人教版高一物理必修二第六章6.6《經(jīng)典力學(xué)的局限性》教案設(shè)計(jì)

1、經(jīng)典力學(xué)的局限性一、教學(xué)目標(biāo)1 、知識(shí)與技能（ 1）了解經(jīng)典力學(xué)的內(nèi)容、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2、情感態(tài)度與價(jià)值觀了解相對(duì)論、 量子論的建立對(duì)人類深入認(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、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn): 牛頓運(yùn)動(dòng)定律的適用范圍難點(diǎn): 相對(duì)論和量子力學(xué)的初步內(nèi)容三、教學(xué)方法實(shí)例分析、交流討論、自主歸納四、 課時(shí)安排 ： 1 課時(shí)教學(xué)過(guò)程導(dǎo)入新課：【投影電影星際穿越的圖片】教師向?qū)W生簡(jiǎn)單的介紹一下故事情節(jié)。提出問(wèn)題：用什么知識(shí)能解釋影片中出現(xiàn)的奇怪的現(xiàn)象呢？引導(dǎo)學(xué)生思考我們學(xué)過(guò)哪些物 理知識(shí)？通過(guò)提

2、問(wèn)，在學(xué)生回答的基礎(chǔ)上，教師進(jìn)行補(bǔ)充，共同得到結(jié)論。 牛頓運(yùn)動(dòng)定律是研究地面上物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律， 萬(wàn)有引力定律是研究天上物體的運(yùn)動(dòng)。教師小結(jié)： 我們把研究地面上物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的牛頓運(yùn)動(dòng)定律和研究天上物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的萬(wàn)有引力定律組合起來(lái)， 就夠了經(jīng)典力學(xué)的重要組成部分。繼續(xù)提問(wèn)：經(jīng)典力學(xué)還包括什么？師生共同來(lái)回顧萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程， 得到萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程經(jīng)歷了推理猜想驗(yàn)證推廣的過(guò)程，這是科學(xué)的思維方法，結(jié)論：牛頓運(yùn)動(dòng)定律，萬(wàn)有引力定律以及科學(xué)的思維方法它們構(gòu)成了經(jīng)典力學(xué)，板書(shū)： 6.6 節(jié) 經(jīng)典力學(xué)的局限性一、經(jīng)典力學(xué)的內(nèi)容牛頓運(yùn)動(dòng)定律、萬(wàn)有引力定律、科學(xué)思維方法【投影圖片】教師： 有了牛頓

3、的經(jīng)典力學(xué)， 我們可以解釋地面上物體的運(yùn)動(dòng)，例如博爾特起跑，沖刺，以及他在整個(gè)跑步中的任何一個(gè)環(huán)節(jié)，也可以解釋天體運(yùn)動(dòng)，例如嫦娥一號(hào)衛(wèi)星的發(fā)射，變軌，回收，再加上科學(xué)的思維方法，經(jīng)典力學(xué)已經(jīng)非常非常完美了。所以在 1900年英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的新年晚會(huì)上， 開(kāi)爾文勛爵說(shuō)物理學(xué)的大廈已經(jīng)非常完美， 剩下的只是做一些修修補(bǔ)補(bǔ)的工作。 可真的是這樣嗎， 從剛才對(duì)經(jīng)典力學(xué)的回顧我們可以看出， 我們不能解釋為什么女兒年齡會(huì)看上去比父親大，這就說(shuō)明經(jīng)典力學(xué)還是有局限性的。板書(shū)二、經(jīng)典力學(xué)的局限性教師直接告訴學(xué)生經(jīng)典力學(xué)的局限性在牛頓經(jīng)典力學(xué)的時(shí)空觀里。教師：舉例說(shuō)明牛頓時(shí)空觀的內(nèi)容，并提問(wèn)為什么幾百年以來(lái)沒(méi) 有

4、人提出過(guò)異議。學(xué)生：那是因?yàn)槲覀內(nèi)粘Ｉ钪羞\(yùn)動(dòng)的物體速度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于光速,教師：如果達(dá)到或者接近光速，就會(huì)發(fā)生巨大的變化。發(fā)生什么 變化呢？學(xué)生思考教師給出答案：就會(huì)發(fā)生西游記里說(shuō)“天上一天，地下一年”。有科學(xué)依據(jù)嗎？教師：愛(ài)因斯坦在狹義相對(duì)論里給出了計(jì)算公式,其中v是物體的速度，c是光速，t是動(dòng)鐘的所走的時(shí)間，t是靜 止的鐘的所走的時(shí)間，（讓學(xué)生解釋公式的含義）靜止的鐘所走的時(shí) 間的意思就是地球上的人所度過(guò)的時(shí)間， 運(yùn)動(dòng)的鐘所走過(guò)的時(shí)間，指 的是如果宇航員帶一個(gè)手表，他的這個(gè)手表所走的時(shí)間，也就是宇航 員所經(jīng)過(guò)的時(shí)間，如果我們把速度代入計(jì)算，可以得到t=70i就意 味著天上一年，地上七十年呀。

5、由于速度接近光速，所以會(huì)引起時(shí)間 膨脹的現(xiàn)象，動(dòng)鐘變慢的效應(yīng)，而這，就是愛(ài)因斯坦?fàn)敔斕岢龅莫M義相對(duì)論，此時(shí)經(jīng)典力學(xué)已經(jīng)不再適用了板書(shū)1、低速經(jīng)典力學(xué)教師：為什么女兒的年齡看起來(lái)比爸爸的年齡大很多？學(xué)生： 因?yàn)楦赣H做航天飛機(jī)以接近光速飛行了，他的時(shí)間膨脹了，教師：回答的很好?？隙ㄓ型瑢W(xué)想，愛(ài)因斯坦?fàn)敔斦f(shuō)的就一定正確嗎？教師介紹謬子讓我們把目光放到廣傲無(wú)垠的宇宙。宇宙有很多射線，咱們用紫紅色的小球表示宇宙射線中的粒子， 這些粒子碰撞大氣分子會(huì)產(chǎn)生謬子，謬子的速度接近光速， 平均壽命為 2 微秒，然后衰變成其他的粒子，那我們能在地球上觀察到謬子嗎？教師：假設(shè)謬子以 0.99c 的速度穿過(guò)1 萬(wàn)米的大

6、氣層，我們來(lái)計(jì)算一下謬子穿過(guò)大氣層到達(dá)地面的時(shí)間。學(xué)生：需要的時(shí)間是33 微秒，教師： 而謬子的壽命只有2 微秒， 我們應(yīng)該在地面觀察不到謬子，可事實(shí)是我們觀察到了謬子，誰(shuí)能給我解釋呢？學(xué)生：就是因?yàn)榭娮拥乃俣冉咏馑?，所以時(shí)間膨脹動(dòng)鐘變慢，地球上的人覺(jué)得是33 微秒，而謬子自己覺(jué)得只有2 微秒。教師：很好。【投影兩張地球和大氣層的圖片】我們?cè)賮?lái)看這張圖， 這是在地面上看到的地球和大氣層的形狀，都是球形的， 如果我們和謬子同速， 那我們觀察到的地球和大氣層的形狀就發(fā)生了變化，地球和大氣層都變扁了，有科學(xué)依據(jù)嗎?還是愛(ài)因斯坦給出的公式,以10表示桿子的靜止長(zhǎng)度，l表示運(yùn)動(dòng)時(shí)的長(zhǎng)度，v表示桿子的運(yùn)

7、 動(dòng)速度利用這個(gè)公式我們可以算出若 v=0.99c,則L=0.14L0這是個(gè)什么概念呢？請(qǐng)同學(xué)解釋一下。學(xué)生思考，并給出答案。教師進(jìn)一步解釋，如果地面上有一根1米長(zhǎng)的桿，當(dāng)我以0.99c的速度向它運(yùn)動(dòng)過(guò)來(lái)時(shí)，我覺(jué)得這根桿縮短 了，只有14厘米長(zhǎng)，真是因?yàn)檫@個(gè)特點(diǎn)，我們覺(jué)得地球和大氣層都 變扁了。狹義相對(duì)論的另一個(gè)現(xiàn)象長(zhǎng)度收縮現(xiàn)象，動(dòng)尺變短效應(yīng)。讓學(xué)生看公式，教師提問(wèn)：那牛頓力學(xué)錯(cuò)了嗎？根據(jù)學(xué)生的答案，教師總結(jié)：經(jīng)典力學(xué)沒(méi)有錯(cuò)，只是兩者研究的領(lǐng)域不同，經(jīng)典力學(xué)研究低速，狹義相對(duì)論研究高速。低速時(shí)，狹義 相對(duì)論和牛頓運(yùn)動(dòng)定律是相同的。【投影兩張水星軌道的圖片】教師：為什么會(huì)發(fā)生水星進(jìn)動(dòng)現(xiàn)象？教師介

8、紹強(qiáng)引力，簡(jiǎn)單解釋水星進(jìn)動(dòng)的原因板書(shū)2、弱引力一一經(jīng)典力學(xué)【播放視頻】教師：宏觀世界物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律我們已經(jīng)研究的很清楚，比方說(shuō) 投籃，這是科比投籃的圖片，可以說(shuō)籃球出手的瞬間，科比本人和觀察者都能比較準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)籃球運(yùn)動(dòng)的軌跡， 籃球的落點(diǎn)， 以及籃球是否能投中籃筐， 因?yàn)槲覀兛梢愿鶕?jù)經(jīng)典力學(xué)對(duì)籃球受力分析？請(qǐng)一個(gè)同學(xué)分析一下，受重力，具有斜向上的速度，做斜拋。我們可以通過(guò)對(duì)他的受力分析， 以及初速度的大小和方向得到籃球的運(yùn)動(dòng)軌跡， 知道籃球的落點(diǎn)，這是因?yàn)楹暧^物體的運(yùn)動(dòng)具有確定性。教師：如果把籃球縮小到只有電子的大小，再投一次藍(lán)，會(huì)出現(xiàn)什么結(jié)果呢？為了方便觀察電子落點(diǎn)的位置， 我們?cè)诨@框后面放

9、了一個(gè)光屏， 現(xiàn)在我們給電子一個(gè)水平方向的初速度， 電子的運(yùn)動(dòng)軌跡和落點(diǎn)會(huì)是什么樣呢？學(xué)生：都會(huì)落在中間的位置上【播放動(dòng)畫(huà)】教師： 實(shí)際上這個(gè)動(dòng)畫(huà)是模擬一個(gè)實(shí)驗(yàn)， 電子束轟擊鋁箔的實(shí)驗(yàn)，真正的實(shí)驗(yàn)照片是這樣的， 亮的地方表明電子到達(dá)了， 原本以為電子會(huì)只在中間的位置出現(xiàn)， 這兒確實(shí)也比其他地方亮， 說(shuō)明到達(dá)中間的電子還是比較多， 但是還有一些電子卻達(dá)到了環(huán)形位置， 可見(jiàn)在微觀世界里，經(jīng)典力學(xué)不適用了。這個(gè)時(shí)候就要用量子力學(xué)來(lái)解釋，而量子力學(xué)最大的特點(diǎn)就是不確定性。板書(shū) 3、宏觀經(jīng)典力學(xué)根據(jù)板書(shū)，強(qiáng)調(diào)經(jīng)典力學(xué)的適用范圍。教師總結(jié)通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們知道經(jīng)典力學(xué)不是錯(cuò)誤了，而是它有適用范圍。 那未來(lái)會(huì)不會(huì)有一種理論能把相對(duì)論和量子力學(xué)都包括進(jìn)去呢？其實(shí)愛(ài)因斯坦后半生一直想能不能提出