高三物理教案：《經(jīng)典力學的局限性》教學設計

　　一、預習目標

　　（1）了解經(jīng)典力學的發(fā)展歷程和偉大成就。

　　（2）認識經(jīng)典力學的局限性和適用范圍。

　　二、預習內(nèi)容

　　（1）學生閱讀課文、課下上網(wǎng)查閱有關(guān)牛頓、愛因斯坦、霍金等科學家的資料。

　　（2）學生完成下列幾填空。

　　1、牛頓運動定律和萬有引力定律在_____________的廣闊領(lǐng)域，包括____________的研究中，經(jīng)受了實踐的檢驗，取得了巨大的成就。

　　2、_______________________建立了相對論。

　　3、在相對論中，質(zhì)量隨著物體運動的速度的增大而增大，滿足:

　　_________________________________________;

　　4、電子、質(zhì)子、中子等微觀粒子不僅具有_________性，同時具有_____________性，_____________力學能夠正確地描述微觀粒子的運動規(guī)律性。

　　5、經(jīng)典力學的適用范圍和局限性為：

　　（1） 經(jīng)典力學只適用于______運動，不適用于_______運動。

　　( 2 )  經(jīng)典力學只適用于_______世界，不適用于_______世界。

　　( 3)  經(jīng)典力學只適用于_________力,  不適用于_______ 力。

　　課內(nèi)探究學案

　　一、學習目標

　　（1）了解經(jīng)典力學的發(fā)展歷程和偉大成就。

　　（2）認識經(jīng)典力學的局限性和適用范圍。

　　（3）初步了解微觀和高速世界中的奇妙現(xiàn)象。

　　（4）了解相對論、量子論的建立對人類深入認識客觀世界的作用，知道物理學改變?nèi)藗兪澜缬^的作用。

　　二、學習過程

　　引入新課

　　進行新課

　　請同學們閱讀課文，閱讀時考慮下列問題

　　1、經(jīng)典力學取得了哪些輝煌的成就？舉例說明。

　　2、經(jīng)典力學在哪些領(lǐng)域不能適用？能說出為什么嗎？舉例說明。

　　3、經(jīng)典力學的適用范圍是什么？自己概括一下。

　　4、相對論和量子力學的出現(xiàn)是否否定了牛頓的經(jīng)典力學？應該怎樣認識？

　　5、怎樣理解英國劇作家蕭伯納的話“科學總是從正確走向錯誤”？

　　學生活動：閱讀教材，并思考上面的問題。分組討論，代表發(fā)言。

　　［學生A］經(jīng)典力學在微觀領(lǐng)域和高速運動領(lǐng)域不再適用；在不同參考系中不能適用；在強引力的情況下，經(jīng)典的引力理論也是不適用的。

　　［學生B］因為微觀粒子（如電子、質(zhì)子、中子）在運動時不僅具有粒子性，而且還具有波動性，經(jīng)典力學不能說明這種現(xiàn)象，所以它不再適用，同時在高速運動領(lǐng)域，由于物體運動速度太快，要導致質(zhì)量發(fā)生變化，而經(jīng)典力學認為質(zhì)量是不變的，所以經(jīng)典力學在高速運動領(lǐng)域內(nèi)也不再適用。

　　［學生C］從上面分析知：牛頓運動定律的適用范圍是：宏觀物體，低速運動。

　　從經(jīng)典力學到相對論的發(fā)展

　　以牛頓運動定律為基礎的經(jīng)典力學中，空間間隔（長度）s、時間t和質(zhì)量m這三個物理量都與物體的運動速度無關(guān)。一根尺子靜止時這樣長，當它運動時還是這樣長；一分鐘不論處于靜止狀態(tài)還是處于運動狀態(tài)，其快慢保持不變；一個物體靜止時的質(zhì)量和運動時的質(zhì)量一樣。這就是經(jīng)典力學的絕對時空觀。

　　到了19世紀末，面對高速運動的微觀粒子發(fā)生的現(xiàn)象，經(jīng)典力學遇到了困難。在新事物面前，愛因斯坦打破了傳統(tǒng)的時空觀，于1905年發(fā)表了題為《論運動物體的電動力學》的論文，提出了狹義相對性原理和光速不變原理，創(chuàng)建了狹義相對論。狹義相對論指出：長度、時間和質(zhì)量都是隨物體的運動速度而變化的。質(zhì)量隨速度的變化關(guān)系可以用下列方程表達式：

　　

　　上式中，各式里的v都是物體的運動速度，c是真空中的光速，l0和l分別為在相對靜止和運動系統(tǒng)中沿速度方向測得的物體的長度；t和t0分別為在相對靜止和運動的系統(tǒng)中測得的時間；m0和m分別為在相對靜止和運動系統(tǒng)中測得的物體質(zhì)量。

　　但是，當宏觀物體的運動速度遠小于光速時（v<<c），則上面的一些結(jié)果就變?yōu)閘≈l0，t≈t0，m≈m0，因而對于宏觀低速運動的物體，使用牛頓定律來處理問題，還是足夠精確的。

　　繼狹義相對論之后，1915年愛因斯坦又建立了廣義相對論，指出空間——時間不可能離開物質(zhì)而獨立存在，空間的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)取決于物質(zhì)的分布，使人類對于時間、空間和引力現(xiàn)象的認識大大深化了。“狹義相對論”和“廣義相對論”統(tǒng)稱為相對論。

　　（四）實例探究

　　［例1］以牛頓運動定律為基礎的經(jīng)典力學，在科學研究和生產(chǎn)技術(shù)中有哪些應用?

　　［例2］以牛頓運動定律為基礎的經(jīng)典力學的適用范圍是什么?

　　(四)當堂檢測

　　1、20世紀初，著名物理學家愛因斯坦提出了       ，改變了經(jīng)典力學的一些結(jié)論。在經(jīng)典力學中，物體的質(zhì)量是      的，而相對論指出質(zhì)量隨著速度變化而         。

　　2、20世紀初期，建立了        ，它能夠正確地描述微觀粒子的運動規(guī)律。

　　3、經(jīng)典力學只適用于解決          問題，不能用來處理         問題，經(jīng)典力學只適用于      物體，一般不適用于           。

　　4、牛頓運動定律和萬有引力定律在     、         、          的廣闊的領(lǐng)域，包括天體力學的研究中經(jīng)受了實踐的檢驗，取得了巨大的成就。

　　5、經(jīng)典力學的適用范圍：只適合于低速運動，                  ；只適合于宏觀世界，                  。

　　6、經(jīng)典力學認為時間是        ，質(zhì)量是          ，空間是          。經(jīng)典力學深入到高速領(lǐng)域?qū)⒈?nbsp;             所代替，深入到微觀領(lǐng)域?qū)⒈?nbsp;       所代替。

　　課后練習與提高

　　1、關(guān)于經(jīng)典力學和狹義相對論，下列說法中正確的是（   ）

　　A．經(jīng)典力學只適用于低速運動，不適用于與高速運動（速度接近于真空中的光速）

　　B．狹義相對論只適用于高速運動（速度接近于真空中的光速），不適用于低速運動

　　C．經(jīng)典力學既適用于低速運動，也適用與高速運動（速度接近于真空中的光速）

　　D．狹義相對論既適用于高速運動（速度接近于真空中的光速），也適用于低速運動

　　2、相對論告訴我們，物體運動時的質(zhì)量與其靜止時的質(zhì)量相比：（    ）

　　A、運動時的質(zhì)量比靜止時的質(zhì)量大      B、運動時的質(zhì)量比靜止時的質(zhì)量小

　　C、運動時的質(zhì)量與靜止時的質(zhì)量相等    D、是兩個不同的概念無法比較

　　3、經(jīng)典力學不能適用下列哪些運動（   ）

　　A、火箭的發(fā)射                    B、宇宙飛船繞地球的運動

　　C、“勇氣號”宇宙探測器          D、微觀粒子的波動性

　　4、日常生活我們并沒發(fā)現(xiàn)物體的質(zhì)量隨物體的運動的速度變化而變化，其原因是（   ）

　　A、運動中物體無法稱量質(zhì)量      B、物體的速度遠小于光速，質(zhì)量變化極小

　　C、物體的質(zhì)量太大              D、物體的質(zhì)量不隨速度的變化而變化

　　5、以下關(guān)于物體的質(zhì)量的說法中正確的是（   ）

　　A．質(zhì)量是物體固有的屬性，其大小與物體運動的速度無關(guān)

　　B．只有當物體運動的速度遠小于光速時，才可以認為質(zhì)量不變

　　C．只有當物體運動的速度遠小于光速時，物體的質(zhì)量才增大

　　D．物體速度大，說明受力大，同時物體的質(zhì)量也增大

　　6、下列說法正確的是（   ）

　　A、物質(zhì)、時間、空間是緊密聯(lián)系的統(tǒng)一體

　　B、在某參考系中觀察某一物理現(xiàn)象是同時發(fā)生的，但在另一參考系中，仍觀察該物理現(xiàn)象也一定是同時發(fā)生

　　C、關(guān)經(jīng)過大質(zhì)量的星體附近時會發(fā)生偏轉(zhuǎn)等現(xiàn)象

　　D、當天體的半徑接近“引力半徑”時，引力趣于無窮大，牛頓引力理論只要在實際半徑大于他們的“引力半徑”時才適應

　　7、相對論給出了物體在            狀態(tài)下所遵循的規(guī)律，量子力學給出了             世界所遵循的規(guī)律，愛因斯坦引力理論解決了                          作用下的相關(guān)問題，而經(jīng)典力學只適用于                            ，不適用于                          。

　　參考答案

　　1.AD  2。 A  3。 D  4。 B  5。 B  6。 ACD  7。高速運動，微觀世界所遵循的規(guī)律，強引力，低速運動、宏觀世界和弱引力作用，高速運動、微觀世界和強引力作用。