高中物理 物理學(xué)與社會發(fā)展優(yōu)秀教案（教師版） 魯科版必修

1、物理學(xué)與社會發(fā)展從容說課 20紀(jì)以來物理學(xué)的發(fā)展對現(xiàn)代社會的影響和人類對自然規(guī)律認(rèn)識的深化尤為突出，以量子力學(xué)和相對論的創(chuàng)立為標(biāo)志的物理學(xué)革命，不僅導(dǎo)致了人類宇宙觀的重大轉(zhuǎn)變，誘發(fā)或促進(jìn)了整個自然科學(xué)的改觀，而且?guī)砹巳祟惿鐣涨暗募夹g(shù)進(jìn)步，極大地改變了人類的生產(chǎn)方式乃至生活方式.電學(xué)和磁學(xué)現(xiàn)象的研究以及麥克斯韋的電磁理論為建立現(xiàn)代的電力工業(yè)和通訊系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)，無線電、電視、雷達(dá)的發(fā)明極大地改變了人們的生活；本世紀(jì)物理學(xué)的另一重大進(jìn)展是量子力學(xué)的建立，量子力學(xué)為描述自然現(xiàn)象提供了一個全新的框架，現(xiàn)在人們認(rèn)識到量子力學(xué)不僅是現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)，而且也是化學(xué)、生物學(xué)等其他學(xué)科的基礎(chǔ).此外，量子力學(xué)

2、還導(dǎo)致了半導(dǎo)體、光通訊等新興工業(yè)的崛起，并為激光技術(shù)的發(fā)展、新材料發(fā)現(xiàn)和研制以及新型能源開發(fā)等開辟了新的技術(shù)途徑.半導(dǎo)體材料、半導(dǎo)體物理和半導(dǎo)體器件研究的進(jìn)展為計算機革命鋪平了道路，而計算機革命給人類社會和技術(shù)進(jìn)步所帶來的影響是無法估計的. 今天物理學(xué)的作用仍然是多方面的.一方面，物理學(xué)將繼續(xù)通過它和其他一切學(xué)科的交叉、滲透和相互作用產(chǎn)生出許多新的邊緣學(xué)科；另一方面，物理學(xué)仍會不斷地提供新的理論、實驗技術(shù)和新材料來影響其他學(xué)科、技術(shù)和社會的進(jìn)步.今天和將來的許多新技術(shù)都來源于物理學(xué)的基礎(chǔ)研究.在21世紀(jì)，物理學(xué)仍將是自然科學(xué)的基礎(chǔ).物理學(xué)將在繼續(xù)保持上述作用之外，在實現(xiàn)物理科學(xué)與生命科學(xué)的結(jié)合

3、、發(fā)展改善人類生存條件和促進(jìn)社會進(jìn)步的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)如能源科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、信息科學(xué)和材料科學(xué)諸方面不斷發(fā)揮重要的基礎(chǔ)作用.三維目標(biāo)知識與技能1.物理學(xué)的地位和作用.2.物理學(xué)的發(fā)展趨勢.過程與方法1.用實驗方法探究世界成為人們探究自然規(guī)律的一種重要的手段.2.物理學(xué)是自然科學(xué)和技術(shù)科學(xué)的基礎(chǔ)，它使人類對自然的認(rèn)識一步步加深，為人類社會的發(fā)展作出了巨大貢獻(xiàn).情感態(tài)度與價值觀物理學(xué)改變著人們的生產(chǎn)、生活方式，也使人們的觀念發(fā)生了深刻變化.教學(xué)設(shè)計教學(xué)重點 物理學(xué)對人類社會發(fā)展的影響關(guān)系.教學(xué)難點 人類社會的發(fā)展離不開物理學(xué)的發(fā)展.教具準(zhǔn)備 多媒體設(shè)備，手機等.課時安排 1課時教學(xué)過程 導(dǎo)入新課 古希

4、臘時代，人們把對自然的觀察和思考籠統(tǒng)地包含在一門學(xué)問中，稱為自然哲學(xué).亞里士多德首先提出了物理學(xué)（physics），即有形物體的學(xué)說.科學(xué)文化是在人類面向自然界的認(rèn)識活動中所形成的精神文化,是科學(xué)知識、科學(xué)思維方式和科學(xué)精神的總和.人類文明則是人類在認(rèn)識自我、發(fā)展自身價值、求得精神自由、尋求人類和諧的活動中的不斷進(jìn)步. 推進(jìn)新課一、物理學(xué)對世界社會發(fā)展的影響 作為現(xiàn)代科學(xué)基石的物理學(xué)，對于豐富和發(fā)展科學(xué)文化和人類文明都發(fā)揮了舉足輕重的、不可替代的作用.歐洲15世紀(jì)文藝復(fù)興之后，牛頓綜合了哥白尼、伽利略、開普勒等人的科研成果的大成，建立了一套完整的理論體系，奠定了以系統(tǒng)的實驗方法得到完整的物理因

5、果關(guān)系的理性思維體系之基礎(chǔ)，樹立了理性與科學(xué)的權(quán)威；麥克斯韋通過總結(jié)大量實驗獲得的電磁學(xué)四大定律，完成電磁學(xué)的麥克斯韋方程，建立了經(jīng)典場論.他所建立的作為自然界基本構(gòu)成的“場”的觀念,進(jìn)一步更新了人們的物質(zhì)觀，并引發(fā)了其后電氣工程和整個通訊事業(yè)的發(fā)展.20世紀(jì)以來，以相對論和量子論為代表的物理學(xué)的革命性發(fā)展，不僅形成了人類新的時空觀、運動觀和物質(zhì)觀，極大地深化了人類對自然界從微觀、宏觀到宇觀的各個尺度層次的基本規(guī)律的認(rèn)識，推動了整個科學(xué)的發(fā)展，還引發(fā)了技術(shù)文明的巨大飛躍.現(xiàn)代社會中種種高技術(shù)的成就，無論是信息與計算機技術(shù)、核技術(shù)、激光技術(shù)等等無不植根于物理學(xué)的發(fā)展.建立在基因研究基礎(chǔ)上的生命科

6、學(xué),也是物理學(xué)家和生物學(xué)家攜手共同努力的偉大創(chuàng)舉.現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的諸多診治方法，現(xiàn)代家庭生活所需的各種琳瑯滿目的電器設(shè)備，也都是直接應(yīng)用現(xiàn)代物理學(xué)成果的結(jié)果.事實表明，物理學(xué)的發(fā)展不僅不斷為人類物質(zhì)生產(chǎn)開拓了新的空間，而且在探尋規(guī)律和追求真理的過程中凝結(jié)成的科學(xué)與人文精神以及所匯集的智慧結(jié)晶，促進(jìn)了人類思想的一次又一次解放，不斷豐富和發(fā)展了引導(dǎo)人類走向文明的先進(jìn)文化，對人類社會的生產(chǎn)方式、生活方式和思維方式已經(jīng)并正在產(chǎn)生極大的沖擊和深遠(yuǎn)的影響.物理學(xué)不愧為“高尚的文化成就”的一個杰出標(biāo)志.二、物理學(xué)對中國社會發(fā)展的影響 在中國，“物理”這個詞在先秦時期（公元前221年以前）就出現(xiàn)了，但當(dāng)時的含義比現(xiàn)

7、在的“物理”要廣泛得多.它泛指人類對自然界及人類自身的理性認(rèn)識.中國古代思想家認(rèn)為自然界的規(guī)律和人類社會的規(guī)律是統(tǒng)一的，人類社會的法則也應(yīng)該歸結(jié)為天地、自然的法則；后來有人把這個觀點概括為“天人合一”. 中國古代的學(xué)者很關(guān)注對自然現(xiàn)象的觀察和理解，他們認(rèn)為對自然規(guī)律的認(rèn)識，或者說對物理的把握，對于每個人的人生觀與人格的形成至關(guān)重要.例如孔子曾把對人的教育過程描寫為：“物格而后知至，知至而后意誠，意誠而后心正，心正而后身修，身修而后家齊，家齊而后國治，國治而后天下平.”后來的朱熹在解釋頭兩句時說：“物格者，物理之極處無不到也.知至者，吾心之所知無不盡也.”整段的意思是說，人首先要盡力探求世界萬物

8、的道理，深入理解得到的各種知識；有了對世界的深刻理解，才會有堅定的信念，修養(yǎng)好個人的品德；每個人有了崇高的品德，就能處理好家族關(guān)系；再進(jìn)而治理好國家，達(dá)到天下太平.古代學(xué)者追求對世界萬物的深刻理解也表現(xiàn)在他們的詩中.生活在公元前4世紀(jì)的屈原（公元前339278年）在他著名的天問一詩中就曾一連向蒼天提了172個問題，表現(xiàn)了他追求真理的精神.就在這首詩中他運用對稱性論證了天和地都應(yīng)該是球狀的，后來又進(jìn)一步推測地球可能是橢圓形球.公元8世紀(jì)時著名的唐代大詩人杜甫（712770年）也在一首詩中說：“細(xì)推物理須行樂，何用浮名絆此身.”意思是說：研究物理、探討物理需要仔細(xì)觀察和推演物理規(guī)律，這里自有無窮樂

9、趣，可以擺脫爭名奪利的想法，好好地享受生活的樂趣. 古代中國賢杰對物理現(xiàn)象和規(guī)律的探究不僅深刻地影響著人們的價值觀，還導(dǎo)致一系列的技術(shù)發(fā)明，極大地促進(jìn)了中國社會經(jīng)濟和文化的發(fā)展.例如中國在很早的時期就在天文方面建立了高度的天象綜合觀測技術(shù)，創(chuàng)建了一批珍貴的記錄，包括最早超新星爆炸的天象記錄.通過長期的觀測，中國創(chuàng)造了與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟相結(jié)合的農(nóng)歷，促進(jìn)了農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展，并沿用至今.又如聲學(xué)上,在樂器制作、聲音傳播規(guī)律的掌握以及具備完美聽覺的音樂殿堂的建造上都取得了突出的成就.1978年在湖北隨縣出土了曾侯乙編鐘（Chime Bells）.這一發(fā)現(xiàn)被譽為20世紀(jì)考古學(xué)的重大事件.這組鐘是公元前500年制

10、造的，共8組合計65件.2000年9月在巴黎中國文化周上演出的古代編鐘樂舞，曾引起觀眾的廣泛贊揚.現(xiàn)代中國物理工作者通過研究發(fā)現(xiàn)它包含的物理內(nèi)容令人驚嘆.由青銅鑄成的編鐘，鐘形是扁（flat）的而不是圓的,每個鐘具有雙音性質(zhì)，各自可以發(fā)頻率相差大三度或小三度的兩個音.曾侯乙編鐘的音域共5個八度（Octave），中音區(qū)12個半音俱全，音高幾乎全部與現(xiàn)代物理音高一致.編鐘的延音（Sustain）短,能夠演奏旋律快的音樂，鐘上突起的鐘枚起到濾波的作用,使音質(zhì)更為優(yōu)美，無論是中國民族音樂還是西方的交響樂曲都能演奏.總之，中國歷史上有各種各樣的發(fā)明創(chuàng)造，包括火藥、紙張、指南針、印刷術(shù)以及冶金術(shù)、航海術(shù)等

11、等，在相當(dāng)長的一個時期中為人類文明的發(fā)展作出了偉大的貢獻(xiàn).其中對物理現(xiàn)象的研究和應(yīng)用起了十分重要的作用.三、當(dāng)前物理學(xué)面臨著新的挑戰(zhàn)和機遇 在人類進(jìn)入新的世紀(jì)之際，物理學(xué)面臨著新的挑戰(zhàn)和機遇.從微觀粒子到宇觀領(lǐng)域?qū)映霾桓F的新發(fā)現(xiàn)迫切地呼喚著現(xiàn)代物理從實驗設(shè)施、理論以及方法論的新的飛躍，包括微觀、介觀與宇觀相結(jié)合、還原論與整體論相結(jié)合的方法論等.各種各樣的學(xué)科交叉發(fā)展也不斷從觀念、方法直至儀器設(shè)備等方面向物理學(xué)提出更高的要求和支持.人類的可持續(xù)發(fā)展要求物理學(xué)在解決環(huán)境、資源、能源、人口健康等重大問題以及科學(xué)倫理道德建設(shè)上發(fā)揮更大的作用.這一切意味著物理學(xué)必須在新的世紀(jì)里通過自身的跨越和發(fā)展，為人

12、類新一輪文化的發(fā)展作出新的貢獻(xiàn).面對這樣的形勢，作為科學(xué)文化理性基石的物理學(xué)必須更好地與人文科學(xué)緊密結(jié)合，使科學(xué)求“真”的理性思維與人類文明中那種至善至美的追求相結(jié)合，促進(jìn)真、善、美的統(tǒng)一，人和自然的和諧與統(tǒng)一，達(dá)到人類理想的文化的最高境界. 今天我國政府實施“科教興國”戰(zhàn)略，努力加強基礎(chǔ)科學(xué)研究.在國家提出的以科學(xué)發(fā)展觀為指導(dǎo)，強調(diào)人與自然和諧發(fā)展與可持續(xù)發(fā)展的大背景下，我國的科學(xué)文化正在更好地與人類文明相結(jié)合，包括物理學(xué)在內(nèi)的中國現(xiàn)代科學(xué)將得到更快的發(fā)展. 但是，在現(xiàn)代文明高度發(fā)達(dá)的今天，在一部分人的觀念中仍存在將科學(xué)文化與人類文明相割裂的現(xiàn)象，以為只有貝多芬的音樂、莎士比亞的戲劇或者是李

13、白、杜甫的詩等藝術(shù)才是有教養(yǎng)的標(biāo)志，而科學(xué)和物理這樣的理性文化，只是科技工作者有興趣的事.這是一種極大的誤解.事實上，科學(xué)文化和人類文明是人類文化的精髓，既相輔相成又密不可分，如同一個硬幣的兩面，它們都起源于人類對客觀世界(包括自然和人類自身)的認(rèn)識，都追求真理的普遍性，服務(wù)于人類自身社會以及人類與自然和諧發(fā)展的需求.對任何一面的忽視或削弱都無益于人類社會的文明進(jìn)步和健康發(fā)展.片面強調(diào)人類文明會制約科學(xué)文化的發(fā)展，造成技術(shù)和生產(chǎn)的落后倒退；片面強調(diào)科學(xué)文化而不重視人類文明的發(fā)展，也將是一場災(zāi)難.因為科學(xué)是一把“雙刃劍”，由新的科學(xué)轉(zhuǎn)化而來的技術(shù)，既可以為全人類的美好前程服務(wù)，也可以對人類自身或

14、對自然資源與環(huán)境造成傷害，破壞社會穩(wěn)定，破壞人與自然的協(xié)調(diào)發(fā)展.這方面在人類歷史上已有過多次慘痛的教訓(xùn).因此今天，物理學(xué)家的社會責(zé)任比以往任何時候都重要得多.貝多芬在第九交響曲的歡樂頌中所歌頌的那種人類精神的和諧和內(nèi)心的美，所追求的那種自由、解放和歡樂，只能建立在人類物質(zhì)生活極大豐富，人與社會、人與自然和諧發(fā)展的基礎(chǔ)之上，建立在科學(xué)文化與人類文明緊密交融之中.在人類漫長的歷史長河中，科學(xué)文化與人類文明總是在互動中發(fā)展著，并朝著相互交叉和融合的方向演進(jìn)，以致融為一體，形成嶄新的精神文化.在這一過程中，物理學(xué)深刻地影響著人類文化的發(fā)展.為推動人類社會走向更高的文明，使人類具有崇高的精神境界和更為美好的物質(zhì)生活，我們要大力宣傳物理學(xué)與物質(zhì)文明、精神文明的關(guān)系,使更多的人理解物理科學(xué)，走近物理，崇尚物理，擁抱物理.四、物理學(xué)的重大問題 在未來，物理學(xué)正在微觀、宇觀和復(fù)雜系統(tǒng)這三個基本方向上發(fā)展，并相應(yīng)的存在著若干重大的科學(xué)問題. 在空間尺度極小范圍（10-15 cm），時間尺度極短（10-23 s）的方向上,粒子世界仍有許多需要研究的重大問題.在建立了標(biāo)準(zhǔn)模型之后，還存在探索相互作用理論，檢驗和發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)模型理論，尋找超出標(biāo)準(zhǔn)模型理論的下一個層次的基本理論，發(fā)展量子場論等問題.在巨大的空間尺度范圍（150億光年即1028 cm）和時間尺度（1017 s）上，存在著如