高三物理教案：《經(jīng)典力學(xué)的局限性》教學(xué)設(shè)計(jì)

　　一、預(yù)習(xí)目標(biāo)

　　（1）了解經(jīng)典力學(xué)的發(fā)展歷程和偉大成就。

　　（2）認(rèn)識(shí)經(jīng)典力學(xué)的局限性和適用范圍。

　　二、預(yù)習(xí)內(nèi)容

　　（1）學(xué)生閱讀課文、課下上網(wǎng)查閱有關(guān)牛頓、愛(ài)因斯坦、霍金等科學(xué)家的資料。

　　（2）學(xué)生完成下列幾填空。

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

　　2、_______________________建立了相對(duì)論。

　　3、在相對(duì)論中，質(zhì)量隨著物體運(yùn)動(dòng)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(shí)具有_____________性，_____________力學(xué)能夠正確地描述微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律性。

　　5、經(jīng)典力學(xué)的適用范圍和局限性為：

　　（1） 經(jīng)典力學(xué)只適用于______運(yùn)動(dòng)，不適用于_______運(yùn)動(dòng)。

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

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

　　課內(nèi)探究學(xué)案

　　一、學(xué)習(xí)目標(biāo)

　　（1）了解經(jīng)典力學(xué)的發(fā)展歷程和偉大成就。

　　（2）認(rèn)識(shí)經(jīng)典力學(xué)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(duì)論、量子論的建立對(duì)人類(lèi)深入認(rèn)識(shí)客觀世界的作用，知道物理學(xué)改變?nèi)藗兪澜缬^的作用。

　　二、學(xué)習(xí)過(guò)程

　　引入新課

　　進(jìn)行新課

　　請(qǐng)同學(xué)們閱讀課文，閱讀時(shí)考慮下列問(wèn)題

　　1、經(jīng)典力學(xué)取得了哪些輝煌的成就？舉例說(shuō)明。

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

　　3、經(jīng)典力學(xué)的適用范圍是什么？自己概括一下。

　　4、相對(duì)論和量子力學(xué)的出現(xiàn)是否否定了牛頓的經(jīng)典力學(xué)？應(yīng)該怎樣認(rèn)識(shí)？

　　5、怎樣理解英國(guó)劇作家蕭伯納的話“科學(xué)總是從正確走向錯(cuò)誤”？

　　學(xué)生活動(dòng)：閱讀教材，并思考上面的問(wèn)題。分組討論，代表發(fā)言。

　　［學(xué)生A］經(jīng)典力學(xué)在微觀領(lǐng)域和高速運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域不再適用；在不同參考系中不能適用；在強(qiáng)引力的情況下，經(jīng)典的引力理論也是不適用的。

　　［學(xué)生B］因?yàn)槲⒂^粒子（如電子、質(zhì)子、中子）在運(yùn)動(dòng)時(shí)不僅具有粒子性，而且還具有波動(dòng)性，經(jīng)典力學(xué)不能說(shuō)明這種現(xiàn)象，所以它不再適用，同時(shí)在高速運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域，由于物體運(yùn)動(dòng)速度太快，要導(dǎo)致質(zhì)量發(fā)生變化，而經(jīng)典力學(xué)認(rèn)為質(zhì)量是不變的，所以經(jīng)典力學(xué)在高速運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域內(nèi)也不再適用。

　　［學(xué)生C］從上面分析知：牛頓運(yùn)動(dòng)定律的適用范圍是：宏觀物體，低速運(yùn)動(dòng)。

　　從經(jīng)典力學(xué)到相對(duì)論的發(fā)展

　　以牛頓運(yùn)動(dòng)定律為基礎(chǔ)的經(jīng)典力學(xué)中，空間間隔（長(zhǎng)度）s、時(shí)間t和質(zhì)量m這三個(gè)物理量都與物體的運(yùn)動(dòng)速度無(wú)關(guān)。一根尺子靜止時(shí)這樣長(zhǎng)，當(dāng)它運(yùn)動(dòng)時(shí)還是這樣長(zhǎng)；一分鐘不論處于靜止?fàn)顟B(tài)還是處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，其快慢保持不變；一個(gè)物體靜止時(shí)的質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量一樣。這就是經(jīng)典力學(xué)的絕對(duì)時(shí)空觀。

　　到了19世紀(jì)末，面對(duì)高速運(yùn)動(dòng)的微觀粒子發(fā)生的現(xiàn)象，經(jīng)典力學(xué)遇到了困難。在新事物面前，愛(ài)因斯坦打破了傳統(tǒng)的時(shí)空觀，于1905年發(fā)表了題為《論運(yùn)動(dòng)物體的電動(dòng)力學(xué)》的論文，提出了狹義相對(duì)性原理和光速不變?cè)�理，�?chuàng)建了狹義相對(duì)論。狹義相對(duì)論指出：長(zhǎng)度、時(shí)間和質(zhì)量都是隨物體的運(yùn)動(dòng)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(dá)式：

　　

　　上式中，各式里的v都是物體的運(yùn)動(dòng)速度，c是真空中的光速，l0和l分別為在相對(duì)靜止和運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中沿速度方向測(cè)得的物體的長(zhǎng)度；t和t0分別為在相對(duì)靜止和運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)中測(cè)得的時(shí)間；m0和m分別為在相對(duì)靜止和運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中測(cè)得的物體質(zhì)量。

　　但是，當(dāng)宏觀物體的運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)小于光速時(shí)（v<<c），則上面的一些結(jié)果就變?yōu)閘≈l0，t≈t0，m≈m0，因而對(duì)于宏觀低速運(yùn)動(dòng)的物體，使用牛頓定律來(lái)處理問(wèn)題，還是足夠精確的。

　　繼狹義相對(duì)論之后，1915年愛(ài)因斯坦又建立了廣義相對(duì)論，指出空間——時(shí)間不可能離開(kāi)物質(zhì)而獨(dú)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(lèi)對(duì)于時(shí)間、空間和引力現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)大大深化了。“狹義相對(duì)論”和“廣義相對(duì)論”統(tǒng)稱為相對(duì)論。

　　（四）實(shí)例探究

　　［例1］以牛頓運(yùn)動(dòng)定律為基礎(chǔ)的經(jīng)典力學(xué)，在科學(xué)研究和生產(chǎn)技術(shù)中有哪些應(yīng)用?

　　［例2］以牛頓運(yùn)動(dòng)定律為基礎(chǔ)的經(jīng)典力學(xué)的適用范圍是什么?

　　(四)當(dāng)堂檢測(cè)

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

　　2、20世紀(jì)初期，建立了        ，它能夠正確地描述微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

　　3、經(jīng)典力學(xué)只適用于解決          問(wèn)題，不能用來(lái)處理         問(wèn)題，經(jīng)典力學(xué)只適用于      物體，一般不適用于           。

　　4、牛頓運(yùn)動(dòng)定律和萬(wàn)有引力定律在     、         、          的廣闊的領(lǐng)域，包括天體力學(xué)的研究中經(jīng)受了實(shí)踐的檢驗(yàn)，取得了巨大的成就。

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

　　6、經(jīng)典力學(xué)認(rèn)為時(shí)間是        ，質(zhì)量是          ，空間是          。經(jīng)典力學(xué)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(xí)與提高

　　1、關(guān)于經(jīng)典力學(xué)和狹義相對(duì)論，下列說(shuō)法中正確的是（   ）

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

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

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

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

　　2、相對(duì)論告訴我們，物體運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量與其靜止時(shí)的質(zhì)量相比：（    ）

　　A、運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量比靜止時(shí)的質(zhì)量大      B、運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量比靜止時(shí)的質(zhì)量小

　　C、運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量與靜止時(shí)的質(zhì)量相等    D、是兩個(gè)不同的概念無(wú)法比較

　　3、經(jīng)典力學(xué)不能適用下列哪些運(yùn)動(dòng)（   ）

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

　　C、“勇氣號(hào)”宇宙探測(cè)器          D、微觀粒子的波動(dòng)性

　　4、日常生活我們并沒(méi)發(fā)現(xiàn)物體的質(zhì)量隨物體的運(yùn)動(dòng)的速度變化而變化，其原因是（   ）

　　A、運(yùn)動(dòng)中物體無(wú)法稱量質(zhì)量      B、物體的速度遠(yuǎn)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(shuō)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(yùn)動(dòng)的速度無(wú)關(guān)

　　B．只有當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)的速度遠(yuǎn)小于光速時(shí)，才可以認(rèn)為質(zhì)量不變

　　C．只有當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)的速度遠(yuǎn)小于光速時(shí)，物體的質(zhì)量才增大

　　D．物體速度大，說(shuō)明受力大，同時(shí)物體的質(zhì)量也增大

　　6、下列說(shuō)法正確的是（   ）

　　A、物質(zhì)、時(shí)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(shí)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(shí)發(fā)生

　　C、關(guān)經(jīng)過(guò)大質(zhì)量的星體附近時(shí)會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)等現(xiàn)象

　　D、當(dāng)天體的半徑接近“引力半徑”時(shí)，引力趣于無(wú)窮大，牛頓引力理論只要在實(shí)際半徑大于他們的“引力半徑”時(shí)才適應(yīng)

　　7、相對(duì)論給出了物體在            狀態(tài)下所遵循的規(guī)律，量子力學(xué)給出了             世界所遵循的規(guī)律，愛(ài)因斯坦引力理論解決了                          作用下的相關(guān)問(wèn)題，而經(jīng)典力學(xué)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(yùn)動(dòng)，微觀世界所遵循的規(guī)律，強(qiáng)引力，低速運(yùn)動(dòng)、宏觀世界和弱引力作用，高速運(yùn)動(dòng)、微觀世界和強(qiáng)引力作用。