高中物理（教案+習(xí)題）經(jīng)典力學(xué)的局限性

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精安圖一中物理教案時(shí)間：2017年月日課題§6.6經(jīng)典力學(xué)的局限性課型新授課（2課時(shí)）教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與技能1．知道牛頓運(yùn)動(dòng)定律的適用范圍．2．了解經(jīng)典力學(xué)在科學(xué)研究和生產(chǎn)技術(shù)中的廣泛應(yīng)用．3。知道質(zhì)量與速度的關(guān)系，知道高速運(yùn)動(dòng)中必須考慮速度隨時(shí)過程與方法通過閱讀課文體會(huì)一切科學(xué)都有自己的局限性，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)是無止境的．情感、態(tài)度與價(jià)值觀通過對(duì)牛頓力學(xué)適用范圍的討論，使學(xué)生知道物理中的結(jié)論和規(guī)律一般都有其適用范圍，認(rèn)識(shí)知識(shí)的變化性和無窮性，培養(yǎng)獻(xiàn)身于科學(xué)的時(shí)代精神．教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)牛頓運(yùn)動(dòng)定律的適用范圍教學(xué)難點(diǎn)高速運(yùn)動(dòng)的物體，速度和質(zhì)量之間的關(guān)系．教學(xué)方法探究、講授、討論、練習(xí)教學(xué)手段教具準(zhǔn)備錄像資料，多媒體課件教學(xué)活動(dòng)［新課導(dǎo)入］師：自從17世紀(jì)以來，以牛頓運(yùn)動(dòng)定律為基礎(chǔ)的經(jīng)典力學(xué)不斷發(fā)晨，如：在宏觀、低速、弱引力的廣闊領(lǐng)域，包括天體力學(xué)的研究中取得了巨大的成就．經(jīng)典力學(xué)在科學(xué)研究和生產(chǎn)技術(shù)中有了廣泛的應(yīng)用，如，從地面物體的運(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)，從攔河筑壩、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)等各種交通工其:從投出的籃球到發(fā)射火箭、人造衛(wèi)星、宇宙飛船……從而證明了牛頓運(yùn)動(dòng)定律的正確性。但是，經(jīng)典力學(xué)也不是萬能的，像一切科學(xué)一樣，它沒有也不會(huì)窮盡一切真理,它也有自己的局限性．它像一切科學(xué)理論一樣，是一部“未完成的交響曲”．那么經(jīng)典力學(xué)在什么范圍內(nèi)適用呢？有怎樣的局限性呢？這節(jié)課我們就來了解這方面的知識(shí)．[新課教學(xué)]一、從低速到高速(展示問題)師：請(qǐng)同學(xué)們閱讀教材“從低速到高速"部分．回答低速與高速的概念、質(zhì)速關(guān)系、速度合成與兩個(gè)公設(shè)．生: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，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(duì)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：(1）v＝0．8c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v＝30km／s的速度繞太陽公轉(zhuǎn)時(shí),m=l010lOlmo，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(duì)河岸的速度v水岸流動(dòng)，河中的船以相對(duì)于河水的速度v船水順流而下．在經(jīng)典力學(xué)中，船相對(duì)于岸的速度即為v船岸=v船水+v水岸經(jīng)驗(yàn)告訴我們，這簡(jiǎn)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)量相聯(lián)系．在牛頓看來，位移和時(shí)間的測(cè)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(duì)論認(rèn)為,同一過程的位移和時(shí)間的測(cè)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(duì)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?cè)恚涸谝磺袘T性參考系中,測(cè)量到的真空中的光速‘都一樣．師：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?生：適用于低速運(yùn)動(dòng)的物體．師:閱讀教材科學(xué)漫步部分，體會(huì)時(shí)間和空間是什么．生：時(shí)間與空間并沒有講清時(shí)間與空間的問題，只是提出問題，激勵(lì)我們對(duì)未來的探索．二、從宏觀到微觀師：請(qǐng)同學(xué)們閱讀教材“從宏觀到微觀”部分，并說明經(jīng)典力學(xué)是適用于宏觀物體還是微觀物體。生：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．師：相對(duì)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?生：相對(duì)論和量子力學(xué)的出現(xiàn)，說明人類對(duì)自然界的認(rèn)識(shí)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(shí)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。三,從弱引力到強(qiáng)引力(展示問題)師：請(qǐng)同學(xué)們閱讀教材“從弱引力到強(qiáng)引力”部分，并回答問題：何為弱引力？何為強(qiáng)引力?生：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．愛因斯坦引力理論表明，當(dāng)天體半徑減小到一定程度時(shí)（太陽的引力半徑為3km，地球的引力半徑為1m),天體間的引力就趨于無窮大．［討論與交流）（展示問題)（1)實(shí)際的天文觀測(cè)，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？(投影)生：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(cè)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(cè)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(duì)論計(jì)算出水星近日點(diǎn)的旋進(jìn)還應(yīng)有43’（2)何為天體的引力半徑？生：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，天體表面上的引力將會(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(duì)于這樣的科學(xué)發(fā)展過程，英國(guó)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)佩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?生：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(3X108m／s）時(shí)，相對(duì)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(6．63X10—34J的科學(xué)是自己在一定條件下的特殊情形．(例11以牛頓運(yùn)動(dòng)定律為基礎(chǔ)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？參考答案：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)定律為基礎(chǔ)的經(jīng)典力學(xué)的適用范圍是什么?參考答案：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)只適用于解決弱引力問題,不能用來處理強(qiáng)引力問題．［課堂訓(xùn)練]1．20世紀(jì)初，著名物理學(xué)家愛因斯坦提出了,改變了經(jīng)典力學(xué)的一些結(jié)論．在經(jīng)典力學(xué)中，物體的質(zhì)量是的,而相對(duì)論指出質(zhì)量隨著速度變化而2．20世紀(jì)初期，建立了,它能夠正確地描述微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律．3．經(jīng)典力學(xué)只適用于解決問題，不能用來處理-—問題,經(jīng)典力學(xué)只適用于物體，一般不適用于．4．微觀粒子的運(yùn)動(dòng)不僅具有性．同時(shí)具有波動(dòng)性．它們的運(yùn)動(dòng)規(guī)律很多情況下不能用經(jīng)典力學(xué)來說明．要增強(qiáng)正確描述微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,需要用．5．牛頓運(yùn)動(dòng)規(guī)律只適用于物體的運(yùn)動(dòng)，狹義相對(duì)論闡述物體在以的速度運(yùn)動(dòng)時(shí)所遵從的規(guī)律．參考答案1．狹義相對(duì)論固定不變變化2．量子力學(xué)3．低速運(yùn)動(dòng)高速運(yùn)動(dòng)宏觀微觀粒子4．粒子量子力學(xué)5．宏觀、低速接近光速[小結(jié)］本節(jié)學(xué)習(xí)了經(jīng)典力學(xué)的局限性：（1)從低速到高速：在經(jīng)典力學(xué)中，物體的質(zhì)量m是不隨運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的，而狹義相對(duì)論指出，質(zhì)量要隨著物體的運(yùn)動(dòng)速度的增大而增大．即（2)從宏觀到微觀：相對(duì)論和量子力學(xué)的出現(xiàn)，并不說明經(jīng)典力學(xué)失去了意義．只說明它有一定的適用范圍：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：相對(duì)論物理學(xué)與經(jīng)典物理學(xué)的結(jié)論沒有區(qū)別．相對(duì)論與量子力學(xué)都沒有否定過去的科學(xué)，而只是認(rèn)為科學(xué)在一定條件下有其特殊性．經(jīng)典力學(xué)只適用于弱引力，不適用于強(qiáng)引力．學(xué)生活動(dòng)作業(yè)[布置作業(yè)］認(rèn)真閱讀教材．認(rèn)識(shí)到物理中的結(jié)論和規(guī)律一般都有其適用范圍,認(rèn)識(shí)知識(shí)的變化性和無窮性，培養(yǎng)獻(xiàn)身于科學(xué)的時(shí)代精神．[課外訓(xùn)練］閱讀教材83頁‘科學(xué)足跡’欄目中的短文《牛頓的科學(xué)生涯，,體會(huì)和學(xué)習(xí)牛頓獻(xiàn)身科學(xué)的精神．板書設(shè)計(jì)6．經(jīng)典力學(xué)的局限性一、從低速到高速經(jīng)典力學(xué)只適用于低速運(yùn)動(dòng)二、從宏觀到微觀經(jīng)典力學(xué)只適用于宏觀物體三、從弱引力到強(qiáng)引力萬有引力定律只適用于弱引力教學(xué)后記課后習(xí)題1．兩顆靠得很近的天體，離其他天體非常遙遠(yuǎn)，它們以其連線上某—點(diǎn)O為圓心各自做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩者的距離保持不變，科學(xué)家把這樣的兩個(gè)天體稱為“雙星”,如圖6-5——l所示．設(shè)雙星的質(zhì)量分別為m1和m2，它們之間的距離為L(zhǎng)．求雙星運(yùn)行軌道半徑r1和r2,以及運(yùn)行的周期T．練習(xí)鞏固2．人造衛(wèi)星以地心為圓心做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，下列說法中正確的是()A．半徑越大，速率越小,周期越小B．半徑越大,速率越小，周期越大C．所有衛(wèi)星的速率均是相同的，與半徑無關(guān)D．所有衛(wèi)星的角速度都相同，與半徑無關(guān)3．已知地球表面的重力加速度g＝9.8m/sA．9．8m／s2B．4．9m／s2C．2．45m／s2D．39．2m／s4．人造衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)，若衛(wèi)星的線速度減小到原來的一半，衛(wèi)星仍做圓周運(yùn)動(dòng)，則()A．衛(wèi)星的向心加速度減小到原來的1／4B．衛(wèi)星的角速度減小到原來的1／2C．衛(wèi)星的周期增大到原來的8倍D．衛(wèi)星的周期增大3倍5．若兩顆行星的質(zhì)量分別是M和m，它們繞太陽運(yùn)行的軌道半徑分別是R和r，則它們的公轉(zhuǎn)周期之比是（)A．B．C．D．6．一物體在地球表面重16N，它在以5m／sA．1／2B．2倍C．3倍D．4倍7．已知地球和火星的質(zhì)量比M地:M火＝8:1，半徑比R地：R火＝2：1，表面動(dòng)摩擦因數(shù)均為0．5，用—根繩在地球表面上水平拖一個(gè)箱子,箱子能獲得10m／s2的最大加速度．將此箱子和繩送上火星表面，仍用該繩子水平拖木箱。則木箱產(chǎn)生的最大加速度為(地球表面的重力加速度為10m／s2)（）A．10m／s2B．12．5m／s2C．7．510m／s2D．m／s28，已知地球的密度為ρ，假設(shè)地球的自轉(zhuǎn)加快，當(dāng)?shù)厍蜃赞D(zhuǎn)周期為下列哪個(gè)值時(shí)，其赤道上的物體將要飛離地面(地球看成球體，引力常量為G)（）A．B．C．D．9．設(shè)在地球上和某天體上以相同的初速度豎直上拋一物體的最大高度之比為k（均不計(jì)阻力），且已知地球與該天體的半徑之比也為k，則地球與此天體的質(zhì)量之比為（）A．1B．kC．k2D．1／k10．地球表面重力加速度為g地,地球的半徑為R地，地球的質(zhì)量為M地，某飛船飛到火星上測(cè)得火星表面的重力加速度g火、火星的半徑R火，由此可得火星的質(zhì)量為()A．B．