6.经典力学的局限性优质课教学设计

6.经典力学的局限性　 高中物理       人教2003课标版

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质量随速度变化

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

1、牛顿运动定律的适用范围

 2、高速运动的物体，速度和质量之间的关系．

自学指导一：用5分钟时间阅读本节课本1—3段，交流、讨论、回答问题

1、经典力学的成就有哪些？

  （参考答案：牛顿三定律和万有引力定律把天体的运动与地上物体的运动统一起来，是人类认识史上的第一次重大飞跃。 经典力学和以经典力学为基础发展起来的天体力学、材料力学和结构力学等得到了广泛应用，并取得了巨大成就。 18世纪60年代，力学和热力学的发展及其与生产的结合，使机器和蒸汽机得到改进和推广，引发了第一次工业革命。 由牛顿力学导出的动量守恒定律、机械能守恒定律等，是航空航天技术的理论基础。火箭、人造卫星、航天飞机、宇宙飞船、行星探测器等航天器的发射，都是牛顿力学规律的应用范例。）

通过该问题探究促进学生自主学习，让学生积极参与、乐于探究、勤于思考，培养其学科探究能力，使其逐步形成科学态度。引导学生领悟任何科学都不会穷尽一切真理，都有其局限性。经典力学也一样，从而引出经典力学局限性。

自学指导二：用6分钟时间阅读本节课本“从低速到高速”5段内容，交流、讨论、回答问题

   1、在经典力学和狭义相对论中，物体的质量有何不同？

  （参考答案：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。）

   2、狭义相对论中物体的质量表达式是怎样的？

   3、在经典力学和狭义相对论中，位移和时间的测量在不同参考系中有何区别？

  （参考答案：在经典力学中，位移和时间的测量与参考系无关，即同一过程的位移和时间测量在不同参考系中是相同的；在狭义相对论中，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。

   4、阅读教材科学漫步部分，体会时间和空间是什么．

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．

自学指导三：用3分钟时间阅读本节课本“从宏观到微观”2段内容，交流、讨论、回答问题

   1、 经典力学的适用范围是什么？ （参考答案：适用于宏观世界，不适用于微观世界。）

   2、用何理论描述微观粒子的运动？

  （参考答案：20世纪20年代，建立了量子力学，可以解决微观粒子的运动问题。）

   3、相对论和量子力学的出现，是否表示经典力学失去了意义?

  （参考答案：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。）

自学指导四：用8分钟时间阅读本节课本“从弱引力到强引力”8段内容，交流、讨论、回答问题

    1、何为弱引力?何为强引力?

   （参考答案：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．）

    2、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?

   （参考答案：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．）

    3、何为天体的引力半径?

   （参考答案：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．）

    4、历史上的科学成就与新的科学成就的关系是什么?

   （参考答案：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．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．）

[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． (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．

6.经典力学的局限性　

6.经典力学的局限性　

自学指导一：用5分钟时间阅读本节课本1—3段，交流、讨论、回答问题

1、经典力学的成就有哪些？

  （参考答案：牛顿三定律和万有引力定律把天体的运动与地上物体的运动统一起来，是人类认识史上的第一次重大飞跃。 经典力学和以经典力学为基础发展起来的天体力学、材料力学和结构力学等得到了广泛应用，并取得了巨大成就。 18世纪60年代，力学和热力学的发展及其与生产的结合，使机器和蒸汽机得到改进和推广，引发了第一次工业革命。 由牛顿力学导出的动量守恒定律、机械能守恒定律等，是航空航天技术的理论基础。火箭、人造卫星、航天飞机、宇宙飞船、行星探测器等航天器的发射，都是牛顿力学规律的应用范例。）

通过该问题探究促进学生自主学习，让学生积极参与、乐于探究、勤于思考，培养其学科探究能力，使其逐步形成科学态度。引导学生领悟任何科学都不会穷尽一切真理，都有其局限性。经典力学也一样，从而引出经典力学局限性。

自学指导二：用6分钟时间阅读本节课本“从低速到高速”5段内容，交流、讨论、回答问题

   1、在经典力学和狭义相对论中，物体的质量有何不同？

  （参考答案：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。）

   2、狭义相对论中物体的质量表达式是怎样的？

   3、在经典力学和狭义相对论中，位移和时间的测量在不同参考系中有何区别？

  （参考答案：在经典力学中，位移和时间的测量与参考系无关，即同一过程的位移和时间测量在不同参考系中是相同的；在狭义相对论中，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。

   4、阅读教材科学漫步部分，体会时间和空间是什么．

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．

自学指导三：用3分钟时间阅读本节课本“从宏观到微观”2段内容，交流、讨论、回答问题

   1、 经典力学的适用范围是什么？ （参考答案：适用于宏观世界，不适用于微观世界。）

   2、用何理论描述微观粒子的运动？

  （参考答案：20世纪20年代，建立了量子力学，可以解决微观粒子的运动问题。）

   3、相对论和量子力学的出现，是否表示经典力学失去了意义?

  （参考答案：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。）

自学指导四：用8分钟时间阅读本节课本“从弱引力到强引力”8段内容，交流、讨论、回答问题

    1、何为弱引力?何为强引力?

   （参考答案：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．）

    2、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?

   （参考答案：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．）

    3、何为天体的引力半径?

   （参考答案：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．）

    4、历史上的科学成就与新的科学成就的关系是什么?

   （参考答案：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．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．）

[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． (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．