1、第 1 页 共 6 页中学历史教学园地 史界朋友精神家园 版权所有 翻录必究第 2 页 共 6 页中学历史教学园地 史界朋友精神家园 版权所有 翻录必究15 世纪下半叶，西欧封建社会内部逐渐产生了资本主义的生产方式，开始了人类社会的一个新时代。近代科学技术即诞生于这一时期。与古代人们把自然界作为一个整体加以考察的方法不同，近代以来的科学把自然界划分为不同的领域，分门别类地加以研究，逐步形成了以自然现象为研究对象的自然科学各门学科。近代以来的科学依靠科学实验来检验和发展科学理论，而不像古代学者那样只是依靠直观感受和哲学思辨对自然界提出种种猜测。科学实验是这一时期自然科学赖以发展的重要基础。古
2、代科学的发展主要依赖学者的潜心研究，而技术的进步则主要依赖工匠及其他直接参与生产劳动的人员对各种实用技艺的继承和发展，科学和技术两相分离。近代以来，科学与技术开始相互联系，并逐步走向密切结合，技术在科学的指导和推动下取得了长足进步，大大推动了社会经济的发展。学习这一专题时，要知道近代科学技术是从神学中解放出来从而得到发展的。近代以来的科学技术史内容很多，应按照课前提示抓住重点问题学习。学习中，要明确近代以来科技走向辉煌的原因有哪些，其发展特点有哪些。这一专题的内容涉及许多学科的方方面面，学习时，熟练地运用物理、生物、信息技术等学科的相关知识和理论来理解和分析问题显得非常重要。从事科学研究要有坚
3、忍不拔的探究精神，要有追求真理的勇气，要善于汲取前人的经验，从而建立深厚的知识积累，形成灵活的思维能力。第 3 页 共 6 页中学历史教学园地 史界朋友精神家园 版权所有 翻录必究资 料卡片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，却全然没有发现。 英牛顿专题七 近代以来科学技术的辉煌一 近代物理学的奠基人和革命者课前提示经典力学是近代自然科学理论体系中最先成熟和完善的核心理论体系。相对论的发表标志着人类迈入现代科学技术时代。巨人肩上的思索
4、在中世纪的欧洲，亚里士多德的学说长期被教会奉为教条。在力学方面，他认为必须有力作用在物体上，物体才能运动，没有力的作用，物体就会静止。近代科学诞生后，亚里士多德的力学不断受到质疑。意大利科学家伽利略通过观察、实验和推理，得出了惊人的结论：如果运动的物体不受阻碍，它将速度保持不变地持续运动下去。他的突出成就是创立了自由落体定律，从而推翻了亚里士多德的学说。17 世纪末，英国科学家牛顿(16421727)在认真研究伽利略自由落体定律的基础上，通过进一步定量试验，得出了惯性定律和加速度定律 （注：惯性定律和加速度定律通常分别被称为牛顿第一定律和牛顿第二定律。） ，又在笛卡尔等人对碰撞运动的研究基础上
5、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。牛顿还以独特的思考方式，从研究地球对月球的引力入手，综合了开普勒等人有关天体力学方面的研究成果，并第 4 页 共 6 页中学历史教学园地 史界朋友精神家园 版权所有 翻录必究学 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?知 识链 接万有引力定律的发现一个苹果从树上掉了下来，它引起了坐在花园里的牛顿的沉思：究竟是什么原因使一切物体都受到差不多总是朝向地心的吸引呢?牛顿思索着终于，他发现 了对人类具有划时代意义的万有引力。他认为太阳吸引行星、行星吸引行星以及吸引地面上一切物体的力
6、都是具有相同性质的力，还用微 积分证明了开普勒定律中太阳对行星的作用力是吸引力，证明了任何一曲线运动的质点，若是半径指向静止或匀速直线运动的点，且 绕此点扫过与时间成正比的面积，则此质点必受指向该点的向心力的作用，如果环绕的周期之平方与半径的立方成正比，则向心力与半径的平方成反比。牛顿还证明了任何两个物体之间都存在着吸引力，从而总结出了万有引力定律。运用他自己创立的微积分做计算工具，成功地导出了万有引力定律。1687 年，牛顿撰写的自然哲学的数学原理出版，书中总结了他的力学体系以及在数学、天文学方面的研究成果。认识史上的飞跃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，从而完成了人
7、类对自然界认识史上的第一次理论大综合。后来的科学实验证明，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和宇宙中的所有物体。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。从此，科学摆脱了神学的束缚向前发展。到 19 世纪，近代科学进入了全面繁荣的时代，各门自然科学的理论体系纷纷建立起来。根据万有引力定律，人们准确地算出了地球的平均密度和扁平率，正确地解释了潮汐的成因。19 世纪 20 年代，人们在制作星表时发现天王星的运行轨道不是完美的椭圆，经天文学家们用万有引力定律进行计算，认为在天王星附近可能有一颗未知行星的引力在干扰其运动，并
8、算出了这颗行星的位置。1846 年，德国天文学家加勒(18121910)在认定的位置上果然找到了这颗行星，后命名为海王星。这一发现，体现了自然科学所具有的惊人的预见力和巨大的理论指导意义。驱赶乌云的太阳19 世纪的物理学领域，在牛顿力学的基础上，声学、光学、电磁学和热学有了进一第 5 页 共 6 页中学历史教学园地 史界朋友精神家园 版权所有 翻录必究知 识链 接广义相对论的三大预言1916 年，爱因斯坦完成了长篇论文广义相对论的基础。在这篇文章中，爱因斯坦依据广义相对论原理，提出了著名的三大预言：由于有物质的存在，空间和时间会发生弯曲，而引力场实际上是一个弯曲的时空；引力红移，即在强引力场
9、中光谱向红端移动；引力场使光线发生偏转，爱因斯坦预言，遥远的星光如果掠过太阳表面，将会发生 1.7 秒的偏转。上述三大预言在不同的实验、观测中得到了验证，证实广义相对论的结论是正确的。步发展，有效地解释了小到微观粒子、大到宇宙天体的物理世界，建立了“一座庄严雄伟的建筑体系和动人心弦的美丽殿堂”。19 世纪末，物理学界的重大研究课题是黑体辐射问题。为了研究热辐射规律，物理学家定义了一种理想物体黑体，以此作为热辐射研究的标准物体。1879 年，奥地利物理学家斯蒂芬(18351892)通过实验发现了黑体辐射的总能量与其温度之间的定量关系。随后，德国物理学家普朗克发现了热辐射过程中的能量分布规律。19
10、00 年，他提出了著名的量子概念，即物体在发射辐射和吸收辐射时，以一定数值的整数倍进行能量交换。正如物质是由一个个原子组成的一样，能量也是由一份份“能量原子”构成的。普朗克把每一份能量称做“能量子”，简称“量子”。同年，他在关于正常光谱能量分布定律的理论中阐述了这一思想，标志着量子理论的诞生。1905 年，德国科学家爱因斯坦把普朗克的量子理论推广到光学中，成功地解释了光电效应，得出了光具有波粒二象性的结论。1923 年，法国物理学家德布罗意又提出物质波理论，认为微观粒子也具有波动性，将量子论发展到一个新的高度。数年之后，在量子理论的基础上，奥地利、德国的物理学家建立了量子力学。至此，量子力学成
11、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。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。爱因斯坦的“时空”1905 年，爱因斯坦发表了论动体的电动力学一文，在相对性原理和光速不变原理 （注：即光速绝对不变。光速被认为是物质运动的最大速度。） 的基础上，创立了狭义相对论。他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。这样，牛顿所说的绝对时间和绝对空间都不存在了，从而使作为绝对静止参考系的“以太”概念也就不再需要。但是，狭义相对论并非全盘否定牛顿力学。牛顿力学反映的是宏观物体低速运动的客观规
12、律，而狭义相对论反映的是物体高速运动的客观规律，是对牛顿力学的继承和发展。1916 年，爱因斯坦又把适用于匀速运动体系的狭义相对论推广到加速运动的参考系(即非惯性系)中，建立了广第 6 页 共 6 页中学历史教学园地 史界朋友精神家园 版权所有 翻录必究学 习 思考有人说，人类可以认识比已知事物更高层次上的事物，但我们永远不能认识宇宙的全部。你认为这种说法正确吗?请结合你了解的知识，谈谈自己的看法。义相对论。广义相对论认为，物质存在的现实空间不是平坦的，而是弯曲的，空间的结构取决于物质的质量及其分布情况，空间弯曲的程度体现为引力场强度。空间、时间不是独立的实在，它们是物质存在的形式。广义相对
13、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。爱因斯坦相对论的建立，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，时空的变化和时空结构同物质的运动和状态密不可分。这种全新的时空观、运动观和物质观的形成，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。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。简述牛顿的主要科学成就及其影响。(英国)皇家学会会长汤姆逊致辞说：“爱因斯坦的相对论是人类思想史上最伟大的成就之一，也许就是最伟大的成就，它不是发现一个孤岛，而是发现了新的科学思想的新大陆。”1921 年，爱因斯坦获得了诺贝尔奖金。这奖来得十分不易。当时有不少德国的诺贝尔奖获得者威胁说，如果给相对论授奖，他们就要退回已获的奖章，结果评选委员会找到了一个办法，让爱因斯坦作为光电效应理论的建立者而得奖，相对论始终没有获诺贝尔奖。 吴国盛：科学的历程材料中说“相对论是人类思想史上最伟大的成就之一”。你同意这一说法吗?为什么?
