6.经典力学的局限性名师教学设计

6.经典力学的局限性　 高中物理       人教2003课标版

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间的变化。

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，认识的知识的变化性和无穷性，培养献身于科学的时代精神。

本节学习经典力学的局限性：

    (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．

         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

        探究、讲授、讨论、练习

       黑板、粉笔、多媒体课件

教师活动：自从17世纪以来，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、飞机等各种交通工具；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．

教师活动：请同学们阅读课文，阅读时考虑下列问题[用投影片出示]：

1、近三年的物理学习中你知道哪些物理学家在经典力学中取得了哪些辉煌的成就？

2、经典力学在哪些领域不能适用？能说出为什么吗？

3、经典力学的适用范围是什么？自己概括一下。

4、相对论和量子力学的出现是否否定了牛顿的经典力学？应该怎样认识？

学生活动：阅读教材，并思考上面的问题。分组讨论，代表发言。

点评：让学生通过自主阅读获取信息，培养学生阅读理解能力，同时培养学生良好的自学习惯。

教师活动：待学生阅读教材后，倾听学生代表的发言，和其他学生一起点评、补充。

点评：可能学生回答的不完整，甚至很幼稚，这都无关紧要。重要的是给学生提供发表见解的机会，同学之间甚至可以争论，在相互讨论中，明辨真理，掌握知识。（例如：）

［学生A］经典力学在微观领域和高速运动领域不再适用；在不同参考系中不能适用；在强引力的情况下，经典的引力理论也是不适用的。

［学生B］因为微观粒子（如电子、质子、中子）在运动时不仅具有粒子性，而且还具有波动性，经典力学不能说明这种现象，所以它不再适用，同时在高速运动领域，由于物体运动速度太快，要导致质量发生变化，而经典力学认为质量是不变的，所以经典力学在高速运动领域内也不再适用.

［学生C］从上面分析知：牛顿运动定律的适用范围是：宏观物体，低速运动。

教师总结：从上面讨论可知，经典力学在微观领域、高速运动的情况下不再适用.那么对这些领域的问题又应如何研究呢？下面给大家简单介绍一些近代物理知识。

        以牛顿运动定律为基础的经典力学中，空间间隔（长度）l、时间t和质量m这三个物理量都与物体的运动速度无关.一根尺子静止时这样长，当它运动时还是这样长；一分钟不论处于静止状态还是处于运动状态，其快慢保持不变；一个物体静止时的质量和运动时的质量一样.这就是经典力学的绝对时空观.

到了19世纪末，面对高速运动的微观粒子发生的现象，经典力学遇到了困难.在新事物面前，爱因斯坦打破了传统的时空观，于1905年发表了题为《论运动物体的电动力学》的论文，提出了狭义相对性原理和光速不变原理，创建了狭义相对论.狭义相对论指出：长度、时间和质量都是随物体的运动速度而变化的.长度、时间和质量随速度的变化关系可以用下列方程表达式：

l=l₀√1−v²c²                        （通称尺缩效应）

t=  t₀√1−v²c²                  （钟慢效应）

m=   m₀√1−v²c²                 （质—速效应）

       上式中，各式里的v都是物体的运动速度，c是真空中的光速，l₀和l分别为在相对静止和运动系统中沿速度方向测得的物体的长度；t和t₀分别为在相对静止和运动的系统中测得的时间；m₀和m分别为在相对静止和运动系统中测得的物体质量.

但是，当宏观物体的运动速度远小于光速时（v<<c），则上面的一些结果就变为l≈l₀，t≈t₀，m≈m₀，因而对于宏观低速运动的物体，使用牛顿定律来处理问题，还是足够精确的.

继狭义相对论之后，1915年爱因斯坦又建立了广义相对论，指出空间——时间不可能离开物质而独立存在，空间的结构和性质取决于物质的分布，使人类对于时间、空间和引力现象的认识大大深化了.“狭义相对论”和“广义相对论”统称为相对论.

1、有关科学家和涉及的事实，正确的说法是   （A C）                 

A．哥白尼创立了日心说             B．伽利略发现了行星运动规律

C.   惠更斯解决了弹性碰撞问题     D．爱因斯坦提出了量子论

2、有关物体的质量与速度的关系的说法, 正确的是 ( B )                          

 A．物体的质量与物体的运动速度无关

 B．物体的质量随物体的运动速度增大而增大

 C．物体的质量随物体的运动速度增大而减少

 D．当物体的运动速度接近光速时，质量趋于零

3.20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         。

4.20世纪初期，建立了        ，它能够正确地描述微观粒子的运动规律。

5.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           。

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

 课后作业：课本P53  问题与练习第1、2题

  阅读教材51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、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

6.经典力学的局限性　

6.经典力学的局限性　

教师活动：自从17世纪以来，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、飞机等各种交通工具；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．

教师活动：请同学们阅读课文，阅读时考虑下列问题[用投影片出示]：

1、近三年的物理学习中你知道哪些物理学家在经典力学中取得了哪些辉煌的成就？

2、经典力学在哪些领域不能适用？能说出为什么吗？

3、经典力学的适用范围是什么？自己概括一下。

4、相对论和量子力学的出现是否否定了牛顿的经典力学？应该怎样认识？

学生活动：阅读教材，并思考上面的问题。分组讨论，代表发言。

点评：让学生通过自主阅读获取信息，培养学生阅读理解能力，同时培养学生良好的自学习惯。

教师活动：待学生阅读教材后，倾听学生代表的发言，和其他学生一起点评、补充。

点评：可能学生回答的不完整，甚至很幼稚，这都无关紧要。重要的是给学生提供发表见解的机会，同学之间甚至可以争论，在相互讨论中，明辨真理，掌握知识。（例如：）

［学生A］经典力学在微观领域和高速运动领域不再适用；在不同参考系中不能适用；在强引力的情况下，经典的引力理论也是不适用的。

［学生B］因为微观粒子（如电子、质子、中子）在运动时不仅具有粒子性，而且还具有波动性，经典力学不能说明这种现象，所以它不再适用，同时在高速运动领域，由于物体运动速度太快，要导致质量发生变化，而经典力学认为质量是不变的，所以经典力学在高速运动领域内也不再适用.

［学生C］从上面分析知：牛顿运动定律的适用范围是：宏观物体，低速运动。

教师总结：从上面讨论可知，经典力学在微观领域、高速运动的情况下不再适用.那么对这些领域的问题又应如何研究呢？下面给大家简单介绍一些近代物理知识。

        以牛顿运动定律为基础的经典力学中，空间间隔（长度）l、时间t和质量m这三个物理量都与物体的运动速度无关.一根尺子静止时这样长，当它运动时还是这样长；一分钟不论处于静止状态还是处于运动状态，其快慢保持不变；一个物体静止时的质量和运动时的质量一样.这就是经典力学的绝对时空观.

到了19世纪末，面对高速运动的微观粒子发生的现象，经典力学遇到了困难.在新事物面前，爱因斯坦打破了传统的时空观，于1905年发表了题为《论运动物体的电动力学》的论文，提出了狭义相对性原理和光速不变原理，创建了狭义相对论.狭义相对论指出：长度、时间和质量都是随物体的运动速度而变化的.长度、时间和质量随速度的变化关系可以用下列方程表达式：

l=l₀√1−v²c²                        （通称尺缩效应）

t=  t₀√1−v²c²                  （钟慢效应）

m=   m₀√1−v²c²                 （质—速效应）

       上式中，各式里的v都是物体的运动速度，c是真空中的光速，l₀和l分别为在相对静止和运动系统中沿速度方向测得的物体的长度；t和t₀分别为在相对静止和运动的系统中测得的时间；m₀和m分别为在相对静止和运动系统中测得的物体质量.

但是，当宏观物体的运动速度远小于光速时（v<<c），则上面的一些结果就变为l≈l₀，t≈t₀，m≈m₀，因而对于宏观低速运动的物体，使用牛顿定律来处理问题，还是足够精确的.

继狭义相对论之后，1915年爱因斯坦又建立了广义相对论，指出空间——时间不可能离开物质而独立存在，空间的结构和性质取决于物质的分布，使人类对于时间、空间和引力现象的认识大大深化了.“狭义相对论”和“广义相对论”统称为相对论.

1、有关科学家和涉及的事实，正确的说法是   （A C）                 

A．哥白尼创立了日心说             B．伽利略发现了行星运动规律

C.   惠更斯解决了弹性碰撞问题     D．爱因斯坦提出了量子论

2、有关物体的质量与速度的关系的说法, 正确的是 ( B )                          

 A．物体的质量与物体的运动速度无关

 B．物体的质量随物体的运动速度增大而增大

 C．物体的质量随物体的运动速度增大而减少

 D．当物体的运动速度接近光速时，质量趋于零

3.20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         。

4.20世纪初期，建立了        ，它能够正确地描述微观粒子的运动规律。

5.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           。

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

 课后作业：课本P53  问题与练习第1、2题

  阅读教材51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、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