1、1第 2 课 影响世界发展进程的科学巨人目标导航 1.知道牛顿在物理学、天文学等领域的主要成就，认识牛顿在世界自然科学发展史上的崇高地位。2.掌握爱因斯坦的相对论及其他的科学成就，认识爱因斯坦对维护世界和平所做出的巨大贡献。一、牛顿：宇宙定律的发现者1生平：出生于英格兰一个自耕农家庭；1661 年进入剑桥大学三一学院，对自然现象产生浓厚兴趣。2主要科学成就(1)物理学领域发现了万有引力定律，综合并表达了经典力学的三个基本定律：惯性定律、加速度定律、作用力与反作用力定律。1687 年发表自然哲学的数学原理 ，从而诞生了天体力学。 “牛顿力学”体系的建立标志着近代科学体系的形成。(2)天文学领域用
2、万有引力定律说明，力学规律支配天上的星体运动和地面上的物体运动。采用数学的方法，精确地计算和解决天体运动问题。 (3)数学领域发现了二次项定理。创立了微积分，开辟了数学新纪元。2(4)光学领域发现白光是由各种不同颜色的光组成的。制成第一架反射望远镜。提出了光的“微粒说” 。3全面认识牛顿(1)是英国伟大的物理学家、天文学家、数学家和自然哲学家。(2)建立起力学理论体系，成为宇宙定律的发现者。(3)1689 年，当选为英国议会中的大学代表，其后，把兴趣由科学转向政治、神学等问题。3思维点拨1牛顿力学体系内容包括：力学三大定律及万有引力定律。它产生的标志是 1687 年发表的自然哲学的数学原理 。
3、2牛顿力学的创立，标志着人类科学时代的开始。名师指津 宗教迷信思想是科学的大敌。牛顿晚年没有再取得重大成就，与其迷恋宗教和神秘思想密切相关。二、爱因斯坦：追寻空间和时间的本质1生平：1879 年出生于德国一个犹太人家庭，1896 年进入大学学习物理学。2提出狭义相对论(1)提出：1905 年， 论动体的电动力学发表，标志着狭义相对论的提出。(2)内容空间、时间、物质和物质运动之间紧密相连，不可分割。空间和时间在本质上是统一的，随着物质的运动而变化。(3)影响：震动了物理学界，使爱因斯坦名扬欧洲。3推动量子力学发展(1)广义相对论标志：1916 年发表论文广义相对论基础 。内容：万有引力是由于物
4、质的存在和分布使时间和空间的性质不均匀而引起的，进一步揭示了时空、物质、运动和引力之间的统一性。意义：相对论与量子理论一起构成了现代物理学的两大支柱，促进了物理学的革命性变化。(2)物理学其他领域建立起质能关系式 E mc2，为原子能的利用提供了理论依据。以量子理论解释光电效应、辐射过程、固体比热，发展了量子统计。1921 年，因其光子理论获得诺贝尔物理学奖。4为人类和平进步而斗争(1)第一次世界大战爆发后，公开发表反战宣言，呼吁结束战争。(2)第二次世界大战中建议美国研制原子武器，但对美国投掷原子弹轰炸日本广岛、长崎表示强烈不满。(3)第二次世界大战后为反对核战争和美国国内法西斯主义，进行不
5、懈斗争。易错提醒 相对论并没有抹掉牛顿在历史上的光辉，实际上相对论发展了牛顿力学，把牛顿力学概括在相对论之中，牛顿所创造的概念至今仍然是指导物理学的重要思想。4思维点拨 爱因斯坦的伟大之处，不仅仅在于他取得的一系列科学成就，还在于他是一个爱好和平的反战斗士。爱因斯坦是核武器理论的提出者，但又是极力反对核战争的倡导者。归纳总结 爱因斯坦创立的狭义相对论和广义相对论，是人类认识自然过程中的一次质的飞跃，标志着物理学的重大突破，是在科学发展的道路上矗立起的一座新的里程碑，成为现今原子能科学、宇宙航行等科学的理论基础。知识图示主题一 牛顿的科学成就史料一 牛顿在进行光学实验自然界和自然规律隐藏在黑暗中
6、，上帝说，让牛顿出生吧！于是一切都成为光明。蒲伯从数学开始到牛顿时代为止，数学工作由牛顿完成了一大半。 莱布尼茨史料二 上中学时牛顿就喜欢做实验并记笔记，他将日常生活中发生的许多现象记录下来，还对所学的知识进行分类整理。史料解读(1)史料一中的图片说明牛顿通过光学实验发现了光的构成和光的“微粒说” 。肯定了牛顿在光学方面的贡献。肯定了牛顿在数学方面的贡献。(2)史料二涉及牛顿的一些科学研究方法：做实验、记笔记、分类整理等。问题思考(1)阅读史料一并结合所学知识解释，牛顿如何从光学实验和数学方面使“自然界和自然规5律”变成光明的？(2)结合史料二归纳牛顿能使黑暗变成光明的原因。提示 (1)光学实
7、验：自制折射望远镜，证明日光即白光由七色光组成，进一步说明了物体颜色的形成原理，奠定了光谱学的基础；提出光的本质是微粒的见解，统领西方物理学界两个世纪，与荷兰惠更斯的“波动说”构成了关于光的两大基本理论。数学方面：提出了数学上有名的二次项定理和微积分的初步算法。(2)原因：做实验、记笔记、积累知识、分类整理，将实验作为得出科学概念的主要途径；“归纳演绎”法；忘我的勤奋探索精神。牛顿的科学成就(1)牛顿是英国物理学家、天文学家和数学家。(2)在天文学方面，他解释了潮汐现象，指出潮汐的大小不但同朔望月有关，而且与太阳的引力也有关系；牛顿从理论上推测出地球不是球体，而是两极稍扁、赤道略鼓，并由此说明
8、了岁差现象等。(3)在物理学上，牛顿基于伽利略、开普勒等人的工作，建立了三条运动基本定律和万有引力定律，并建立了经典力学的理论体系。(4)在数学上，牛顿提出了“牛顿二次项定理” ，并和莱布尼茨几乎同时创立了微积分学。(5)在光学方面，牛顿发现白色日光由不同颜色的光构成，并制成“牛顿色盘” ；关于光的本性，牛顿创立了光的“微粒说” 。在牛顿的著作自然哲学的数学原理中，他用数学解释了哥白尼的日心说和天体运动的现象。(6)牛顿力学体系的建立是近代科学形成的标志，是人类认识史上对自然规律的第一次概括和总结。主题二 经典力学理论与相对论的关系史料一 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
9、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。 爱因斯坦史料二 绝对空间，就其本性而言，是与外界任何事物无关而且永远是相同的和不动的。牛顿自然哲学的数学原理史料三 空间和时间不可能离开物质而独立存在，空间的结构和性质取决于物质的分布。爱因斯坦相对论史料解读(1)由史料一中的可知，爱因斯坦并没有否定牛顿力学，而是肯定了牛顿力学对现代物理学的指导意义。6(2)史料二中的反映的是牛顿的绝对时空观。(3)史料三中的是说空间、时间是与外部事物相联系的，受其影响。说明空间取决于物质的分布，因此会有变化。问题思考(1)爱因斯坦认为相对论与牛顿力学是什么关系？(2)相对论对经典力学有
10、什么新发展？提示 (1)爱因斯坦认为，牛顿力学至今仍然在指导着我们的物理学思想。因此，爱因斯坦并没有否定牛顿力学，而是认为牛顿力学是相对论的基础，相对论是牛顿力学的发展。(2)牛顿认为空间是绝对的，而爱因斯坦认为时间、空间是相对的，爱因斯坦否定了牛顿的绝对时空观，弥补了经典力学在认识宏观世界上的不足。经典力学理论与相对论的关系(1)批判和修正牛顿力学体系概括了物体机械运动的基本定律，这些定律有一个不容忽视的前提，即物体运动是在低速情况下，这些定律才适用。而爱因斯坦提出相对论，否定了牛顿的绝对时空观，指出了时间和空间的辩证关系，即时间和空间不是绝对不变的，而是随着物质的运动而变化，物质质量随运动
11、速度的变化而变化，并提出质能转化原理。(2)继承与发展牛顿力学是整个力学的基础，他所关注的是宏观的世界和低速运动的物体。相对论发展了牛顿力学，把人类的目光引向了微观世界和高速运动的物体，又使得牛顿力学成为相对论力学在低速状态下的一个特例。这既是对传统物理学的一次伟大革命，同时又促进了物理学研究的进一步发展。主题三 全面评价爱因斯坦史料 作为科学家，他的理论非常深奥，一般人无法领悟。作为思想家，他的见解相当深邃，普通人难以理解。可是，这样一位科学精英和思想精英，为什么会走进大众的生活，成为家喻户晓的人物，并受到全世界男女老少的尊敬和爱戴呢？爱因斯坦是一位有社会责任感和科学良心的世界公民。 爱因斯
12、坦与大科学的诞生史料解读说明爱因斯坦创立的相对论非常深奥，有悖于人们的日常经验，很难被理解。说明爱因斯坦被大众熟知并受到尊敬和爱戴。是爱因斯坦受尊敬和爱戴的原因。问题思考1952 年 11 月 8 日，以色列总理本古里安提名爱因斯坦为总统候选人。根据史料和所学知识，说明爱因斯坦被提名为以色列总统候选人的原因。7提示 爱因斯坦在科学上做出了杰出贡献；具有强烈的正义感和社会责任感；是犹太人中的杰出人物。8全面评价爱因斯坦爱因斯坦，世界十大杰出物理学家，现代物理学的开创者、集大成者和奠基人，同时也是一位著名的思想家、哲学家和具有正义感的社会活动家。(1)科学贡献爱因斯坦提出光量子假说，圆满地解释了光
13、电效应问题。后来进行光辐射学的研究，并于 1921 年因光电效应研究获得诺贝尔物理学奖，他的研究推动了量子力学的发展。狭义相对论揭示了作为物质形式存在的空间和时间统一成一个四维空间，爱因斯坦的相对论是人类认识自然过程中的一次质的飞跃，推动了现代科学技术的发展。(2)倡导和平他反对侵略战争，反对军国主义和法西斯主义，反对民族压迫和种族歧视，为人类的进步进行坚决的斗争。倡议各国认识核战争的极端危险性，各国科学家用自己的言行来维护世界和平。(3)爱因斯坦一生淡泊名利，他获得了许多荣誉，但他从来没把这些荣誉看得很重。1罗素说：“几乎所有现代世界与古代世界之间的区别，都得归功于十七世纪取得最辉煌成就的科
14、学。 ”这句话中“十七世纪取得最辉煌成就的科学”指的是( )A相对论 B生物进化论C量子力学 D经典力学答案 D解析 注意限制词， “十七世纪取得最辉煌成就的科学”是经典力学。2牛顿万有引力定律的发现缘于对哪一领域成就的思考( )A光学的领域 B天文学领域C数学领域 D经典力学领域答案 B解析 万有引力定律成为天文学上的基础定律，极大地推动了人们对天体运动的研究。3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
15、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，这9一表述属于爱因斯坦相对论的内容，故选 D 项。4阅读下列材料：材料一 牛顿(16421727 年)，毕业于剑桥大学，后任该校教授。英国皇家学会会员、会长。牛顿除了在力学方面的贡献外，还是微积分的发明人之一；同时，他发现了太阳光的光谱，发明了反射式望远镜等。材料二 爱因斯坦(18791955 年)，德国物理学家。1905 年获哲学博士学位。曾在多所大学任教授，并当选为普鲁士科学院院士。1921 年，他因在光电效应上的贡献获得诺贝尔物理学奖。1933 年，因受纳粹政权迫害，迁居美国。1940 年入
16、美国籍。请回答：(1)结合材料一及所学知识，指出牛顿在物理学方面的最突出成就。这一成就有什么特点？(2)结合材料二及所学知识，指出爱因斯坦在物理学方面的突出贡献及其意义。(3)概括两位科学家取得物理学方面成就的共同原因。答案 (1)创建经典力学体系，标志着近代科学体系的形成。特点：一是注重实验，二是数学化。(2)提出相对论，指出时空的本质属性。是物理学思想的一次重大革命，奠定了现代科学发展的理论基础。(3)勇于探索、善于观察、执着追求的科学精神，社会生产力的发展与社会进步。解析 解答第(1)题的第一问要抓住关键词“最突出” ，第二问实际上是要求分析近代科学的特点；第(2)题综合材料二及所学知识
17、即可作答；第(3)题要综合时代特点及个人因素分析。学习思考提示 17 世纪中期，欧洲历史正处于一个巨大的转折和变化时期。当时英国正处在资产阶级革命的风暴中；欧洲的启蒙运动也在发动阶段。而在自然科学方面，哥白尼的“太阳中心说” ，伽利略的自由落体定律和加速度概念，开普勒、布鲁诺、培根等科学家的发现，都预示着科学界一个革命时代的来临。自我测评提示 科学成就：(1)牛顿：万有引力定律及惯性定律、加速度定律、作用力与反作用力定律等。(2)爱因斯坦：狭义相对论、广义相对论、光量子假说等。材料阅读与思考提示 这是一道开放题。它集中体现了爱因斯坦这位科学家对科学技术在给人类带来便利、10进步的同时，对历史进
18、程中所凸显的世界性问题的忧虑、关注和对未来解决这些问题的期盼。基础达标1科学技术是人类探索自然的产物，一般认为我们今天所理解的科学和技术形成于 17 世纪。实现了物理学史上第一次飞跃的是( )A电磁学理论的建立 B牛顿力学的建立C进化论的出现 D量子力学的建立答案 B解析 牛顿力学体系的建立标志着近代科学体系形成，因此也可称为物理学史上第一次飞跃。2下列对牛顿自然哲学的数学原理一文的评价，不准确的是( )A第一次阐释了微积分学B提出了物体运动的三大定律和万有引力定律C标志着牛顿经典力学体系的创立D标志着近代科学的形成答案 A解析 早在大学时代，牛顿就提出了微积分学。3有人说：“牛顿是接过了伽利
19、略传过来的接力棒，并最终完成了科学史上的一次划时代的巨大飞跃。 ”下列对牛顿的评价正确的有( )第一个充分利用实验得出科学结论的人 创立的力学体系完成了人类对自然界第一次理论大综合 其科学成就推动了启蒙运动的兴起 在伽利略的基础上，使人们的认识深入到微观世界A BC D答案 C解析 伽利略注重实验和实践，被视为近代实验科学的奠基人，故错误；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第一次理论大综合，故正确；以牛顿力学为代表的自然科学的发展，解放了人们的思想，推动了启蒙运动的兴起，故正确；牛顿力学主要关注宏观物体的运动，故项错误。C 项符合题意。4在人类历史发展
20、的浩瀚长河中，诞生了许多科学成就，才使人类的物质生活更加丰富多彩。从经典力学到相对论的发展表明( )11任何科学成就都是“站在巨人的肩上”的发现 人类对自然界的认识随着时代的前进而不断地发展 人类开始从宏观世界深入微观世界认识客观规律 科学发展是无止境的A BC D答案 B解析 由教材知识可知都正确。是量子论的重大意义。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
21、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 据题干材料信息首先判断出该理论是相对论，由此根据所学知识可以直接得出 C 项正确。A 项是伽利略的成就；B 项是牛顿力学体系的影响；D 项是量子论的成就。61931 年 2 月 16 日爱因斯坦在美国加利福尼亚理工学院的演讲中指出：“你们只懂得应用科学本身是不够的，关心人的本身，应当始终成为一切技术在奋斗的主要目标用以保证我们科学思想的成果会造福于人类，而不致成为祸害。 ”你认为，下列对此言论理解最准确的是( )A科学工作者必须懂得“科学是一柄双刃剑”B从事科学工作的人必须关注人类本身的身心发展C学校的科学教育必须坚
22、持以关心人的福祸为出发点D科学工作者必须坚持用科学造福于人类答案 D解析 从材料“用以保证我们科学思想的成果会造福于人类，而不致成为祸害”可见爱因斯坦认为科学工作者必须坚持用科学造福于人类，故 D 项正确。能力提升7阅读下列材料，回答问题。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能力的人在那个时代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。(1)“牛顿时代”是什么样的时代？(2)牛顿在物理学上有什么贡献？12(3)有人认为相对论的建立使牛顿在历史上的光辉被抹掉了。你认为这种观点是否正确？为什么？答案 (1)17 世纪中叶至 18 世纪 20
23、 年代；处于资本主义手工工场时期，资产阶级文化在逐渐发展。(2)提出力学的三大定律和万有引力定律，是人类认识史上对自然规律的第一次概括和总结。(3)不正确。因为牛顿力学体系的建立是近代科学体系形成的标志，牛顿在科学史上有杰出贡献；牛顿所创造的概念，至今仍指导着我们的物理学思想。解析 第(1)问要紧密结合 17 世纪历史发展的特征回答；第(2)问要结合物理学科中的知识来回答；第(3)问的关键是理解牛顿的学说与相对论之间的关系是包容关系，相对论将牛顿力学作为特殊情况下的运动状态包容其中。8牛顿和爱因斯坦是物理学星空中的双子星座。阅读下列材料，回答问题。材料一 牛顿 4 000 页手稿网上展出，包括
24、大学时代笔记(下图)。公布上网的档案包括牛顿大学时代的笔记本，以及某些他在 17 世纪 60 年代写下的数学、微积分、光学和万有引力的重要手稿。材料二 鉴于未来任何世界大战必将使用核武器，而这种武器威胁着人类的继续生存，我们敦促世界各国政府认识并且公开承认，他们的目的决不能通过世界大战来达到。因此，我们也敦促他们寻求和平办法来解决相互间的一切争端。罗素爱因斯坦宣言(1)根据材料一并结合所学知识，推测牛顿的新发现手稿里会记录哪些重要科学成就？(2)根据材料二并结合所学知识，归纳指出爱因斯坦在社会活动方面的主要贡献。答案 (1)数学：提出了二项式定理及微积分的初步算法。天文学：制造了第一架反射望远镜，使人类对天体的观察进入新阶段。光学：制造出折射望远镜，其实验和结论奠定了光谱学的基础；发表关于光和色的新理论 ，提出光的本质是微粒的见解。力学：发表自然哲学的数学原理 ，最终确立了近代经典力学理论体系。(2)第一次世界大战时，发起成立反战团体并签字；第二次世界大战时，建议罗斯福抢在纳粹之前研制原子弹，但对原子弹爆炸造成的大量平民伤害深感痛心；冷战时，发表反核战的罗素爱因斯坦宣言 。
