2019-2020年高中物理《經典力學的局限性》教案4 新人教版必修2.doc

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2019-2020年高中物理經典力學的局限性教案4 新人教版必修2一、教學目標1、知識與技能：（1）知道牛頓運動定律的適用范圍（2）了解經典力學在科學研究和生產技術中的廣泛應用（3）知道質量與速度的關系，知道高速運動中必須考慮速度隨時過程與方法。2、過程與方法：（1）通過閱讀課文體會一切科學都有自己的局限性，新的理論會不斷完善和補充舊的理論，人類對科學的認識是無止境的。3、情感態(tài)度與價值觀：通過對牛頓力學適用范圍的討論，使學生知道物理中的結論和規(guī)律一般都有其適用范圍，認識知識的變化性和無窮性，培養(yǎng)獻身于科學的時代精神二、教學內容剖析1、 本節(jié)課的地位和作用： 本節(jié)要求較底，只要理解大體的內容即可。2、本節(jié)課教學重點：牛頓運動定律的適用范圍3、本節(jié)課教學難點：高速運動的物體，速度和質量之間的關系 三、 教學思路與方法探究、講授、討論、練習四、 教學準備多媒體課件課堂教學設計教學環(huán)節(jié)教學內容師生互動設計意圖備注引入“未完成的交響曲”經典力學為什么叫“未完成的交響曲”？師：自從17世紀以來，以牛頓運動定律為基礎的經典力學不斷發(fā)晨，如：在宏觀、低速、弱引力的廣闊領域，包括天體力學的研究中取得了巨大的成就經典力學在科學研究和生產技術中有了廣泛的應用，如，從地面物體的運動到天體的運動，從大氣的流動到地殼的變動，從攔河筑壩、修建橋梁到設計各種機械；從自行車到汽車、火車、飛機等各種交通工其：從投出的籃球到發(fā)射火箭、人造衛(wèi)星、宇宙飛船從而證明了牛頓運動定律的正確性。但是，經典力學也不是萬能的，像一切科學一樣，它沒有也不會窮盡一切真理，它也有自己的局限性它像一切科學理論一樣，是一部“未完成的交響曲”那么經典力學在什么范圍內適用呢?有怎樣的局限性呢?這節(jié)課我們就來了解這方面的知識。 從歷史開始討論，激發(fā)學生的學習熱情。一、從低速到高速一、從低速到高速在經典力學中，物體的質量是不變的，但愛因斯坦的狹義相對論指出，物體的質量隨速度的增大而增大，即：其中m0為靜止質量，m是物體速度為v時的質量，c是真空中的光速。例如：(1)v08c時，物體的質量約增大到靜止質量的17倍，這時經典力學就不再適用了(2)如地球以v30kms的速度繞太陽公轉時，m=l 010 l0lmg，它的質量增大十分微小，可以忽略不計愛因斯坦的相對性原理(1)相對性原理：物理規(guī)律在一切慣性參考系中都具有相同的形式(2)光速不變原理：在一切慣性參考系中，測量到的真空中的光速都一樣一、從低速到高速師：請同學們閱讀教材“從低速到高速”部分回答低速與高速的概念、質速關系、速度合成與兩個公設 師：高速是怎樣的高速？象小車跑起來那樣的高速么？生：不是，低速到高速的概念，通常所見的物體的運動皆為低速運動，如行駛的汽車，發(fā)射的導彈、人造衛(wèi)星及宇宙飛船等有些微觀粒子在一定條件下其速度可以與光速相接近，這樣的速度稱為高速師：在經典力學中，物體的質量是不變的，但愛因斯坦的狹義相對論指出，物體的質量隨速度的增大而增大，即其中m0為靜止質量，m是物體速度為v時的質量，c是真空中的光速。速度合成與分解一條河流中的水以相對河岸的速度v水岸流動，河中的船以相對于河水的速度v船水順流而下在經典力學中，船相對于岸的速度即為v船岸=v船水+v水岸經驗告訴我們，這簡直是天經地義的但是，仔細一看，這個關系式涉及兩個不同的慣性參考系，而速度總是與位移(空間長度)及時間間隔的測量相聯系在牛頓看來，位移和時間的測量與參考系無關，正是在這種時空的觀念下，上式才成立然而，相對論認為，同一過程的位移和時間的測量在不同的參考系中是不同的，因而上式不能成立，經典力學也就不再適用了(1)相對性原理：物理規(guī)律在一切慣性參考系中都具有相同的形式(2)光速不變原理：在一切慣性參考系中，測量到的真空中的光速都一樣師：經典力學是適用于低速運動的物體還是適用于高速運動的物體呢?生：適用于低速運動的物體師：閱讀教材科學漫步部分，體會時間和空間是什么生：時間與空間并沒有講清時間與空間的問題，只是提出問題，激勵我們對未來的探索讓學生親歷知識的導出過程，體驗成功的樂趣是新課程的重要理念 從宏觀到微觀二、從宏觀到微觀只是使人們認識到經典力學有它的適用范圍：只適用于低速運動，不適用于高速運動，只適用于宏觀世界，不適用于微觀世界。二、從宏觀到微觀師：請同學們閱讀教材“從宏觀到微觀”部分，并說明經典力學是適用于宏觀物體還是微觀物體。生1：19世紀末到20世紀初，人們相繼發(fā)現了電子、質子、中子等微觀粒子，發(fā)現它們不僅具有粒子性，而且具有波動性，它們的運動規(guī)律不能用經典力學描述經典力學適用于宏觀物體。生2：20世紀20年代，建立了量子力學，它能夠正確地描述微觀粒子運動的規(guī)律性，并在現代科學技術中發(fā)揮了重要作用經典力學一般不適用于微觀粒子師：相對論和量子力學的出現，是否表示經典力學失去了意義?生：相對論和量子力學的出現，說明人類對自然界的認識更加廣泛和深入，而不表示經典力學失去了意義它只是使人們認識到經典力學有它的適用范圍：只適用于低速運動，不適用于高速運動，只適用于宏觀世界，不適用于微觀世界。同時讓學生自己探究問題，可以激發(fā)學生的學習興趣與動機，同時也可以使他們養(yǎng)成善于運動知識的習慣。從弱引力到強引力三、從弱引力到強引力在強引力的情況下，牛頓的萬有引力理論將不再適用三、從弱引力到強引力(展示問題)師：請同學們閱讀教材“從弱引力到強引力”部分，并回答問題：何為弱引力?何為強引力?生：萬有引力屬于弱引力利用萬有引力定律可以解釋天體的運動，并預言和發(fā)現了海王星和冥王星，首次把天上的星體運動規(guī)律與地面物體的運動規(guī)律統(tǒng)一起來愛因斯坦引力理論表明，當天體半徑減小到一定程度時(太陽的引力半徑為3 km，地球的引力半徑為1 m)，天體間的引力就趨于無窮大討論與交流)(展示問題)師：實際的天文觀測，行星的運行軌道并不是嚴格閉合的，它們的近日點在不斷地旋進經典力學的解釋令人滿意嗎?用什么理論來圓滿地進行了解釋?(投影)生：按牛頓的萬有引力定律推算，行星的運動應該是一些橢圓或圓，行星沿著這些橢圓或圓做周期性運動，與實際觀測結果不符經典力學也能作出一些解釋，但是，水星旋進的實際觀測值比經典力學的預言值多經典力學的解釋不能令人滿意 愛因斯坦根據廣義相對論計算出水星近日點的旋進還應有43/的附加值，同時還預言了光線在經過大質量的星體附近時，如經過太陽附近時會發(fā)生偏轉現象并且都被觀測證實師：何為天體的引力半徑?生：假定一個球形天體的質量不變，并通過壓縮減小它的半徑，天體表面上的引力將會增加，當引力趨于無窮大時，被壓縮天體半徑接近的值“引力半徑”只要天體的實際半徑遠大于它們的引力半徑，那么愛因斯坦和牛頓的理論計算出的力的差異并不很大但當天體的實際半徑接近引力半徑時，這種差異將急劇增大這就是說，在強引力的情況下，牛頓的萬有引力理論將不再適用師：對于這樣的科學發(fā)展過程，英國劇作家蕭伯納曾詼諧地說，科學總是從正確走向錯誤”這種調佩倒也不失為一種幽默的表述師：歷史上的科學成就與新的科學成就的關系是什么?生：歷史上的科學成就不會被新的科學成就所否定，而是作為某些條件下的局部情形，被包括在新的科學成就之中如：當物體的速度遠小于光速c(3X108ms)時，相對論與經典理論的結論沒有區(qū)別；當另一個重要常數即“普朗克常數”h(663X10-34Js)可以忽略不計時量子力學和經典力學的結論沒有區(qū)別相對論和量子力學都沒有否定過去的科學，面只認為過去的科學是自己在一定條件下的特殊情形 培養(yǎng)學生通過分析，自己找到答案的能力。例題例1以牛頓運動定律為基礎的經典力學，在科學研究和生產技術中有哪些應用?參考答案：經典力學在科學研究和生產技術中有廣泛的應用經典力學與天文學相結合建立了天體力學；經典力學和工程實際相結合，建立了應用力學，如水利學，材料力學、結構力學等從地面上各種物體的運動到天體的運動：從大氣的流動到地殼的變動：從攔柯筑壩、修建橋梁到設計各種機械；從自行車到汽車、火車、飛機等現代交通工具的運動，從投出籃球到發(fā)射導彈、衛(wèi)星、宇宙飛船等等，所有這些都服從經典力學規(guī)律例2以牛頓運動定律為基礎的經典力學的適用范圍是什么?參考答案：經典力學只適用于解決低速運動問題，不能用來處理高速運動問題，經典力學只適用于宏觀物體，一般不適用于微觀粒子：經典力學只適用于解決弱引力問題，不能用來處理強引力問題課堂訓練120世紀初，著名物理學家愛因斯坦提出了 ，改變了經典力學的一些結論在經典力學中，物體的質量是 的，而相對論指出質量隨著速度變化而 220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經典力學只適用于解決 問題，不能用來處理問題，經典力學只適用于物體，一般不適用于 4微觀粒子的運動不僅具有 性同時具有波動性它們的運動規(guī)律很多情況下不能用經典力學來說明要增強正確描述微觀粒子的運動規(guī)律，需要用 5牛頓運動規(guī)律只適用于 物體的運動，狹義相對論闡述物體在以 的速度運動時所遵從的規(guī)律參考答案1狹義相對論 固定不變 變化2量子力學3低速運動 高速運動 宏觀 微觀粒子4粒子 量子力學5宏觀、低速 接近光速初步把握本節(jié)的知識，并用它來解決實際問題。不要空洞的說教，在實戰(zhàn)中了解、積累解決問題的經驗。印象深刻，避免不必要的重復學習。小結小結：本節(jié)學習了經典力學的局限性：(1)從低速到高速：在經典力學中，物體的質量m是不隨運動狀態(tài)改變的，而狹義相對論指出，質量要隨著物體的運動速度的增大而增大即(2)從宏觀到微觀：相對論和量子力學的出現，并不說明經典力學失去了意義只說明它有一定的適用范圍：只適用于低速運動，不適用于高速運動；只適用于宏觀世界，不適用于微觀世界(3)從弱引力到強引力：相對論物理學與經典物理學的結論沒有區(qū)別相對論與量子力學都沒有否定過去的科學，而只是認為科學在一定條件下有其特殊性經典力學只適用于弱引力，不適用于強引力學生課后鞏固，總擴本節(jié)的知識及內容。作業(yè)作業(yè)：1、認真閱讀教材認識到物理中的結論和規(guī)律一般都有其適用范圍，認識知識的變化性和無窮性，培養(yǎng)獻身于科學的時代精神2、閱讀教材83頁科學足跡欄目中的短文牛頓的科學生涯，體會和學習牛頓獻身科學的精神通過制作實驗把握本節(jié)中的重點，通過題目進一步鞏固學習的內容，增強學生的自學能力。視野拓展宇宙是由“無”誕生的嗎？宇宙是從沒有時間、沒有空間、沒有物質，也沒有能量的“無”開始，因量子力學的“穿隧效應”而突然誕生的。剛出生時的宇宙大小只有10-34厘米，也就是1厘米的一兆分之一的百分之一。宇宙一經誕生便立即產生憑借真空的能量產生急劇的膨脹，并在極為短暫的時間內演化成龐大的宇宙。這就是最新的宇宙誕生模型。但是，問題還沒有全部解決，因為至今還沒有任何一種理論能夠處理宇宙誕生瞬間的時間和空間。這種理論叫做“量子重力論”，不完成這個理論，就不能斷定宇宙是否真因穿隧效應而誕生。如果量子重力理論的觀點來看空間，或許到處都有超微小的黑洞和蟲洞不斷地產生又消滅。如果在21世紀中，我們能夠建立量子重力理論，將上述問題解決，則剩下來的問題大概就是：在無數生生滅滅的宇宙之中，是否存在著和我們一樣的智慧生物？ 宇宙的起源宇宙是廣漠空間和其中存在的各種天體以及彌漫物質的總稱。 宇宙是物質世界，它處于不斷的運動和發(fā)展中。 淮南子原道訓 注：“四方上下曰宇，古往今來曰宙，以喻天地?！奔从钪媸翘斓厝f物的總稱。 千百年來，科學家們一直在探尋宇宙是什么時候、如何形成的。直到今天，科學家們才確信，宇宙是由大約150億年前發(fā)生的一次大爆炸形成的。 在爆炸發(fā)生之前，宇宙內的所存物質和能量都聚集到了一起，并濃縮成很小的體積，溫度極高，密度極大，之后發(fā)生了大爆炸。 大爆炸使物質四散出擊，宇宙空間不斷膨脹，溫度也相應下降，后來相繼出現在宇宙中的所有星系、恒星、行星乃至生命，都是在這種不斷膨脹冷卻的過程中逐漸形成的。 然而，大爆炸而產生宇宙的理論尚不能確切地解釋，“在所存物質和能量聚集在一點上”之前到底存在著什么東西？ “大爆炸理論”是伽莫夫于1946年創(chuàng)建的。