高中物理人教版必修二教案经典力学的局限性.doc

6.6经典力学的局限性【教学目标教学目标】知识与技能知识与技能1、知道牛顿运动定律的适用范围。2、了解经典力学在科学研究和生产技术中的广泛应用。3、知道质量与速度的关系，知道高速运动中必须考虑速度随时间的变化。过程与方法过程与方法通过阅读课文体会一切科学都有自己的局限性，新的理论会不断完善和补充旧的理论，人类对科学的认识是无止境的。情感、态度与价值观情感、态度与价值观通过对牛顿力学适用范围的讨论，使学生知道物理中的结论和规律一般都有其适用范围，认识的知识的变化性和无穷性，培养献身于科学的时代精神。【教学重点教学重点】牛顿运动定律的适用范围【教学难点教学难点】高速运动的物体，速度和质量之间的关系【教学课时教学课时】1 课时【探究学习探究学习】引入新课引入新课教师活动：自从 17 世纪以来，以牛顿定律为基础的经典力学不断发展，取得了巨大的成就，经典力学在科学研究和生产技术中有了广泛的应用，从而证明了牛顿运动定律的正确性。但是，经典力学也不是万能的，向其它科学一样，它也有一定的适用范围，有自己的局限性。那么经典力学在什么范围内适用呢？有怎样的局限性呢？这节课我们就来了解这方面的知识。进行新课进行新课教师活动：请同学们阅读课文，阅读时考虑下列问题用投影片出示：1、经典力学取得了哪些辉煌的成就？举例说明。2、经典力学在哪些领域不能适用？能说出为什么吗？举例说明。3、经典力学的适用范围是什么？自己概括一下。4、相对论和量子力学的出现是否否定了牛顿的经典力学？应该怎样认识？5、怎样理解英国剧作家萧伯纳的话“科学总是从正确走向错误”？学生活动：阅读教材，并思考上面的问题。分组讨论，代表发言。点评：让学生通过自主阅读获取信息，培养学生阅读理解能力，同时培养学生良好的自学习惯。教师活动：待学生阅读教材后，倾听学生代表的发言，和其他学生一起点评、补充。点评：可能学生回答的不完整，甚至很幼稚，这都无关紧要。重要的是给学生提供发表见解的机会，同学之间甚至可以争论，在相互讨论中，明辨真理，掌握知识。学生 A经典力学在微观领域和高速运动领域不再适用；在不同参考系中不能适用；在强引力的情况下，经典的引力理论也是不适用的。学生 B因为微观粒子（如电子、质子、中子）在运动时不仅具有粒子性，而且还具有波动性，经典力学不能说明这种现象，所以它不再适用，同时在高速运动领域，由于物体运动速度太快，要导致质量发生变化，而经典力学认为质量是不变的，所以经典力学在高速运动领域内也不再适用.学生 C从上面分析知：牛顿运动定律的适用范围是：宏观物体，低速运动。教师总结：从上面讨论可知，经典力学在微观领域、高速运动的情况下不再适用.那么对这些领域的问题又应如何研究呢？下面给大家简单介绍一些近代物理知识。从经典力学到相对论的发展从经典力学到相对论的发展以牛顿运动定律为基础的经典力学中，空间间隔（长度）s、时间 t 和质量 m 这三个物理量都与物体的运动速度无关.一根尺子静止时这样长，当它运动时还是这样长；一分钟不论处于静止状态还是处于运动状态，其快慢保持不变；一个物体静止时的质量和运动时的质量一样.这就是经典力学的绝对时空观.到了 19 世纪末，面对高速运动的微观粒子发生的现象，经典力学遇到了困难.在新事物面前，爱因斯坦打破了传统的时空观，于 1905 年发表了题为论运动物体的电动力学的论文，提出了狭义相对性原理和光速不变原理，创建了狭义相对论.狭义相对论指出：长度、时间和质量都是随物体的运动速度而变化的.长度、时间和质量随速度的变化关系可以用下列方程表达式：l=l0 （通称尺缩效应）t= （钟慢效应）m= （质速效应）上式中，各式里的 v 都是物体的运动速度，c 是真空中的光速，l0和 l 分别为在相对静止和运动系统中沿速度方向测得的物体的长度；t 和 t0分别为在相对静止和运动的系统中测得的时间；m0和 m 分别为在相对静止和运动系统中测得的物体质量.但是，当宏观物体的运动速度远小于光速时（v<<c） ，则上面的一些结果就变为ll0，tt0，mm0，因而对于宏观低速运动的物体，使用牛顿定律来处理问题，还是足够精确的.继狭义相对论之后，1915 年爱因斯坦又建立了广义相对论，指出空间时间不可能离开物质而独立存在，空间的结构和性质取决于物质的分布，使人类对于时间、空间和引力现象的认识大大深化了.“狭义相对论”和“广义相对论”统称为相对论.（三）课堂总结、点评（三）课堂总结、点评教师活动：让学生概括总结本节的内容。请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。学生活动：认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。点评点评：总结课堂内容，培养学生概括总结能力。教师要放开，让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架。（四）实例探究（四）实例探究例 1以牛顿运动定律为基础的经典力学，在科学研究和生产技术中有哪些应用?【提示】 经典力学在科学研究和生产技术中有广泛的应用.经典力学与天文学相结合建立了天体力学；经典力学和工程实际相结合，建立了应用力学，如水利学、材料力学、结构力学等从地面上各种物体的运动到天体的运动；从大气的流动到地壳的变动；从拦河筑坝、修建桥梁到设计各种机械；从自行车到汽车、火车、飞机等现代交通工具的运动;从投出篮球221v c0221tv c0221mv c到发射导弹、卫星、宇宙飞船，等等，所有这些都服从经典力学规律.例 2以牛顿运动定律为基础的经典力学的适用范围是什么?【提示】 经典力学只适用于解决低速运动问题；不能用来处理高速运动问题， 经典力学只适用于宏观物体，一般不适用于微观粒子.课堂练习1.20 世纪初，著名物理学家爱因斯坦提出了 ，改变了经典力学的一些结论.在经典力学中，物体的质量是 的，而相对论指出质量随着速度变化而 。2.20 世纪初期，建立了 ，它能够正确地描述微观粒子的运动规律。3.经典力学只适用于解决 问题，不能用来处理 问题，经典力学只适用于 物体，一般不适用于 。 参考答案：1. 狭义相对论； 固定不变；变化2. 量子力学3. 低速运动；高速运动；宏观；微观粒子【板书设计板书设计】一、经典力学的广泛应用经典力学在两次工业革命中发挥出巨大作用。二、经典力学与狭义相对论1、 物体的质量随物体的运行速度而变化2、 物体运动的位移与时间与参考系的选择有关3、 当物体的速度远小于光速 C（3×108）时两者结论是一致的。三、经典力学与量子力学微观粒子运动的波动性不能用经典力学来解释，但量子力学能正确地描述微观粒子的运动规律。四、经典力学与广义相对论牛顿引力理论在强引力作用下不适用，只能用广义相对论的引力场理论来解释强引力作用。五、经典力学的适用范围宏观、低速、弱力情况下适用