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共1课时
6.经典力学的局限性 高中物理 人教2003课标版 1教学目标一、知识与技能: 1.了解经典力学的发展历程和伟大成就； 2.认识经典力学的局限性和适用范围； 3.初步了解微观和高速世界中的奇妙现象； 二、过程与方法： 经历科学家建立相对论和量子论的思维探索过程，认识科学思维方法。 三、情感、态度与价值观： 了解相对论、量子论的建立对人类深入认识客观世界的作用，知道物理学改变人们世界观的作用。 2学情分析 《经典力学的局限性》是教材重点讲述了牛顿定律和万有引力定律之后，为完善学生的认知体系而以介绍性质为主的内容。本节内容或因要求掌握的内容简单，或因教师不能体会到教材编写者的良苦用心，在平时教学中往往会被忽略或淡化。实际上认真对待本节课的教学可以拓展学生的知识面，提高学生的科学素养。 教学重点：牛顿运动定律的适用范围。 教学难点：初步了解高速运动的物体质量和速度之间的关系及相对论时空观。 4教学过程 4.1 第一学时 教学活动 活动1【导入】新课导入今天我们一起学习第六章第六小节的内容——经典力学的局限性。看到这个标题，我们遇到的第一个问题就是什么是经典力学？然后我们才能进一步了解经典力学有什么局限性。 活动2【讲授】问题一：什么是经典力学？提问：有个成语叫“引经据典”，你认为经典是什么意思？你觉得什么是经典力学？ 同学可以互相交流。 经典是指具有典范性、权威性的著作或成果。同学们进入高中阶段学习物理以来，一共学习了六章的内容。这六章都是力学内容，主要就是学习了牛顿运动定律和万有引力定律。牛顿运动定律正是经典力学的基础，自从17世纪以来，经典力学不断发展，在广阔领域中取得了巨大的成就。著名的物理学家杨振宁曾赞颂道：“ 如果一定要举出某个人、某一天作为近代科学诞生的标志我选牛顿《自然哲学的数学原理》在1687年出版的那一天。” 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”，那么经典力学又遇到了什么难题呢？ 活动3【讲授】问题二：经典力学遇到了什么问题？（一）1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上,著名物理学家开尔文勋爵作了展望新世纪的发言: “科学的大厦已经基本完成，后辈的物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。”但开尔文毕尽是一位重视现实和有眼力的科学家，他继续讲到： “但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云……” 其中一朵就是关于真空中的光速问题。 根据著名的迈克尔逊——莫雷实验实验表明：地球上沿各个方向的光速不变！ 活动4【活动】活动一：分析矛盾活动一：让学生根据已学知识分析实验结论与经典力学知识矛盾的地方。 介绍当客观现实和理论发生矛盾时，物理学家总是尊重客观事实。引入爱因斯坦的狭义相对论。 活动5【活动】活动二：阅读并完成任务活动二：学生阅读教材“从低速到高速”部分，回答经典力学和狭义相对论关于质量、时间和空间的认识及测量与参考系的关系等方面认识的差异。（展示课件中的表格，让学生自主阅读，讨论交流完成表格内容） 根据学生回答展示狭义相对论质速关系公式，指明当地球以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。强调这里的高速是与光速相比的，而并非生活中普通意义所说的高速运动！当v＝0.8c时，物体的质量约增大到静止质量的1.7倍，这时经典力学就不再适用了。但当物理运动速度远远低于光速时，狭义相对论的结论和经典力学的结论是一致的，狭义相对论并没有否认经典力学。 活动6【活动】活动三：视频展示活动三：视频展示狭义相对论的时空观和高速列车上的奇怪现象，让学生对狭义相对论时空观和高速现象有初步了解。 活动7【讲授】问题二：经典力学遇到了什么问题？（二）除了在高速问题上经典力学遇到了麻烦以外，随着人们对微观世界的深入了解，人们发现电子、质子、中子等微观粒子不仅具有粒子性，而且具有波动性，它们的运动规律不能用经典力学描述。1900年普朗克为解决黑体辐射问题（另一朵乌云）提出能量子假设，引进了普朗克常量，开创了量子力学。量子力学能够很好地描述微观粒子运动的规律。但在普朗克常量可以忽略不计时，量子力学的结论和经典力学是一样的。 活动8【讲授】问题二：经典力学遇到了什么问题？（三）另外，同学们前面所学习的万有引力定律中的与距离的平方反比规律也只能适用于弱引力情况，爱因斯坦引力理论表明，当天体半径减小到一定程度时，牛顿的万有引力定律不在适用于天体间的强引力情况。水星的公转轨道在不断旋进，其旋进的实际观测值比经典力学的预言要大。而爱因斯坦的广义相对论却给出了令人满意的解释。 活动9【活动】活动四：视频展示活动四：视频展示广义相对论的成就，让学生初步了解经典力学无法解释的一些现象用广义相对论可以给出满意的解释。 活动10【讲授】问题三、经典力学的适用范围是什么？提问：请总结经典力学的适用范围是什么？ 活动11【活动】归纳总结学生总结回答经典力学的适用范围是低速、宏观 、弱引力的情况。 对于这样的科学发展过程，爱尔兰作家萧伯纳曾诙谐地说：科学总是从正确走向错误。 新的知识其实并没有否认旧知识，它只是有了更广泛的适用范围。当物体的运动速度远小于光速c时,相对论物理学和经典物理学的结论没有区别；当"普朗克常量"可以忽略不计时,量子力学和经典力学的结论没有区别。 活动12【活动】好书推荐向学生推荐两本关于相对论和量子力学的有趣的科普书籍——《上帝掷骰子吗》和《时间的形状》，翻开一本书，推开一扇门，同学们可以通过课外阅读领略那一片我们平时陌生的世界，或许某一位同学将来会告诉我们量子力学和相对论又是他所发现的什么理论的特殊情形呢。 活动13【练习】课堂练习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的增大而 。 2. 牛顿定律能适用于下列哪些情况？ A．研究原子中电子的运动 B．研究“神州”五号的高速发射 C．研究地球绕太阳的运动 D．研究超音速飞机的飞行
3. 以下说法正确的是（ ） A．相对论和量子力学是对经典力学的否定 B．经典力学就是牛顿运动定律 C．真空中光速不变 D．当物体的运动速度接近光速时，质量趋于零
4.根据狭义相对论，当物体以速度v运动时，它的质量m大于静止时的质量m0，处理问题时若仍然使用m0的数值，便会发生一定的误差。问:当物体的速度v达到多大时，m相对m0才会有1%的误差？ 参考答案 （1）狭义相对论 固定不变 增大 （2）BCD （3）C （4）解：由题意得 m=1.01m0 代入可得 v=0.14c 6.经典力学的局限性 课时设计 课堂实录6.经典力学的局限性 1第一学时 教学活动 活动1【导入】新课导入今天我们一起学习第六章第六小节的内容——经典力学的局限性。看到这个标题，我们遇到的第一个问题就是什么是经典力学？然后我们才能进一步了解经典力学有什么局限性。 活动2【讲授】问题一：什么是经典力学？提问：有个成语叫“引经据典”，你认为经典是什么意思？你觉得什么是经典力学？ 同学可以互相交流。 经典是指具有典范性、权威性的著作或成果。同学们进入高中阶段学习物理以来，一共学习了六章的内容。这六章都是力学内容，主要就是学习了牛顿运动定律和万有引力定律。牛顿运动定律正是经典力学的基础，自从17世纪以来，经典力学不断发展，在广阔领域中取得了巨大的成就。著名的物理学家杨振宁曾赞颂道：“ 如果一定要举出某个人、某一天作为近代科学诞生的标志我选牛顿《自然哲学的数学原理》在1687年出版的那一天。” 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”，那么经典力学又遇到了什么难题呢？ 活动3【讲授】问题二：经典力学遇到了什么问题？（一）1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上,著名物理学家开尔文勋爵作了展望新世纪的发言: “科学的大厦已经基本完成，后辈的物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。”但开尔文毕尽是一位重视现实和有眼力的科学家，他继续讲到： “但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云……” 其中一朵就是关于真空中的光速问题。 根据著名的迈克尔逊——莫雷实验实验表明：地球上沿各个方向的光速不变！ 活动4【活动】活动一：分析矛盾活动一：让学生根据已学知识分析实验结论与经典力学知识矛盾的地方。 介绍当客观现实和理论发生矛盾时，物理学家总是尊重客观事实。引入爱因斯坦的狭义相对论。 活动5【活动】活动二：阅读并完成任务活动二：学生阅读教材“从低速到高速”部分，回答经典力学和狭义相对论关于质量、时间和空间的认识及测量与参考系的关系等方面认识的差异。（展示课件中的表格，让学生自主阅读，讨论交流完成表格内容） 根据学生回答展示狭义相对论质速关系公式，指明当地球以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。强调这里的高速是与光速相比的，而并非生活中普通意义所说的高速运动！当v＝0.8c时，物体的质量约增大到静止质量的1.7倍，这时经典力学就不再适用了。但当物理运动速度远远低于光速时，狭义相对论的结论和经典力学的结论是一致的，狭义相对论并没有否认经典力学。 活动6【活动】活动三：视频展示活动三：视频展示狭义相对论的时空观和高速列车上的奇怪现象，让学生对狭义相对论时空观和高速现象有初步了解。 活动7【讲授】问题二：经典力学遇到了什么问题？（二）除了在高速问题上经典力学遇到了麻烦以外，随着人们对微观世界的深入了解，人们发现电子、质子、中子等微观粒子不仅具有粒子性，而且具有波动性，它们的运动规律不能用经典力学描述。1900年普朗克为解决黑体辐射问题（另一朵乌云）提出能量子假设，引进了普朗克常量，开创了量子力学。量子力学能够很好地描述微观粒子运动的规律。但在普朗克常量可以忽略不计时，量子力学的结论和经典力学是一样的。 活动8【讲授】问题二：经典力学遇到了什么问题？（三）另外，同学们前面所学习的万有引力定律中的与距离的平方反比规律也只能适用于弱引力情况，爱因斯坦引力理论表明，当天体半径减小到一定程度时，牛顿的万有引力定律不在适用于天体间的强引力情况。水星的公转轨道在不断旋进，其旋进的实际观测值比经典力学的预言要大。而爱因斯坦的广义相对论却给出了令人满意的解释。 活动9【活动】活动四：视频展示活动四：视频展示广义相对论的成就，让学生初步了解经典力学无法解释的一些现象用广义相对论可以给出满意的解释。 活动10【讲授】问题三、经典力学的适用范围是什么？提问：请总结经典力学的适用范围是什么？ 活动11【活动】归纳总结学生总结回答经典力学的适用范围是低速、宏观 、弱引力的情况。 对于这样的科学发展过程，爱尔兰作家萧伯纳曾诙谐地说：科学总是从正确走向错误。 新的知识其实并没有否认旧知识，它只是有了更广泛的适用范围。当物体的运动速度远小于光速c时,相对论物理学和经典物理学的结论没有区别；当"普朗克常量"可以忽略不计时,量子力学和经典力学的结论没有区别。 活动12【活动】好书推荐向学生推荐两本关于相对论和量子力学的有趣的科普书籍——《上帝掷骰子吗》和《时间的形状》，翻开一本书，推开一扇门，同学们可以通过课外阅读领略那一片我们平时陌生的世界，或许某一位同学将来会告诉我们量子力学和相对论又是他所发现的什么理论的特殊情形呢。 活动13【练习】课堂练习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的增大而 。 2. 牛顿定律能适用于下列哪些情况？ A．研究原子中电子的运动 B．研究“神州”五号的高速发射 C．研究地球绕太阳的运动 D．研究超音速飞机的飞行
3. 以下说法正确的是（ ） A．相对论和量子力学是对经典力学的否定 B．经典力学就是牛顿运动定律 C．真空中光速不变 D．当物体的运动速度接近光速时，质量趋于零
4.根据狭义相对论，当物体以速度v运动时，它的质量m大于静止时的质量m0，处理问题时若仍然使用m0的数值，便会发生一定的误差。问:当物体的速度v达到多大时，m相对m0才会有1%的误差？ 参考答案 （1）狭义相对论 固定不变 增大 （2）BCD （3）C （4）解：由题意得 m=1.01m0 代入可得 v=0.14c Tags：经典,学的,局限性,优秀,教案
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