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    高一物理:6.6《经典力学的局限性》(新人教必修二)教学设计1

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    高中物理人教版 (新课标)必修26.经典力学的局限性教学设计

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    这是一份高中物理人教版 (新课标)必修26.经典力学的局限性教学设计,共4页。
    第6节 经典力学的局限性  [新课教学]    一、从低速到高速    (展示问题)    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.    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    其中Db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=l 010 lOlmo,它的质量增大十分微小,可以忽略不计.    速度合成与两个公设.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    (展示问题)    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)    (展示问题)    (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.    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(3X108ms)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(663X10-34J·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.    (11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、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.    (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]    120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      220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]        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. 学 生 活 动   [布置作业]    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.    [课外训练]    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.         6.经典力学的局限性    一、从低速到高速    经典力学只适用于低速运动    二、从宏观到微观    经典力学只适用于宏观物体    三、从弱引力到强引力    万有引力定律只适用于弱引力  

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