高一物理经典力学的局限性

高一物理经典力学的局限性一、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用心爱心专心教教学内容师生互动设计意备注学环图节引入“未完成的交响曲”——经典力学师：自从17世纪以来，从历史为什么叫“未完成的交响曲”？以牛顿运动定律为基础开始讨的经典力学不断发晨，论，激如：在宏观、低速、弱引发学生力的广阔领域，包括天体的学习力学的研究中取得了巨热情。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?这节课我们就来了解这方面的知识。一、从一、从低速到高速一、从低速到高速让学生低速在经典力学中，物体的质量是不变的，师：请同学们阅读教材亲历知到高但爱因斯坦的狭义相对论指出，物体的“从低速到高速”部识的导速质量随速度的增大而增大，即：分．回答低速与高速的概出过用心爱心专心m念、质速关系、速度合成程，体m0与两个公设．验成功v21师：高速是怎样的高速？的乐趣c2象小车跑起来那样的高是新课其中m为静止质量，m是物体速度为v速么？程的重0时的质量，c是真空中的光速。生：不是，低速到高速的要理概念，通常所见的物体的念．例如：运动皆为低速运动，如行(1)v＝0．8c时，物体的质量约增大到静驶的汽车，发射的导弹、止质量的1．7倍，这时经典力学就不再人造卫星及宇宙飞船等．适用了．有些微观粒子在一定条(2)如地球以v＝30km／s的速度绕太阳件下其速度可以与光速公转时，m=l010l0lmg，它的质量增大相接近，这样的速度称为十分微小，可以忽略不计．高速．师：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mm0v21c2其中m为静止质量，m0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，这个关系式涉及两用心爱心专心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，因而上式不能成爱因斯坦的相对性原理立，经典力学也就不再适(1)相对性原理：物理规律在一切惯性参用了．考系中都具有相同的形式．(1)相对性原理：物理规(2)光速不变原理：在一切惯性参考系律在一切惯性参考系中中，测量到的真空中的光速都一样．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．从宏二、从宏观到微观二、从宏观到微观同时让观到只是使人们认识到经典力学有它的适用师：请同学们阅读教材学生自微观范围：只适用于低速运动，不适用于高“从宏观到微观”部分，己探究速运动，只适用于宏观世界，不适用于并说明经典力学是适用问题，微观世界。于宏观物体还是微观物可以激用心爱心专心体。发学生生1：19世纪末到20世的学习纪初，人们相继发现了电兴趣与子、质子、中子等微观粒动机，子，发现它们不仅具有粒同时也子性，而且具有波动性，可以使它们的运动规律不能用他们养经典力学描述．经典力学成善于适用于宏观物体。运动知生2：20世纪20年代，识的习建立了量子力学，它能够惯。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?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。从弱三、从弱引力到强引力三、从弱引力到强引力培养学引力在强引力的情况下，牛顿的万有引力理(展示问题)生通过到强论将不再适用．师：请同学们阅读教材，引力“从弱引力到强引力”部自己找分，并回答问题：何为弱到答案用心爱心专心引力?何为强引力?的能生：万有引力属于弱引力。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3km，地球的引力半径为1m)，天体间的引力就趋于无穷大．[讨论与交流)(展示问题)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，同时还预言了光线用心爱心专心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．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，被包括在新的科学成就之中．如：当用心爱心专心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(6．63X10-34J·s)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．例题例1以牛顿运动定律为基础的经典力初步把学，在科学研究和生产技术中有哪些应握本节用?的知参考答案：经典力学在科学研究和生产识，并技术中有广泛的应用．经典力学与天文用它来学相结合建立了天体力学；经典力学和解决实工程实际相结合，建立了应用力学，如际问水利学，材料力学、结构力学等．从地题。不面上各种物体的运动到天体的运动：从要空洞大气的流动到地壳的变动：从拦柯筑坝、的说修建桥梁到设计各种机械；从自行车到教，在汽车、火车、飞机等现代交通工具的运实战中动，从投出篮球到发射导弹、卫星、宇了解、宙飞船等等，所有这些都服从经典力学积累解规律．决问题例2以牛顿运动定律为基础的经典力学的经的适用范围是什么?验。印参考答案：经典力学只适用于解决低速象深运动问题，不能用来处理高速运动问题，刻，避经典力学只适用于宏观物体，一般不适免不必用于微观粒子：经典力学只适用于解决要的重弱引力问题，不能用来处理强引力问题．复学用心爱心专心[课堂训练]习。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——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、低速接近光速小结小结：学生课后巩固，总扩本节本节学习了经典力学的局限性：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．(3)从弱引力到强引力：相对论物理学与用心爱心专心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．作业作业：通过制1、认真阅读教材．认识到物理中的结论作实验和规律一般都有其适用范围，认识知识把握本的变化性和无穷性，培养献身于科学的节中的时代精神．重点，2、阅读教材83页‘科学足迹’栏目中通过题的短文《牛顿的科学生涯》，体会和学习目进一牛顿献身科学的精神．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，科学家们一直在探寻宇宙是什么时候、如何形成的。直到今天，科学家们才确信，宇宙是由大约150亿年前发生的一次大爆炸形成的。在爆炸发生之前，宇宙内的所存物质和能量都聚集到了一起，并浓缩成很小的体积，温度极高，密度极用心爱心专心大，之后发生了大爆炸。大爆炸使物质四散出击，宇宙空间不断膨胀，温度也相应下降，后来相继出现在宇宙中的所有星系、恒星、行星乃至生命，都是在这种不断膨胀冷却的过程中逐渐形成的。然而，大爆炸而产生宇宙的理论尚不能确切地解释，“在所存物质和能量聚集在一点上”之前到底存在着什么东西？“大爆炸理论”是伽莫夫于1946年创建的。用心爱心专心