经典力学的局限性.docx

经典力学的局限性
一、教材分析
本节属介绍性质的内容，全章内容结构以万有引力定律的发现为核心，向宇宙学发展历史的两头延伸。托勒密相象地球处在宇宙的中心，哥白尼则设想太阳处在中心，开普勒总结了行星运动定律，牛顿第一个用牛顿定律和万有引力定律解释所有星体运动，爱因斯坦则用几何学的时空体系解释星体的运动。牛顿将天上的力与地上的力统一起来，爱因斯坦将时间与空间、引力与光联系在一起，霍金将引力、量子力学和统计力学联系起来，教材就是按照物理学理论在三个领域的发展过程进行编排的。
二、教学目标
1、知识目标：
（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。
（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。
2、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。
3、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。
三、教学重点难点
【学习重点】
牛顿运动定律的适用范围
【学习难点】
高速运动的物体，速度和质量之间的关系
四、学情分析
在前面的几节学习中，学生了解了牛顿发现万有引力定律，并应用到海王星、冥王星的发现，再到宇宙航行等万有引力理论成就的介绍，使学生对牛顿力学产生敬仰之时，来一个经典力学的局限性的介绍，拓展学生的知识、开阔学生的视野的同时，正确认识物理学理论的发展与适用范围，科学永远是一部“末完成的交响曲”。
五、教学方法
学案导学、讲授、谈话、练习
六、课前准备
（1）学生阅读课文、课下上网查阅有关牛顿、爱因斯坦、霍金等科学家的资料。
（2）学生完成下列几填空。
1、牛顿运动定律和万有引力定律在_____________的广阔领域，包括____________的研究中，经受了实践的检验，取得了巨大的成就。
2、_____________建立了相对论。
3、在相对论中，质量随着物体运动的速度的增大而增大，满足:
_________________________________________;
4、电子、质子、中子等微观粒子不仅具有_________性，同时具有_____________性，
_____________力学能够正确地描述微观粒子的运动规律性。
5、经典力学的适用范围和局限性为：
（1） 经典力学只适用于______运动，不适用于_______运动。
( 2 ) 经典力学只适用于_______世界，不适用于_______世界。
( 3) 经典力学只适用于_________力, 不适用于_______ 力。
七、课时安排：1课时
八、教学过程
引入新课
教师活动：自从17世纪以来，以牛顿定律为基础的经典力学不断发展，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，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，向其它科学一样，它也有一定的适用范围，有自
己的局限性。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。
进行新课
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、经典力学取得了哪些辉煌的成就？举例说明。
2、经典力学在哪些领域不能适用？能说出为什么吗？举例说明。
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？
5、怎样理解英国剧作家萧伯纳的话“科学总是从正确走向错误”？
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：
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：
［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：
从经典力学到相对论的发展
以牛顿运动定律为基础的经典力学中，空间间隔（长度）s、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2vl=l0-（通称尺缩效应） t02t= （钟慢效应） 2m=0（质—速效应）
2cv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-2ct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<］以牛顿运动定律为基础的经典力学，在科学研究和生产技术中有哪些应用?
【提示】 经典力学在科学研究和生产技术中有广泛的应用.经典力学与天文学相结合建立了天体力学；经典力学和工程实际相结合，建立了应用力学，如水利学、材料力学、结构力学等从地面上各种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、飞机等现代交通工具的运动;从投出篮球到发射导弹、卫星、宇宙飞船，等等，所有这些都服从经典力学规律.
［例2］以牛顿运动定律为基础的经典力学的适用范围是什么?
【提示】 经典力学只适用于解决低速运动问题；不能用来处理高速运动问题， 经典力学只适用于宏观物体，一般不适用于微观粒子.
【课堂练习】
1、20世纪初，著名物理学家爱因斯坦提出了.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
3、经典力学只适用于解决问题，不能用来处理经典力学只适用于 物体，一般不适用于 。
4、牛顿运动定律和万有引力定律在、、的广阔的领域，包括天体力学的研究中经受了实践的检验，取得了巨大的成就。
5、经典力学的适用范围：只适合于低速运动，；只适合于宏观世界， 。
6、经典力学认为时间是，空间是。经典力学深入到高速领域将被 所代替，深入到微观领域将被 所代替。
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、宏观、低速、弱引力 5、不适合高速、不适合微观 6、绝对的、不变的、三维的、相对论、量子力学
九、板书设计
一、经典力学的广泛应用。
二、经典力学与狭义相对论
1、 物体的质量随物体的运行速度而变化
2、 物体运动的位移与时间与参考系的选择有关
83、 当物体的速度远小于光速C（3×10）时两者结论是一致的。
三、经典力学与量子力学
微观粒子运动的波动性不能用经典力学来解释，但量子力学能正确地描述微观粒子的运动规律。
四、经典力学与广义相对论
牛顿引力理论在强引力作用下不适用，只能用广义相对论的引力场理论来解释强引力作用。
五、经典力学的适用范围
宏观、低速、弱力情况下适用
十、教学反思
本节旨在使学生了解牛顿力学不能穷尽一切物理现象，还有爱因斯坦的“时空观”，还有量子力学等知识体系，也要使学生了解爱因斯坦的相对论是一种新的时空与引力理论，是对牛顿力学的修正，并不是对牛顿力学简单的否定，只是牛顿引力理论被包括在新的时空与引力理论之中。