高中历史专题六杰出的中外科学家课时2影响世界发展进程的科学巨人学案人民版选修4.docx

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高中历史专题六杰出的中外科学家课时2影响世界发展进程的科学巨人学案人民版选修4

学案2　影响世界发展进程的科学巨人

[课标要求]　了解牛顿、爱因斯坦等人的成长历程及主要科学成就，认识他们在社会发展中的作用。

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

①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。

②1687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

①用万有引力定律说明，力学规律支配天上的星体运动和地面上的物体运动。

②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

①发现了二次项定理。

②创立了微积分，开辟了数学新纪元。

（4）光学领域

①发现白光是由各种不同颜色的光组成的。

②制成第一架反射望远镜。

③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。

[教材互补]

在牛顿以前，天文学家开普勒发现了行星绕日运动的三大定律，伽利略也发现了力学的一些基本原理。

牛顿继承了我们的工作，设法通过数学方法计算出地球对月亮的引力。

（岳麓版）

[重点精讲]

牛顿力学体系的建立——《自然哲学的数学原理》的发表：

（1）内容：

物体运动三大定律和万有引力定律；潮汐现象、地球形状等问题。

（2）意义：

①形成经典力学理论，居物理学的统治地位达二百年；标志近代科学的形成；推动工业革命的进程。

②对自然观念的影响：

牛顿经典力学的成就之大使得它得以广泛传播，深深地改变了人们的自然观。

③对社会科学的影响：

经典力学在社会科学方面，特别是对哲学和人类思想的发展，也产生了重大影响。

[归纳总结]

牛顿成功的因素

牛顿虚怀若谷、谦虚好学，具有勇于探索的精神，甘于寂寞、献身科学的精神；使用科学的研究方法，吸取前人的研究成果等。

[深化探究]

探究点1　牛顿的主要成就

材料一　自然界和自然规律隐藏在黑暗中，上帝说，让牛顿出生吧！

于是一切都成为光明。

——蒲柏

材料二　牛顿由于发明了万有引力定律而创立了科学的天文学，由于进行了光的分解而创立了科学的光学，由于创立了二次项定理和无限理论而创立了科学的数学，由于认识了力的本质而创立了科学的力学。

——恩格斯

思考

结合材料及所学，说一说牛顿使“自然界和自然规律”成为光明的成就表现。

答案　

（1）大学毕业前，牛顿已经提出了二次项定理和微积分的初步算法。

（2）自制了折射望远镜，证明了日光由各种不同颜色的光组成，还进一步说明了物体颜色的形成原理。

（3）自制了世界上第一架反射望远镜，用以考察行星运动，分析潮汐现象，预言地球不是正球体。

（4）在论文《关于光和色的新理论》中提出了光的本质是微粒的见解，与“波动说”构成了关于光的两大基本理论。

（5）1687年出版了《自然哲学的数学原理》，提出了物体运动三大定律和万有引力定律；形成一个以实验为基础，以数学为表达形式的牛顿力学体系，即经典力学体系；万有引力定律成为天文学的基础定律。

探究点2　牛顿为科学献身的伟大人格魅力

材料一　我不知道在别人看来，我是什么样的人；但在我自己看来，我不过就像是一个在海滨玩耍的小孩，为不时发现比寻常更为光滑的一块卵石或比寻常更为美丽的一片贝壳而沾沾自喜，而对于展现在我面前的浩瀚的真理的海洋，我还没有发现呢。

假如我有一些微小成就的话，没有其他秘诀，唯有勤奋而已。

如果说我比别人看得远些，那是因为站在巨人肩上的缘故。

——牛顿的自我评价

材料二　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。

思考

（1）有哪些巨人的肩膀托起了牛顿的成就？

（2）由材料，牛顿怎样看待他所取得的成就？

由此我们能看到他的哪些优秀品质？

答案　

（1）巴罗教授、笛卡尔、伽利略、哥白尼、开普勒。

（2）态度：

严谨、谦虚。

品质：

善于思考与观察的学习习惯；虚心好学的学习态度；严肃的科学态度；科学的研究方法；勤奋的探索精神；善于吸取前人的研究成果，等等。

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

①空间、时间、物质和物质运动之间紧密相连，不可分割。

②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

①标志：

1916年发表论文《广义相对论基础》。

②内容：

万有引力是由于物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。

③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

①建立起质能关系式E＝mc2，为原子能的利用提供了理论依据。

②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。

③1921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）一战爆发后，公开发表反战宣言，呼吁结束战争。

（2）二战中建议美国研制原子武器，但对美国原子弹轰炸广岛、长崎表示强烈不满。

（3）二战后为反对核战争和美国国内法西斯主义，进行不懈斗争。

[教材互补]

相对论的提出揭示了时空、物质、运动和引力之间的统一性，奠定了系统、科学的物质观和时空观，为人们认识宏观宇宙打开了一个新的窗口。

它与量子理论一起构成了现代物理学的两大支柱。

（岳麓版）

[疑难辨析]

爱因斯坦的相对论实际上是对牛顿经典力学的继承与发展，其关系用图示表示如下：

[教材互补]

爱因斯坦临终遗嘱：

不发讣告，不举行宗教仪式，不举行任何公开形式的葬礼，不建坟墓，不立纪念碑。

（北师版）

[深化探究]

探究点1　爱因斯坦对科学发展的主要贡献

材料　20世纪最后一期的《时代》周刊评选出了一位“世纪人物”，《时代》周刊称他为“天才、政治难民、人道主义者、原子和宇宙谜的开启者”、“以其最伟大的思想和无与伦比的形象独占鳌头”。

他说过这样的名言：

“一个人对社会的价值首先取决于他的感情、思想和行动对增进人类利益有多大作用。

”

思考

这位历史人物是谁？

试列举他“以感情、思想、行动增进人类利益”的主要事迹。

答案　

（1）人物：

爱因斯坦。

（2）事迹：

①提出相对论，奠定了现代物理学的理论基础。

②提出光量子假说，解释了光电效应，推动了量子力学的发展。

③在宇宙学、统一场论等物理学方面也有重大成就，是物理学及人类自然科学史上的革命。

④呼吁防止核战争，关注人类的进步与和平。

探究点2　为人类和平进步而斗争

材料　现在拥有的破坏性武器使地球上不存在任何一块可以免于突然性的总毁灭的地方。

逃脱这一命运的惟一希望在于通过超国家的方式来确保和平。

必须创建一个能够通过司法仲裁解决国家间冲突的世界政府。

这个政府必须建立在所有政府与国家都一致同意的含义明确的宪章基础上，并由该宪章赋予其对进攻性武器的惟一处置权。

——《迈向一个世界政府》节选自爱因斯坦致希伯莱大学的信（1946年）

思考

依据材料，概括爱因斯坦对当时世界形势的认识及解决办法。

答案　认识：

世界面临（破坏性）核武器的威胁，当时的联合国不具备实现国际安全的军事力量与法律基础。

办法：

在联合国框架基础上，建立一个世界政府。

（或由联合国过渡到世界政府）

课堂小结

牛顿在物理学、数学、天文学领域都做出了划时代的发明和创造，提出了力学三大定律和万有引力定律，建立起一个完整的力学理论体系，成为近代科学体系的奠基人。

爱因斯坦是20世纪最伟大的科学家。

他创立的相对论为科学的发展带来了革命性的变化；他提出的著名的质量能量公式为原子弹的研制提供了理论依据；他热爱和平，厌恶战争，关心人类的命运；而他伟大的人格更是留给后人的一笔最宝贵遗产。

1．一位科学家的墓碑上镌刻着这样的铭文：

“他以神一般的力量……第一个说明了行星的运动和图像。

”这位科学家应该是（　　）

A．伽利略B．牛顿

C．爱因斯坦D．普朗克

答案　B

解析　牛顿的万有引力定律，描绘了行星的运动和图像，把天上和地上的物体运动概括在一个理论之中，是人类认识史上对自然规律的第一次理论性概括和综合。

2．“每个物体如果没有外界影响使其改变状态，那么该物体仍保持其原来静止的或等速直线运动的状态。

”该论断出自（　　）

A．《自然哲学的数学原理》

B．《物种起源》

C．《天演论》

D．《论动体的电动力学》

答案　A

解析　题干的论断符合牛顿的《自然哲学的数学原理》的相关论述，故正确答案为A项。

3．牛顿被称为“近代科学之父”。

如果让你为他配音，选择台词应是（　　）

A．“如果说我比别人看得远些，那是因为站在巨人肩上的缘故。

”

B．“不要希图成为一个成功的人，而要努力成为一个有价值的人。

”

C．“物竞天择，适者生存。

”

D．“天才不过是百分之一的灵感，加上百分之九十九的汗水。

”

答案　A

解析　题中涉及四句名言，只有A是牛顿所说，因此应选A。

4．电影《神话》是国内首部“穿越”题材影视作品，让历史人物蒙毅大将军和公主穿越古今。

目前，人类实现“穿越时空”梦想的科学依据主要是（　　）

A．相对论B．量子论

C．牛顿力学D．太阳中心论

答案　A

解析　根据爱因斯坦的相对论，时间和空间是随着物质的运动而变化的。

5．爱因斯坦说：

“我不知道第三次世界大战用什么武器，但是第四次世界大战人们将只会用木棒和石头打仗了。

”这个言论表明爱因斯坦是一位（　　）

A．反对战争的科学家B．极端的民族主义者

C．狂热的爱国主义者D．鼓吹战争的社会活动家

答案　A

解析　第二次世界大战结束后，爱因斯坦曾致力于防止核战争，成为一位著名的反战运动活动家，故A项符合题意；B、C、D三项均与题干材料中的有效信息不符。

6．阅读下列材料：

材料一　正是在物理学领域，牛顿进行了最有意义的研究。

在这方面，他以伽利略的研究为基础，将后者的成果发展到辉煌的顶点。

伽利略主要关心的是地球的运动，牛顿则发现了有关宇宙本身的定律。

材料二　伽利略发现，运动中的物体若无一定的外力使它转向，便做匀速直线运动；这一发现要求人们必须解释：

为什么行星不易直线飞离，而趋于落向太阳，结果形成其椭圆形的轨道；为什么月亮同样趋于落向地球。

材料三　牛顿已发现了一个数学上能证实的根本的宇宙规律；……实际上，自然界好像是一个巨大的机械装置，按照通过观察、实验、测量和计算可予以确定的某些自然法则进行运转。

……因而牛顿的物理学分析方法现今开始不仅被应用于物质世界，而且被应用于思想知识的整个领域及人类社会。

正如伏尔泰（法国著名启蒙思想家）所说的，“整个自然界、所有行星竟会服从永恒的法则，而且一种身高5尺的小动物竟能不顾这些法则、完全按照自己的怪想随心所欲地行动，这是非常奇异的。

”寻找决定人类事物的这些永恒法则，是法国革命之前的所谓启蒙运动的实质。

——以上材料均选自（美）斯塔夫里阿诺斯《全球通史》

请回答：

（1）根据材料一、二，简要指出牛顿经典力学诞生的客观条件。

（2）牛顿物理分析方法的特征是什么？

（3）根据材料三，结合所学知识指出牛顿经典力学产生的影响。

答案　

（1）继承前人的科研成果；科技自身发展的要求。

（2）利用数学作完整的推演；注重实验。

（3）牛顿经典力学开创了物理学的新时代，推动了近代科学的发展；对社会意识形态的发展产生了巨大影响，为启蒙思想家探求人类社会的法则提供了科学理论依据。

解析　伽利略的科学研究为经典力学奠定了基础，同时科学自身的发展也要求冲破前人的局限，这是牛顿力学产生的客观条件；近代自然科学区别于传统科学的显著特征是数学的证实和“观察、实验”的测定；从材料三中，不难看出自然科学对思想解放的促进作用。

7．阅读下列材料：

材料一　20世纪初，爱因斯坦从相对论出发提出著名的质能关系式E＝mc2，这为核开发提供了理论基础。

材料二　德国十分重视这一理论的军事价值，在相关研究中处于领先地位。

第二次世界大战爆发之后，爱因斯坦向美国总统罗斯福建议，应抢在德国之前研制出原子弹。

材料三　政府于1945年8月投放原子弹到日本广岛、长崎，造成平民伤亡严重，爱因斯坦得知后，非常痛心，他说，致信罗斯福提议研制核武器，是自己一生中最大的错误和遗憾。

他甚至懊悔当初从事科研。

请回答：

结合上述材料，分析爱因斯坦的做法究竟是对还是错？

从中我们得到什么启发？

我们应怎样对待科学的发展？

答案　

（1）爱因斯坦基于他对维护人类和平的热忱而做出上述举动，是正确的。

（2）启发：

科学研究应运用于促进社会发展、保持人类和平等方面；科学对军事技术进步的推动作用巨大，有时能起到以暴制暴，从而换取和平的作用；科学研究的初衷，与其后的实际应用效果之间可能会出现较大偏差等。

（3）态度：

科学的发展本身，是客观而不受任何利益集团左右的。

我们应以理性的态度来看待科学的发展，既要努力学习，进一步推动科学发展，同时也要控制科研成果的实际应用，使其向着保护人类的方向发展。

解析　本题属于开放性问题，应鼓励学生畅所欲言，答案不求唯一。

对爱因斯坦的做法和认识可从其主观目的即维护世界和平方面考虑；科技的发展具有双重作用，我们应尽量趋利避害，使其为人类和平进步事业的发展做出贡献。

[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、进步的同时，对历史进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。

一、选择题

1．19世纪，以牛顿力学为基础的经典物理学之所以被看做是绝对权威的理论，主要是由于（　　）

A．经典物理学日臻完善

B．牛顿力学采用了数学的方法

C．人们认识的局限性

D．经典物理学可以解释

答案　C

2．牛顿临终遗言：

“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。

”下列说法正确的是（　　）

A．“石子”“贝壳”是量子理论和电磁学说

B．其理论深刻揭示了时间、空间的本质属性

C．牛顿的理论开辟了工业革命时代

D．牛顿尚未踏入自然科学的“真理之海”

答案　C

解析　电磁学说是麦克斯韦提出的有关光的新理论，爱因斯坦又提出了光量子论，A项不正确；爱因斯坦的相对论是对时间、空间本质属性的深刻揭示，B项不正确；牛顿的科学研究是对自然规律的深刻揭示，D项不正确。

3．爱因斯坦创立的相对论与牛顿力学的关系，比较准确的说法是（　　）

A．前者否定了后者B．前者概括了后者

C．前者继承了后者D．前者推翻了后者

答案　B

解析　相对论否定了经典力学的绝对时空观，而非经典力学；它发展了经典力学，并将其概括在相对论力学之中。

4．爱因斯坦是历史上继牛顿之后最伟大的科学家之一，他在1905年发表的五篇论文涉及分子动力论、相对论和量子理论，为日后的诸多技术奠定了基础。

关于爱因斯坦孜孜不倦地探索科学的动机，正确的是（　　）

①财富　②名声　③好奇心　④科学的美　⑤研制原子弹　⑥创造神话

A．①②B．③④C．①⑥D．②⑤

答案　B

解析　科学家探索科学的动机，不为名，不为利，只是出于对科学的好奇心和对科学的美的追求；至于⑥只是特殊时期的产物，⑤则与科学探索无关。

5．20世纪初，爱因斯坦从相对论出发，提出了著名的质量能量公式，为核开发提供了理论依据。

后来，美国首先研制了原子弹，并于1945年在日本广岛、长崎投放，平民伤亡惨重，爱因斯坦非常痛心。

以上史实说明（　　）

A．科学技术应用于战争，促进了人类和平

B．科学技术推动了军事的发展，以暴制暴换取了和平

C．科学研究的初衷有时与实际应用效果有较大的偏差

D．科学本身是客观的，不受任何利益集团左右

答案　C

解析　解答的关键是准确提取题干材料中的信息。

爱因斯坦主张研究原子弹的目的是制止法西斯侵略、维护世界和平，但原子弹在广岛、长崎的投放导致了平民大量伤亡，故C项符合题意；A、B、D三项均与题干材料中的有效信息不符。

二、非选择题

6．阅读下列材料：

在一片“牛顿被推翻了”的叫喊声中，爱因斯坦说：

“可是人们不要以为，牛顿的伟大工作能被这一理论或者任何别的理论代替。

他伟大而明晰的观念，作为自然哲学领域里整个近代概念结构的基础，将永远保持它独特的意义。

”——《巨人百传丛书——爱因斯坦》

请回答：

为什么人们认为“牛顿的伟大工作”会被相对论代替？

材料中爱因斯坦的回答体现了他怎样的人格魅力？

答案　理由：

以牛顿力学为代表的经典物理学陷入危机，相对论突破了经典力学的绝对时空观，揭示了时间和空间是相对的本质属性（或形成系统而科学的时空观、物质观）。

魅力：

谦逊、宽容、理性等。

7．阅读材料并结合所学知识，回答下列问题。

材料一　1937年李四光终于完成了《冰期之庐山》的初稿，明确地指出庐山是中国第四纪冰川的典型地区，是“困惑难解和耸人听闻学说的诞生场所”。

——白寿彝主编《中国通史》

材料二　牛顿是一位非凡的人物，因为他在诸多不同领域中做出了如此十分重要的贡献。

如数学、天文、光学、力学等……

牛顿对物理学具有丰富创造力的思维方式，通过种种方式，他按照实验和批判观察所揭示的情况用数学对外在的世界进行了描述。

——（美）科恩著《科学中的革命》

材料三　爱因斯坦将伽利略和牛顿的力学以及法拉第和麦克斯韦的电动力学结合在一个自洽的体系中。

他将时间和空间、物质和能量组合在一起，作为单一连续中的相互依存的变量。

——（美）杰拉德·皮尔著《科学家的探索与成就》

请回答：

（1）你如何理解材料一中庐山是“困惑难解和耸人听闻学说的诞生场所”这句话的含义？

（2）结合所学知识回答，牛顿在天文学方面取得什么重大成就？

试分析牛顿取得如此巨大成就的客观原因。

（3）牛顿经典力学有什么局限性？

（4）根据材料一、二、三，指出三位科学家所具有的共同素质。

答案　

（1）确定中国第四纪冰川的存在，推翻了外国人的错误结论，并最终得到国际学术界的公认。

（2）成就：

提出万有引力定律；解释了潮汐现象及地球的圆扁形状；发明反射望远镜等。

原因：

英国资本主义的发展，既提供基础又对科学发展提出了新的要求；吸收了开普勒、伽利略（特别是伽利略的实验方法）等前人研究成果。

（3）局限性：

牛顿经典力学适合于宏观物体低速运动状态。

（4）关注民族国家及人类的共同事业的人生态度；具有积极探索、勤于思考、突破陈见，勇于创新的精神；掌握科学的研究方法，注重实践。