高二物理人教版必修2 6.6經(jīng)典力學(xué)的局限性教案

1、4/44/44/4經(jīng)典力學(xué)的局限性重/難點(diǎn)重點(diǎn)：牛頓運(yùn)動(dòng)定律的適用范圍。難點(diǎn)：高速運(yùn)動(dòng)的物體 ,速度和質(zhì)量之間的關(guān)系。重/難點(diǎn)分析重點(diǎn)分析：讓學(xué)生從多種途徑了解經(jīng)典力學(xué)的開展過程和相關(guān)的物理學(xué)家以及他們的思想。難點(diǎn)分析：高速運(yùn)動(dòng)的物體 ,速度和質(zhì)量之間的關(guān)系是極其抽象的。力爭讓學(xué)生有一個(gè)大概的感性輪廓。讓學(xué)生了解經(jīng)典力學(xué)的偉大成就和它的局限性 ,體會(huì)歷史與邏輯、繼承與開展的統(tǒng)一 ,領(lǐng)悟科學(xué)精神和體會(huì)科學(xué)研究的思想方法。突破策略1、從低速到高速低速到高速的概念：通常所見的物體的運(yùn)動(dòng)皆為低速運(yùn)動(dòng) ,如行駛的汽車 ,發(fā)射的導(dǎo)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

2、,這樣的速度稱為高速。質(zhì)速關(guān)系是：在經(jīng)典力學(xué)中 ,物體的質(zhì)量是不變的 ,但愛因斯坦的狹義相對論指出 ,物體的質(zhì)量隨速度的增大而增大 ,即：其中Db為靜止質(zhì)量 ,m是物體速度為v時(shí)的質(zhì)量 ,c是真空中的光速。例如：1v0.8c時(shí) ,物體的質(zhì)量約增大到靜止質(zhì)量的1.7倍 ,這時(shí)經(jīng)典力學(xué)就不再適用了。2如地球以v30kms的速度繞太陽公轉(zhuǎn)時(shí) ,它的質(zhì)量增大十分微小 ,可以忽略不計(jì)。速度合成與兩個(gè)公設(shè)。一條河流中的水以相對河岸的速度流動(dòng) ,河中的船以相對于河水的速度順流而下 ,在經(jīng)典力學(xué)中 ,船相對于岸的速度即為 =+。經(jīng)驗(yàn)告訴我們 ,這簡直是天經(jīng)地義的 ,但是 ,仔細(xì)一看 ,這個(gè)關(guān)系式涉及兩個(gè)不同的

3、慣性參考系 ,而速度總是與位移(空間長度)及時(shí)間間隔的測量相聯(lián)系 ,在牛頓看來 ,位移和時(shí)間的測量與參考系無關(guān) ,正是在這種時(shí)空的觀念下 ,上式才成立 ,然而 ,相對論認(rèn)為 ,同一過程的位移和時(shí)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(jīng)典力學(xué)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。經(jīng)典力學(xué)是適用于低速運(yùn)動(dòng)的物體還是適用于高速運(yùn)動(dòng)的物體呢？適用于低速運(yùn)動(dòng)的物體閱讀教材科學(xué)漫步局部 ,體會(huì)時(shí)間和空間是什么？2、從宏觀到微觀19世紀(jì)末到20世紀(jì)初 ,人們相繼發(fā)現(xiàn)了電子、質(zhì)子、中子等微觀

4、粒子 ,發(fā)現(xiàn)它們不僅具有粒子性 ,面且具有波動(dòng)性 ,它們的運(yùn)動(dòng)規(guī)律不能用經(jīng)典力學(xué)描述。20世紀(jì)20年代 ,建立了量子力學(xué) ,它能夠正確地描述微觀粒子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律性 ,并在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中發(fā)揮了重要作用。經(jīng)典力學(xué)一般不適用于微觀粒子。相對論和量子力學(xué)的出現(xiàn) ,是否表示經(jīng)典力學(xué)失去了意義？相對論和量子力學(xué)的出現(xiàn) ,說明人類對自然界的認(rèn)識更加廣泛和深入 ,而不表示經(jīng)典力學(xué)失去了意義 ,它只是使人們認(rèn)識到經(jīng)典力學(xué)有它的適用范圍：只適用于低速運(yùn)動(dòng) ,不適用于高速運(yùn)動(dòng) ,只適用于宏觀世界 ,不適用于微觀世界。3、從弱引力到強(qiáng)引力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(yùn)動(dòng) ,并預(yù)言和發(fā)現(xiàn)了海王星和

5、冥王星 ,首次把天上的星體運(yùn)動(dòng)規(guī)律與地面物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律統(tǒng)一起來。愛因斯坦引力理論說明 ,當(dāng)天體半徑減小到一定程度時(shí)(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1實(shí)際的天文觀測 ,行星的運(yùn)行軌道并不是嚴(yán)格閉合的 ,它們的近日點(diǎn)在不斷地旋進(jìn) ,經(jīng)典力學(xué)的解釋令人滿意嗎？用什么理論來圓滿地進(jìn)行了解釋？按牛頓的萬有引力定律推算 ,行星的運(yùn)動(dòng)應(yīng)該是一些橢圓或圓 ,行星沿著這些橢圓或圓做周期性運(yùn)動(dòng) ,與實(shí)際觀測結(jié)果不符 ,經(jīng)典力學(xué)也能作出一些解釋 ,但是 ,水星旋進(jìn)的實(shí)際觀測值比經(jīng)典力學(xué)的預(yù)言值多 ,經(jīng)典力學(xué)的解釋不能令人滿意。愛因斯坦根據(jù)廣義相對論計(jì)算出

6、水星近日點(diǎn)的旋進(jìn)還應(yīng)有43“的附加值 ,同時(shí)還預(yù)言了光線在經(jīng)過大質(zhì)量的星體附近時(shí) ,如經(jīng)過太陽附近時(shí)會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象 ,并且都被觀測證實(shí)。2何為天體的引力半徑？假定一個(gè)球形天體的質(zhì)量不變 ,并通過壓縮減小它的半徑 ,天體外表上的引力將會(huì)增加 ,當(dāng)引力趨于無窮大時(shí) ,被壓縮天體半徑接近的值“引力半徑。只要天體的實(shí)際半徑遠(yuǎn)大于它們的引力半徑 ,那么愛因斯坦和牛頓的理論計(jì)算出的力的差異并不很大 ,但當(dāng)天體的實(shí)際半徑接近引力半徑時(shí) ,這種差異將急劇增大 ,這就是說 ,在強(qiáng)引力的情況下 ,牛頓的萬有引力理論將不再適用。對于這樣的科學(xué)開展過程 ,英國劇作家蕭伯納曾詼諧地說 ,“科學(xué)總是從正確走向錯(cuò)誤這種調(diào)侃

7、倒也不失為一種幽默的表述。3歷史上的科學(xué)成就與新的科學(xué)成就的關(guān)系是什么?歷史上的科學(xué)成就不會(huì)被新的科學(xué)成就所否認(rèn) ,而是作為某些條件下的局部情形 ,被包括在新的科學(xué)成就之中 ,如：當(dāng)物體的速度遠(yuǎn)小于光速c時(shí) ,相對論與經(jīng)典理論的結(jié)論沒有區(qū)別；當(dāng)另一個(gè)重要常數(shù)即“普朗克常數(shù)h可以忽略不計(jì)時(shí) ,量子力學(xué)和經(jīng)典力學(xué)的結(jié)論沒有區(qū)別 ,相對論和量子力學(xué)都沒有否認(rèn)過去的科學(xué) ,面只認(rèn)為過去的科學(xué)是自己在一定條件下的特殊情形。例1：以牛頓運(yùn)動(dòng)定律為根底的經(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？解析：經(jīng)典力學(xué)在科學(xué)研究和生產(chǎn)技術(shù)中有廣泛的應(yīng)用 ,經(jīng)典力學(xué)與天文學(xué)相結(jié)合建立了天體力學(xué)；經(jīng)典力學(xué)和工程實(shí)際相結(jié)合 ,建立了應(yīng)用力學(xué) ,如水利學(xué) ,材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等。從地面上各種物體的運(yùn)動(dòng)到天體的運(yùn)動(dòng)：從大氣的流動(dòng)到地殼的變動(dòng)：從攔柯筑壩、修建橋梁到設(shè)計(jì)各種機(jī)械；從自行車到汽車、火車、飛機(jī)等現(xiàn)代交通工具的運(yùn)動(dòng) ,從投出籃球到發(fā)射導(dǎo)彈、衛(wèi)星、宇宙飛船等等 ,所有這些都服從經(jīng)典力學(xué)規(guī)律。例2：以牛頓運(yùn)動(dòng)定律為根底的經(jīng)典力學(xué)的適用范圍是什么？解析：經(jīng)典力學(xué)只適用于解決低速運(yùn)動(dòng)問題 ,不能用來處理高速運(yùn)動(dòng)問題 ,經(jīng)典力學(xué)只適用于宏觀物體 ,一般不適用于微觀粒子；經(jīng)典力學(xué)只適用