经典力学的局限性教学设计.doc

经典力学的局限性教学设计【课标分析】1）通过实例，了解经典力学的发展历程和伟大成就，体会经典力学创立的价值与意义，认识经典力学的实用范围和局限性。2）初步了解经典时空观和相对论时空观，知道相对论对人类认识世界的影响。3）初步了解微观世界中的量子化现象，知道宏观物体和微观粒子的能量变化特点，体会量子论的建立深化了人类对于物质世界的认识。【教材分析】1.教材的地位和作用经典力学的局限性是人教版、物理必修二、第六章第六节的内容，是第六章的最后一节，是学习完经典力学以后所做的介绍性质内容，它可以拓展学生的知识面、展示科学探究的无限可能，建立科学思想、科学的思维方法，培养科学精神，在情感、态度 与价值观方面发挥应有的教育功能。2.教材的编写思路本节教材先介绍高速运动的物体运动时牛顿力学体系不成立，并给出了质量随速度变化关系。接下来介绍从宏观到微观的变化，介绍了量子化现象。最后接绍从引力弱到强引力，广义相对论的基础。把这么多内容安排到一节重点不在对相对论和量子力学知道多少，而在于让学生体会任何科学都有局限性，并不是牛顿力学过时了，要理解各自成立的条件。3.教材的特点图文并茂。本节较多地采用了图文结合的呈现方式，可以增强学生的感悟能力，激发学习兴趣，避免仅用文字表述带来的枯燥无味现象。通过“科学漫步”让学生了解经典时空观和相对论时空观不同。“科学足迹”中介绍了牛顿的科学生涯。【学情分析】：本节课授课对象是高一的学生：1. 知识基础学生已经学习了牛顿运动定律和万有引力定律，对于经典力学的基本理论及其应用，学生对于经典力学的时空观也有了基本认识。学习本节前听说过相对论和量子力学，但缺乏正确地认识。2. 能力基础高一学生正是思维活跃，求知欲强，在思维方式上由初中形象思维为主向高中抽象思 维为主过渡，已具备了一定的分析、解决问题等能力，自主学习意识不断增强，对事物的探究有热情。本节主要介绍相对论时空观和量子化现象，本节内容十分抽象，因此学习本节内容时要具有经典力学的时空观知识和高度的概括和抽象理解能力。【教学过程】课 题6.6经典力学的局限性课 型新授课（1课时）教 学 目 标知识与技能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.体会科学理论总是在不断发展的。过程与方法 1.培养就某一观点或结论收集例证的能力。2.培养获取和评价信息的能力。 情感、态度与价值观1.感受物理学家充满着艰巨性和创造性的科学探究过程。2.体会科学家们忘我的献身精神和刻意追求的严谨作风。 教学重难点教学重点： 经典力学的适用范围教学难点： 各理论之间的关系 教学方法 探究、讲授、讨论、练习教学手段 录像资料，多媒体课件 教 学 活 动展示【课前预习案】答案新课导入一经典力学的成就及历程展示各科学家图片让学生回答他们的主要事迹.师：同学们回答了这些对经典力学做出贡献的科学家事迹，那么经典力学经历怎样的发展历程呢？（展示图标）重 大 成 就时 间阿基米德发现浮力定律公元前三世纪开普勒发现行星运动定律1609，1619伽利略阐明了运动的相对性原理1632伽利略发现了自由落体运动规律、惯性原理1638帕斯卡发现帕斯卡原理1653马德堡半球实验、验证大气压力1663发现胡克定律弹簧弹力和形变的关系1678牛顿发表自然哲学的数学原理，阐明了运动定律和万有引力定律1687师：都采用怎样的研究方法？（图标展示）亚里士多德伽利略笛卡儿惠更斯牛顿国别生活年代古希腊，约公元前384公元前322年意大利，15641642年法国，15961650年荷兰，16291695年英国， 16421727年主要的科学研究方法观察、思维、推理观察实验、假设、数学推理三者相结合实验观察、数学推理实验、数学推理归纳与演绎、综合与分析、实验观察等力学方面的主要成就两个反面的结论：力是维持物体运动的原因。重的物体比轻的物体下落得快。自由落体运动规律力学相对性原理惯性定律制成了世界上第一架计时摆钟。测量出重力加速度的值。三大运动定律、万有引力定律。师：展示经典力学金字塔建立，牛顿曾经说过：如果说我看得远，那是因为我站在巨人们的肩上。师：实践证明，从地面上的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，从自行车到汽车、火车、飞机等交通工具的运动，从投出篮球到发射导弹、人造卫星、宇宙飞船，所有这些都服从经典力学规律。那么，是不是任何情境下都遵从经典力学的规律呢？生：不是 1.从低速到高速 师：请同学们阅读教材“从低速到高速”部分回答低速与高速的概念、质速关系。 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m 其中m0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)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=1.0101mo，它的质量增大十分微小，可以忽略不计 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 师：阅读教材科学漫步部分，体会时间和空间是什么想一下为什么上述公式不成立.展示牛顿的绝对时空观和狭义相对论的时空观师：通过学习我们知道经典力学适用于什么？学生总结：经典力学只适用于低速运动的物体 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，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 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。师：通过学习我们知道经典力学适用于什么？生：经典力学只适用于微观粒子 3.从弱引力到强引力 (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 师： 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：当物体的速度远小于光速c时，相对论与经典理论的结论没有区别；当另一个重要常数即“普朗克常数”可以忽略不计时量子力学和经典力学的结论没有区别相对论和量子力学都没有否定过去的科学，面只认为过去的科学是自己在一定条件下的特殊情形 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即 (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