高三物理教案：《经典力学的局限性》教学设计

　　一、预习目标

　　（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。

　　二、预习内容

　　（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。

　　课内探究学案

　　一、学习目标

　　（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。

　　二、学习过程

　　引入新课

　　进行新课

　　请同学们阅读课文，阅读时考虑下列问题

　　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。

　　［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。

　　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。质量随速度的变化关系可以用下列方程表达式：

　　

　　上式中，各式里的v都是物体的运动速度，c是真空中的光速，l0和l分别为在相对静止和运动系统中沿速度方向测得的物体的长度；t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<<c），则上面的一些结果就变为l≈l0，t≈t0，m≈m0，因而对于宏观低速运动的物体，使用牛顿定律来处理问题，还是足够精确的。

　　继狭义相对论之后，1915年爱因斯坦又建立了广义相对论，指出空间——时间不可能离开物质而独立存在，空间的结构和性质取决于物质的分布，使人类对于时间、空间和引力现象的认识大大深化了。“狭义相对论”和“广义相对论”统称为相对论。

　　（四）实例探究

　　［例1］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?

　　［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?

　　(四)当堂检测

　　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变化而         。

　　2、20世纪初期，建立了        ，它能够正确地描述微观粒子的运动规律。

　　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、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        ，质量是          ，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。

　　课后练习与提高

　　1、关于经典力学和狭义相对论，下列说法中正确的是（   ）

　　A．经典力学只适用于低速运动，不适用于与高速运动（速度接近于真空中的光速）

　　B．狭义相对论只适用于高速运动（速度接近于真空中的光速），不适用于低速运动

　　C．经典力学既适用于低速运动，也适用与高速运动（速度接近于真空中的光速）

　　D．狭义相对论既适用于高速运动（速度接近于真空中的光速），也适用于低速运动

　　2、相对论告诉我们，物体运动时的质量与其静止时的质量相比：（    ）

　　A、运动时的质量比静止时的质量大      B、运动时的质量比静止时的质量小

　　C、运动时的质量与静止时的质量相等    D、是两个不同的概念无法比较

　　3、经典力学不能适用下列哪些运动（   ）

　　A、火箭的发射                    B、宇宙飞船绕地球的运动

　　C、“勇气号”宇宙探测器          D、微观粒子的波动性

　　4、日常生活我们并没发现物体的质量随物体的运动的速度变化而变化，其原因是（   ）

　　A、运动中物体无法称量质量      B、物体的速度远小于光速，质量变化极小

　　C、物体的质量太大              D、物体的质量不随速度的变化而变化

　　5、以下关于物体的质量的说法中正确的是（   ）

　　A．质量是物体固有的属性，其大小与物体运动的速度无关

　　B．只有当物体运动的速度远小于光速时，才可以认为质量不变

　　C．只有当物体运动的速度远小于光速时，物体的质量才增大

　　D．物体速度大，说明受力大，同时物体的质量也增大

　　6、下列说法正确的是（   ）

　　A、物质、时间、空间是紧密联系的统一体

　　B、在某参考系中观察某一物理现象是同时发生的，但在另一参考系中，仍观察该物理现象也一定是同时发生

　　C、关经过大质量的星体附近时会发生偏转等现象

　　D、当天体的半径接近“引力半径”时，引力趣于无穷大，牛顿引力理论只要在实际半径大于他们的“引力半径”时才适应

　　7、相对论给出了物体在            状态下所遵循的规律，量子力学给出了             世界所遵循的规律，爱因斯坦引力理论解决了                          作用下的相关问题，而经典力学只适用于                            ，不适用于                          。

　　参考答案

　　1.AD  2。 A  3。 D  4。 B  5。 B  6。 ACD  7。高速运动，微观世界所遵循的规律，强引力，低速运动、宏观世界和弱引力作用，高速运动、微观世界和强引力作用。