《经典力学的局限性》教案1.doc

经典力学的局限性教案一、教学目标（一）知识与技能1、知道经典力学的局限性和适用范围。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,知道高速运动中物体的质量随速度的增大而增大。4、了解相对论、量子力学的建立对人类深入认识客观世界的作用,知道物理学改变人们世界观的作用。（二）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。 （三）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，认识知识的变化性和无穷性，培养献身于科学的时代精神。二、教学重点牛顿运动定律的适用范围。三、教学难点高速运动的物体，速度和质量之间的关系。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：师：自从17世纪以来，以牛顿运动定律为基础的经典力学不断发晨，如：在宏观、低速、弱引力的广阔领域，包括天体力学的研究中取得了巨大的成就。经典力学在科学研究和生产技术中有了广泛的应用，如，从地面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、飞机等各种交通工具。从投出的篮球到发射火箭、人造卫星、宇宙飞船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，像一切科学一样，它没有也不会穷尽一切真理，它也有自己的局限性。它像一切科学理论一样，是一部“未完成的交响曲”。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。新课讲解：一、从低速到高速 师：请同学们阅读教材“从低速到高速”部分。回答低速与高速的概念、质速关系、速度合成与两个公设。 生：低速到高速的概念，通常所见的物体的运动皆为低速运动，如行驶的汽车，发射的导弹、人造卫星及宇宙飞船等。有些微观粒子在一定条件下其速度可以与光速相接近，这样的速度称为高速。 质速关系是：在经典力学中，物体的质量是不变的，但爱因斯坦的狭义相对论指出，物体的质量随速度的增大而增大，即 其中Db为静止质量，m是物体速度为v时的质量，c是真空中的光速。 例如：(1)v0.8c时，物体的质量约增大到静止质量的1.7倍，这时经典力学就不再适用了。 (2)如地球以v30kms的速度绕太阳公转时，m=l 010 lOlmo，它的质量增大十分微小，可以忽略不计。 速度合成与两个公设。一条河流中的水以相对河岸的速度v水岸流动，河中的船以相对于河水的速度v船水顺流而下。在经典力学中，船相对于岸的速度即为v船岸=v船水+v水岸。 经验告诉我们，这简直是天经地义的。但是，仔细一看，这个关系式涉及两个不同的惯性参考系，而速度总是与位移(空间长度)及时间间隔的测量相联系。在牛顿看来，位移和时间的测量与参考系无关，正是在这种时空的观念下，上式才成立。然而，相对论认为，同一过程的位移和时间的测量在不同的参考系中是不同的，因而上式不能成立，经典力学也就不再适用了。 相对性原理：物理规律在一切惯性参考系中都具有相同的形式。 光速不变原理：在一切惯性参考系中，测量到的真空中的光速都一样。 师：经典力学是适用于低速运动的物体还是适用于高速运动的物体呢? 生：适用于低速运动的物体。 师：阅读教材科学漫步部分，体会时间和空间是什么。 生：时间与空间并没有讲清时间与空间的问题，只是提出问题，激励我们对未来的探索。 二、从宏观到微观 师：请同学们阅读教材“从宏观到微观”部分，并说明经典力学是适用于宏观物体还是微观物体。 生：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，面且具有波动性，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，并在现代科学技术中发挥了重要作用。 经典力学一般不适用于微观粒子。 师：相对论和量子力学的出现，是否表示经典力学失去了意义? 生：相对论和量子力学的出现，说明人类对自然界的认识更加广泛和深入，而不表示经典力学失去了意义。它只是使人们认识到经典力学有它的适用范围：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 师：请同学们阅读教材“从弱引力到强引力”部分，并回答问题：何为弱引力?何为强引力? 生：万有引力属于弱引力。利用万有引力定律可以解释天体的运动，并预言和发现了海王星和冥王星，首次把天上的星体运动规律与地面物体的运动规律统一起来。 爱因斯坦引力理论表明，当天体半径减小到一定程度时(太阳的引力半径为3 km，地球的引力半径为1 m)，天体间的引力就趋于无穷大。 1、实际的天文观测，行星的运行轨道并不是严格闭合的，它们的近日点在不断地旋进。经典力学的解释令人满意吗?用什么理论来圆满地进行了解释?(投影) 生：按牛顿的万有引力定律推算，行星的运动应该是一些椭圆或圆，行星沿着这些椭圆或圆做周期性运动，与实际观测结果不符。经典力学也能作出一些解释，但是，水星旋进的实际观测值比经典力学的预言值多。经典力学的解释不能令人满意。 爱因斯坦根据广义相对论计算出水星近日点的旋进还应有43的附加值，同时还预言了光线在经过大质量的星体附近时，如经过太阳附近时会发生偏转现象。并且都被观测证实。 2、何为天体的引力半径? 生：假定一个球形天体的质量不变，并通过压缩减小它的半径，天体表面上的引力将会增加，当引力趋于无穷大时，被压缩天体半径接近的值“引力半径”。 只要天体的实际半径远大于它们的引力半径，那么爱因斯坦和牛顿的理论计算出的力的差异并不很大。但当天体的实际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，牛顿的万有引力理论将不再适用。 对于这样的科学发展过程，英国剧作家萧伯纳曾诙谐地说，科学总是从正确走向错误。”这种调佩倒也不失为一种幽默的表述。 3、历史上的科学成就与新的科学成就的关系是什么? 生：历史上的科学成就不会被新的科学成就所否定，而是作为某些条件下的局部情形，被包括在新的科学成就之中。如：当物体的速