高中物理人教版第六章萬有引力與航天經(jīng)典力學的局限性 精品_第1頁
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第六節(jié)經(jīng)典力學的局限性教學設計設計思想本節(jié)是全章的終結性內(nèi)容,屬于介紹性的內(nèi)容。主要引領學生學習認識到經(jīng)典力學的局限性,領會經(jīng)典力學的適用范圍,初步感受相對論和量子力學的知識。其目的在于使學生拓展知識、開闊視野的同時,正確認識物理學理論的發(fā)展與適用范圍。本節(jié)在經(jīng)典物理學和近代物理學之間起著承上啟下的作用,既有對前面所學知識的回顧、評價,也為后續(xù)學習做好了鋪墊。不僅在學生知識體系中占有重要的地位,而且在學生的思想、世界觀、人生觀的形成中也有著重要的地位。本節(jié)具體計劃沿著教科所書的規(guī)劃,“從低速到高速”、“從宏觀到微觀”、“從弱引力到強引力”幾個方面提出問題,討論問題,分析問題,引起學生的思考,激活學生的思維,帶領學生從經(jīng)典力學的教室步入相對論和量子力學的學堂。在“從低速到高速”的討論中,計劃首先讓學生閱讀課本46頁的“科學漫步”,通過講解、分析、師生討論,讓學生了解狹義相對論中時間與空間的觀點,了解在相對論的時空觀中,物體的質量和與速度有關系。在“從宏觀到微觀”的討論中,通過講解介紹,讓學生了解還有量子力學知識,它能正確地描述微觀粒子的規(guī)律性。在“從弱引力到強引力”的討論中,引導學生了解廣義相對論是一種新的時空與引力理論,是對牛頓引力理論的修正,但并不否定牛頓引力理論,牛頓引力理論被包括在新的時空與引力理論之中。最后,借助教材提出的問題:“相對論和量子力學是哪一種更廣泛理論的特殊情形呢?”啟發(fā)學生繼續(xù)去深入地思考和研究。教學目標(一)知識與技能1、了解經(jīng)典力學的發(fā)展歷程和廣泛應用。2、知道牛頓運動定律的適用范圍和局限性。3、了解牛頓研究物理問題的思想方法。4、了解愛因斯坦相對論理論的初步知識。(二)過程與方法1、體會科學理論有自己的局限性,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。2、通過懷疑、思考、討論、分析“從絕對時空觀到相對時空觀”、“從低速到高速”、“從宏觀到微觀”、“從弱引力到強引力”的問題,“經(jīng)歷”并體驗研究物理問題的思想方法。(三)情感、態(tài)度與價值觀1、通過學習,認識物理規(guī)律一般都有其適用范圍,感受真理的相對性和無限性,產(chǎn)生追求科學、獻身于科學的愿望。2、通過講解、討論,以及閱讀“科學漫步”、“科學足跡”等欄目,激勵學生對未知科學的探索,領悟科學大師的科學精神、科學思想和科學思維。3、通過學習相對論、量子力學的初步知識,認識物理學對改變?nèi)藗兪澜缬^的巨大作用,形成科學的世界觀。教學重點牛頓運動定律的適用范圍和局限性。愛因斯坦相對論理論的初步知識。教學難點“經(jīng)歷”并體驗研究物理問題的思想方法。教學資源多媒體課件教法設計課前自主學習和合作學習相結合,鼓勵和組織學生收集三方面的資料:①經(jīng)典力學的發(fā)展歷程及相應的物理學家;②經(jīng)典力學的偉大成就;③經(jīng)典力學的適用范圍和局限性。讓學生相互交流收集到的資料,開始建立對經(jīng)典力學的整體性認識。課堂采取問題引領式教學,通過對教師提出問題的懷疑、思考、討論、分析,引起學生的思考,激活學生的思維,帶領學生從經(jīng)典力學的教室步入相對論的學堂。教學過程教師活動學生活動設計意圖引入新課新課教學建立對經(jīng)典力學的整體性認識二、經(jīng)典力學的適用范圍和局限性。1、從低速到高速2、從宏觀到微觀3、從弱引力到強引力三、科學的頭腦就是去懷疑,去證實,去發(fā)現(xiàn)的精神!布置作業(yè):根據(jù)課前自主學習和合作學習,請以小組為單位發(fā)言,從以下三方面介紹小組學習的成果:①經(jīng)典力學的發(fā)展歷程及相應的物理學家;②經(jīng)典力學的偉大成就;③經(jīng)典力學的適用范圍和局限性。在學生發(fā)言的基礎上講解:(1)經(jīng)典力學的發(fā)展歷程。主要發(fā)展歷程可分四個階段:a、 哥白尼時代(包括開普勒的工作),特點為擺脫神學統(tǒng)治;b、 伽利略時代,特點為建立實驗方法;c、 牛頓時代,特點為總結出經(jīng)典力學體系;d、 后牛頓時代,特點為經(jīng)典力學的廣泛應用。(2)經(jīng)典力學創(chuàng)立的科學思維方法(3)經(jīng)典力學對人類文明的貢獻a、由于經(jīng)典力學研究的是自然界最基本最普遍的機械運動規(guī)律,因此,經(jīng)典力學成為一系列科學技術發(fā)展的基礎;b、經(jīng)典力學推動了數(shù)學分析、物理學各分支的發(fā)展;c、經(jīng)典力學成為一系列技術應用的理論基礎。從絕對時空觀到相對時空觀提出問題:1、速度有無極限?2、時間和空間是否是絕對一成不變的?讓學生閱讀課本46頁的“科學漫步”《時間與空間是什么》經(jīng)典力學受速度限制的分析牛頓力學的絕對時空觀絕對的,真正的和數(shù)學的時間自己流逝著,并由于它的本性而均勻的與任何外界對象無關的流逝著?!nD絕對空間,就其本質來說,獨立于外界任何事物,總是始終如一和靜止不動的?!nD牛頓的局限:1)絕對時空觀,認為時間與空間無關,時空與運動無關,是絕對的物理量。2)當一些問題牛頓解釋不了時,它就只好用上帝的萬能來解釋,為此牛頓花費了后半生的心血,這正是牛頓的悲劇。介紹愛因斯坦的狹義相對論中時間與空間的觀點。1905年,出生于德國的美籍物理學家阿爾伯特·愛因斯坦(1879──1955)發(fā)表了狹義相對論。這個理論指出在宇宙中唯一不變的是光線在真空中的速度,其它任何事物──速度、長度、質量和經(jīng)過的時間,都隨觀察者的參考系(特定觀察)而變化。1)同時的相對性:A、動畫課件演示;狹義相對論認為時間不是絕對的(即固定不變的)。愛因斯坦指出,隨著物體(觀察者所見到的)線性運動速度的加快,時間會變慢。使用同步原子鐘已證實了這個結論的正確性,將一個鐘表留在地面上,而攜帶另一個以很快速度移動(如在噴氣式飛機上),隨后進行比較,靜止的鐘表總比另一個稍微快一點。B、愛因斯坦火車火車上的觀測者說:光源在AB的中點,應同時到達A、B兩點,地面上的人看見先到達B點,后到A點。2)長度的相對性:動畫課件演示;愛爾蘭物理學家喬治·佛茲杰拉德(1851──1901)提出,物質會在運動的方向上收縮(縮?。@意味著根據(jù)一個靜止觀察者的觀點,一枚以接近光線運行的火箭所表現(xiàn)出的長度會比它靜止時更短,盡管乘坐火箭的人看來并沒有什么兩樣。愛因斯坦指出,任何物體以光速運動時,其長度將會縮短為零。3)質量的相對性:物體運動時的質量與靜止質量的關系結論:經(jīng)典力學只適用于低速運動,不適用于高速運動。提出問題:微觀粒子的行為與宏觀物體是否遵循相同的規(guī)律。講解:19世紀末和20世紀初,物理學研究深入到微觀世界,發(fā)現(xiàn)電子、質子等微觀粒子既具有粒子性,又具有波動性,這不能用經(jīng)典力學來解釋。1924年,德國物理學家德布羅意大膽地提出,所有的實物都具有波動性,人們把它稱為物質波,也叫德布羅意波。20世紀20年代,量子力學建立了,它能正確描述微觀粒子的運動規(guī)律,并在現(xiàn)代科學技術中發(fā)揮著重要作用。結論:經(jīng)典力學只適用于宏觀世界,不適用于微觀世界。提出問題:按照經(jīng)典力學理論,行星沿橢圓軌道繞太陽運動,有時離太陽近些,有時遠些。然而天文觀測卻告訴我們并非如此。為什么?指導學生閱讀課文46-47頁。講解:按照經(jīng)典力學理論,行星沿橢圓軌道繞太陽運動,有時離太陽近些,有時遠些。然而天文觀測卻告訴我們并非如此。太陽的巨大質量使它周圍的空間發(fā)生彎曲,其結果是,行星每公轉一周它的軌道的長軸都比上一個周期偏轉一個角度,這個現(xiàn)象叫做行星軌道的旋進。理論分析表明只有水星軌道的進動比較顯著,達到約每世紀°。這個現(xiàn)象早在廣義相對論出現(xiàn)之前就已經(jīng)發(fā)現(xiàn),只是無法解釋,所以它實際是廣義相對論的最早的佐證。講解:通常物體的引力場都太弱,在太陽或者行星的引力場中,經(jīng)典力學與愛因斯坦的理論得出的引力沒有和大差別。但是,對于宇宙中的有一些天體,如白矮星,其表面的引力比常見的要強得多,牛頓的引力理論就不再適用了。20世紀初觀測到太陽引力場引起的光線彎曲。由于太陽引力場的作用,我們有可能看到太陽后面的恒星(上圖).但是,平時的明亮天空使我們無法觀星,所以最好的時機是發(fā)生日全食的時候。1919年5月29日恰好有一次日全食,兩支英國考察隊分赴幾內(nèi)亞灣和巴西進行觀測,其結果完全證實了愛因斯坦的預言。這是廣義相對論的最早的驗證。結論:經(jīng)典力學只適用于弱引力,不適用于強引力。提出問題:相對論是否全盤否定了牛頓的經(jīng)典力學理論?總結:歷史上的科學成就不會被新的科學成就所否定,而是作為某些條件之下的局部情形,被包括在新的科學成就之中。啟發(fā)、講解、討論自然和自然的法則在黑暗中隱藏;上帝說,讓牛頓去吧!于是一切都被照亮。――蒲柏科學總是從正確走向錯誤。――蕭伯納相對論好像是:“光彩奪目的火箭,它在黑暗的夜空,突然劃出一道道十分強烈的光輝,照亮了廣闊的未知領域。”――德布羅意科學的頭腦就是去懷疑,去證實,去發(fā)現(xiàn)的精神!――愛因斯坦相對論和量子力學是哪一種更廣泛理論的特殊情形呢?我們現(xiàn)在還不知道。。。。。。課外閱讀“科學足跡”。課外閱讀相對論及量子力學知識。以小組為單位發(fā)言介紹小組學習的成果:回憶思考(1)經(jīng)典力學的發(fā)展歷程。②經(jīng)典力學的偉大成就。學生閱讀課本46頁的“科學漫步”《時間與空間是什么》同教師一起討論分析牛頓力學的絕對時空觀同教師一起討論分析愛因斯坦的狹義相對論中時間與空間的觀點。觀察動畫課件演示;分析討論愛因斯坦火車。觀察動畫課件演示;分析、討論。分析記憶物體運動時的質量與靜止質量的關系。同教師一起探討量子力學如何描述微觀粒子的運動規(guī)律。學生閱讀課文46-47頁。同教師一起探討、分析同教師一起探討、分析同教師一起探討、分析同教師一起探討、思考記錄作業(yè)培養(yǎng)學生自主學習、合作學習、收集資料能力,培養(yǎng)文字表達及語言表達能力。建立對經(jīng)典力學的整體性認識。通過講解、分析、師生討論,讓學生了解牛頓的絕對時空觀的局限,了解愛因斯坦的狹義相對論中時間與空間的觀點。通過實例分析,加深對狹義相對論中時間與空間的觀點的理解。激勵學生產(chǎn)生了解量子力學知識的愿望。使學生了解廣義相對論的觀點,認識經(jīng)典

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