2019-2020年高中物理《经典力学的局限性》教案4新人教版必修2

1、2019-2020年高中物理经典力学的局限性教案4新人教版必修2一、教学目标1、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过程与方法。2、过程与方法：(1)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、教学内容剖析1、本节课的地位和作用：本节要求较底，只要理解大体的

2、内容即可。2、本节课教学重点：牛顿运动定律的适用范围3、本节课教学难点：高速运动的物体，速度和质量之间的关系.三、教学思路与方法探究、讲授、讨论、练习四、教学准备多媒体课件课堂教学设计教 学环 节教学内容师生互动设计意图备注引入“未完成的交响曲”经典力学为什么叫“未完成的交响曲”？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， 女口：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，女口，从地 面物体的运动到天体的从历史 开始讨 论，激 发学生 的学习 热情。运动，从大气的流动到地 壳的变动，从拦河

3、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。一、从 低速 到高 速一、从低速到高速在经典力学中，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°m = i丄v2V c2其中m为静止质量，m是

4、物体速度为 v 时的质量，c是真空中的光速。例如：(1)v = 0. 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. 如地球以v= 30km/s的速度绕太阳 公转时，m=l 010 lOlmg，它的质量增大 十分微小，可以忽略不计.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.师：高速是怎样的高速？ 象小车跑起来那样的高 速么？生：不是，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

5、近，这样的速度称为 高速.师：在经典力学中，物体让学生 亲历知 识的导 出 过 程，体 验成功 的乐趣 是新课 程的重 要 理 念.爱因斯坦的相对性原理(1) 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.(2) 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.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°1 c2其中m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。速度合成与分解.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

6、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 个不冋的惯性参考系，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 在不冋的参考系中是不 同的，因而上式不能成 立，经典力学也就不再适 用了.(1) 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.(2) 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 于咼速运动的物体呢？

7、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.从宏 观至U 微观二、从宏观到微观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，不适用于咼 速运动，只适用于宏观世界，不适用于 微观世界。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1 : 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.经典力学 适

8、用于宏观物体。生2: 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？同时让 学生自 己探究 问题， 可以激 发学生 的学习 兴趣与 动机， 同时也 可以使 他们养 成善于 运动知 识的习 惯。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，不适用于咼速运动， 只适用于宏观世界，不适 用于微观世界。从弱 引力 至U强

9、引力三、从弱引力到强引力在强引力的情况下，牛顿的万有引力理 论将不再适用.三、从弱引力到强引力（展示冋题） 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.讨论与交流） （展示冋题） 师：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

10、进.经典力学 的解释令人满意吗？用什培养学 生通过 分析， 自己找 到答案 的能 力。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.师：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

11、 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 体半径接近的值一一“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.师：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

12、科学成就之中.女口：当 物体的速度远小于光速 c(3X108m/ s)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” h(6 . 63X10&J s)可以 忽略不计时.量子力学和 经典力学的结论没有区 另U.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.例题例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？参考答案：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

13、物体的运动到天体的运动：从 大气的流动到地壳的变动：从拦柯筑坝、初步把 握本节 的知 识，并 用它来 解决实 际 问 题。不 要空洞 的说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？参考答案：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：经典力学只适用于解决 弱引力问题，不能用来处理强引力问题. 课堂训练1. 20世纪初，著名物理学家爱因斯坦提出了，改变了经典力学的一些

14、结论在经典力学中，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，它能够 正确地描述微观粒子的运动规律.3. 经典力学只适用于解决问题，不 能用来处理一一问题，经典力学只适用 于物体，一般不适用于4. 微观粒子的运动不仅具有性.同 时具有波动性.它们的运动规律很多情 况下不能用经典力学来说明要增强正确描述微观粒子的运动规律，需要 用5牛顿运动规律只适用于物体的运动，狭义相对论阐述物体在以的速度运动时所遵从的规律.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. 粒子量子力学5. 宏观、低速接近光速教，在 实战中 了解、 积累解

15、 决问题 的经 验。印 象深 刻，避 免不必 要的重 复学 习。小结小结：本节学习了经典力学的局限性：学生课后巩固，总扩本节 的知识及内容。(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. 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

16、 只适用于弱引力，不适用于强引力.作业作业：1、认真阅读教材.认识到物理中的结论 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.2、阅读教材83页科学足迹栏目中 的短文牛顿的科学生涯，体会和学习 牛顿献身科学的精神.通过制 作实验 把握本 节中的 重点， 通过题 目进一 步巩固 学习的 内容， 增强学 生的自 学能 力。视野拓展宇宙是由“无”诞生的吗？宇宙是从没有时间、没有空间、没有物质，也没有能量的“无”开始，因量子力学的“穿隧效应”而突然诞生的。刚出生时的宇宙大小只有10-34厘米，也就是1厘米的一兆分之一的百分之一。宇宙一经诞生便立即产生凭借真空的能量

17、产生急剧的膨胀，并在极为 短暂的时间内演化成庞大的宇宙。这就是最新的宇宙诞生模型。但是，问题还没有全部解 决，因为至今还没有任何一种理论能够处理宇宙诞生瞬间的时间和空间。这种理论叫做“量子重力论”，不完成这个理论，就不能断定宇宙是否真因穿隧效应而诞生。如果量子 重力理论的观点来看空间，或许到处都有超微小的黑洞和虫洞不断地产生又消灭。如果在 21世纪中，我们能够建立量子重力理论，将上述问题解决，则剩下来的问题大概就是：在无数生生灭灭的宇宙之中，是否存在着和我们一样的智慧生物？宇宙的起源 宇宙是广漠空间和其中存在的各种天体以及弥漫物质的总称。 宇宙是物质世界，它处于 不断的运动和发展中。淮南子原道训 注：“四方上下曰宇，古往今来曰宙，以喻天地。”即宇宙是天地万物的总称。 千百年来，科学