经典力学的局限性.docx

经典力学的局限性一、教材分析本节属介绍性质的内容，全章内容结构以万有引力定律的发现为核心，向宇宙学发展历史的两头延伸。托勒密相象地球处在宇宙的中心，哥白尼则设想太阳处在中心，开普勒总结了行星运动定律，牛顿第一个用牛顿定律和万有引力定律解释所有星体运动，爱因斯坦则用几何学的时空体系解释星体的运动。牛顿将天上的力与地上的力统一起来，爱因斯坦将时间与空间、引力与光联系在一起，霍金将引力、量子力学和统计力学联系起来，教材就是按照物理学理论在三个领域的发展过程进行编排的。二、教学目标1、知识目标：（1）了解经典力学的发展历程和伟大成就。（2）认识经典力学的局限性和适用范围。（3）初步了解微观和高速世界中的奇妙现象。（4）了解相对论、量子论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。2、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。3、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。三、教学重点难点【学习重点】牛顿运动定律的适用范围【学习难点】高速运动的物体，速度和质量之间的关系四、学情分析在前面的几节学习中，学生了解了牛顿发现万有引力定律，并应用到海王星、冥王星的发现，再到宇宙航行等万有引力理论成就的介绍，使学生对牛顿力学产生敬仰之时，来一个经典力学的局限性的介绍，拓展学生的知识、开阔学生的视野的同时，正确认识物理学理论的发展与适用范围，科学永远是一部“末完成的交响曲”。五、教学方法学案导学、讲授、谈话、练习六、课前准备（1）学生阅读课文、课下上网查阅有关牛顿、爱因斯坦、霍金等科学家的资料。（2）学生完成下列几填空。1、牛顿运动定律和万有引力定律在_的广阔领域，包括_的研究中，经受了实践的检验，取得了巨大的成就。2、_建立了相对论。3、在相对论中，质量随着物体运动的速度的增大而增大，满足:_;4、电子、质子、中子等微观粒子不仅具有_性，同时具有_性，_力学能够正确地描述微观粒子的运动规律性。5、经典力学的适用范围和局限性为：（1） 经典力学只适用于_运动，不适用于_运动。( 2 ) 经典力学只适用于_世界，不适用于_世界。( 3) 经典力学只适用于_力, 不适用于_ 力。七、课时安排：1课时八、教学过程引入新课教师活动：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：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：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2vl=l0-（通称尺缩效应） t02t= （钟慢效应） 2m=0（质速效应）2cv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-2ct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（vc），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）课堂小结:1、从低速到高速：经典力学适用于_;2、从宏观到微观：经典力学适用于_;3、从弱力到强力：经典力学适用于_。（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.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3、经典力学只适用于解决问题，不能用来处理经典力学只适用于 物体，一般不适用于 。4、牛顿运动定律和万有引力定律在、的广阔的领域，包括天体力学的研究中经受了实践的检验，取得了巨大的成就。5、经典力学的适用范围：只适合于低速运动，；只适合于宏观世界， 。6、经典力学认为时间是，空间是。经典力学深入到高速领域将被 所代替，深入到微观领域将被 所代替。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4、宏观、低速、弱引力 5、不适合高速、不适合微观 6、绝对的、不变的、三维的、相对论、量子力学九、板书设计一、经典力学的广泛应用。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83、 当物体的速度远小于光速C（310）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