高中物理人教版第六章萬(wàn)有引力與航天經(jīng)典力學(xué)的局限性 精品

第六節(jié)經(jīng)典力學(xué)的局限性教學(xué)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)思想本節(jié)是全章的終結(jié)性內(nèi)容，屬于介紹性的內(nèi)容。主要引領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)認(rèn)識(shí)到經(jīng)典力學(xué)的局限性，領(lǐng)會(huì)經(jīng)典力學(xué)的適用范圍，初步感受相對(duì)論和量子力學(xué)的知識(shí)。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)理論的發(fā)展與適用范圍。本節(jié)在經(jīng)典物理學(xué)和近代物理學(xué)之間起著承上啟下的作用，既有對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的回顧、評(píng)價(jià)，也為后續(xù)學(xué)習(xí)做好了鋪墊。不僅在學(xué)生知識(shí)體系中占有重要的地位，而且在學(xué)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(jì)劃沿著教科所書(shū)的規(guī)劃，“從低速到高速”、“從宏觀到微觀”、“從弱引力到強(qiáng)引力”幾個(gè)方面提出問(wèn)題，討論問(wèn)題，分析問(wèn)題，引起學(xué)生的思考，激活學(xué)生的思維，帶領(lǐng)學(xué)生從經(jīng)典力學(xué)的教室步入相對(duì)論和量子力學(xué)的學(xué)堂。在“從低速到高速”的討論中，計(jì)劃首先讓學(xué)生閱讀課本46頁(yè)的“科學(xué)漫步”，通過(guò)講解、分析、師生討論，讓學(xué)生了解狹義相對(duì)論中時(shí)間與空間的觀點(diǎn)，了解在相對(duì)論的時(shí)空觀中，物體的質(zhì)量和與速度有關(guān)系。在“從宏觀到微觀”的討論中，通過(guò)講解介紹，讓學(xué)生了解還有量子力學(xué)知識(shí)，它能正確地描述微觀粒子的規(guī)律性。在“從弱引力到強(qiáng)引力”的討論中，引導(dǎo)學(xué)生了解廣義相對(duì)論是一種新的時(shí)空與引力理論，是對(duì)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(shí)空與引力理論之中。最后，借助教材提出的問(wèn)題：“相對(duì)論和量子力學(xué)是哪一種更廣泛理論的特殊情形呢？”啟發(fā)學(xué)生繼續(xù)去深入地思考和研究。教學(xué)目標(biāo)（一）知識(shí)與技能1、了解經(jīng)典力學(xué)的發(fā)展歷程和廣泛應(yīng)用。2、知道牛頓運(yùn)動(dòng)定律的適用范圍和局限性。3、了解牛頓研究物理問(wèn)題的思想方法。4、了解愛(ài)因斯坦相對(duì)論理論的初步知識(shí)。（二）過(guò)程與方法1、體會(huì)科學(xué)理論有自己的局限性，新的理論會(huì)不斷完善和補(bǔ)充舊的理論，人類對(duì)科學(xué)的認(rèn)識(shí)是無(wú)止境的。2、通過(guò)懷疑、思考、討論、分析“從絕對(duì)時(shí)空觀到相對(duì)時(shí)空觀”、“從低速到高速”、“從宏觀到微觀”、“從弱引力到強(qiáng)引力”的問(wèn)題，“經(jīng)歷”并體驗(yàn)研究物理問(wèn)題的思想方法。（三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀1、通過(guò)學(xué)習(xí)，認(rèn)識(shí)物理規(guī)律一般都有其適用范圍，感受真理的相對(duì)性和無(wú)限性，產(chǎn)生追求科學(xué)、獻(xiàn)身于科學(xué)的愿望。2、通過(guò)講解、討論，以及閱讀“科學(xué)漫步”、“科學(xué)足跡”等欄目，激勵(lì)學(xué)生對(duì)未知科學(xué)的探索，領(lǐng)悟科學(xué)大師的科學(xué)精神、科學(xué)思想和科學(xué)思維。3、通過(guò)學(xué)習(xí)相對(duì)論、量子力學(xué)的初步知識(shí)，認(rèn)識(shí)物理學(xué)對(duì)改變?nèi)藗兪澜缬^的巨大作用，形成科學(xué)的世界觀。教學(xué)重點(diǎn)牛頓運(yùn)動(dòng)定律的適用范圍和局限性。愛(ài)因斯坦相對(duì)論理論的初步知識(shí)。教學(xué)難點(diǎn)“經(jīng)歷”并體驗(yàn)研究物理問(wèn)題的思想方法。教學(xué)資源多媒體課件教法設(shè)計(jì)課前自主學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)相結(jié)合，鼓勵(lì)和組織學(xué)生收集三方面的資料：①經(jīng)典力學(xué)的發(fā)展歷程及相應(yīng)的物理學(xué)家；②經(jīng)典力學(xué)的偉大成就；③經(jīng)典力學(xué)的適用范圍和局限性。讓學(xué)生相互交流收集到的資料，開(kāi)始建立對(duì)經(jīng)典力學(xué)的整體性認(rèn)識(shí)。課堂采取問(wèn)題引領(lǐng)式教學(xué)，通過(guò)對(duì)教師提出問(wèn)題的懷疑、思考、討論、分析，引起學(xué)生的思考，激活學(xué)生的思維，帶領(lǐng)學(xué)生從經(jīng)典力學(xué)的教室步入相對(duì)論的學(xué)堂。教學(xué)過(guò)程教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖引入新課新課教學(xué)建立對(duì)經(jīng)典力學(xué)的整體性認(rèn)識(shí)二、經(jīng)典力學(xué)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(qiáng)引力三、科學(xué)的頭腦就是去懷疑,去證實(shí),去發(fā)現(xiàn)的精神!布置作業(yè)：根據(jù)課前自主學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)，請(qǐng)以小組為單位發(fā)言，從以下三方面介紹小組學(xué)習(xí)的成果：①經(jīng)典力學(xué)的發(fā)展歷程及相應(yīng)的物理學(xué)家；②經(jīng)典力學(xué)的偉大成就；③經(jīng)典力學(xué)的適用范圍和局限性。在學(xué)生發(fā)言的基礎(chǔ)上講解：(1)經(jīng)典力學(xué)的發(fā)展歷程。主要發(fā)展歷程可分四個(gè)階段：a、 哥白尼時(shí)代（包括開(kāi)普勒的工作）,特點(diǎn)為擺脫神學(xué)統(tǒng)治；b、 伽利略時(shí)代,特點(diǎn)為建立實(shí)驗(yàn)方法；c、 牛頓時(shí)代,特點(diǎn)為總結(jié)出經(jīng)典力學(xué)體系；d、 后牛頓時(shí)代,特點(diǎn)為經(jīng)典力學(xué)的廣泛應(yīng)用。（2）經(jīng)典力學(xué)創(chuàng)立的科學(xué)思維方法（3）經(jīng)典力學(xué)對(duì)人類文明的貢獻(xiàn)a、由于經(jīng)典力學(xué)研究的是自然界最基本最普遍的機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律,因此,經(jīng)典力學(xué)成為一系列科學(xué)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)；b、經(jīng)典力學(xué)推動(dòng)了數(shù)學(xué)分析、物理學(xué)各分支的發(fā)展；c、經(jīng)典力學(xué)成為一系列技術(shù)應(yīng)用的理論基礎(chǔ)。從絕對(duì)時(shí)空觀到相對(duì)時(shí)空觀提出問(wèn)題：1、速度有無(wú)極限？2、時(shí)間和空間是否是絕對(duì)一成不變的？讓學(xué)生閱讀課本46頁(yè)的“科學(xué)漫步”《時(shí)間與空間是什么》經(jīng)典力學(xué)受速度限制的分析牛頓力學(xué)的絕對(duì)時(shí)空觀絕對(duì)的，真正的和數(shù)學(xué)的時(shí)間自己流逝著，并由于它的本性而均勻的與任何外界對(duì)象無(wú)關(guān)的流逝著?！ｎD絕對(duì)空間，就其本質(zhì)來(lái)說(shuō)，獨(dú)立于外界任何事物，總是始終如一和靜止不動(dòng)的?！ｎD牛頓的局限：1)絕對(duì)時(shí)空觀，認(rèn)為時(shí)間與空間無(wú)關(guān)，時(shí)空與運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)，是絕對(duì)的物理量。2)當(dāng)一些問(wèn)題牛頓解釋不了時(shí)，它就只好用上帝的萬(wàn)能來(lái)解釋，為此牛頓花費(fèi)了后半生的心血，這正是牛頓的悲劇。介紹愛(ài)因斯坦的狹義相對(duì)論中時(shí)間與空間的觀點(diǎn)。1905年，出生于德國(guó)的美籍物理學(xué)家阿爾伯特·愛(ài)因斯坦（1879──1955）發(fā)表了狹義相對(duì)論。這個(gè)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(zhǎng)度、質(zhì)量和經(jīng)過(guò)的時(shí)間，都隨觀察者的參考系（特定觀察）而變化。1）同時(shí)的相對(duì)性：A、動(dòng)畫(huà)課件演示；狹義相對(duì)論認(rèn)為時(shí)間不是絕對(duì)的（即固定不變的）。愛(ài)因斯坦指出，隨著物體（觀察者所見(jiàn)到的）線性運(yùn)動(dòng)速度的加快，時(shí)間會(huì)變慢。使用同步原子鐘已證實(shí)了這個(gè)結(jié)論的正確性，將一個(gè)鐘表留在地面上，而攜帶另一個(gè)以很快速度移動(dòng)（如在噴氣式飛機(jī)上），隨后進(jìn)行比較，靜止的鐘表總比另一個(gè)稍微快一點(diǎn)。B、愛(ài)因斯坦火車火車上的觀測(cè)者說(shuō):光源在AB的中點(diǎn),應(yīng)同時(shí)到達(dá)A、B兩點(diǎn),地面上的人看見(jiàn)先到達(dá)B點(diǎn)，后到A點(diǎn)。2）長(zhǎng)度的相對(duì)性：動(dòng)畫(huà)課件演示；愛(ài)爾蘭物理學(xué)家喬治·佛茲杰拉德（1851──1901）提出，物質(zhì)會(huì)在運(yùn)動(dòng)的方向上收縮（縮小），這意味著根據(jù)一個(gè)靜止觀察者的觀點(diǎn)，一枚以接近光線運(yùn)行的火箭所表現(xiàn)出的長(zhǎng)度會(huì)比它靜止時(shí)更短，盡管乘坐火箭的人看來(lái)并沒(méi)有什么兩樣。愛(ài)因斯坦指出，任何物體以光速運(yùn)動(dòng)時(shí)，其長(zhǎng)度將會(huì)縮短為零。3）質(zhì)量的相對(duì)性：物體運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量與靜止質(zhì)量的關(guān)系結(jié)論：經(jīng)典力學(xué)只適用于低速運(yùn)動(dòng)，不適用于高速運(yùn)動(dòng)。提出問(wèn)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(jì)末和20世紀(jì)初，物理學(xué)研究深入到微觀世界，發(fā)現(xiàn)電子、質(zhì)子等微觀粒子既具有粒子性，又具有波動(dòng)性，這不能用經(jīng)典力學(xué)來(lái)解釋。1924年，德國(guó)物理學(xué)家德布羅意大膽地提出，所有的實(shí)物都具有波動(dòng)性，人們把它稱為物質(zhì)波，也叫德布羅意波。20世紀(jì)20年代，量子力學(xué)建立了，它能正確描述微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中發(fā)揮著重要作用。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。提出問(wèn)題：按照經(jīng)典力學(xué)理論，行星沿橢圓軌道繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)，有時(shí)離太陽(yáng)近些，有時(shí)遠(yuǎn)些。然而天文觀測(cè)卻告訴我們并非如此。為什么？指導(dǎo)學(xué)生閱讀課文46－47頁(yè)。講解：按照經(jīng)典力學(xué)理論，行星沿橢圓軌道繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)，有時(shí)離太陽(yáng)近些，有時(shí)遠(yuǎn)些。然而天文觀測(cè)卻告訴我們并非如此。太陽(yáng)的巨大質(zhì)量使它周圍的空間發(fā)生彎曲，其結(jié)果是，行星每公轉(zhuǎn)一周它的軌道的長(zhǎng)軸都比上一個(gè)周期偏轉(zhuǎn)一個(gè)角度，這個(gè)現(xiàn)象叫做行星軌道的旋進(jìn)。理論分析表明只有水星軌道的進(jìn)動(dòng)比較顯著，達(dá)到約每世紀(jì)°。這個(gè)現(xiàn)象早在廣義相對(duì)論出現(xiàn)之前就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，只是無(wú)法解釋，所以它實(shí)際是廣義相對(duì)論的最早的佐證。講解：通常物體的引力場(chǎng)都太弱，在太陽(yáng)或者行星的引力場(chǎng)中，經(jīng)典力學(xué)與愛(ài)因斯坦的理論得出的引力沒(méi)有和大差別。但是，對(duì)于宇宙中的有一些天體，如白矮星，其表面的引力比常見(jiàn)的要強(qiáng)得多，牛頓的引力理論就不再適用了。20世紀(jì)初觀測(cè)到太陽(yáng)引力場(chǎng)引起的光線彎曲。由于太陽(yáng)引力場(chǎng)的作用，我們有可能看到太陽(yáng)后面的恒星（上圖）.但是，平時(shí)的明亮天空使我們無(wú)法觀星，所以最好的時(shí)機(jī)是發(fā)生日全食的時(shí)候。1919年5月29日恰好有一次日全食，兩支英國(guó)考察隊(duì)分赴幾內(nèi)亞灣和巴西進(jìn)行觀測(cè)，其結(jié)果完全證實(shí)了愛(ài)因斯坦的預(yù)言。這是廣義相對(duì)論的最早的驗(yàn)證。結(jié)論：經(jīng)典力學(xué)只適用于弱引力，不適用于強(qiáng)引力。提出問(wèn)題：相對(duì)論是否全盤否定了牛頓的經(jīng)典力學(xué)理論？總結(jié)：歷史上的科學(xué)成就不會(huì)被新的科學(xué)成就所否定，而是作為某些條件之下的局部情形，被包括在新的科學(xué)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(shuō)，讓牛頓去吧！于是一切都被照亮。――蒲柏科學(xué)總是從正確走向錯(cuò)誤。――蕭伯納相對(duì)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(qiáng)烈的光輝，照亮了廣闊的未知領(lǐng)域?！报D―德布羅意科學(xué)的頭腦就是去懷疑,去證實(shí),去發(fā)現(xiàn)的精神!――愛(ài)因斯坦相對(duì)論和量子力學(xué)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(xué)足跡”。課外閱讀相對(duì)論及量子力學(xué)知識(shí)。以小組為單位發(fā)言介紹小組學(xué)習(xí)的成果：回憶思考(1)經(jīng)典力學(xué)的發(fā)展歷程。②經(jīng)典力學(xué)的偉大成就。學(xué)生閱讀課本46頁(yè)的“科學(xué)漫步”《時(shí)間與空間是什么》同教師一起討論分析牛頓力學(xué)的絕對(duì)時(shí)空觀同教師一起討論分析愛(ài)因斯坦的狹義相對(duì)論中時(shí)間與空間的觀點(diǎn)。觀察動(dòng)畫(huà)課件演示；分析討論愛(ài)因斯坦火車。觀察動(dòng)畫(huà)課件演示；分析、討論。分析記憶物體運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量與靜止質(zhì)量的關(guān)系。同教師一起探討量子力學(xué)如何描述微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。學(xué)生閱讀課文46－47頁(yè)。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(xué)生自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、收集資料能力，培養(yǎng)文字表達(dá)及語(yǔ)言表達(dá)能力。建立對(duì)經(jīng)典力學(xué)的整體性認(rèn)識(shí)。通過(guò)講解、分析、師生討論，讓學(xué)生了解牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀的局限，了解愛(ài)因斯坦的狹義相對(duì)論中時(shí)間與空間的觀點(diǎn)。通過(guò)實(shí)例分析，加深對(duì)狹義相對(duì)論中時(shí)間與空間的觀點(diǎn)的理解。激勵(lì)學(xué)生產(chǎn)生了解量子力學(xué)知識(shí)的愿望。使學(xué)生了解廣義相對(duì)論的觀點(diǎn)，認(rèn)識(shí)經(jīng)典