第五节 科学巨匠爱因斯坦
课程标准 学习目标 了解爱因斯坦的成长历程和狭义相对论的创立。 了解爱因斯坦的成长历程及主要科学成就，认识他在社会发展中的作用。 掌握爱因斯坦的相对论、量子力学的提出及意义；爱因斯坦为人类和平做出的努力。 分析爱因斯坦对人类科学发展的主要贡献，理解爱因斯坦为什么被视为20世纪最伟大的科学家。
一、26岁的世界级大科学家 1．求学历程
(1)1879年生于德国小城乌尔姆，是德籍犹太人。
(2)中小学时表现一般，后考入苏黎世的联邦工业大学，着迷于物理学。 2．硕果累累
(1)研究布朗运动，解决了分子无规则运动问题。
(2)提出光量子假说，解决了光电效应问题，使他获得1921年度的诺贝尔物理学奖。 (3)另两篇论文构成了赫赫有名的“相对论”，使他与牛顿并列一起。 二、狭义相对论与广义相对论的创立
1．狭义相对论：1905年建立，它统一了牛顿力学和麦克斯韦电动力学两大体系，使物理学在逻辑上成了完美的科学体系。
2．广义相对论：1916年创立，在提出广义相对性原理和等价原理的同时，从中导出其他一些重要结论，建立了完善的引力理论，使宇宙学得到进一步发展。相对论被科学家承认是人类科学史和人类思想史上最伟大的成就之一。
三、科学思想与音乐爱好
1．科学思想：认为科学的目的在于“造福人类”，生命的意义在于“献身于社会”；科学是推动民主的革命性力量。
2．崇尚艺术：毕生热爱音乐，擅长小提琴与钢琴，在他看来艺术与科学，共同追求和谐之美。
四、为人类和平事业而奋斗
1．1913年迁居柏林，一战爆发后发表《告欧洲人书》，反对战争，呼吁和平。 2．二战爆发前夕，致信罗斯福总统，建议美国进行原子弹研究，战争爆发后，反对美国的中立政策，直接促成美国实施“曼哈顿工程”。
3．原子弹的悲剧使他战后反对核战争，为了人类的永久和平，建议联合国成立一个“世界政府”。
4．1955年逝世于普林斯顿，与“宇宙融为一体”。
1．爱因斯坦是20世纪最伟大的科学家，他创立了相对论，提出了光量子假说。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，是科学发展史上的一座里程碑。相对论和量子论共同构成了现代物理学的重要支柱。
2．爱因斯坦反对战争，争取和平的努力，赢得了世人的敬重。
爱因斯坦对科学发展的主要贡献
史料一 他所作的光线经过太阳引力场要弯曲的预言，于1919年由英国天文学家亚瑟·斯坦利·爱丁顿的日全食观测结果所证实。1916年他预言的①引力波在1978年也得到了证实。
史料二 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、②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③取决于他的感情、思想和行动对增进人类利益有多大作用。”
①画线信息“引力波”在物理学中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。在1916年爱因斯坦基于广义相对论预言了引力波的存在。引力波的存在是广义相对论洛伦兹不变性的结果，因为它引入了相互作用的传播速度有限的概念。
②③画线信息表明《时代》周刊是从爱因斯坦的科学贡献和人格魅力的角度评价爱因斯坦的。
(1)据史料一和所学知识，分析爱因斯坦预言的证实有何意义。
提示 证实了爱因斯坦广义相对论的正确性。广义相对论改变了人们对宇宙的认识，以广义相对论为指导的天体和宇宙演化的观测研究及理论探讨前所未有地蓬勃开展起来。
(2)结合史料二，列举他以“感情、思想、行动增进人类利益”的主要事迹。
提示 提出相对论，奠定了现代物理学的理论基础；提出光量子假说，解释了光电效应，推动了量子力学的发展；呼吁防止核战争，关注人类的进步与和平。
全面认识爱因斯坦
(1)科学贡献
①爱因斯坦提出光束的能量在传播、吸收和产生过程中都具有粒子性，即量子性。他的这个理论圆满地解释了光电效应。
②狭义相对论在本质上改变了牛顿力学的时空观，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，揭示了力学运动和电磁运动在运动学上的统一性，最后形成了广义相对论，推断在引力场中传播的光线将会发生弯曲。1916年，他开始用广义相对论引力论来考察宇宙问题。
(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，倡导各国科学家用自己的言行来维护世界和平。
(3)淡泊名利：爱因斯坦一生不崇拜偶像，也不希望别人把他当作偶像来崇拜。他获得了许多奖励，但他从来没把这些荣誉看得很重。
一、爱因斯坦取得伟大成就的原因及其相对论的要点、意义
1．原因：顺应科技发展的时代要求，对科学有浓厚的兴趣，勤奋严谨、不倦探索、敢于创新。爱因斯坦取得伟大成就主要是他顺应了时代的要求，时势造就英雄——爱因斯坦成长在物理学急剧变革的时期。
2．要点：第一，否定了牛顿的绝对空间和绝对时间概念，指出时间、空间和物质运动不是各自孤立存在的，而是辩证统一的。第二，1916年爱因斯坦进一步把狭义相对论发展为广义相对论，揭示了时空结构四维空间与物质分布的关系，指出物质间的万有引力是由于物质的存在、分布使时间和空间的性质不均匀即时空弯曲而引起的。
3．意义：狭义相对论和广义相对论经受住了实践和历史的考验，是人们普遍承认的真理。相对论对于现代物理学的发展和现代人类思想的发展都有巨大的影响。相对论从逻辑思想上统一了经典物理学，使经典物理学成为一个完善的科学体系。相对论的提出，使爱因斯坦成为继牛顿之后世界上最伟大的物理学家。
二、牛顿经典力学与爱因斯坦相对论的关系
1．牛顿力学体系概括了物体机械运动的基本定律，这些定律有一个适用的前提，即物体运动是在低速情况下发生的一个特例。
2．爱因斯坦的相对论否定了牛顿的绝对时空观，指出时间和空间不是绝对不变的，它们随着物质的运动而变化，物质质量随运动速度的增大而增加。爱因斯坦还提出质能转化原理，加深了人们对物质和运动的认识。
3．但这并不是说，牛顿在历史上的光辉被相对论抹掉了，而应该理解为相对论发展了牛顿力学，把牛顿力学概括在相对论力学之中，牛顿力学是相对论力学在低速运动状态下的一个特例。
(建议用时：30分钟)
一、选择题
1．20世纪初，提出光量子假说，解决经典物理学无法解释的光电效应问题的科学家是( )
A．普朗克 C．玻尔
B．麦克斯韦 D．爱因斯坦
解析：选D。抓住关键词“光量子假说”“经典物理学”“光电效应”，可知此科学家为爱因斯坦。
2．1999年12月26日美国《时代》周刊评选出20世纪的风云人物。《时代》周刊认为“在许多科技领域里，特别是在探索和利用原子能和宇宙的多种作用力方面，他是值得人们记忆的人”。这个风云人物应是( )
A．牛顿 C．达尔文
B．爱因斯坦 D．居里夫人
解析：选B。由题干中的“原子能”即可判断出此人是爱因斯坦。
3．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 C．牛顿力学
B．量子论 D．太阳中心论
解析：选A。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。 4．下列关于爱因斯坦的说法正确的是( ) ①是犹太人
②最重要的贡献是相对论且凭此获得诺贝尔奖 ③是牛顿之后最伟大的科学家 ④推动了原子弹的研制，但也深感后悔 A．①②③④ C．②③④
B．①③④ D．①②③
解析：选B。爱因斯坦最重要的贡献是相对论，但他是凭光电效应研究获诺贝尔奖的，故排除含②的选项，选B。
5．构成现代物理学两大支柱的是( ) ①相对论 ③万有引力定律 A．①② C．②③
②量子理论 ④电磁感应现象 B．①③ D．③④
解析：选A。现代物理学两大支柱分别是相对论和量子论。
6．相对论有点像一座两层的建筑，这两层就是狭义相对论和广义相对论。为广义相对论所依据的狭义相对论，适用于除引力以外的一切物理现象；广义相对论则提供了引力定律，以及它同自然界别种力的关系。关于相对论下列说法正确的是( )
①是由爱因斯坦提出来的 ②包括狭义相对论和广义相对论
③广义相对论包括相对性和光速不变原理两部分 ④狭义相对论包括相对性和等效原理 A．①② C．②④
B．②③ D．③④
解析：选A。爱因斯坦的成就主要是相对论和量子力学这两大理论成就。狭义相对论是1905年提出的，包括物体运动的相对论和光速不变原理。而广义相对论是1916年提出的，包括等效原理和广义相对性理论。这就构成了爱因斯坦完整的相对论理论。
7．20世纪初，爱因斯坦相对论的提出是物理学的一场变革。它( ) A．否定了经典力学体系 B．打破了绝对时空观
C．彻底解决了19世纪以来物理学面临的危机
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