【教學(xué)設(shè)計(jì)】《近代物理學(xué)的奠基人和革命者》(人民版)

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1、 《近代物理學(xué)的奠基人和革命者》 ◆ 教學(xué)目標(biāo) 【知識(shí)與能力目標(biāo)】 了解經(jīng)典力學(xué)的主要內(nèi)容， 識(shí)記其在近代自然科學(xué)理論發(fā)展中的歷史地位。 分析相對(duì)論、 量子論的主要內(nèi)容，認(rèn)識(shí)其意義。 【過程與方法目標(biāo)】 通過了解經(jīng)典力學(xué)的主要內(nèi)容， 培養(yǎng)學(xué)生從已有的知識(shí)中提取有效信息， 并充分利用信息對(duì)有關(guān)問題進(jìn)行分析論證的能力。 通過課堂小

2、組討論的方法，分析相對(duì)論、 量子論的主要內(nèi)容， 認(rèn)識(shí)其意義， 培養(yǎng)學(xué)生分析概括的能力和訓(xùn)練學(xué)生的創(chuàng)新思維的能力。 【情感態(tài)度價(jià)值觀目標(biāo)】 通過對(duì)本課的學(xué)習(xí)， 了解科學(xué)家為科學(xué)進(jìn)步所作出的努力， 學(xué)習(xí)他們?yōu)榭茖W(xué)獻(xiàn)身的精神；形成科學(xué)的態(tài)度。 培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科學(xué)的熱愛之情， 培養(yǎng)學(xué)生正確的自我意識(shí)， 認(rèn)識(shí)科技發(fā)展中沒有絕對(duì)權(quán)威， 培養(yǎng)學(xué)生尊重科學(xué)的意識(shí)。 知道在科學(xué)的道路上荊棘遍布， 增強(qiáng)面對(duì)挫折的能力。增強(qiáng)毅力，樹立勇往直前、持之以恒的精神。 ◆ 教學(xué)重難點(diǎn) ◆ 【教學(xué)重點(diǎn)】 伽利略對(duì)物理學(xué)發(fā)展的重大貢

3、獻(xiàn)；牛頓經(jīng)典力學(xué)的、量子論、相對(duì)論的主要內(nèi)容。 【教學(xué)難點(diǎn)】 牛頓經(jīng)典力學(xué)的、量子論、相對(duì)論的 意義。 ◆ 課前準(zhǔn)備 ◆ 本節(jié)課運(yùn)用圖片、幻燈、課件、錄像、計(jì)算機(jī)、白板等多媒體教學(xué)設(shè)備；教師在教學(xué)過 程中進(jìn)行多媒體的演示和示范。 ◆ 教學(xué)過程 一、導(dǎo)入新課 通過多媒體播放伽利略、牛頓、達(dá)爾文的人物圖像形式  ，導(dǎo)入新課近代物理學(xué)的奠基 人和革命者。 二、新課講授 ㈠牛頓力學(xué)體系 過渡： 通過材料地球中心說：地心說的起源很早，  最初由古希臘學(xué)者歐多克斯提出，

4、經(jīng)亞里 斯多德完善，又為托勒密進(jìn)一步發(fā)展成為一個(gè)盛行于古代歐洲  1000 多年的宇宙學(xué)說體系。 地心說認(rèn)為地球處于宇宙中心位置并靜止不動(dòng)，  太陽(yáng)、月亮、 行星和其他衛(wèi)星都圍繞地球運(yùn) 轉(zhuǎn)。引出牛頓力學(xué)體系的背景。 1. 背景：文藝復(fù)興運(yùn)動(dòng)使科學(xué)從神學(xué)的桎梏中被解放出來，近代科學(xué)誕生；伽利略創(chuàng)立自 由落體定律， 推翻了亞里士多德的學(xué)說， 為經(jīng)典力學(xué)的建立奠定基礎(chǔ)， 標(biāo)志著物理學(xué)的真正 開端。 過渡：“我好像是一個(gè)在海邊玩耍的孩子，不時(shí)為拾到比通常更光滑的石子或更美麗的貝殼 而歡欣鼓舞，而展現(xiàn)在我面前

5、的是完全未探明的真理之海。 ” ——牛頓臨終遺言 通過材料結(jié)合所學(xué)知識(shí)請(qǐng)同學(xué)們思考這樣一個(gè)問題：牛頓撿到了哪些“光滑的石子”和 “美 麗的貝殼”？ 2. 內(nèi)容：由機(jī)械運(yùn)動(dòng)三定律（慣性定律、加速度的比例定律、作用力和反作用力定律 ) 、萬(wàn) 有引力定律組成。 過渡：長(zhǎng)期以來，人們一直認(rèn)為彗星是神秘的，不吉利的災(zāi)星，根本不能用科學(xué)來說明。牛 頓的好友哈雷用牛頓力學(xué)算出了 1682 年出現(xiàn)的彗星的軌道，指出它的回歸周期是 75— 76 年，由此預(yù)言它將在 1758 年再次出現(xiàn)。 53 年以后的 1758 年（當(dāng)時(shí)哈雷已去世） ，這顆

6、彗星 果然如期出現(xiàn)。哈雷慧星的發(fā)現(xiàn)驗(yàn)證了萬(wàn)有引力定律的科學(xué)性。 英國(guó)著名的哲學(xué)家休謨?cè)f： “我們被放在這有如戲院的世界上，每個(gè)事件的起源和緣由卻 完全隱瞞不讓我們知道，  我們既沒有足夠的智慧預(yù)見未來，  也沒有能力防止那些使我們不斷 受傷害不幸的事情發(fā)生。 ——《大國(guó)崛起》解說詞 利用史料分析和小組討論相結(jié)合的形式，分析牛頓經(jīng)典力學(xué)的意義。 3. 意義： 牛頓力學(xué)體系對(duì)自然界的力學(xué)現(xiàn)象做出了系統(tǒng)、 合理的說明， 從而完成了人類對(duì)自 然界認(rèn)識(shí)史上的第一次理論大綜合， 經(jīng)典力學(xué)體系的建立標(biāo)志著近代科學(xué)的形成； 根據(jù)

7、萬(wàn)有 引力定律， 人們準(zhǔn)確地算出地球的平均密度和扁平率， 正確地解釋了潮汐的成因。 根據(jù)這一 定律，人們還發(fā)現(xiàn)了海王星、冥王星。 （二）量子力學(xué) 過渡： 19 世紀(jì)末，面對(duì)經(jīng)典物理學(xué)近乎完美的發(fā)展，有的物理學(xué)家表示： “ 19 世紀(jì)已經(jīng)將物 理大廈全部建成，今后物理學(xué)家只是修飾和完美這座大廈。 ” 根據(jù)材料請(qǐng)同學(xué)們思考：經(jīng)典力學(xué)體系是最完美的物理學(xué)理論嗎？ 1. 背景 19 世紀(jì)末 20 世紀(jì)初，電子和放射 性的發(fā)現(xiàn)，促進(jìn)人們 對(duì)物質(zhì)的認(rèn)識(shí)深入到了原子內(nèi)部。 但大量的實(shí)驗(yàn)表明， 微觀粒子的運(yùn)動(dòng)不能用通常的宏觀物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行描述。

8、 這就需要 人們對(duì)微觀世界開展研究。 過渡：通過閱讀課本，概括量子力學(xué)的發(fā)展過程是怎樣的？ 2. 概況 誕生： 1900 年，德國(guó)物理學(xué)家普朗克提出了量子假說。這個(gè)假說宣告了量子論的誕生。 發(fā)展：  1905 年，愛因斯坦提出了光具有波粒二象性的結(jié)論，  1923  年，法國(guó)物理學(xué)家德布羅 意又提出物質(zhì)波理論。 成熟：在這個(gè)基礎(chǔ)上，奧地利、德國(guó)的物理學(xué)家建立了量子力學(xué)  。 3. 意義 量子理論彌補(bǔ)了經(jīng)典物理學(xué)在微觀的粒子世界方面認(rèn)識(shí)的空缺， 把人類對(duì)客觀規(guī)

9、律的認(rèn)識(shí)從 宏觀世界推進(jìn)到微觀世界，改變了人們看世界的角 度和方式；量子理論讓人們從根本上改 變了近代物理學(xué)中的傳統(tǒng)觀念，使物理學(xué)乃至整個(gè)自然科學(xué)的觀念都發(fā)生了重大變革。 （三）相對(duì)論 過渡： 通過愛因斯坦的小故事： 大學(xué)里老師都不大看得起他， 不愿意把他留下來做助教；他 幾次去請(qǐng)求，人家也不要他；甚至于有幾次他幾乎要失業(yè)了。 幾次在中學(xué)里面求職，最后在 專利局里面找到一個(gè)職位。他每個(gè)星期要在專利局工作大概 40 多個(gè)小時(shí)。這樣一個(gè)人為科 學(xué)界做出了怎樣的貢獻(xiàn)呢？ (1) 狹義相對(duì)論 創(chuàng)立： 1905 年，愛因斯坦發(fā)表了

10、《論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)》 ，創(chuàng)立了狹義相對(duì)論。 內(nèi)容：時(shí)間和空間都與物質(zhì)運(yùn)動(dòng)有關(guān)；時(shí)間和空間隨著物質(zhì)運(yùn)動(dòng)速度的變 化而變化。 意義：否認(rèn)了牛頓力學(xué)的絕對(duì)時(shí)空觀；繼承和發(fā)展了牛頓力學(xué)；奠定了利用原 子能的理論 基礎(chǔ)。 (2) 廣義相對(duì)論 提出： 1916 年，愛因斯坦又建立了廣義相對(duì)論。 主要內(nèi)容： 廣義相對(duì)論認(rèn)為，物質(zhì)存在的現(xiàn)實(shí)空間不是平坦的，而是彎曲的，空間的結(jié)構(gòu)取 決于物質(zhì)的質(zhì)量及其分布情況，空間彎曲的程度體現(xiàn)為引力場(chǎng)強(qiáng)度。 意義：第一次闡述了四維時(shí)空和物質(zhì)的分布相聯(lián)系的重要思想。 過渡：通過小組分析法，請(qǐng)同學(xué)們探討相對(duì)論與牛頓力學(xué)的關(guān)系。

11、 (3) 相對(duì)論與牛頓力學(xué)的關(guān)系： 相對(duì)論打破了牛頓以來傳統(tǒng)的絕對(duì)時(shí)空觀， 但并非全盤否定牛頓力學(xué)。 牛頓力學(xué)反映的是宏 觀物體低速運(yùn)動(dòng)的客觀規(guī)律， 而狹義相對(duì)論反映的是物體高速運(yùn)動(dòng)的客觀規(guī)律， 是對(duì)牛頓力 學(xué)的繼承和發(fā)展。 牛頓力學(xué)是相對(duì)論的一種特例 ( 物體低速運(yùn)動(dòng)狀態(tài) ) ，包括在相對(duì)論體系中。 過渡：材料：相對(duì)論的現(xiàn)實(shí)意義舉例——相對(duì)論能修正 GPS（全球定位系統(tǒng)） 全球定位系統(tǒng)——— GPS的應(yīng)用也已普及化了，許多城市的公共汽車、出租車上都安裝 了它。早期的 GPS接收器確定物體位置的誤差是在 15 米范圍內(nèi)，這個(gè)誤差可以用愛因斯坦 相

12、對(duì)論來修正。 結(jié)合所學(xué)知識(shí)，分析相對(duì)論的意義是什么？ (4) 相對(duì)論建立的意義 愛因斯坦相對(duì)論的建立， 是對(duì)近代物理學(xué)理論框架的重大突破， 它不僅揭示了空間、 時(shí)間的 可變性， 時(shí)空的變化和時(shí)空結(jié)構(gòu)同物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)和狀態(tài)密不可分。 這種全新的時(shí)空觀、 運(yùn)動(dòng)觀 和物質(zhì)觀的形成，是人類思想發(fā)展史中的一次根本性變革，對(duì)整個(gè)自然科學(xué)和哲學(xué) 都產(chǎn)生 了極其深遠(yuǎn)的影響。 量子論和相對(duì)論是現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱，量子論的形成標(biāo)志著人類對(duì)于客觀規(guī)律的認(rèn)識(shí)， 開始從宏觀世界深入到微觀世界。 量子力學(xué)和狹義相對(duì)論結(jié)合形成原子核物理學(xué)， 指導(dǎo)制造 原子彈、 氫彈和建立核電站。 量子力學(xué)還為電子技術(shù)、 半導(dǎo)體技術(shù)和激光技術(shù)等奠定了理論 基礎(chǔ)。 ◆ 教學(xué)反思 略。