6.经典力学的局限性优秀公开课教案

6.经典力学的局限性　 高中物理       人教2003课标版

（一）知识与技能 1 ．了解经典力学的发展历程和伟大成就。 2 ．知道牛顿运动定律的适用范围．认识经典力学的局限性和适用范围。 3 ． 知道质量与速度的关系，初步了解微观和高速世界中的奇妙现象 4 ．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。 （二）过程与方法 在学习经典力学的局限性以及相对论物理学、 量子力学与经典力学关系的过程中， 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． （三）情感、态度与价值观 1 ．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． 2 ．体会相对论的建立对人类认识世界的重要意义。

教学重点 牛顿运动定律的适用范围，相对论与量子论的主要观点。 教学难点 高速运动的物体，速度和质量之间的关系．经典时空观于相对论时空观

师： 17 世纪以来，以牛顿运动定律为基础的经典力学不断发展，构成了经典力学体系， 可以说是物理学上第一次伟大的综合。经典力学有哪些辉煌的成就。 生： ( 讨论与交流后回答）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； 2 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„„所有这些都服从经典力学的规律 师： 回答得很好， 经典力学在如此广阔的领域里与实际相结合， 显示了牛顿运动定律的 正确性和经典力学的魅力。 师： 经典力学是否是放之四海而皆准的真理呢？不， 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？

1 、从低速到高速 师：请同学们阅读教材“从低速到高速” 部分．回答经典力学和狭义相对论在描述物体 运动上有何不同？ 生： ( 讨论与交流后回答） （ 1 ）经典力学认为：物体的质量是不随运动状态的变化而变化的。同时，位移与时间 的测量与参考系无关。 我们学的牛顿运动定律成立的条件是在惯性系下。 当物体的速度远小 于光速时，经典力学完全适用。 （ 2 ）狭义相对论认为：物体的质量要随着速度的增大而增大。即 2 0 1         c v m m ， 其中 m 为运动质量， m 0 为静止质量， v 为物体运动的速度， c 为真空中的光速。 例如： (1)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． (2) 如地球以 v ＝ 30km ／ s 的速度绕太阳公转时， m =1.010101 mo ， 它的质量增大十分微 小，可以忽略不计。 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． 2 、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，而且具有波动性，它们的运动规律不能用经典力学描述． 师：那么如何描述微观粒子的运动呢？ 生： 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． 3 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。 3 、从弱引力到强引力 师： 万有引力定律， 首次使地面物体与天上的星体运动规律统一起来， 把经典力学推上 了党史科学的顶峰。 而实际的天文观测， 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 ? 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． 爱因斯坦创立了广义相对论， 根据广义相对论计算出的水星近日点的旋进与天文观测能 很好地吻合 , 爱因斯坦创立的广义相对论是一种新的时空引力理论， 爱因斯坦还根据广义相 对论预言了光线在经过大质量星体附近时会发生偏转，这也是被天文观测所证实的。 师： 根据牛顿万有引力定律， 假定一个球形天体总质量不变， 并通过压缩减小它的半径， 天体表面上的引力将会增加。 半径减小到原来的二分之一， 引力增大到原来的四倍。 爱因斯 坦引力理论表明，这个力实际上增大得更快些。天体半径越小，这种差别越大。根据牛顿的 理论， 当天体被压缩成半径几乎为零的一个点时， 引力趋于无穷大。 爱因斯坦的理论则不然， 引力趋于无穷大发生在半径接近一个 “引力半径” 的时候。 这个引力半径的值由天体的质量 决定，例如太阳的引力半径为 3km ，地球的引力半径为 1m 。因此，只要天体的实际半径远 大于它们的引力半径， 那么由爱因斯坦和牛顿引力理论计算出的力的差异并不大。 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，牛顿引 力理论将不再适用。 阅读教材 “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。

 1. 以下说法正确的是 （ ） A. 经典力学理论普遍适用，大到天体，小到微观粒子均适用 B. 经典力学理论的成立具有一定的局限性 C. 在经典力学中，物体的质量不随运动状态而改变 D. 相对论与量子力学否定了经典力学理论 4 2.20 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 。 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. 与 都没有否定过去的科学， 而认为过去的科学是自己在 一定条件下的特殊情形。

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．

本节内容从低速与高速、 宏观与微观、 弱引力与强引力三个方面介绍了经 典力学的局限性。 通过本节课的学习使学生知道： 真理具有相对性， 在新的领域还有新的规 律待我们去发现。 通过本节课的学习， 重点在情感态度与价值观方面的教育。 由于课时有限， 本节课未能全面展示经典力学的发展， 今后的教学过程中充分利用多媒体资源， 展示物理学 的历史，提高学生学习物理的兴趣。

6.经典力学的局限性　

6.经典力学的局限性　

师： 17 世纪以来，以牛顿运动定律为基础的经典力学不断发展，构成了经典力学体系， 可以说是物理学上第一次伟大的综合。经典力学有哪些辉煌的成就。 生： ( 讨论与交流后回答）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； 2 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„„所有这些都服从经典力学的规律 师： 回答得很好， 经典力学在如此广阔的领域里与实际相结合， 显示了牛顿运动定律的 正确性和经典力学的魅力。 师： 经典力学是否是放之四海而皆准的真理呢？不， 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？

1 、从低速到高速 师：请同学们阅读教材“从低速到高速” 部分．回答经典力学和狭义相对论在描述物体 运动上有何不同？ 生： ( 讨论与交流后回答） （ 1 ）经典力学认为：物体的质量是不随运动状态的变化而变化的。同时，位移与时间 的测量与参考系无关。 我们学的牛顿运动定律成立的条件是在惯性系下。 当物体的速度远小 于光速时，经典力学完全适用。 （ 2 ）狭义相对论认为：物体的质量要随着速度的增大而增大。即 2 0 1         c v m m ， 其中 m 为运动质量， m 0 为静止质量， v 为物体运动的速度， c 为真空中的光速。 例如： (1)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． (2) 如地球以 v ＝ 30km ／ s 的速度绕太阳公转时， m =1.010101 mo ， 它的质量增大十分微 小，可以忽略不计。 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． 2 、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，而且具有波动性，它们的运动规律不能用经典力学描述． 师：那么如何描述微观粒子的运动呢？ 生： 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． 3 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。 3 、从弱引力到强引力 师： 万有引力定律， 首次使地面物体与天上的星体运动规律统一起来， 把经典力学推上 了党史科学的顶峰。 而实际的天文观测， 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 ? 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． 爱因斯坦创立了广义相对论， 根据广义相对论计算出的水星近日点的旋进与天文观测能 很好地吻合 , 爱因斯坦创立的广义相对论是一种新的时空引力理论， 爱因斯坦还根据广义相 对论预言了光线在经过大质量星体附近时会发生偏转，这也是被天文观测所证实的。 师： 根据牛顿万有引力定律， 假定一个球形天体总质量不变， 并通过压缩减小它的半径， 天体表面上的引力将会增加。 半径减小到原来的二分之一， 引力增大到原来的四倍。 爱因斯 坦引力理论表明，这个力实际上增大得更快些。天体半径越小，这种差别越大。根据牛顿的 理论， 当天体被压缩成半径几乎为零的一个点时， 引力趋于无穷大。 爱因斯坦的理论则不然， 引力趋于无穷大发生在半径接近一个 “引力半径” 的时候。 这个引力半径的值由天体的质量 决定，例如太阳的引力半径为 3km ，地球的引力半径为 1m 。因此，只要天体的实际半径远 大于它们的引力半径， 那么由爱因斯坦和牛顿引力理论计算出的力的差异并不大。 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，牛顿引 力理论将不再适用。 阅读教材 “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。

 1. 以下说法正确的是 （ ） A. 经典力学理论普遍适用，大到天体，小到微观粒子均适用 B. 经典力学理论的成立具有一定的局限性 C. 在经典力学中，物体的质量不随运动状态而改变 D. 相对论与量子力学否定了经典力学理论 4 2.20 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 。 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. 与 都没有否定过去的科学， 而认为过去的科学是自己在 一定条件下的特殊情形。

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．

本节内容从低速与高速、 宏观与微观、 弱引力与强引力三个方面介绍了经 典力学的局限性。 通过本节课的学习使学生知道： 真理具有相对性， 在新的领域还有新的规 律待我们去发现。 通过本节课的学习， 重点在情感态度与价值观方面的教育。 由于课时有限， 本节课未能全面展示经典力学的发展， 今后的教学过程中充分利用多媒体资源， 展示物理学 的历史，提高学生学习物理的兴趣。