学习本专题，一要注意从整体上进行“抓线串点”，即抓住近代以来科学技术的发展这一基本线索，从物理学、生物学、蒸汽机的改进和电气技术的应用、互联网的诞生四个方面掌握本专题的内容；二要联系物理学、生物学等相关学 科的知识进行学习， 运用科学技术是第一生产力的观点全方位剖析科技发展给人类社会带来的巨大进步。 第 1 课 近代物理学的奠基人和革命者 学习目标 课程标准 重点难点 1.了解经典力学的主要内容。 2.认识其在近代自然科学理论发展中的历史地位。 3.知道相对论、量子论的主要内容，认识其意义。 1.经典力学、相对论和量子论的主要内容。(重点) 2.掌握经典力学、相对论、量子论的历史地位及意义。(难点) 一、认识史上的飞跃 1.背景：意大利科学家伽利略创立了自由落体定律，推翻了亚里士多德的学说。 2.创立 (1)17 世纪末， 英国科学家牛顿得出了惯性定律和加速度定律， 又总结出作用力和反作用力定 律。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)牛顿成功地导出了万有引力定律。 (3)1687 年，牛顿撰写的自然哲学的数学原理出版，标志着经典力学体系的初步建立。 3.意义 (1)牛顿的力学体系完成了人类对自然界认识史上的第一次理论大综合。 (2)它的确立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验中得到广泛的应用和验证。 易混易错 伽利略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，标志着近代物理学的真正开端。伽利略因而被誉为“近代科学之父”。牛顿经典力学体系的建立则标志着近代科学的形成。 1.伽利略在天文学领域取得了什么主要成就？为什么人们赞誉伽利略为“近代科学之父”？ 提示 (1)成就：伽利略观察星体，证明了哥白尼“日心说”的正确性。(2)原因：伽利略发现了自由落体定律等物理学定律，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，为后来经典力学的创立和发展奠定了基础。 2.(教材第 121 页学习思考) 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？ 提示 (1)牛顿的力学体系对自然界的力学现象做出了系统的、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)牛顿的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验中得到广泛的应用和验证。(4)使科学摆脱了封建神学的束缚而不断向前发展。 二、驱走乌云的太阳 1.诞生和发展 (1)1879 年，奥地利物理学家斯蒂芬发现黑体辐射的总能量与其温度之间的定量关系。 (2)1900 年，普朗克提出了量子概念，并在关于正常光谱能量分布定律的理论中对这一思想进行了阐述，标志着量子理论的诞生。 (3)1905 年， 德国科学家爱因斯坦用量子理论成功地解释了光电效应， 得出了光具有波粒二象性的结论。 (4)1923 年，法国物理学家德布罗意提出物质波理论。 (5)数年后，奥地利、德国的物理学家建立了量子力学。 2.影响 量子理论让人们从根本上改变了近代物理学中的传统观念，使物理学乃至整个自然科学的观 念都发生了重大变革。 历史认识 量子理论及在此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、原子核物理等学科的发展，标志着人类对客观世界的认识，开始从宏观世界深入到微观世界，开创了物理学的新纪元。 3.量子理论产生与发展经历了一个怎样的过程？其对物理学的发展产生了怎样的影响？ 提示 (1)过程：1879 年斯蒂芬发现黑体辐射的总能量与其温度之间的定量关系；1900 年普朗克发表关于正常光谱能量分布定律的理论，标志着量子理论的诞生。 (2)影响：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；从根本上改变了近代物理学中的传统观念，使物理学乃至整个自然科学的观念都发生了重大变革。 三、爱因斯坦的“时空” 1.主要内容 (1)狭义相对论：1905 年，爱因斯坦发表了论动体的电动力学一文，创立了狭义相对论。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。 (2)广义相对论：1916 年，爱因斯坦建立了广义相对论。第一次阐述了四维时空和物质的分布相联系的重要思想。 2.意义 (1)是对近代物理学理论框架的重大突破，它不仅揭示了空间、时间的可变性，而且说明，无论是空间还是时间都不可能单独发生变化，其改变与物质的运动和状态密不可分。 (2)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。 (3)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。 易混易错 爱因斯坦的相对论只是否定了牛顿的绝对时空观，并没有否定整个牛顿力学。牛顿力学是力学体系的基础，是相对论力学在低速状态下的一个特例。相对论发展了牛顿力学，打破了传统的绝对时空观。 4.爱因斯坦的相对论和牛顿力学之间具有怎样的关系。 提示 (1)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；(2)相对论否定了牛顿力学的绝对时空观，同时也继承和发展了牛顿力学，将其概括在相对论之中。 主题 物理学的发展及成就 1.牛顿经典力学成就 史料一 下面是两幅纪念牛顿的邮票 教你读史 图一是万有引力定律，图二为人类发现海王星，这说明牛顿的经典力学理论具有惊人的预见性。 问题思考 两幅图中， 图一反映了牛顿力学的什么成果？图二体现了这一成果的运用所取得的成就是什么？说明了什么？ 提示 图一反映的是万有引力定律。图二是指海王星的发现。说明了牛顿力学具有惊人的预见性和巨大的理论指导意义。 史料二 英国著名诗人亚历山大蒲伯曾写过一首赞美牛顿的诗： 自然和自然界的规律，隐藏在黑暗里。上帝说：“让牛顿去吧！”于是一切成为光明。 艺术家笔下的牛顿像神一样在制定宇宙规律 教你读史 表明由于受基督教神学的统治，科学被极大的束缚；说明牛顿创立经典力学，实现了自然科学的第一次理论大综合，在科学史和思想史上有重要地位。 问题思考 为什么说牛顿以前“自然和自然界的规律，隐藏在黑暗里”？牛顿是怎样让“一切成为光明”的？ 提示 牛顿以前的中世纪欧洲，基督教神学统治一切，实行愚民政策；人们普遍认为一切都是上帝创造的，都是不可知的。牛顿的经典力学将天体的运动和地球上物体的运动概括在同一理论之中，能够完整地解释天体和地球上的一切现象，揭示了自然界的规律。从此，科学摆脱了神学的束缚向前发展，同时也打击了神学，促进了人们思想的进一步解放。 2.量子理论 史料 英国著名物理学家汤姆生在展望 20 世纪物理学前景时讲道： “动力理论肯定了热和光是运动的两种方式，现在，它的美丽而晴朗的天空却被两朵乌云笼罩了。”他所说的第二朵“乌云”，尤以黑体辐射理论出现的“紫外灾难”最为突出。 教你读史 19 世纪末，物理学得到了进一步发展，“黑体辐射”问题成为当时物理学的“两朵乌云”之一，也引导人们去发现量子力学。 问题思考 (1)驱走第二朵“乌云”的太阳指什么？ (2)这一理论的提出有何重大意义？ 提示 (1)指物理学上的量子理论。 (2)量子理论提出的意义：一是使人类对微观世界的基本认识有了革命性的进步；二是它们不仅对物理科学本身，对自然科学，而且对整个人类的思维都产生了深远的影响。 3.相对论的创立 史料 有一次，爱因斯坦与卓别林同时出席一个宴会，他们都受到热烈欢迎。卓别林笑着说：“大家欢迎我是因为他们都能理解我，大家欢迎你是因为他们都不理解你。” 教你读史 史料中“因为他们都不理解你”说明相对论的深奥，与日常生活经验相悖。 问题思考 (1)相对论与日常经验相悖，但在物理学上却非常合理，这给我们什么启示？ (2)为什么说相对论的提出是物理学领域的一次重大革命？ 提示 (1)这就提醒我们，不要被常识和日常经验所蒙蔽，常识并不一定是正确的，要学会辩证地看问题。同时也说明人们对任何新生事物的认识都有一个极其艰难的过程。 (2)它否定了经典力学的绝对时空观，深刻地揭示了时间和空间的本质属性。它也发展了牛顿力学，将其概括在相对论力学之中，推动物理学发展到一个新的高度。 牛顿经典力学、相对论和量子论三者之间的关系 (1)牛顿力学的创立为相对论的提出奠定了基础。 (2)相对论是对牛顿力学的继承和发展，否定了牛顿力学的绝对时空观，将牛顿力学概括在相对论力学之中，推动物理学发展到一个新的高度。 (3)量子论和相对论的提出，使人们对物质世界的认识深入到微观领域和宏观宇宙世界，弥补了经典物理学的缺点。量子论和相对论一起，构成了现代物理学的基本理论框架，开阔了人们的视野，改变了人们认识世界的角度和方式。 (4)三者是继承与发展的关系，一起推动了物理学的发展。 记知识纲要 背核心术语 1.伽利略的杰出成就为牛顿经典力学的创立奠定了基础，标志着物理学的真正开端；牛顿力学体系的建立标志着近代科学的形成，是经典物理学的基础。 2.爱因斯坦的相对论并没有完全否定牛顿的力学体系，而应理解为相对论发展了牛顿力学，将牛顿力学概括在相对论力学之中， 牛顿力学只是相对论力学在低速运动状态下的一个特例。 1.观察下图，据图可以得出西方近代自然科学发展的主要特点是( ) 伽利略做过实验的比萨斜塔 牛顿观察苹果落地 A.生活实践经验的总结 B.实用性技术应用性强 C.科学观察、实验的研究方法 D.重视经验综合，轻视理论研究 答案 C 解析 伽利略在比萨斜塔所做的物体落地实验和牛顿观察苹果落地都是科学观察、实验的研究方法，A、 B、 D 符合中国古代科技发展的特点，而非近代西方科技的特点。故本题选C。 2.中秋时节是钱塘潮的最佳观赏期，潮起潮落，美丽壮观。苏东坡有“八月十八潮，壮观天下无”的名句。下列哪位科学家的理论可以用来解释钱塘潮的壮观景象( ) A.伽利略的自由落体定律 B.牛顿的万有引力定律 C.普朗克的量子理论 D.爱因斯坦的相对论 答案 B 解析 由于月球和太阳的引潮力作用，使海洋水面发生周期性涨落的潮汐现象。牛顿的万有引力定律可以对潮汐现象作出科学的解释。 3.19 世纪经典物理学被誉为“一座庄严雄伟的建筑体系和动人心弦的美丽殿堂”，然而到了 19 世纪末 20 世纪初它却风光不再。使“美丽殿堂”风光不再的主要原因是( ) A.牛顿力学体系缺乏科学基础 B.它不能解释物理学的所有问题 C.人们不再重视科学研究 D.相对论和量子论的诞生 答案 D 解析 19 世纪末 20 世纪初牛顿力学体系“风光不再”，动摇它的是量子论和相对论。相对论否定了经典力学的绝对时空观，将牛顿的力学概括在相对论力学当中；量子论使人类的认识深入微观世界，与相对论构成了现代物理学的基础。A、C 说法错误；B 不是主要原因。故选 D。 4.“使人类克服了经典物理学的危机，对微观世界的基本认识有了革命性的进展”指的是( ) A.牛顿力学体系的建立 B.进化论的提出 C.自由落体定律的提出 D.量子论的提出 答案 D 解析 抓住“微观世界”这一题眼，结合“克服了经典物理学的危机”这个前提，进行分析判断。A、C 两项属于经典物理学成就，B 项为生物学成就，均可排除，只有 D 项正确。 5.“根据这一理论，将时间和空间说成是绝对的是没有意义的，因为对这两种范畴的测量通常随着观察者的运动而改变。对于门外汉来说，这些观点通常用不能理解的数学公式解释表明科学已经达到了能被人类所知的界限。”上述“理论”的主要意义是( ) A.开创了以实验为基础的近代科学 B.预见海王星存在的准确性 C.弥补经典力学对时空认识的不足 D.发现能量辐射的运动原则 答案 C 解析 题干材料“将时间和空间说成是绝对的是没有意义的”“对这两种范畴的测量通常随着观察者的运动而改变”反映了爱因斯坦的相对论，A 项是伽利略的贡献，B 项是牛顿万有引力定律的预见性，C 项是相对论对经典力学的发展，D 项是量子论的贡献，故选 C 项。 基础达标 1.牛顿力学体系的诞生创造了一个新的时代。牛顿说：“假如我看得远些，那是因为我站在 巨人们的肩膀上。”为牛顿经典力学的创立奠定基础的科学家是( ) A.伽利略 B.瓦特 C.爱迪生 D.爱因斯坦 答案 A 解析 伽利略的实验科学方法为牛顿经典力学的创立奠定了基础，其他三个科学家都生活在牛顿之后。 2.下图中的情景能够说明的问题是( ) 伽利略面对教会的审判 A.伽利略的思想理论为后来经典力学的创立和发展奠定了基础 B.文艺复兴解放了思想，对科学的研究产生了重要影响 C.伽利略时代人们的思想仍然受到教会的严厉禁锢 D.伽利略认识到要了解自然必须进行系统的观察和实验 答案 C 解析 本题图中反映的情景是教会对伽利略的审判，由此可推断出当时教会对人们思想的禁锢，对新思想者的迫害。A、D 两项表述的是伽利略的贡献，B 项论述的角度正好与图中情景相反。 3.罗素写道：“几乎所有现代世界与古代世界之间的区别，都得归功于在十七世纪取得最辉煌成就的科学。”“十七世纪取得最辉煌成就的科学”指的是( ) A.经典力学 B.物质波理论 C.量子理论 D.相对论 答案 A 解析 B 项物质波理论诞生于 20 世纪；C 项和 D 项也都诞生在 20 世纪。 4.(2018九江一中高二月考)德意志诗人诺瓦利斯(17721801 年)认为，哲学是全部科学之母，科学的发展又会推动哲学的进步。他能够举出的最佳论据是( ) A.牛顿的自然哲学的数学原理 B.但丁的神曲 C.卢梭的论人类不平等的起源和基础 D.卢梭的社会契约论 答案 A 解析 题干强调哲学与科学的相互作用，最佳选项为 A 项，牛顿力学体系的建立，标志着近代科学的形成。 5.“这一定律体现了天上运动与地上运动的统一性，它把天体运动纳入到根据地面上的实验得到的力学原理之中。这是物理学史上第一次伟大的综合，也是人类认识史上一次巨大的飞跃。”引文中“一次巨大的飞跃”指的是( ) A.电磁学理论的建立 B.进化论的出现 C.牛顿力学的建立 D.“日心说”的提出 答案 C 解析 牛顿力学的建立标志着近代物理学的建立，是人类认识史上的一次巨大飞跃。 6.它打开了人类认识微观世界的大门，深刻地改变了人们的生活、生产和观念标志着一个新纪元的到来！这里的“它”是指( ) A.经典力学 B.进化论 C.量子论 D.相对论 答案 C 解析 使人类的认识深入到微观世界的是量子论的出现。 7.(2018绵阳高二检测)人类对客观规律的认识开始从宏观世界深入到微观世界的标志是( ) A.量子力学 B.广义相对论 C.经典力学 D.狭义相对论 答案 A 解析 量子力学研究的是微观世界，B、 C、 D 三项是宏观世界。 8.打破了经典物理学的绝对化思维，为人们提供了辩证地看待世界途径的成就是( ) A.自由落体定律的提出 B.相对论的提出 C.量子论的提出 D.万有引力定律的提出 答案 B 解析 相对论解决了经典力学的困境，故选B。 A、 D 属于经典力学的范畴；C 研究的是微观领域。 9.1999 年12 月26 日， 爱因斯坦被美国 时代 周刊评选为“世纪伟人”。 被公认为是自伽利略、牛顿以来最伟大的科学家、物理学家。爱因斯坦获此殊荣对于人类的重大贡献在于( ) A.深刻改变了人类对微观世界的认识 B.让人类发现了更遥远的天体 C.使人类深刻了解了时空的本质属性 D.提供了新的宇宙起源的解释 答案 C 解析 C 是把时空不变的三维空间发展到时空可变的四维空间相对论力学，使人类更深刻地了解时空的本质属性。 10.(2018乐山高二检测)19 世纪末经典物理学所面临的危机，终于在 20 世纪初被物理学发展 史上的两场伟大的革命所解决。这两场革命使人类( ) A.放弃了经典物理学的思想方法和科学理论 B.否定了此前物理学取得的一系列成果 C.拥有了研究宏观世界和微观世界的理论体系 D.转变了人们的思维方式和社交方式 答案 C 解析 20 世纪初物理学发展史上的两场伟大的革命是指相对论和量子论的提出， 相对论和量子论是现代物理学的两大支柱， 解决了经典物理学在宏观世界及微观领域方面所面临的问题。改变了人们看世界的方式和角度，它们不仅对物理学本身，对自然科学，而且对人类的思维都产生了重大影响。 能力提升 11.英国科学家怀特海说： “近代力学体系的全部发展过程从伽利略开始跨出了第一步。”伽利略“跨出了第一步”是指( ) A.利用数学方法描述宇宙 B.认为物体因外力而运动 C.正式创立自由落体定律 D.注重定量实验研究方法 答案 C 解析 伽利略认为如果运动的物体不受阻碍，它将速度不变地持续运动下去，由此创立了自由落体定律，故 C 项符合题意；A、D 两项均与牛顿相关，B 项是亚里士多德的学说。 12.如图为苹果公司最初的 LOGO，图片外框写着“牛顿，一个永远孤独地航行在陌生思想海洋中的灵魂”。该公司作此选择最可能的理由是牛顿的经典力学理论( ) A.首次将人置于世界和社会的中心 B.使人类对微观世界的认识取得革命性进步 C.深刻揭示了时间和空间的本质属性 D.用数学方法精确描述了宇宙运行规律 答案 D 解析 A 项是古希腊“智者运动”的意义；B 项是量子力学的意义；C 项是相对论的意义。D 项准确地概括了牛顿的经典力学理论。 13.有科学家在评价自然哲学的数学原理时说：“而今人们却证明天体也按照伽利略和牛顿根据地面上的实验和归纳所得到的力学原理，处在这个巨大的数学和谐之内。”这一评价揭示了牛顿时代的“科学革命”( ) A.构筑了现代物理学基本理论框架 B.催生了近代自然科学的形成 C.引领人们对自然进行理性地认识 D.为启蒙运动奠定了理论基础 答案 C 解析 牛顿时代的“科学革命”在科学方法方面改变了人与自然对话的方式，即用数学语言描述自然，用实验手段研究自然。在人类意识方面，人类对自然的认识不再是不问究竟地顶礼膜拜，而是进行科学研究。而题干强调的就是人们已经开始用科学和实验的手段认识和研究自然了。故选C 项。 14.“这些哲人受被牛顿证实的万有引力定律的影响很大，相信存在着不仅控制物质世界、而且控制人类社会的自然法则。”该论述反映了科学( ) A.改变了人类的宗教信仰 B.摆脱了宗教神学的束缚 C.影响了人类的思想观念 D.直接推动社会制度变革 答案 C 解析 材料突出了万有引力定律对人们认识自然与社会的影响，故选C。 15.(2018泰安高二检测)菲利普费尔南德兹阿迈斯托在评价某科学家时指出： 在他的宇宙里，“每一种现象都是带有欺骗性。物质和能量可以相互转换。双胞胎以不同的速度衰老。平行线可以交叉。光线弯曲的径迹其实缠绕宇宙。”这位科学家是( ) A.伽利略 B.达尔文 C.牛顿 D.爱因斯坦 答案 D 解析 根据题干中“物质和能量可以相互转换”、 “光线弯曲的径迹其实缠绕宇宙”分析，属于爱因斯坦的相对论的内容。 16.阅读下列材料： 材料一 19 世纪末，正当物理学家在庆贺“物理学大厦”落成之际，科学实验却发现了许多经典物理学无法解释的事实。首先是世纪之交物理学的三大发现：电子、X 射线和放射性现象的发现。其次是经典物理学的万里晴空中出现了两朵“乌云”：“以太漂移”的 “零结果”和黑体辐射的“紫外灾难”。 材料二 20 世纪初，爱因斯坦发表了具有划时代意义的论文，为物理学的发展做出了重要贡献。为纪念这一奇迹诞生100 周年，2004 年 6 月 10 日，联合国大会召开第58 次会议，鼓掌通过了2005 年为“国际物理年”的决议。 材料三 牛顿，请原谅我，你发现了你那个时代唯一的路，只有具备最深邃思想和创造力的人才能找到的路。你创建的那些概念，甚至直到今天还在引导着物理学中的思考，虽然我们如今知道，它们将被其他一些从直接经验中脱离开来的观念替代。爱因斯坦(1946 年) 请回答： (1)材料一中的“物理学大厦”指的是什么？它是在怎样的背景下落成的？ (2)20 世纪初，物理学领域有什么新发展？其发展的原因是什么？ (3)材料三中爱因斯坦请求牛顿原谅，有人说是因为爱因斯坦完全否定了牛顿的理论，你认为这种说法对吗？为什么？ 答案 (1)经典物理学。背景：资本主义经济的发展；人文主义的兴起和发展极大地解放了人们的思想；自然科学从神学的束缚中解脱出来。 (2)由经典物理学发展到相对论。原因：科技革命的推动；经典物理学出现危机；科学理论有了重大突破。 (3)不对。爱因斯坦是在尊重和继承牛顿科学发现的基础上提出相对论的，他否定的只是牛顿经典力学中的绝对时空观，不是完全否定。