高中物理新课标人教版必修2优秀教案： 经典力学的局限性_新课标高中物理必修一
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经典力学的局限性
整体设计
牛顿运动定律和万有引力定律在宏观、低速、弱引力的广阔领域，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.但是，像一切科学一样，经典力学也有自己的局限性.当物体的运动速度远小于真空中的光速时，经典力学完全适用.20世纪初，著名物理学家爱因斯坦建立了狭义相对论.狭义相对论阐述物体在以接近光的速度运动时所遵从的规律，它得出了一些不同于经典力学的观念和结论.经典力学不适用于高速运动问题，并且经典力学对微观粒子的运动也束手无策.量子力学能够正确描述微观粒子运动的规律性，并在现代科技中发挥了重要作用.经典力学的适用范围：低速、宏观物体的运动；量子力学的研究对象：高速、微观物体的运动.本节从低速与高速、宏观与微观、弱引力到强引力三个方面介绍了经典力学的局限性.这三个方面的具体内容都不要求学生掌握，但是学过本节之后，学生会知道尽管前面已经体会到了万有引力的辉煌成就，但它没有穷尽一切真理，在新的领域还有新的规律等待我们去发现，文中“未完成的交响曲”“相对论和量子力学是哪一种广泛的理论的特殊情形呢？我们现在还不知道……”，这些内容安排的着眼点都在情感态度与价值观方面的教育功能.从低速到高速的讨论中，教材提到经典力学的相对运动问题，建议在此之前做一定的补充讲解.“科学漫步”的“时间与空间”并没有讲清时间与空间的问题，只是提出问题，激励学生未来的探索，它的目的同样在于情感态度与价值观的教育功能.教学重点
了解经典力学的局限性.教学难点
了解相对论、量子力学与经典力学的关系.课时安排
1课时 三维目标 知识与技能
1.知道以牛顿运动定律为基础的经典力学的适用范围.2.知道相对论、量子力学和经典力学的关系.过程与方法
经历科学家建立相对论和量子论的思维探索过程，认识科学思维的意义.情感态度与价值观
1.了解科学理论的相对性，知道科学理论发展过程的继承与摒弃.2.通过时间与空间的问题，激励学生对未来的探索.教学过程
导入新课 情景导入
情境1 《原理》将成为一座永垂不朽的深邃智慧的纪念碑，它向我们揭示了最伟大的宇宙定律.这部著作是高于人类一切其他思想产物的杰作，这个简单而普遍的定律的发现，因为它囊括对象之巨大和多样性，给予人类智慧以光荣.——
18、19世纪法国著名天文学家和天体力学家拉普拉斯
问题：1.在经典力学和狭义相对论中，物体的质量有何不同？ 2.狭义相对论中物体的质量表达式是怎样的？
3.在经典力学和狭义相对论中，位移和时间的测量在不同参考系中有何区别？ 学生带着问题阅读课文，分组讨论、归纳.明确：1.在经典力学中，物体的质量不随运动状态而改变，而在狭义相对论中，质量要随着物体运动速度的增大而增大.2.m=m01vc22.m0:物体静止时的质量，m:物体速度为v时的质量，c是真空中的光速.3.在经典力学中，同一过程的位移和时间的测量在不同参考系中是相同的；在狭义相对论中，同一过程的位移和时间的测量在不同参考系中是不同的.例1 如果真空中的光速为c=3.0×108 m/s,当一个物体的运动速度为v1=2.4×108 m/s时，质量为3 kg.当它的速度为1.8×108 m/s时，质量为多少？ 解答：根据狭义相对论，m=
m01vc22,由题意知：
m1=m01(v12)c,m2=
m01(v22)c, 所以m1m22v212cv1212c44395,所以m2=m1kg=2.25 kg.33445例2 继哥白尼提出“太阳中心说”、开普勒提出行星运动三定律后，牛顿站在巨人的肩膀上，创立了经典力学，揭示了包括行星在内的宏观物体的运动规律；爱因斯坦既批判了牛顿力学的不足，又进一步发展了牛顿的经典力学，创立了相对论.这说明（）
①世界无限广大，人不可能认识世界，只能认识世界的一部分
②人的意识具有能动性，能够正确地反映客观世界
③人对世界的每一个正确认识都有局限性，需要发展和深化
④每一个认识都可能被后人推翻，人不可能获得正确的认识
A.①②③④
B.①②③
C.①③④
D.②③
解答：发现总是来自于认识过程，观点总是为解释发现而提出的.主动认识世界，积极思考问题，追求解决（解释）问题，这是科学研究的基本轨迹.任何一个人对客观世界的认识都要受当时的客观条件和科学水平的制约，所以所形成的“正确理解”都有一定的局限性.爱因斯坦的相对论理论是对牛顿力学的理论的发展和深化，但也有人正在向爱因斯坦理论挑战.所以正确选项为D.课堂训练
1.一个粒子，原来静止时对应的质量为m0.则：（1）当这个粒子的速度为3×107 m/s时，它增大的质量占原来质量的百分比是多少？（2）当这个粒子的速度为2.4×108 m/s时，它增大的质量占原来质量的百分比又是多少？ 答案：(1)0.5%(2)66.7%
物体的__________问题，不能用来处理__________运动问题；只适用于__________物体，一般不适用于__________粒子.这说明人们对客观事物的具体认识在广度上是有__________的，人们应当__________.解析：人们对客观世界的认识要受到他所处的时代客观条件和科学水平的制约，所以形成的看法也都具有一定的局限性，人们只有不断扩展自己的认识，才能掌握更广阔领域内的不同事物的本质与规律；新的科学诞生并不意味着对原来科学的全盘否定，只能认为过去的科学是新的科学在一定条件下的特殊情形.答案：低速运动
高速
宏观
微观
局限性
不断扩展认识，在更广阔的领域内掌握不同事物的本质与规律 课堂训练
1.19世纪末和20世纪初以来，物理学的研究深入到__________，发现__________、__________、__________等微观粒子不仅有__________，而且有__________，它们的运动规律不能用经典力学来说明.答案：微观世界
电子
质子
中子
粒子性
波动性 2.对于经典力学理论，下列说法中正确的是（）
A.经典力学是物理学和天文学的基础，也是现代工程技术的理论基础
B.经典力学的理论体系是经过几代科学家长期的探索，历经曲折才建立起来的 C.经典力学具有丰富的理论成果，也建立了实证科学的方法体系 D.当物体运动速度很大（v→c）、引力很强、活动空间很小（微观）时，经典力学理论所得的结果与实际结果之间出现了较大的偏差 答案：ABCD 3.以下说法正确的是（）
A.在经典力学中，物体的质量不随运动状态而改变，在狭义相对论中，物体的质量也不随运动状态而改变
B.在经典力学中，物体的质量随物体运动速度增大而减小，在狭义相对论中，物体的质量随物体速度的增大而增大
C.在经典力学中，物体的质量是不变的，在狭义相对论中，物体的质量随物体速度增大而增大 D.上述说法都是错误的 答案：C
4.关于经典力学和量子力学，下列说法中正确的是（）
A.不论是对宏观物体，还是微观粒子，经典力学和量子力学都是适用的 B.量子力学适用于宏观物体的运动；经典力学适用于微观粒子的运动 C.经典力学适用于宏观物体的运动；量子力学适用于微观粒子的运动 D.上述说法都是错误的 答案：C 课堂小结
通过对万有引力定律的学习，我们了解了万有引力定律的辉煌成就，但是通过本节的学习，我们又了解到它并没有穷尽一切真理，在新的领域还有新的规律等待我们去发现.在本节的学习过程中，我们从三个方面体会经典力学的局限性：①从低速到高速；②从宏观到微观；③从弱引力到强引力.布置作业
1.阅读教材科学足迹中牛顿的科学生涯.2.从网上查阅有关经典力学、量子力学、相对论的资料.板书设计
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