物理②必修66《经典力学的局限性》教案

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1、6.6经典力学的局限性教学目标一、知识与技能1.了解牛顿运动定律及万有引力定律为基础的经典力学在广阔的领域里有着广泛的应用。2.知道牛顿运动定律的适用范围。3.知道物体的质量、长度、时间在高速运动屮必须考虑它们随速度变化而变化。4.明确相对论和罐了力学跟经典力学的关系。二、过程与方法1.通过互联网及教材对信息的收集和处理，逐步学会分析、解决问题以及提高打他人交流、合作的能力。2.根据学习任务，能计划安排并调控白己的学习过程，有一定的白主学习能力。三、情感态度与价值观1.培养学生交流合作、评价探究结果的初步能力

2、。2.培养学生对科学的好奇心与求知欲。教学重点牛顿运动定律的适用范围。教学难点高速运动的物体，速度和质量Z间的关系。教学过程一、引入新课教师：自从27世纪以來，以牛顿运动定律为基础的经典力学不断发展，如，在宏观、低速、弱引力的广阔领域，包括天体力学的研究屮取得了巨人的成就。经典力学在科学研究和生产技术中有了广泛的应用，女n,从地面物体的运动到天体的运动，从人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，从口行车到汽年、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

3、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？冇怎样的局限性呢？这节课我们就来了解这方面的知识。二、新课教学（一）从低速到高速教师：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、速度合成与两个公式。学生：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

4、光速相接近，这样的速度称为高速。质速关系：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人而增人，即其中“0为静止质量，rn是物体速度为v时的质量，c是真空中的光速。（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。教师：经典力学是适用于低速运动的物体述是适用于鬲速运动的物体呢？学生：适用于低速运动的物体。教师：阅读教材科学漫步部分，体会时间和空间是什么。学生「时间为空间”并没有讲清时间与空间的

5、问题，只是提出问题，激励我们对未来的探索。（二）从宏观到微观教师：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。学生：19世纪末到20世纪初，人们和继发现了电子、质子、中子等微观粒子，发现它们不仅具有粒了性，而R具冇波动性，它们的运动规律不能用经典力学描述。20卅: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了。教师：相对论和量子力学的出现，是否表示经典力学失去了意义？学牛•：相对论和量子力学

6、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）从弱引力到强引力教师：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？学生：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曲物体的运动规律统一起来。讨论与交流（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

7、点在不断地旋进。经典力学的解释令人满意吗？用什么理论來圆满地进行了解释？（投影）学牛：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，与实际观测结呆不符。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牛•偏转现象。并且都被观测证实。（2）何为天体的引力半径？学生：假定一•个球形天体的质量

8、不变，并通过压缩减小它的半径，天体表而上的引力将会增加，当引丿J趋于无穷大时，被压缩天体半径接近的值称为“引力半径”。只要天体的实际半径远人于它们的引力半径,那么爱因斯坦和牛顿的理论计算出的力的差片并不很大。但当天体的实际半径接近引力半径时，这种差界将急剧增大。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课。”这