《物理学的重大进展》教学设计
【教学目标】
知识和技能
1、 识记：伽利略的贡献和他的科学研究方法；经典力学体系的建立过程；相对论的基本内容，知道它是物理学的一次重大革命；普朗克量子论的诞生。
2、 理解：16世纪末17世纪初物理学方面取得突出成就的历史条件；相对论、量子论诞生的原因、影响。
3、 运用：比较“日心说”和“地心说”，讨论其进步性；归纳量子论的发展过程。
过程与方法
1、 运用问题探究和自主实验，了解物理学成就的取得与近代科学研究方法形成之间的联系。
2、 运用历史比较的方法，认识物理学的发展过程。
情感态度和价值观
1、 了解近代自然科学不断突破、取得成就的过程，认识科学无止境，科学真理的魅力在于它的不断完善和不断创新。
2、 一切科学成就的取得都是科学家们艰辛努力的结果，认识科学家们勇于探索、执着追求的精神。
【重点、难点】
重点：伽利略对物理学发展的重大贡献；经典力学的建立；相对论的提出；量子论的诞生。
难点：物理学各阶段发展的原因；对科学发展创新性的理解。
【方法与建议】：
1. 注意学科之间的渗透，联系物理知识，加深对相关概念的认识，理解经典力学和相对论的关系。
2．理清近代以来物理学发展主要线索，分时期了解物理学的进展及意义。
【教学过程】
情景导入：中新网2009年10月6日电据诺贝尔委员会网站6日报道，2009年诺贝尔物理学奖由高锟（Charles Kao）, 韦拉德·博伊尔（Willard Boyle）和乔治·史密斯（George Smith）三人分享。高锟获奖，是因为他在“有关光在纤维中的传输以用于光学通信方面”做出了突破性成就，高锟被誉为“光纤之父”。
物理学为我们揭开了奇异的自然现象，促进了人类从农业文明进入工业文明，又从工业文明跨入信息社会的新时代，给整个人类社会带来了广泛而深刻的革命性变化。本节课我们将走进牛顿、爱因斯坦等物理学家，去感受他们的智慧之光。
讲授新课：近代物理学的发展经历了三个阶段：（1）经典力学的奠基和建立——伽利略和牛顿；（2）从经典力学到相对论——爱因斯坦；（3）量子论的诞生和发展——普朗克。这些成就说明了16世纪末17世纪初到19世纪末20世纪初物理学领域取得了重大进展。
一、经典力学的形成和发展
1、伽利略——经典力学的奠基者
【问题】：为什么16世纪中期以后科学会出现新时期？
（1）背景：16世纪中期以来，受文艺复兴运动的影响，科学逐渐从神学桎梏中解放出来，科学新时期开始了。
【课件】展示《伽利略的望远镜和他观察到的月亮》《伽利略面对教会的审判》两幅图片。
【合作探究】与中世纪亚里士多德的力学学说相比，伽利略的主要贡献在哪里？他的这些贡献有何意义？
（2）成就：①物理学：发现落体定律，确定匀速运动和加速运动两个概念；
②天文学：用自制望远镜证明哥白尼“日心说”的正确性。
（3）意义：开创以实验事实为根据并具有严密逻辑体系的近代科学，为经典力学的创立和发展奠定基础。
【合作探究】你认为伽利略能够确定加速运动定律的关键途径是什么？你有何启示？
【提示】途径：实验、计算。启示：实践是检验真理的唯一标准。 2、经典力学体系的形成——牛顿
【课件】展示牛顿的头像、牛顿安葬之处——威斯敏斯特大教堂，并展示以下材料：
牛顿（1642——1727），英国著名的科学家，在物理学、数学、天文学等方面都作出了卓越贡献。他曾长期担任英国皇家学会会长，还担任过议会会员，被授予爵士称号。
【问题】牛顿为什么会赢得掌声不断、鲜花无数？牛顿的科学贡献在哪里？
（1）标志：1687年《自然哲学的数学原理》提出物体运动的三大定律和万有引力定律，构成牛顿力学体系，即经典力学体系。
（2）特点：注重实验和数学化。
（3）影响：海王星的发现证明了牛顿理论的预见性、科学性。标志着近代科学的形成，推动了物理学的发展。
【课件】展示：“我好像是一个在海边玩耍的孩子，不时为拾到比通常更光滑的石子或更美丽的贝壳而欢欣鼓舞，而展现在我面前的是完全未探明的真理之海。” ——牛顿临终遗言
【问题】牛顿拾到了哪些“光滑的石子”和“美丽的贝壳”？
【答案】著作：《自然哲学的数学原理》（1687年）；他提出了物体机械运动的三大定律和万有引力定律，创建了牛顿力学体系。
【合作探究】经典力学体系是最完美的物理学理论吗？
19世纪末，面对经典物理学近乎完美的发展，有的物理学家表示：“19世纪已经将物理学大厦全部建成，今后物理学家只是修饰和完美这座大厦。”这种观点对吗？
高速运动的微观粒子发生的现象，是经典力学无法解释的！
二、相对论的创立
【课件】展示下列材料
艾伯特·爱因斯坦（1879——1955），1879年3月14日诞生在德国乌尔姆的一个犹太人家中。1894年举家迁居意大利米兰。1900年毕业于瑞士苏黎世工业大学。
爱因斯坦被认为是最富于创造力的科学家，他不但创立了相对论，还提出了光量子的概念，得出了光电效应的基本定律，并揭示了光的波粒二重性本质，为量子力学的建立奠定基础。为此荣获1921年度的诺贝尔物理学奖。同时，他还证明了热的分子运动论，提出了测定分子大小的新方法。
【问题】19世纪末20世纪初爱因斯坦对物理学的贡献是什么？意义是什么？为什么会出现？
1、背景：经典物理学的危机。
19世纪末三大发现：x射线、放射性和电子，经典力学无法解释研究中的新问题，如：黑体
辐射、光电效应等。
2、相对论的提出及主要内容： （1）“狭义相对论”和光速不变原理：1905年提出。
内容：物体运动时，质量会随着物体运动速度的增大而增大，时间和空间将会随着物体运动速度的变化而变化，即发生“尺缩效应”和“钟慢效应”。
（2）“广义相对论”：1916年完成。
内容：空间和时间不可能离开物体而独立存在，空间结构的性质取决于物质的分布。
3、意义：
（1）是物理学的一次重大革命，否定了经典力学的绝对时空观，揭示了时间和空间的本质属性。
（2）发展了牛顿力学，将其概括在相对论力学之中，推动了物理学发展。 【课件】展示下列材料：
1955年4月18日爱因斯坦因主动脉瘤破裂逝世于普林斯顿。遵照他的遗嘱，不发讣告，不举行公开葬礼，不建坟墓，不立纪念碑。火化时遵照他的书面遗嘱，免除所有花卉布置以及所有音乐典礼。骨灰洒在永远对人保密的地方，为的是不使任何地方成为圣地。遗嘱执行者用歌德悼念席勒的诗结束了那平素的葬礼：我们全都获益匪浅，全世界都感谢他的教诲；那专属他个人的东西，早已传遍广大人群。他像行将陨灭的彗星，光华四射，把无限的光芒同他的光芒永相联结。
他的主治医生贺维博士认为如此伟大的大脑，应该进行研究，所以他便将爱因斯坦的大脑保留了下来，并切成200片带走。但至今没有结论。
【合作探究】课件展示下列材料：
爱因斯坦说，在牛顿时代，牛顿的道路是一位具有最高思维能力和创造力的人所能发现的唯一道路；牛顿所创造的概念，至今仍然指导着我们的物理学思想。
请回答：（1）“牛顿时代”在物理学上指什么时代？
（2）有人认为相对论出现后，牛顿在历史上的光辉完全被抹掉。爱因斯坦是如何评价牛顿的？你同意哪一种观点？说出你的理由。
【提示】相对论既否定了经典力学的绝对时空观，又继承和发展了经典力学。相对论的提出并不是抹杀了牛顿经典力学的光辉；相反，牛顿力学理论、牛顿的科学思想和方法仍然在广阔的领域发挥着指导作用。
【提示】相对论的提出促进了核能的开发和利用。但核能是一把双刃剑，合理和平开发核能
能造福人类，否则会威胁世界和平甚至整个人类生命财产安全。
【课件】展示下列材料：
19世纪经典力学达到巅峰状态，在人们心目中，经典物理学已经达到完美的程度。这时，年轻的普朗克和他的老师发生了一段对话：
普朗克：“老师，我准备把我的一生都献给物理理论学！”
老师：“年轻人，物理学是一门已经完成了学科，不会再有多大的发展，把一生献给这门学科，太可惜了。”
【问题】老师的预言正确吗？
三、量子论的诞生和发展
【问题】量子论是怎样诞生和发展的？为什么量子论的出现是“驱走乌云的太阳”？
1、背景：19世纪末20世纪初，电子和放射性的发现，打开了原子的大门，使人们对物质的认识深入到原子内部。
2、量子论的提出：
（1）1900年，普朗克提出“量子假说”：物质辐射能不是连续的，而是以能量子的整数倍跳跃式的变化。
（2）发展：爱因斯坦利用量子理论成功地解释了光电效应，丹麦物理学家玻尔提出了有关原子的量子理论。20世纪30年代，量子力学建立起来。
3、影响：
（1）使人类对微观世界的认识取得革命性进步。
（2）与相对论一起构成现代物理学的基础。
（3）和相对论弥补了经典力学在认识宏观世界和微观世界方面的不足。
（4）开阔了人们的视野，改变了人们认识世界的角度和方式。
【课堂小结】
相对论与经典力学的关系 ：从经典力学和相对论所解决的物理现象着手，经典力学解答的是宏观物体的低速运动，而相对论则是将经典力学纳入到相对论中，科学地解答了宏观物体的高速运动规律。
【拓展迁移】
背景材料：2009年7月21日距离人类第一次登上月球已经40年了。“休斯顿，这里是静海基地，‘鹰’着陆成功。”为纪念1969年7月20日人类首次登月40周年，美国宇航局(NASA)决定16日起在网上公布阿波罗11号发射之日起至返回地球的8天时间里的实况录音。1957年，苏联发射世界上第一颗人造地球卫星；1961年，苏联发射“东方一号”载人宇宙飞船。美国为与苏联在航天领域抗衡，1969年，“阿波罗——11号”登月成功。随着经济的发展，我国也积极参加航天事业，2003年，中国“神州”五号载人航天飞船发射成功，中国成为世界上第三个掌握载人航天技术的国家；2005年，“神州”六号，宇宙飞船发射成功；2008年，“神州”七号飞船发射成功，并首次实现航天员太空出仓，中国成为世界上第三个独立掌握太空出仓关键技术的国家。
材料解读：空气空间是人类生存和发展的重要资源，也是保护人类安全的重要屏障。随着世界文明的进步，人类活动由陆地、海洋向空中拓展，并不断向新的高度进发。空天已日益成为世界各国人民友好交往的重要纽带和人类文明发展的重要领域。维护空天安全、构建和谐空天，已成为各国人民的共同追求和美好愿望。
趣味探究：对即将来临的太空时代，你对未来世界你有哪些大胆设想？