经典力学的与现代物理教学设计.doc

第十九周 第3、4课时 日期： 共： 课时第六章 经典力学与现代物理教学目标1了解经典力学的发展历程和伟大成就。2知道牛顿运动定律的适用范围认识经典力学的局限性和适用范围。3 知道质量与速度的关系，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。教学重点：牛顿运动定律的适用范围，相对论与量子论的主要观点。教学难点：高速运动的物体，速度和质量之间的关系经典时空观于相对论时空观教具准备：录像资料，多媒体课件教学过程一、经典力学的辉煌成就师：17世纪以来，以牛顿运动定律为基础的经典力学不断发展，构成了经典力学体系，可以说是物理学上第一次伟大的综合。经典力学有哪些辉煌的成就。生：(讨论与交流后回答）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、飞机等各种交通工其：从投出的篮球到发射火箭、人造卫星、宇宙飞船所有这些都服从经典力学的规律师：回答得很好，经典力学在如此广阔的领域里与实际相结合，显示了牛顿运动定律的正确性和经典力学的魅力。师：经典力学是否是放之四海而皆准的真理呢？不，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？二、经典力学的局限性1、从低速到高速师：请同学们阅读教材“从低速到高速”部分回答经典力学和狭义相对论在描述物体运动上有何不同？生：(讨论与交流后回答）（1）经典力学认为：物体的质量是不随运动状态的变化而变化的。同时，位移与时间的测量与参考系无关。我们学的牛顿运动定律成立的条件是在惯性系下。当物体的速度远小于光速时，经典力学完全适用。（2）狭义相对论认为：物体的质量要随着速度的增大而增大。即，其中m为运动质量，m0为静止质量，v为物体运动的速度，c为真空中的光速。例如：(1)v08c时，物体的质量约增大到静止质量的17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=1.010101mo，它的质量增大十分微小，可以忽略不计。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2、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，而且具有波动性，它们的运动规律不能用经典力学描述师：那么如何描述微观粒子的运动呢？生：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。3、从弱引力到强引力师：万有引力定律，首次使地面物体与天上的星体运动规律统一起来，把经典力学推上了党史科学的顶峰。而实际的天文观测，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?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创立了广义相对论，根据广义相对论计算出的水星近日点的旋进与天文观测能很好地吻合, 爱因斯坦创立的广义相对论是一种新的时空引力理论，爱因斯坦还根据广义相对论预言了光线在经过大质量星体附近时会发生偏转，这也是被天文观测所证实的。师：根据牛顿万有引力定律，假定一个球形天体总质量不变，并通过压缩减小它的半径，天体表面上的引力将会增加。半径减小到原来的二分之一，引力增大到原来的四倍。爱因斯坦引力理论表明，这个力实际上增大得更快些。天体半径越小，这种差别越大。根据牛顿的理论，当天体被压缩成半径几乎为零的一个点时，引力趋于无穷大。爱因斯坦的理论则不然，引力趋于无穷大发生在半径接近一个“引力半径”的时候。这个引力半径的值由天体的质量决定，例如太阳的引力半径为3km，地球的引力半径为1m。因此，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，牛顿引力理论将不再适用。阅读教材 “科学足迹”栏目中的短文牛顿的科学生涯体会和学习牛顿献身科学的精神。课堂巩固：（见学案“课堂检测”） 小结 本节学习了经典力学的局限性：(1)从低速到高速：在经典力学中，物体的质量m是不随运动状态改变的，而狭义相对论指出，质量要随着物体的运动速度的增大而增大 (2)从宏观到微观：相对论和量子力学的出现，并不说明经典力学失去了意义只说明它有一定的适用范围：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 (3)从弱引力到强引力：相对论物理学与经典物理学的结论没有区别相对论与量子力学都没有否定过去的科学，而只是认为科学在一定条件下有其特殊性经典力学只适用于弱引力，不适用于强引力【课后反思】本节内容从低速与高速、宏观与微观、弱引力与强引力三个方面介绍了经典力学的局限性。通过本节课的学习使学生知道：真理具有相对性，