检验和审视。正是科学这一不断自我纠错的特性，使它成为人类理解自然机制最为严谨也最为有效的手段。
——《科学的旅程》
亚里士多德
牛顿经典力学
爱因斯坦相对论
示例一：中国主要是应用科学，是对生产经验的总结，实用性强，重经验、综合和使用；西方近代科技属于理论科学，重实验、分析和理论。

说明：中国处于农耕经济，自然经济占主导地位，主要服务于农业；西方资本主义经济发展，商品经济占主导地位，主要服务于市场和工业。
【合作探究】
示例二：中国缺乏逻辑方法进行理论概括和分析，直接从现象中进行和智能体理论综合，处于对现象的描述阶段（感性认识阶段），缺乏理性认识。而西方善于分析，把分析的时间上升到科学方法论的高度加以阐明，大都属于对事物规律和本质的探索，把系统观察和实验同严密的逻辑体系相结合，形成以实验事实为根据的系统的科学理论。

说明：中西方政治制度和传统思想存在差距，中国处于专制社会，思想受到禁锢，没有破除迷信神学的动力。西方确立了资本主义制度，为科技发展提供了良好的社会环境和制度保障，理性主义确立和思想解放促进了近代自然科技的发展和进步。
【合作探究】
示例三：中国是传统科技，没有摆脱专制思想的束缚，也没有发展成为近代科学技术，在近代落后于世界；西方发展为近代科学技术，为资本主义反封建斗争提供了物质条件。

说明：中国没有殖民扩张，闭关自守，思想保守，阻碍了中国和世界的交流，包括科技的交流和发展。加上自然经济分散、封闭的特性，使科技发展缺少应有的动力；西方殖民扩张，市场的开拓和扩大，资本主义生产关系产生，对科技提出了更高的要求，成为发展的巨大动力，带动了科技的发展和进步。
【合作探究】