2018_2019学年高中历史第六单元现代世界的科技与文化第25课现代科学革命教案(含解析)岳麓版必修3

第25课现代科学革命

课程标准：知道相对论、量子论的主要内容，认识其意义。

一、经典物理学的危机

1．辉煌

(1)17世纪牛顿创立经典力学，经后人不断补充发展，日臻完善。

(2)19世纪，人们把经典力学看作权威的理论，认为物理学已经发展到完整、系统和成熟的阶段。

2．危机

19世纪末，物理学上出现了一系列新的发现，无法用经典物理学来解释。

二、相对论与量子理论

1．现代物理学诞生的原因

(1)随着科技转化为生产力巨大威力的显现，各国政府对科技发展日益重视，科学研究突飞猛进，孕育着新的突破。

(2)19世纪末20世纪初，随着科学研究的不断深入，人类对自然界的认识推进到前所未有的深度和广度。

(3)经典物理学由于自身的局限性，以牛顿力学为基础的经典物理学无法解释物理学的新发现而陷入危机。

2．爱因斯坦能够取得伟大成就的条件

(1)科学发展提供的基础。

(2)科学发展需要提供动力。

(3)个人坚持不懈勤奋追求真理的优秀品质。

(4)科学的工作和研究方法。

3．量子论和量子力学的影响

(1)在量子论基础上发展起来的量子力学，极大地促进了原子物理、固体物理和原子核物理等科学的发展。

(2)标志着人类对客观规律的认识，开始从宏观世界深入到了微观世界。

(3)相对论和量子力学的确立是物理学革命的高潮，以物理学革命为先导，带动了化学、生物学、天文学、地理学等学科的理论也都发生了革命性的突破。

(4)量子力学和狭义相对论结合形成原子核物理学，指导制造原子弹、氢弹和建立核电站。

(5)量子力学还为电子技术、半导体技术和激光技术等奠定了理论基础。

[史料探究]

材料爱因斯坦与牛顿的对话(虚拟)：

爱因斯坦：你真伟大，你建立了牛顿力学框架体系，相对论中存在的问题都被你指了出来。

牛顿：你比我更伟大，相对论在许多学科中有着广泛的应用，它和量子力学一起，已成为近代物理学的两大基础理论，相对论包容了我的三条运动定律及万有引力定律。

爱因斯坦：你我的理论都有瑕疵。

牛顿：哪有十全十美的理论，大家不用我们的理论，他们没有别的理论可用，圣人、神仙也要犯错误，你我都是凡人，你我的身躯已经融入了自然界，但是，你我的灵魂还留在人间。

——毛民义：相对论网站

(1)根据材料探究牛顿力学体系与爱因斯坦相对论的关系。

(2)牛顿说“你我的灵魂还留在人间”，他们留给人类的“灵魂”是什么？

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；相对论是对牛顿力学的继承与发展。

(2)科学探究精神。

[归纳总结]

牛顿定律与爱因斯坦相对论的关系

(1)相对论否定了经典力学的绝对时空观，从本质上修正了由狭隘经验建立起来的时空观，深刻地揭示了时间和空间的本质属性。

(2)相对论同时也发展了牛顿力学，把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时的一个特例。狭义相对论是对牛顿力学的继承和发展。

[对点训练]

1．牛顿在《自然哲学的数学原理》中说：“绝对空间就其自身特性与一切外在事物无关，处处均匀，永不移动”。对此观点进行修正的是( )

A．相对论力学B．地质力学理论

C．量子论力学 D．光电效应理论

解析：选A 相对论力学认为物体运动时，质量会随着物体运动速度增大而增大，同时空间和时间也会随着物体运动速度的变化而变化，这就否定了经典力学的绝对时空观，故A 项正确。

[史料探究]

材料一有人认为：“量子力学成为反映自然界基本规律的理论体系，指导着人们向物质运动的各个层面进行深入探讨。”

材料二普朗克提出了量子理论假说后，因为思想僵化，不但不敢相信自己的理论，反而把自己提出的理论收回去。1900年，43岁的普朗克发表了他划时代的革命性的量子假说。

但是他想方设法要把量子假说纳入经典物理学理论中去，然而终归徒劳。这些徒劳无益的做法持续了许多年，花费了他不少心血。

(1)你同意材料一中的观点吗？为什么？

(2)从材料二中你可以得到怎样的启发？对新与旧的事物我们应该采取怎样的一种态度？

提示：(1)同意。因为量子理论使人类对微观世界的基本认识有了革命性的进步，弥补了经典物理学的不足，大大开阔了人们的视野，改变了人们看世界的角度和方式；量子理论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不可磨灭的影响。

(2)启发：勇于创新，坚持真理等。

态度：辩证分析新旧事物的优劣之处，坚持和发扬好的一面，摒弃坏的一面。

[归纳总结]

量子理论和相对论的异同

(1)不同点：相对论描绘的是一个崭新的宏观宇宙世界；量子理论描绘的是微观粒子世界。

(2)共同点：

①从背景上看：19世纪末，物理学得到了极大的发展，但是，一系列新的发现无法用经典物理学解释，这使得经典物理学陷入了危机，面临着挑战。

②从产生过程看：第一，都是科学大师们敢于向权威挑战，追求真理的结果；第二，都经历了一个产生、发展、完善的过程。

③从影响来看：量子理论和相对论一起，构成了现代物理学的基础，弥补了经典物理学的不足；都大大开阔了人们的视野，改变了人们看世界的角度和方式；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不可磨灭的影响。

[对点训练]

2．爱因斯坦和普朗克是20世纪世界著名的科学家，分别创立了相对论和量子理论。它们的共同之处有( )

①揭示了时间和空间的可变性②深刻改变了自然科学的观念③突破了近代物理学的传统④构成现代物理学的理论框架

A．①②③ B．①②④

C．①③④ D．②③④

解析：选D 相对论揭示了时间和空间的可变性，量子理论没有，①不是二者共同之处，故①错误；相对论提出新的时空观，颠覆了人类对宇宙和自然的“常识性”观念，量子力学用量子态的概念表征微观体系状态，二者改变了自然科学的观念，故②正确；经典物理学基础的经典力学，不适用于高速运动的物体和微观领域，相对论解决了高速运动问题，量子力学解决了微观亚原子条件下的问题，故③正确；相对论和量子力学是现代物理学的两大基本

支柱，故④正确，选择D项符合题意。

命题角度：1.相对论的提出。2.相对论的意义。

[典题例析]

[例1] “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

[解题思路]

[答案] C

[题组冲关]

1．爱因斯坦曾言：“在我之前，人们都认为，如果把所有的东西都从宇宙中拿走，那剩下的就是时间和空间，我却证明，如果把所有的东西都拿走了，什么都剩不下。”爱因斯坦的理论( )

A．建立的信息网络大大缩小时空距离

B．大大加强了人类对微观世界的研究

C．改变了人们认识世界的角度和方式

D．主要论证时间和空间可以单独变化

解析：选C 爱因斯坦的理论是相对论，没有建立信息网络，信息技术建立了信息网络，故A项错误；大大加强了人类对微观世界的研究是普朗克的量子论，故B项错误；爱因斯坦的理论改变了牛顿的绝对时空观，也改变了人们认识世界的角度和方式，故C项正确；爱因斯坦提出的狭义相对论认为时间、空间会随着物体运动速度的变化而变化，时间和空间无法

单独变化，故D项错误。

2．1976年，物理学家维索特和列文向太空发射了一枚载有时钟的火箭。他们观察到，这个时钟与放置在地球上的时钟相比，多获得了1/10微秒。这一实验可以用来验证( ) A．爱因斯坦的相对论 B．牛顿的万有引力定律

C．普朗克的量子理论 D．伽利略的自由落体定律

解析：选A 爱因斯坦的相对论否定了绝对时空观，认为时间和空间都是会变化的，故A项正确；牛顿的万有引力定律强调绝对的时空观，与材料所述不符，故B项错误；普朗克的量子理论不涉及时间和空间，故C项错误；伽利略的自由落体定律不涉及时间和空间，故D项错误。

命题角度：1.量子理论的提出。2.量子理论的主要影响。

[典题例析]

[例2] “这一发现成为二十世纪物理学研究的基础，从那个时候起几乎完全决定了物理学的发展。要是没有这一发现，那就不可能建立起分子、原子以及支配它们变化的能量过程的有用理论。”“这一发现”是指( )

A．牛顿的万有引力定律 B．普朗克的量子论

C．爱因斯坦的相对论 D．电子运动的规律

[解题思路]

[答案] B

[题组冲关]

3．“感动中国2016年度人物”：“站在世界的最前排，和宇宙对话，以先贤的名义，做前无古人的事业。”这是献给因在量子信息实验研究领域做出开拓性贡献的中科院院士潘建伟的颁奖词。在这一领域的先贤和奠基者是指( )

A．伽利略 B．牛顿

C．爱因斯坦 D．普朗克

解析：选D 伽利略是牛顿经典力学的奠基者，不是量子论的先贤和奠基者，故A项错误；牛顿是经典力学的创立者，没有在量子领域做出贡献，故B项错误；爱因斯坦是相对论

的创立者，不是量子领域的先贤和奠基者，故C项错误；普朗克在1900年提出了量子假说理论，他是这一领域的先贤和奠基者，故D项正确。

4．英国物理学家秦斯说：“物质的基本粒子其运动不像是铁道上平滑走过的火车，而像是田野中跳跃的袋鼠。”该理论( )

A．冲破宗教神学束缚 B．揭示宇宙运行规律

C．颠覆经典力学体系 D．深化微观世界认识

解析：选D 宗教神学并没有对物质运行的介绍，故A项错误；揭示宇宙运行规律的是牛顿的万有引力定律而非物质的粒子运动，故B项错误；粒子论与牛顿的经典力学体系并没有严重的冲突，更谈不上“颠覆”一说，故C项错误；秦斯对物质粒子运动的描述，显然有利于深化那个时代人们对微观世界的认识，故D项正确。

————————————————[课堂小结·建通

史]—————————————

20世纪初的世界之关键词——

相对论的宏观宇宙，量子论的微观

世界，见证科学探索攀上新高峰

[文化上]

(1)1905年爱因斯坦提出了狭义相对论，标志着相对论的诞生；1916年又建立广义相对论。相对论的内容包括相对性原理和光速不变原理，相对论的提出是物理学领域最伟大的革命。

(2)1900年，德国理论物理学家普朗克提出了量子假说，宣告了量子理论的诞生。继普朗克的量子假说之后，爱因斯坦提出了光的量子理论，丹麦物理学家玻尔提出了原子的量子理论，量子力学建立起来。量子理论使人类对微观世界的认识取得了革命性进步。

[政治上]

(1)19世纪末20世纪初，主要资本主义国家向帝国主义阶段过渡，其代议制进一步完善。

(2)由于资本主义经济政治发展不平衡，帝国主义国家的矛盾日益激化；1914年第一次世界大战爆发，带给人类巨大的灾难，也推动了俄国十月革命的爆发。

(3)19世纪末20世纪初，欧美各国在瓜分世界的进程中重视新科技、新发明，助推了现代科技革命的发展。

[经济上]

(1)第二次工业革命使生产力飞速发展，生产和资本日益集中，垄断组织出现。

(2)第二次工业革命中产生了一种新的生产组织形式——公司制。

(3)第二次工业革命推动了钢铁、石油等新兴工业的产生，也加剧了环境的污染程度，给人类的生活带来不利影响。

(4)20世纪初，资本主义世界市场形成，资本主义经济得到迅速发展。

课时达标检测(二十五)

一、选择题(每小题4分，共32分)

1．1905年是爱因斯坦的“奇迹”之年，这一年他成功解释了光电效应，他的理论重新肯定了微粒说和波动说对于描述光的行为的意义。该理论( )

A．深刻揭示了时空的本质属性

B．推动量子论进一步发展

C．推动了近代自然科学的诞生

D．标志着量子理论的诞生

解析：选B 深刻揭示了时空的本质属性属于相对论，故A项错误；材料中“成功解释了光电效应，他的理论重新肯定了微粒说”有利于研究微观的事物现象，推动了量子论进一步发展，故B项正确；推动了近代自然科学的诞生是中世纪物理学成就，故C项错误；标志着量子理论的诞生的是普朗克的量子论，故D项错误。

2．牛顿力学认为时间是绝对的，空间也是绝对的；爱因斯坦相对论则认为“物质告诉时空怎样弯曲，时空告诉物质怎样运动”，时间、空间和物质是一个有机整体。这表明( ) A．牛顿力学更加能被世人所理解

B．相对论革新了牛顿力学时空观

C．爱因斯坦相对论丰富了时空观

D．爱因斯坦否定了牛顿力学理论

解析：选B 材料反映的是相对论对牛顿力学的发展，不是仅仅反映牛顿力学的易被理解，故A项错误；材料反映了相对论在时空观上对牛顿力学的发展，故B项正确；相对论不是在原来时空观基础上作纯粹的增加，而是对牛顿力学绝对时空观作了革新之后加以发展，

故C项错误；相对论只是在绝对时空观这一点上作了革新，不是对整个牛顿力学理论的否定，故D项错误。

3．爱因斯坦以“相对性原理”和“光速的绝对性”为基石，建立起狭义相对论的理论体系，并得到大量重要的让人难以理解的结论。这表明狭义相对论( ) A．自身存在着严重的不足B．将物理学发展到新的高度

C．超越了世人的认知水平 D．具有扎实的科学理论基础

解析：选C 材料表述的是相对论的提出，没有体现其自身存在严重的不足，故A项错误；材料没有涉及狭义相对论对物理学发展的作用，故B项错误；从“并得到大量重要的让人难以理解的结论”，可知狭义相对论的内容超出了世人的认知水平，故C项正确；具有扎实的科学理论基础不是材料表达的主旨，故D项错误。

4．“假如两个质量很大的钢球相互接近，其原因是：两个钢球没有时，周围的时空犹如一张拉平的网，两个钢球出现后把这张时空网压弯了，于是两个钢球就沿着弯曲的网滚到一起来了。”这一解释的科学理论依据是( )

A．伽利略自由落体定律 B．牛顿经典力学体系

C．普朗克量子论 D．爱因斯坦相对论

解析：选D 自由落体定律强调万有引力与物体质量的关系问题，故A项错误；牛顿经典力学体现的是绝对的时空观，故B项错误；量子力学反映的是微观系统，故C项错误；根据材料“时空犹如一张拉平的网，两个钢球出现后把这张时空网压弯了”，相对论改变了经典力学绝对的时空观念，深刻揭示了时空的本质属性，故D项正确。

5．普朗克曾写道，“我把这整个的步骤描述成一种孤注一掷的行动……我已经和辐射与物质之间的平衡问题斗争了六年而没有得到任何成功的结果。这个问题在物理学中是有根本重要性的，必须不惜任何代价来找出它的一种理论诠释，不管那代价有多高。”普朗克旨在说明量子论( )

A．诞生的偶然与必然 B．得到社会的普遍认可

C．产生了巨大的影响 D．是对前人理论的突破

解析：选A 材料“我把这整个的步骤描述成一种孤注一掷的行动”体现普朗克量子论诞生的偶然性，“我已经和辐射与物质之间的平衡问题斗争了六年”又说明普朗克量子论诞生的必然性，故A项正确。

6．2016年中国科学家研制的量子通信实验卫星“墨子号”成功发射。科学家潘建伟表示，起名“墨子”是因为墨子最早通过小孔成像实验发现光是直线传播并作科学解释，为量子通信打下一定基础。现代量子理论认为，“量子纠缠”可成为量子保密系统的基础，因单个光量子在传输信息时测量不准、不可克隆，这构成量子通信安全基石。对此理解准确的是( )

A．古典科技改变现代世界面貌

B．科学发展有利于社会的进步

C．量子论开始改变了人们认识世界的角度

D．科学转化为社会生产力的速度大大加快

解析：选B 科学发展有利于社会的进步与材料中“为量子通信打下一定基础”“构成量子通信安全基石”相符，故B项正确。

7．2016年6月16日，美国激光干涉仪引力波天文台(LIGO)宣布再次探测到引力波信号，开启了全新的引力波天文学时代。在物理学中，引力波是指时空弯曲中的涟漪，通过波的形式从辐射源向外传播，这种波以引力辐射的形式传输能量，早在100年前引力波就被科学家预言。引力波最可能被哪位学者预言( )

A．伽利略 B．牛顿

C．爱因斯坦 D．普朗克

解析：选C 材料中“时空弯曲”是相对论的概念，故C项正确。

8．下表列出了19、20世纪之交，物理学上有重大意义的实验发现，这些发现( )

B．宣告了量子论这一现代物理理论的诞生

C．从根本上动摇了牛顿创立的经典力学

D．促使人们冲破原有物理学理论的框架

解析：选D 相对论弥补了经典力学在认识宏观世界方面的不足，但材料与相对论无关，故A项错误；量子论诞生的标志是普朗克量子假说的提出，与材料无关，故B项错误；没有任何一个理论动摇了牛顿的经典力学，故C项错误；材料使人们冲破了原有的物理学理论的框架，从微观的世界认识世界，故D项正确。

二、非选择题(18分)

9．阅读材料，完成下列要求。

材料20世纪40年代以来各国出现的科技成果

解析：分析表格数据，得出一个有效信息，且信息一定是源自材料所得，然后结合所学多角度分析信息，分析过程做到，一、论据准确，史实引用合理，围绕所提取的信息展开论证，论证充分合理，史论结合，论从史出；二、逻辑严密，表述清楚。

答案：示例：

二战后美国成为世界科技中心。

美国能成为世界科技中心，是由以下因素决定的，第二次世界大战的促进；冷战中与苏联军备竞赛的推动；国家经济实力的强大，政府对科技的重视；“新经济”政策的提出。