人教版物理高中必修二6.6　经典力学的局限性　教案

经典力学的局限性教案一、教学目标（一）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。（二）过程与方法1、通过互联网及课本对信息的收集和处理，逐步学会分析、解决问题以及提高与他人交流、合作能力。2、根据学习任务，能计划安排并调控自己的学习过程，有一定的自主学习能力。（三）情感态度与价值观1、培养学生交流合作、评价探究结果的初步能力。2、培养学生对科学的好奇心与求知欲。3、学习物理学家不进取的严谨治学的科学态度。二、教学重点经典力学的局限性。三、教学难点经典力学与狭义相对论、广义相对论和量子力学之间的关系。四、课时安排1课时五、教学准备多媒体课件、粉笔、图片。六、教学过程新课导入：假如你驾驶一辆时速为100 km/h的越野车，一位乘客以相对你10 km/h的速度用弹弓射击前面的岩石，那么弹珠的实际速度就应该是110 km/h。 可是，如果打开前车灯，按照常识，光速是1.079 145109 km/h，加上车的运动速度，光的实际速度应该大于1.079 145109 km/h，可实际测量光速还是1.079 145109 km/h，为什么同样的参考系光和实际物体得到的结果不同呢？学了本节内容后，你便知道其原因了。新课讲解：一、从低速到高速问题：1、在经典力学和狭义相对论中，物体的质量有何不同？2、狭义相对论中物体的质量表达式是怎样的？3、在经典力学和狭义相对论中，位移和时间的测量在不同参考系中有何区别？学生带着问题阅读课文，分组讨论、归纳。明确：1、在经典力学中，物体的质量不随运动状态而改变，而在狭义相对论中，质量要随着物体运动速度的增大而增大。2、m=。m0:物体静止时的质量，m:物体速度为v时的质量，c是真空中的光速。3、在经典力学中，同一过程的位移和时间的测量在不同参考系中是相同的；在狭义相对论中，同一过程的位移和时间的测量在不同参考系中是不同的。二、从宏观到微观问题：经典力学的适用范围是什么？学生活动：阅读课文，寻找答案，回答问题。结论：19世纪末到20世纪初，人们相继发现了电子、质子、中子等微观粒子，发现它们不仅具有粒子性，而且具有波动性，它们的运动规律不能用经典力学描述。20世纪20年代，建立了量子力学，它能够正确地描述微观粒子运动的规律性，并在现代科技中发挥了重要作用。相对论和量子力学的出现，使人们认识到经典力学的适用范围：只适用于低速运动，不适用于高速运动；只适用于宏观世界，不适用于微观世界。三、从弱引力到强引力问题：（课件展示）1、经典力学与行星轨道的矛盾是什么？2、由经典力学与行星轨道的矛盾说明了什么？3、归纳牛顿万有引力定律与爱因斯坦引力理论的主要差异。4、经典力学和相对论及量子力学的关系如何？学生阅读课文，分组讨论，合作探究，代表发言。教师活动：点评学生的发言，因课本上内容并不全面，教师在点评过程中要补充一些内容。归纳：1、经典力学与行星轨道的矛盾：按牛顿的万有引力理论，行星应该沿着一些椭圆或圆做周期性运动，而天文观测表明，行星的轨道并不是严格闭合的，它们的近日点在不断地旋进，如水星的运动。实际观测到的水星的运动情况与爱因斯坦广义相对论的计算结果吻合得很好。2、经典力学只适用于弱引力，而不适用于强引力。3、牛顿万有引力定律与爱因斯坦引力理论的主要差异：（1）牛顿的万有引力定律认为：物体的半径减小时，其表面上的万有引力与半径的二次方成反比地增大，对于半径接近于零质点的物体，其表面上的万有引力接近于无穷大。（2）爱因斯坦理论认为：物体的半径减小时，其表面上的万有引力比二次方成反比规律增大得快，引力趋于无穷大发生在接近一个“引力半径”的时候。（3）只要天体的实际半径远大于它们的引力半径，那么由爱因斯坦和牛顿引力理论计算出的力的差异并不很大，但当天体的半径接近引力半径时，这种差异将急剧增大，这就是说，在强引力的情况下，牛顿引力理论将不再适用。（4）行星的运动，在近日点和远日点，引力的变化规律不完全相同，导致轨道不闭合，近日点旋进。4、经典力学和相对论及量子力学的关系：经典力学是相对论及量子力学在一定条件下的特例，它包含于相对论和量子力学之中，相对论和量子力学的建立并没有否定经典力学。四、参考资料： 在相对论物理学的教科书中，通常描写一个使人难以理解的故事：一对年轻孪生兄弟，哥哥乘坐一艘接近光速运动的宇宙飞船，从地球出发，在太空遨游一圈之后返回地球。使人瞠目结舌的怪事发生了：他的弟弟已是两鬓斑白、皱纹满面的古稀老人，而他自己却还是一个十七、八岁的英俊青年。 但是，在基本粒子世界，这已不是幻想了，而是由实验观测到的事实。根据相对论观点，运动粒子的寿命（t）要比该粒子静止的寿命（）长，两者的关系是：t=，其中v表示粒子运动速度，c为光速。 对于一个速度较小的粒子，由于1，这种效应极其微小，我们根本观测不到，因此，在日常生活中我们并没有感觉到这种效应的存在。但对基本粒子世界就不一样了。由于基本粒子的速度极大，可以非常接近光速，因此，这种时间效应也就极为明显了。例如，实验测定静止子的平均寿命为2.19710-6 s,因此，即使它以光速运动，它也只