第5课20世纪的科学伟人爱因斯坦
[目标导航] 1.了解爱因斯坦早年的成长历程，分析其在科学方面能够取得科技成就的原因。 2.了解爱因斯坦相对论的基本内容，分析相对论与牛顿经典力学之间的关系。 3.概括爱因斯坦为争取和平而进行的重要活动，认识其在维护世界和平方面做出的重要贡献。
一、提出狭义相对论
1．成长历程
(1)出身：1879年，出生于德国南部小城乌尔姆的一个犹太血统家庭。
(2)童年：善于思考，对自然界的现象总爱寻根问底。
(3)中学：被赶出校门，坚持自学。
(4)大学：进入瑞士苏黎世联邦工业大学师范系，主修数学和物理。迷上了物理学，为以后从事理论物理学研究打下了基础。
2．提出狭义相对论
(1)提出：1905年6月，发表了《论物体的电动力学》，标志着狭义相对论的提出。
(2)内容：相对性原理和光速不变原理。
(3)意义：改变了牛顿力学的时空观念，揭露了物质和能量的相当性，为原子能的利用奠定了理论基础，是近代物理学领域的一次伟大革命。
二、推动量子力学的发展
1．广义相对论
(1)标志：1916年发表论文《广义相对论的基础》。
(2)内容
①等效原理，即在一个加速运动的系统里，物体会自动改变运动状态，而改变这种运动状态的力，就是惯性力。
②广义相对性，即在加速运动系统里的惯性力，可以运用到时空中的各种物体运动上。
(3)意义：改变了人们对宇宙的认识，在广义相对论的指引下，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．推动量子力学发展
(1)1905年提出光量子假说，解决经典物理学无法解释的光电效应问题。
(2)1921年因光电效应研究而获得诺贝尔物理学奖，他的研究推动了量子力学的发展。
3．其他成就
在宇宙学、统一场论等领域取得重大研究成果。
[思维点拨]
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，是在科学发展的道路上矗立起的一座新的里程碑，成为现今原子能科学、宇宙航行等科学的理论基础。
[图解图示]
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：
[易混提醒]
爱因斯坦的相对论是现代物理学的标志，而吹响现代物理学第一声号角的是量子论。相对论广博，量子论实用并且最早用于技术研究，如果说相对论作为时空的物理理论从根本上改变了人们以往的时空观念，那么量子论则在很大程度上改变了人们的实践。
三、为人类和平进步而斗争
1．捍卫和平
(1)第一次世界大战时：在仅有四人参加的反战宣言上签字。
(2)第一次世界大战后：致力于恢复各国人民的相互谅解，并为此到法、英、荷等国奔走。
(3)20世纪30年代：开始呼吁各国人民为和平而斗争。
(4)第二次世界大战中：因美国用原子弹轰炸日本城市终生遗憾。
(5)第二次世界大战后：致力于防止核战争，亲自领导组织了“原子科学家非常委员会”。
2．评价
(1)爱因斯坦创立的相对论是人类认识自然过程中一次质的飞跃，这个理论已经成为原子能科学、宇宙航行等科学的理论基础。
(2)如果没有爱因斯坦，原子能发电站、宇宙飞船等现代科技或许还在探索之中。
[思维点拨]
爱因斯坦的伟大之处，不仅仅在于他取得的一系列科学成就，还在于他是一个爱好和平的反战斗士。爱因斯坦是核武器理论的提出者，但又是极力反对核战争的倡导者。
[知识图示]
主题一经典力学理论与相对论的关系
史料一在牛顿时代，牛顿的道路是一位具有最高思维能力和创造力的人所能发现的惟一道路；①牛顿所创造的概念，至今仍然指导着我们的物理学思想。——爱因斯坦
史料二①绝对空间，就其本性而言，是与外界任何事物无关而且永远是相同的和不动的。
——牛顿《自然哲学的数学原理》史料三①空间和时间不可能离开物质而独立存在，②空间的结构和性质取决于物质的分布。
——爱因斯坦《相对论》[史料解读]
(1)由史料一中的①可知，爱因斯坦并没有否定牛顿力学，而是肯定了牛顿力学对现代物理学的指导意义。
(2)史料二中的①反映的是牛顿的绝对时空观。
(3)史料三中的①是说空间、时间是与外部事物相联系的，受其影响。②说明空间取决于物质的分布，因此会有变化。
[问题思考]
(1)爱因斯坦认为相对论与牛顿力学是什么关系？
(2)相对论对经典力学有什么新发展？
答案(1)爱因斯坦认为，牛顿力学至今仍然在指导着我们的物理学思想。因此，爱因斯坦并没有否定牛顿力学，而是认为牛顿力学是相对论的基础，相对论是牛顿力学的发展。
(2)牛顿认为空间是绝对的，而爱因斯坦认为时间、空间是相对的，爱因斯坦否定了牛顿的绝对时空观，弥补了经典力学在认识宏观世界上的不足。
经典力学理论与相对论的关系
(1)批判和修正
①牛顿力学体系概括了物体机械运动的基本定律，这些定律有一个不容忽视的前提，即物体运动是在低速情况下，这些定律才适用。
②而爱因斯坦提出相对论，否定了牛顿的绝对时空观，指出了时间和空间的辩证关系，即时间和空间不是绝对不变的，而是随着物质的运动而变化，物质质量随着运动速度的变化而变化，并提出质能转化原理。
(2)继承与发展
①牛顿力学是整个力学的基础，他所关注的是宏观的世界和低速运动的物体。
②相对论发展了牛顿力学，把人类的目光引向了微观世界和高速运动的物体，又使得牛顿力学成为相对论力学在低速状态下的一个特例。这既是对传统物理学的一次伟大革命，同时又促进了物理学研究的进一步发展。
主题二全面评价爱因斯坦
史料一在一片“牛顿被推翻了”的叫喊声中，爱因斯坦说：“①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。②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》史料二1933年，①爱因斯坦倡议通过军事手段对抗希特勒的纳粹德国……1947年他写了一封致联合国大会的公开信，②建议建立包括苏联在内的“世界政府”，管理核武器。
——安德鲁·罗宾逊《爱因斯坦相对论一百年》[史料解读]
(1)由史料一中的①可知，爱因斯坦认为牛顿的经典力学具有不可替代性。①中的“这一理论”指相对论。②爱因斯坦肯定了牛顿经典力学对近代自然科学的基础作用。
(2)史料二中的①说明爱因斯坦反对德国法西斯，②说明爱因斯坦反对核战争，总之，史料二反映了爱因斯坦追求世界和平的政治理想。
[问题思考]
(1)史料一中爱因斯坦如何看待经典力学？这体现了爱因斯坦怎样的人格魅力？
(2)史料二中，身为科学家的爱因斯坦有着怎样的政治理想？试从爱因斯坦的科学态度谈谈你的认识。
答案(1)看待：经典力学是近代自然科学的基础。人格魅力：谦逊、包容、理性。
(2)政治理想：追求世界和平。
认识：合理利用科技，趋利避害。科学可以制造战争，也可以制止战争，关键取决于人类本身；坚决反对利用科技进行战争的企图。
全面评价爱因斯坦
爱因斯坦，世界十大杰出物理学家，现代物理学的开创者、集大成者和奠基人，同时也是一位著名的思想家、哲学家和具有正义感的社会活动家。
(1)科学贡献
①爱因斯坦提出光量子假说，圆满地解释了光电效应问题。后来进行光辐射学的研究，并于1921年因光电效应研究获得诺贝尔物理学奖，他的研究推动了量子力学的发展。
②狭义相对论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，爱因斯坦的相对论是人类认识自然过程中的一次质的飞跃，推动了现代科学技术的发展。
(2)倡导和平
①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。
②倡议各国认识核战争的极端危险性，各国科学家用自己的言行来维护世界和平。
(3)爱因斯坦一生淡泊名利，他获得了许多荣誉，但他从来没把这些荣誉看得很重。
1．“他打破绝对静止的时空观，改变着人们看世界的角度和方式；他爱好和平反对战争。”文中的“他”是指
( )
A．牛顿B．达尔文
C．爱因斯坦D．普朗克
答案 C
解析爱因斯坦提出相对论，揭示了空间和时间的可变性，打破了绝对静止的时空观，是人类思想发展史上的一次根本性变革。
2．1919年英国《泰晤士报》曾刊登文章，标题为“科学革命”，副标题为“宇宙新理论”和“牛顿观念的破产”。这一具有“科学革命”意义的成果是( )
A．日心说B．量子论
C．经典力学D．相对论
答案 D
解析根据题干中“宇宙新理论”和“牛顿观念的破产”等信息可知其指的是爱因斯坦相对论，故D项正确。3．普朗克曾这样评论爱因斯坦的科学成就：“这个原理在物理世界上所引起的革命，只有哥白尼世界体系的引入才能与之相提并论。”文中的“这个原理”是( )
A．相对论B．日心说
C．量子假说D．万有引力定律
答案 A
解析相对论树立了全新的时空观、运动观和物质观，打破了经典物理学绝对化的思维模式，为人们提供了辩证地看待世界的途径，故A项符合题意；B项是哥白尼的科学成就，C项是普朗克的科学成就，D项是牛顿的科学成就。
4．阅读材料，回答问题。
材料1919年11月7日，伦敦报纸对这一重大科学事件作了大量报道。《泰晤士报》上以“科学中的革命·新的宇宙理论·牛顿的概念被推翻”的标题报道了这次会议。报道中说：“观测结果决定性地证实了著名物理学家爱因斯坦的预言，而且皇家学会的主席宣称这是发现了被预言存在海王星以来的最惊人的事件。”
(1)《泰晤士报》当时报道的应当是爱因斯坦的哪一重要成果，该成果诞生的标志是什么？
(2)报道中为什么说是“……最惊人的事件”？
(3)报道标题中说“牛顿的概念被推翻”，请结合所学知识分析相对论与牛顿经典力学之间的关系。
答案(1)标志：广义相对论。1916年《广义相对论的基础》发表。
(2)爱因斯坦的广义相对论改变了人们对宇宙的认识，他的研究无疑对传统物理学是一次伟大的革命，也是人类自然科学史上的一次革命。
(3)相对论否定了经典力学的绝对时空观，深刻地揭示了时间和空间的本质属性。它也发展了牛顿力学，将其概括在相对论力学之中，牛顿力学是相对论力学在低速状态下的一个特例，推动物理学发展到一个新的高度。
[基础达标]
1．“爱因斯坦是一个造物者！”这是著名华裔物理学家诺贝尔奖得主杨振宁对爱因斯坦的评价。杨振宁在这里
高度评价爱因斯坦，主要依据是爱因斯坦 ( )
A．否定牛顿力学体系
B．创立现代物理学
C．改变了人们的思维模式
D．创立了相对论
答案 D
解析相对论并没有否定牛顿力学体系，而是发展了牛顿力学，将其概括在相对论力学之中，排除A项；现代物理学有两大支柱，一是相对论，二是普朗克提出的量子论，排除B项；人们的思维模式改变不只是因为相对论，排除C项；爱因斯坦的贡献在于创立了相对论，D项正确。
2．有一次，爱因斯坦与卓别林共同出席一个宴会，他们都受到了热烈的欢迎。卓别林对爱因斯坦开玩笑说：“大家欢迎我是因为他们都能理解我，大家欢迎你是因为他们都不理解你。”此语意指( )
A．绝大多数人盲目欢迎爱因斯坦
B．相对论有悖于人们的日常经验
C．理论物理与人们日常生活很远
D．伟大的科学家不如著名艺术家
答案 B
解析提取材料中的信息“大家欢迎你是因为他们都不理解你”，这是指爱因斯坦相对论的观点与人们的日常经验不一致。
3．(2017·泰州高二检测)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．推动量子理论进一步发展
C．推动了近代自然科学的诞生
D．标志着量子理论的诞生
答案 B
解析材料中“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，推动了量子理论进一步发展，故B正确。
4．(2018·内江高二检测)1933年纳粹上台以后，爱因斯坦发表了不回德国声明：“只想生活在实行公民自由，宽容，以及在法律面前公民一律平等的国家，国家是为人而建立，而人不是为国家而生存。”2005年德国把这个信条刻在德国政府大楼上，以纪念爱因斯坦逝世50周年。这说明( )
A．民主与法制是人类社会不懈的追求
B．相对论得到了美德两国的认可
C．爱因斯坦崇尚民主、自由和科学
D．德国政府对历史的深刻反思
答案 A
解析爱因斯坦在德国的纳粹时代放弃了德国国籍，加入了美国国籍，正是体现了启蒙运动中民主与法制的思想，并以自身的行动对抗法西斯的专制，故A正确；B、C、D与材料不完全相符。
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，成为一个著名的反战运动活动家，故A项符合题意；B、C、D三项均与题干信息不符。
6．1931年“九一八事变”后，爱因斯坦向各国呼吁采取联合的经济制裁制止日本对华侵略；20世纪30年代，当战争阴影在德国呈现时，爱因斯坦呼吁各国人民为和平而斗争。这些行动表明爱因斯坦是一位( )
A．极端的民族主义者
B．极具正义感的社会活动家
C．狂热的爱国主义者
D．创造能力极强的科学家
答案 B
解析爱因斯坦不仅是一个伟大的科学家，还是一位具有正义感的社会活动家，时刻关心人类的和平与进步。[能力提升]
7．阅读下列材料：
材料一在牛顿时代，牛顿的道路是一位具有最高思维能力和创造力的人所能发现的惟一道路；牛顿所创造的概念，至今仍然指导着我们的物理学思想。——爱因斯坦
材料二作为科学家，他的理论非常深奥，一般人无法领悟。作为思想家，他的见解相当深邃，普通人难以理解。可是，这样一位科学精英和思想精英，为什么会走进大众的生活，成为家喻户晓的人物，并受到全世界男女老少的尊敬和爱戴呢？……爱因斯坦是一位有社会责任感和科学良心的世界公民。——《爱因斯坦与大科学的诞生》请回答：
(1)材料一中“牛顿所创造的概念”、材料二中爱因斯坦的“理论非常深奥”分别指的是什么？它们之间的关系如何？
(2)1952年11月8日，以色列总理本·古里安提名爱因斯坦为总统候选人。根据材料二和所学知识，说明爱因斯坦被提名为以色列总统候选人的原因。
答案(1)牛顿：经典力学；爱因斯坦：相对论。关系：爱因斯坦的相对论是对牛顿经典力学的继承与发展。(2)爱因斯坦在科学上做出了杰出贡献；具有强烈的正义感和社会责任感；是犹太人中的杰出人物。
解析第(1)题从牛顿和爱因斯坦的主要贡献来回答，爱因斯坦的相对论是对牛顿经典力学的扬弃和发展。第(2)题主要从爱因斯坦的人格魅力和崇高品质角度来分析。
8．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，也是正确的。
(2)启发：科学研究应用于促进社会发展、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。