人教版高一物理第六節(jié)必修2)力學(xué)的局限性教學(xué)設(shè)計(jì)

1、第6節(jié) 經(jīng)典力學(xué)的局限性【教材分析】本節(jié)是全章的終結(jié)性?xún)?nèi)容，也屬于介紹性?xún)?nèi)容。前面幾節(jié)內(nèi)容使學(xué)生對(duì)牛頓力學(xué)產(chǎn)生敬仰之時(shí)，來(lái)一個(gè)經(jīng)典力學(xué)的局限性的介紹，其目的在于使學(xué)生拓展知識(shí)、開(kāi)闊視野的同時(shí)，正確認(rèn)識(shí)物理學(xué)理論發(fā)展與適用范圍。教科書(shū)從低速到高速、宏觀到微觀、弱引力到強(qiáng)引力三方面介紹了經(jīng)典力學(xué)的局限性。學(xué)過(guò)本節(jié)之后，要學(xué)生知道，盡管前面已經(jīng)體會(huì)到了萬(wàn)有引力的輝煌成就，但是真理具有相對(duì)性，在新的領(lǐng)域還有新的規(guī)律等待我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)?！緦W(xué)情分析】授課班級(jí)是一中理科實(shí)驗(yàn)班，學(xué)生思維相對(duì)比較敏捷、知識(shí)面相對(duì)比較廣。通過(guò)已有的知識(shí)和課前預(yù)習(xí)，對(duì)經(jīng)典力學(xué)的局限性和相對(duì)論知識(shí)有一定的了解。因此，注重人文、德育教育并

2、適當(dāng)拓寬知識(shí)面是這節(jié)課的宗旨?！窘虒W(xué)目標(biāo)】1知識(shí)與技能（1）了解經(jīng)典力學(xué)的發(fā)展歷程和偉大成就，知道經(jīng)典力學(xué)發(fā)展歷程中有哪些物理學(xué)家作出了突出貢獻(xiàn)。（2）認(rèn)識(shí)經(jīng)典力學(xué)的局限性和適用范圍。初步了解微觀和高速世界中的奇妙現(xiàn)象。（3）了解相對(duì)論、量子論的建立對(duì)人類(lèi)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。2過(guò)程與方法（1）通過(guò)收集對(duì)經(jīng)典力學(xué)建立作出重要貢獻(xiàn)的物理學(xué)家的故事，把科學(xué)成果的發(fā)現(xiàn)過(guò)程展現(xiàn)為歷史的過(guò)程，從而讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到歷史的發(fā)展有承接，科學(xué)的發(fā)展也一樣。（2）通過(guò)收集和交流具體實(shí)例來(lái)分析說(shuō)明經(jīng)典力學(xué)所取得的偉大成就，培養(yǎng)學(xué)生就某一觀點(diǎn)或結(jié)論收集例證的能力，培養(yǎng)學(xué)生獲取和評(píng)價(jià)信息的

3、能力。3情感、態(tài)度與價(jià)值觀（1）使學(xué)生領(lǐng)悟和感受科學(xué)研究方法的正確使用對(duì)科學(xué)發(fā)展的重要意義，體會(huì)經(jīng)典力學(xué)在人類(lèi)認(rèn)識(shí)自然以及物理學(xué)發(fā)展中的重要影響和作用。（2）感受物理學(xué)家充滿(mǎn)著艱巨性和創(chuàng)造性的科學(xué)探究過(guò)程，從而讓學(xué)生更好地把握科學(xué)探究的本質(zhì)，領(lǐng)悟科學(xué)探究的真諦。（3）感受物理學(xué)所揭示的自然規(guī)律中蘊(yùn)藏著和諧、有序、簡(jiǎn)單、統(tǒng)一的科學(xué)美，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科學(xué)的審美能力，領(lǐng)悟自然界的內(nèi)在秩序與和諧?！窘虒W(xué)重難點(diǎn)】1. 經(jīng)典力學(xué)遇到的困難和現(xiàn)代物理學(xué)的新成就2. 情感、態(tài)度和價(jià)值觀方面的教育?！窘虒W(xué)方法】 采用引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)的方法，鼓勵(lì)和組織學(xué)生在收集資料的基礎(chǔ)上進(jìn)行討論和交流，建立起對(duì)經(jīng)典力學(xué)的

4、整體性認(rèn)識(shí)。【教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)】 通過(guò)一張關(guān)于地球到月球之間距離的圖片，引入一個(gè)關(guān)于時(shí)空觀話(huà)題的思考和討論，引入課題。一經(jīng)典力學(xué)的巨大成就來(lái)源:Z,xx,k.Com經(jīng)典力學(xué)，通常叫牛頓力學(xué)，主要研究宏觀物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。牛頓在伽利略、開(kāi)普勒等人工作的基礎(chǔ)上，把地面上物體的運(yùn)動(dòng)與行星的運(yùn)動(dòng)綜合起來(lái)進(jìn)行深入研究，發(fā)現(xiàn)了機(jī)械運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律牛頓運(yùn)動(dòng)三定律和萬(wàn)有引力定律。他的不朽名著自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理，為經(jīng)典力學(xué)奠定了基礎(chǔ)。 經(jīng)典力學(xué)是最早形成的物理理論，后來(lái)的許多理論，包括相對(duì)論和量子力學(xué)，它們的形成都受到經(jīng)典力學(xué)的影響。 二經(jīng)典力學(xué)方法論的意義 比較亞里士多德、伽利略、牛頓所采用的科學(xué)研究方法的特點(diǎn)和

5、區(qū)別以及對(duì)科學(xué)發(fā)展的意義1.伽利略關(guān)于機(jī)械運(yùn)動(dòng)的研究，將實(shí)驗(yàn)和邏輯推理（包括數(shù)學(xué)演算）和諧地結(jié)合起來(lái)“自然數(shù)學(xué)化”方法2.牛頓的研究方法：“歸納-演繹法”回顧經(jīng)典力學(xué)的發(fā)展歷程時(shí)，強(qiáng)調(diào)：科學(xué)家在科學(xué)探索的道路上所具有的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新精神，與困難做斗爭(zhēng)的堅(jiān)忍不拔甚至犧牲精神。學(xué)生在了解這些科學(xué)家的故事和貢獻(xiàn)時(shí)，也完全可能了解到對(duì)某些科學(xué)家有褒有貶的評(píng)價(jià)，對(duì)此應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生看待科學(xué)家的成果要放在特定的歷史背景下去評(píng)說(shuō)，應(yīng)用歷史的觀點(diǎn)進(jìn)行科學(xué)教育三經(jīng)典力學(xué)遇到的問(wèn)題1. 1887年，邁克耳孫-莫雷實(shí)驗(yàn)“第一朵烏云”思考與討論：假設(shè)有一艘宇宙飛船，它的速度高達(dá)（光速的）。你的同學(xué)帶著一個(gè)激光電筒在飛船中，

6、你帶一個(gè)激光電筒站在地面上。（1）當(dāng)飛船向你飛來(lái)時(shí)，你向飛船發(fā)出一束激光，你的同學(xué)在飛船中測(cè)得的激光速度是多大？（2）當(dāng)飛船遠(yuǎn)離你而去時(shí)，你向飛船發(fā)出一束激光，你的同學(xué)在飛船中測(cè)得的激光速度是多大？（3）當(dāng)飛船向你飛來(lái)時(shí)，同學(xué)向你發(fā)出一束激光，你測(cè)得的激光速度是多大？第1個(gè)問(wèn)題的答案是，第2個(gè)是，第3個(gè)問(wèn)題是。這就是我們學(xué)習(xí)在經(jīng)典力學(xué)中學(xué)習(xí)的運(yùn)動(dòng)的合成與分解知識(shí)，我們對(duì)這些答案從未懷疑，認(rèn)為是理所當(dāng)然的。但1887年，邁克耳孫-莫雷實(shí)驗(yàn)告訴我們，這些答案都是錯(cuò)誤的，實(shí)驗(yàn)證明，光速與光源的運(yùn)動(dòng)和觀察者無(wú)關(guān)。這就是威廉·湯姆孫所說(shuō)的“在晴朗天空遠(yuǎn)處的第一朵烏云”。2.黑體輻射“第二朵烏云

7、”我們知道，常溫下我們看到的物體的顏色就是反射光所致。如果某種物體能夠完全吸收入射的各種光而不發(fā)生反射，這種物體我們把它叫做黑體。對(duì)黑色的空腔發(fā)出來(lái)的波進(jìn)行觀察時(shí)，按照我們的想法，波的頻率應(yīng)該是連續(xù)的，各種頻率都有，但實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，黑體輻射波的頻率是不連續(xù)的。這就是威廉·湯姆孫所說(shuō)的“第二朵烏云”。3.水星進(jìn)動(dòng)四現(xiàn)代物理學(xué)的初步知識(shí)正是由于這些經(jīng)典物理學(xué)無(wú)法解釋的實(shí)驗(yàn)事實(shí)，引起了物理學(xué)一場(chǎng)偉大的革命，導(dǎo)致了現(xiàn)代物理學(xué)的誕生。1.狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本原理（1）在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的。狹義相對(duì)性原理（2）真空中的光速在不同的參考系中都是相同的，光速與光源、觀察者間的

8、相對(duì)運(yùn)動(dòng)沒(méi)有關(guān)系。光速不變?cè)韽倪@兩個(gè)假設(shè)出發(fā)，經(jīng)過(guò)邏輯推理（包括數(shù)學(xué)推導(dǎo)）所得出的大量結(jié)論都與事實(shí)相符，如運(yùn)動(dòng)物理的質(zhì)量： 運(yùn)動(dòng)物體質(zhì)量會(huì)發(fā)生變化時(shí)間延緩效應(yīng)： 運(yùn)動(dòng)物體上的時(shí)間變慢了長(zhǎng)度收縮效應(yīng)： 運(yùn)動(dòng)的桿，長(zhǎng)度變短結(jié)論：經(jīng)典力學(xué)在低速時(shí)成立，在接近光速時(shí)就不成立了。在低速運(yùn)動(dòng)中，地球以的速度繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)時(shí)，它的質(zhì)量增大十分微小，可以忽略，經(jīng)典力學(xué)完全適用。但是如果物體的速度接近光速，例如速度時(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)就不適用了。再比如：在經(jīng)典力學(xué)中，這簡(jiǎn)直就是天經(jīng)地義。但仔細(xì)想一想，這個(gè)關(guān)系式涉及兩個(gè)不同的慣性參考系，而速度總是與位移（空間長(zhǎng)度）及時(shí)間間隔的測(cè)量

9、相聯(lián)系。在牛頓看來(lái)，位移的測(cè)量、時(shí)間的測(cè)量都與參考系無(wú)關(guān)，正是在這種時(shí)空觀下，上式才成立。然而，相對(duì)論認(rèn)為，同一過(guò)程的位移和時(shí)間的測(cè)量在不同參考系中是不同的，因而上式不能成立，經(jīng)典力學(xué)也就不適用了。2.量子力學(xué)為了解釋黑體輻射現(xiàn)象， 1900年底，普朗克做出了大膽的假設(shè)：帶電微粒輻射或吸收能量時(shí)，是以一個(gè)最小能量值為單位一份一份地輻射或吸收！這個(gè)不可再分的最小能量值叫做能量子。后來(lái)愛(ài)因斯坦通過(guò)光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)了普朗克的假設(shè)并發(fā)展了量子理論。結(jié)論：經(jīng)典力學(xué)只適用于宏觀世界，不適用于微觀世界。3.廣義相對(duì)論廣義相對(duì)論的兩個(gè)基本原理：（1）在任何參考系（靜止、勻速、加速）中物理規(guī)律都是相同的。廣義相對(duì)性原理（2）一個(gè)均勻的引力場(chǎng)與一個(gè)做勻加速運(yùn)動(dòng)的參考系等價(jià)等效原理然后結(jié)合數(shù)學(xué)方法，經(jīng)一番運(yùn)算得出：強(qiáng)引力會(huì)使光線(xiàn)彎曲（日食圖片），強(qiáng)引力造成了水星的進(jìn)動(dòng)現(xiàn)象，這些都無(wú)法用經(jīng)典力學(xué)的觀點(diǎn)解釋?zhuān)f(wàn)有引力是廣義相對(duì)論的時(shí)空彎曲理論在弱引力場(chǎng)中的近似表達(dá)。結(jié)論：經(jīng)典力學(xué)只適用于弱引力，不適用于強(qiáng)引力。歷史上的科學(xué)成就不會(huì)被新的科學(xué)成就所否定，而是作為某些條件下的局部情形，被包含在新的科學(xué)成就之中，正如相對(duì)論并沒(méi)有否定經(jīng)典物理學(xué)，盡管相對(duì)論更具有普遍性，但是經(jīng)典物理學(xué)作為它的低速近似，在