【教学设计】《经典力学的局限性》（人教）

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1、《经典力学的局限性》◆教材分析本节属于介绍性质的内容，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。托勒密想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，教材按照物理学理论在三个领域的发展过程进行编排的。◆教学目标【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

2、技术中的广泛应用．　　3.知道质量与速度的关系，知道高速运动中随速度的增加质量变大。　　【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．　　【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。◆教学重难点◆【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，速度和质量之间的关系。◆课前准备◆多媒体、板书◆教学过程　【引入新课】自从17世纪以来，以牛顿运动定律

3、为基础的经典力学不断发晨，如：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……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

4、我们就来了解这方面的知识。【新课教学】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、速度合成与两个公式生：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=m01-v2c2。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)v＝0．8c时，物体的质量约增大到静止

5、质量的1．7倍，这时经典力学就不再适用了。(2)如地球以v＝30km／s的速度绕太阳公转时，它的质量增大十分微小，可以忽略不计。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同的惯性参考系，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同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

6、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高速运动的物体呢？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。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：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

7、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？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。三、从弱引力到强引力师：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

8、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