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6.6经典力学的局限性★新课标要求（一）知识与技能1、了解经典力学的局限性，知道它只在宏观、低速现象领域成立。
2、知道狭义相对论的基本原理和强相互作用及弱相互作用。
（二）过程与方法牛顿通过思考物体在接近光速运动时的现象，认识到长度、质量和经过的时间，都随观察者的参考系（特定观察）而变化，这意味着绝对时间、绝对空间等都是错误的。
（三）情感、态度与价值观认识到牛顿力学的局限性，只适用低速，不适用于高速；只适用于宏观世界，不适用于微观世界。
经典力学具有局限性。
★教学片段一、提出问题：1、速度有无极限。
2、微观粒子的行为与宏观物体是否遵循相同的规律。
3、时间和空间是否是绝对一成不变的。
4、牛顿建立的经典力学已相当完善，爱因斯坦为什么还要提出相对论。
相对论是否全盘否定了牛顿的经典力学理论。
牛顿的局限1)绝对时空观，认为时间与空间无关，时空与运动无关，是绝对的物理量。
2)当一些问题牛顿解释不了时，它就只好用上帝的万能来解释，为此牛顿花费了后半生的心血，这正是牛顿的悲剧。
二、伽利略相对性原理:在彼此作匀速直线运动的惯性系中，一切力学现象都具有相同的规律。
一切彼此作匀速直线运动的惯性系,对于描述物理规律都是等价的。
或在所有惯性系中,物理规律都具有相同的形式。
三.狭义相对论的基本原理1905年，出生于德国的美籍物理学家阿尔伯特·爱因斯坦（1879──1955）发表了狭义相对论。
这个理论指出在宇宙中唯一不变的是光线在真空中的速度，其它任何事物──速度、长度、质量和经过的时间，都随观察者的参考系（特定观察）而变化。
这意味着绝对时间、绝对空间等都是错误的。
1、相对时间狭义相对论认为时间不是绝对的（即固定不变的）。
爱因斯坦指出，随着物体（观察者所见到的）线性运动速度的加快，时间会变慢。
使用同步原子钟已证实了这个结论的正确性，将一个钟表留在地面上，而携带另一个以很快速度移动（如在喷气式飞机上），随后进行比较，静止的钟表总比另一个稍微快一点。
6.6经典力学的成就与局限性教学设计一：教学目标1、知识与技能：①了解经典力学的发展历程，知道经典力学发展历程中有哪些物理学家作出了突出贡献；②了解经典力学所取得的伟大成就及其对当时自然科学、社会发展的影响；③认识经典力学的局限性和适用范围。
2、过程与方法：①通过收集对经典力学建立作出重要贡献的物理学家的故事，把科学成果的发现过程展现为历史的过程，即科学家是如何在前人的基础上进行求索的，并将科学家的成果放在特定的历史背景下去评说，从而让学生认识到历史的发有承接，科学的发展也一样；②通过收集和交流具体实例来分析说明经典力学所取得的伟大成就，培养学生就某一观点或结论收集例证的能力，培养学生获取和评价信息的能力；③通过对比亚里士多德、伽利略、牛顿所采用的科学的研究方法，了解科学研究方法不断发展的过程，学习科学实验研究方法的思想；④通过查阅文献或网络资料撰写小论文，更多地了解经典力学的成就、局限性与适用范围，培养学生查阅文献的能力、筛选和组织信息的能力、交流和表述信息的能力。
3、情感、态度与价值观：①通过查阅、对比举例、交流等学习活动，培养学生自主学习的习惯和善于合作的意识；培养学生懂得尊重他人的成果、与他人合作交流的能力与习惯，锻炼学生在“讨论与交流”活动中敢于发表自己的感想和看法，共同探讨交流与合作学习的途径；②使学生领悟和感受科学研究方法的正确使用对科学发展的重要意义，体会经典力学在人类认识自然以作用及物理学发展中的重要影响和作用；③感受物理学家充满着艰巨性创造性的科学探究过程，体会科学家们忘我的献身精神和刻意追求的严谨作风，从而让学生更好地把握科学探究的本质，帮助学生建立起像科学家从事科学探究那样来学习科学的意识，领悟科学探究的真谛；④感受物理学所揭示的自然规律中蕴藏着和谐、有序、简单、统一的科学美，培养培养学生对科学的审美能力，领悟自然界的内在秩序与和谐，唤起人的真、善、美的自然天性，达到认识和情感的完美统一。
6.6 经典力学的局限性教学目标一、知识与技能1.了解牛顿运动定律及万有引力定律为基础的经典力学在广阔的领域里有着广泛的应用。
2.知道牛顿运动定律的适用范围。
3.知道物体的质量、长度、时间在高速运动中必须考虑它们随速度变化而变化。
4.明确相对论和量子力学跟经典力学的关系。
二、过程与方法1.通过互联网及教材对信息的收集和处理，逐步学会分析、解决问题以及提高与他人交流、合作的能力。
2.根据学习任务，能计划安排并调控自己的学习过程，有一定的自主学习能力。
三、情感态度与价值观1.培养学生交流合作、评价探究结果的初步能力。
2.培养学生对科学的好奇心与求知欲。
教学重点牛顿运动定律的适用范围。
教学难点高速运动的物体，速度和质量之间的关系。
教学过程一、引入新课教师：自从17世纪以来，以牛顿运动定律为基础的经典力学不断发展，如，在宏观、低速、弱引力的广阔领域，包括天体力学的研究中取得了巨大的成就。
经典力学在科学研究和生产技术中有了广泛的应用，如，从地面物体的运动到天体的运动，从大气的流动到地壳的变动，从拦河筑坝、修建桥梁到设计各种机械，从自行车到汽车、火车、飞机等各种交通工具，从投出的篮球到发射火箭、人造卫星、宇宙飞船……从而证明了牛顿运动定律的正确性。
但是，经典力学也不是万能的，像一切科学一样，它没有也不会穷尽一切真理，它也有自己的局限性。
它像一切科学理论一样，是一部“未完成的交响曲”。
那么经典力学在什么范围内适用呢？有怎样的局限性呢？这节课我们就来了解这方面的知识。
二、新课教学（一）从低速到高速教师：请同学们阅读教材“从低速到高速”部分。
回答低速与高速的概念、质速关系、速度合成与两个公式。
学生：低速到高速的概念，通常所见的物体的运动皆为低速运动，如行驶的汽车，发射的导弹、人造卫星及宇宙飞船等。
有些微观粒子在一定条件下其速度可以与光速相接近，这样的速度称为高速。
质速关系：在经典力学中，物体的质量是不变的，但爱因斯坦的狭义相对论指出，物体的质量随速度的增大而增大，即2201c vm m -=其中m0为静止质量，m是物体速度为v时的质量，c是真空中的光速。
经典力学的局限性【教学目标】知识与技能：1．知道牛顿运动定律的适用范围。
2．了解经典力学在科学研究和生产技术中的广泛应用。
3．知道质量与速度的关系，知道高速运动中必须考虑速度随时 过程与方法：通过阅读课文体会一切科学都有自己的局限性，新的理论会不断完善和补充旧的理论，人类对科学的认识是无止境的。
情感、态度与价值观：通过对牛顿力学适用范围的讨论，使学生知道物理中的结论和规律一般都有其适用范围，认识知识的变化性和无穷性，培养献身于科学的时代精神。
【教学重点】牛顿运动定律的适用范围【教学难点】高速运动的物体，速度和质量之间的关系。
【教学内容】【教学过程】【情景导入】1．应用万有引力定律可以发现未知天体，比如太阳系中的海王星和冥王星就是应用万有引力定律发现的，试简要说明科学定律对人类认识世界的作用。
1．牛顿运动定律和万有引力定律在宏观、低速、弱引力的广阔领域，包括天体力学的研究中，经受了实践的检验，取得了巨大的成就．2．力学和热力学的发展及其与生产的结合，使机器和蒸汽机得到改进和推广，引发了第一次工业革命． 3．低速与高速：通常物体的运动，行驶的汽车、发射的导弹、人造卫星及宇宙飞船等，都为低速运动．接近光速的运动，成为高速运动，微观粒子在一定条件下的速度可接近光速．4．微观粒子不仅有粒子性，而且有波动性．为了解释微观粒子的运动，建立了量子力学． 5．万有引力属于弱引力．简答：经典力学的建立标志着近代自然科学的诞生，是科学形态上的重要变革，它把天上物体和地上物体的运动统一起来，从力学上证明了自然界的多样性的统一，实现了人类对自然界认识的第一次理论大综合。
2．量子力学的研究表明，微观粒子既表现为粒子性又表现为波动性，粒子的能量等物理量只能取分立的数值，粒子的速度和位置具有不确定性，粒子的状态只能用粒子在空间出现的概率来描述等。
这表明现代物理学的发展，使经典力学失去了价值，试分析判断以上说法是否正确。
简答：量子力学的建立，并不是对经典力学的否定，对于宏观物体的运动，量子现象并不显著，经典力学仍然适用，所以现代物理学的发展，更好地完善了物理学体系，并没有使经典力学失去价值，经典力学仍将在它的适用范围内大异彩。
经典力学的局限性教学设计一、教学分析1 课标要求1〕通过实例，了解经典力学的发展历程和伟大成就，体会经典力学创立的价值与意义，认识经典力学的实用X围和局限性。
2〕初步了解经典时空观和相对论时空观，知道相对论对人类认识世界的影响。
3〕初步了解微观世界中的量子化现象，知道宏观物体和微观粒子的能量变化特点，体会量子论的建立深化了人类对于物质世界的认识。
2 学习对象分析1) 学生的年龄特点和认知特点高一的学生学习兴趣浓厚，他们的观察不只停留在一些表面现象，具有更深层次的探究愿望。
在思维方式上由初中形象思维为主向高中抽象思维为主过渡。
2)学习者在学习本课之前应具备的基本知识和技能本节主要介绍相对论时空观和量子化现象，本节内容十分抽象，因此学习本节内容时要具有经典力学的时空观知识和高度的概括和抽象理解能力。
3、学习者在即将学习的内容前已经具备的水平。
学生在学习本节前听说过相对论和量子力学，但缺乏正确地认识，而且已经学习了经典力学的基本理论和时空观，关键是引导学生理解科学知识具有局限性，理解各自的成立条件。
3 教学内容分析本节教材先介绍高速运动的物体运动时牛顿力学体系不成立，并给出了质量随速度变化关系。
接下来介绍从宏观到微观的变化，介绍了量子化现象。
最后接绍从弱力到强力，广义相对论的基础。
把这么多内容安排到一节重点不在对相对论和量子力学知道多少，而在于让学生体会任何科学都有局限性，并不是牛顿力学过时了，要理解各自成立的条件。
本人建议采用两课时教学：第一节介绍相对论，第二节介绍量子想象，教材最好参照某某版《必修2》二、教学目标1知识与技能目标1）知道牛顿定律的适用X围2）了解经典力学在科学研究生产实践中的广泛应用3）知道质量与速度的关系，知道高速运动必须考虑速度随时间的变化2过程与方法目标通过阅读课文，体会一切科学都有自身的局限性，新的理论不断完善和补充旧的理论，人类对科学地认识是无止境的。
3情感态度与价值观1）通过经典时空观与相对论和量子力学的对比，培养学生的批判意识。
6.6经典力学的局限性教学设计
4．相对论和量子力学的出现，是否表示经典力学失去了意义?
探究点4：从弱引力到强引力P50-51页并讨论：
5．实际的天文观测，行星的运行轨道并不是严格闭合的，它们的近日点在不断地旋进．经典力学的解释令人满意吗?用什么理论来圆满地进行了解释?
6．归纳万有引力定律与爱因斯坦引力理论的主要差异。
7．历史上的科学成就与新的科学成就的关系是什么?
四、例题解析
例：一个静止质量m0=1 kg的物体，与地球一起绕太阳公转的速度是v=30 km/s，在相应的惯性系的观测者测得物体的质量为多大？
解析根据狭义相对论中质量与运动速度的关系得：
拓展：在物体的速度v=30km/s时，仍可以认为是低速运动，其质量仍认为是静止质量。
6典力学的限制性整体牛运定律和万有引力定律在宏、低速、弱引力的广域，包含天体力学的研究中，受了践的，获得了巨大的成就.但是，像全部科学一，典力学也有自己的局限性 .当物体的运速度小于真空中的光速，典力学完整合用.20 世初，有名物理学家因斯坦成立了狭相.狭相述物体在以靠近光的速度运所遵照的律，它得出了一些不同于典力学的念和.典力学不合用于高速运，并且典力学微粒子的运也一筹莫展.量子力学能正确描绘微粒子运的律性，并在代科技中了重要作用.典力学的合用范：低速、宏物体的运；量子力学的研究象：高速、微物体的运.本从低速与高速、宏与微、弱引力到引力三个方面介了典力学的限制性.三个方面的详细内容都不要修业生掌握，但是学本以后，学生会知道只管前方已领会到了万有引力的煌成就，但它没有尽全部真谛，在新的域有新的律等候我去，文中“未达成的交响曲”“相和量子力学是哪一种宽泛的理的特别情况呢？我在不知道⋯⋯”，些内容安排的着眼点都在感情度与价方面的教育功能.从低速到高速的中，教材提到典力学的相运，建在此以前做必定的充解 .“科学闲步”的“ 与空”并无清与空的，不过提出，激励学生将来的研究，它的目的同在于感情度与价的教育功能.教课要点认识典力学的限制性.教课点认识相、量子力学与典力学的关系.安排1三目知与技术1.知道以牛运定律基的典力学的合用范2.知道相、量子力学和典力学的关系..程与方法科学家成立相和量子的思研究程，科学思的意感情度与价1.认识科学理的相性，知道科学理展程的承与摒弃2.通与空的，激励学生将来的研究.教课程..入新情况入情境 1《原理》将成一座永世长存的深沉智慧的念碑，它向我揭露了最大的宇宙定律 .部著作是高于人全部其余思想物的杰作，个而广泛的定律的，因它囊括象之巨大和多性，予人智慧以荣耀.—— 18、 19 世法国有名天文学家和天体力学家拉普拉斯拉普拉斯威廉·汤姆生情境 2 “科学大厦已经基本建成”，“后代物理学家只需做一些琐碎的修理工作就行了. ”“在物理学明朗天空的远处，还有两朵小小的令人不安的乌云. ”—— 19 世纪有名的英国物理学家威廉·汤姆生意得志满地宣布情境 3 牛顿啊，请谅解我！你所发现的道路，在你那个时代，是一位拥有最高思想能力和创造力的人所能发现的独一的道路.你所创建的看法，甚到现在日仍旧指导着我们的物理学思想，固然我们此刻知道，假如要更为深入地理解各样联系，那就一定用此外一些离直接经验领域较远的看法来取代这些看法 .——爱因斯坦情境 4 科学老是从正确走向错误 .——英国剧作家萧伯纳幽默地说以上名人名言，对你有何启迪？问题导入若是你驾驶一辆时速为 100km/h 的越野车，一位乘客以相对你10 km/h 的速度用弹弓射击前方的岩石，那么弹珠的实质速度就应当是110 km/h.但是，假如翻开前车灯，依据知识，光速是 1.079 145 10×9 km/h ，加上车的运动速度，光的实质速度应当大于 1.079 145 ×109 km/h ，可实质丈量光速仍是 1.079 145 10×9 km/h ，为何同样的参照系光和实质物体获取的结果不同呢？学了本节内容后，你便知道其原由了.推动新课教师利用多媒体展现课件，使学生带着问题阅读课文，而后解决问题.问题：经典力学的成就有哪些？学生阅读课文，沟通、议论、回答.总结： 1.牛顿运动三定律和万有引力定律把天体的运动与地上物体的运动一致同来，是人类对自然界认识的第一次大综合，是人类认识史上的一次重要飞腾.2.经典力学的基础，在此后的二百多年里几乎统治了物理学的各个领域.3.经典力学和以经典力学为基础发展起来的天体力学、资料力学和构造力学等获取了宽泛的应用，并获得了巨大的成就.4.18 世纪 60 年月，力学和热力学的发展及其与生产的联合，使机器和蒸汽机获取改良和推行，引起了第一次工业革命.5.由牛顿力学定律导出的动量守恒定律、机械能守恒定律等，是航空航天技术的理论基础.火箭、人造地球卫星、航天飞机、宇宙飞船、行星探测器等航天器的发射，都是牛顿力学规律的应用典范 .评论：经过该问题研究促使学生自主学习，让学生踊跃参加、乐于研究、勤于思虑，培育其研究能力，使其逐渐形成科学态度.教师指引学生意会任何科学都不会穷尽全部真谛，都有其限制性引出经典力学的限制性.一、从低速到高速.经典力学也同样，进而问题： 1.在经典力学和狭义相对论中，物体的质量有何不同？2.狭义相对论中物体的质量表达式是如何的？3.在经典力学和狭义相对论中，位移和时间的丈量在不同参照系中有何差别？ 学生带着问题阅读课文，分组议论、概括 .明确： 1.在经典力学中，物体的质量不随运动状态而改变，而在狭义相对论中，质量要跟着物体运动速度的增大而增大 .2.m=m 0.m 0:物体静止时的质量， m:物体速度为 v 时的质量， c 是真空中的光速 .1 v2 c 23.在经典力学中，同一过程的位移和时间的丈量在不同参照系中是同样的；在狭义相对论中，同一过程的位移和时间的丈量在不同参照系中是不同的 .例 1 假如真空中的光速为c=3.0 ×108 m/s,当一个物体的运动速度为v 1=2.4 ×108 m/s 时，质量为3 kg.当它的速度为 1.8 ×108 m/s 时，质量为多少？解答： 依据狭义相对论， m=m 0,由题意知：1 v 2c 2m 1=m 0,m 2=m 0,1( v1 ) 2cv 22 m 112c 所以m 2v 1212c1 ( v2 )2c4 43 9 53 ,所以 m 2 =m 1kg=2.25 kg.3 445例 2 继哥白尼提出 “太阳中心说 ”、开普勒提出行星运动三定律后，牛顿站在巨人的肩膀上，创办了经典力学，揭露了包含行星在内的宏观物体的运动规律；爱因斯坦既批评了牛顿力学 的不足，又进一步发展了牛顿的经典力学，创办了相对论.这说明（） ①世界无穷广大，人不行能认识世界，只好认识世界的一部分 ②人的意识拥有能动性，能够正确地反应客观世界 ③人对世界的每一个正确认识都有限制性，需要发展和深入④每一个认识都可能被后代颠覆，人不行能获取正确的认识A. ①②③④B.①②③C.①③④D.②③解答： 发现老是来自于认识过程，看法老是为解说发现而提出的 .主动认识世界，踊跃思虑问题，追求解决（解说）问题，这是科学研究的基本轨迹.任何一个人对客观世界的认识都要受当时的客观条件和科学水平的限制，所以所形成的“正确理解 ”都有必定的限制性 .爱因斯坦的相对论理论是对牛顿力学的理论的发展和深入，但 也有人正在向爱因斯坦理论挑战 .所以正确选项为 D.讲堂训练1.一个粒子，本来静止时对应的质量为m 0.则：（ 1）当这个粒子的速度为 3×107 m/s 时，它增大的质量占本来质量的百分比是多少？（ 2）当这个粒子的速度为 2.4 ×108 m/s 时，它增大的质量占本来质量的百分比又是多少？答案： (1)0.5% (2)66.7%2.以下说法中正确的选项是（）A.牛顿运动定律就是经典力学B.经典力学的基础是牛顿运动定律D.经典力学能够解决自然界中全部的问题解答：经典力学其实不等于牛顿运动定律，牛顿运动定律不过经典力学的基础；经典力学并不是全能，也有其合用范围，其实不可以解决自然界中全部的问题，没有哪个理论能够解决自然界中全部的问题 .搞清牛顿运动定律和经典力学的隶属关系，明确经典力学的合用范围，才能正确解决此类问题.所以选 B.二、从宏观到微观问题：经典力学的合用范围是什么？学生活动：阅读课文，找寻答案，回答以下问题.结论： 19 世纪末到 20 世纪初，人们接踵发现了电子、质子、中子等微观粒子，发现它们不单拥有粒子性，并且拥有颠簸性，它们的运动规律不可以用经典力学描绘.20 世纪 20 年月，成立了量子力学，它能够正确地描绘微观粒子运动的规律性，并在现代科技中发挥了重要作用.相对论和量子力学的出现，令人们认识到经典力学的合用范围：只合用于低速运动，不合用于高速运动；只合用于宏观世界，不合用于微观世界.三、从弱引力到强引力问题：（课件展现）1.经典力学与行星轨道的矛盾是什么？2.由经典力学与行星轨道的矛盾说了然什么？3.概括牛顿万有引力定律与爱因斯坦引力理论的主要差别.4.经典力学和相对论及量子力学的关系如何？学生阅读课文，分组议论，合作研究，代表讲话..教师活动：评论学生的讲话，因课本上内容其实不全面，教师在评论过程中要增补一些内容概括： 1.经典力学与行星轨道的矛盾按牛顿的万有引力理论，行星应当沿着一些椭圆或圆做周期性运动，而天文观察表示，行星的轨道其实不是严格闭合的，它们的近期点在不停地旋进，如水星的运动.实质观察到的水星的运动状况与爱因斯坦广义相对论的计算结果符合得很好.2.经典力学只合用于弱引力，而不合用于强引力.3.牛顿万有引力定律与爱因斯坦引力理论的主要差别（ 1）牛顿的万有引力定律以为：物体的半径减小时，其表面上的万有引力与半径的二次方成反比地增大，对于半径靠近于零质点的物体，其表面上的万有引力靠近于无量大.（ 2）爱因斯坦理论以为：物体的半径减小时，其表面上的万有引力比二次方成反比规律增大得快，引力趋于无量大发生在靠近一个“引力半径”的时候 .（3）只需天体的实质半径远大于它们的引力半径，那么由爱因斯坦和牛顿引力理论计算出的力的差别其实不很大，但当日体的半径靠近引力半径时，这类差别将急剧增大，这就是说，在强引力的状况下，牛顿引力理论将不再合用.（4）行星的运动，在近期点和远日点，引力的变化规律不完整同样，致使轨道不闭合，近期点旋进 .4.经典力学和相对论及量子力学的关系经典力学是相对论及量子力学在必定条件下的特例，它包含于相对论和量子力学之中，相对论和量子力学的成立并无否认经典力学.例 320 世纪以来，人们发现了一些事实，而经典力学却没法解说，经典力学只合用于解决物体的 __________ 问题，不可以用来办理 __________运动问题；只合用于__________ 物体，一般不合用于 __________粒子 .这说明人们对客观事物的详细认识在广度上是有__________ 的，人们应当 __________.分析：人们对客观世界的认识要遇到他所处的时代客观条件和科学水平的限制，所以形成的见解也都拥有必定的限制性，人们只有不停扩展自己的认识，才能掌握更广阔领域内的不同事物的实质与规律；新的科学出生其实不意味着对本来科学的通盘否认，只好以为过去的科学是新的科学在必定条件下的特别情况.答案：低速运动高速宏观微观限制性不停扩展认识，在更广阔的领域内掌握不同事物的实质与规律讲堂训练1.19 世纪末和 20 世纪初以来，物理学的研究深入到__________ ，发现 __________、__________ 、__________等微观粒子不单有__________ ，并且有 __________ ，它们的运动规律不可以用经典力学来说明 .答案：微观世界电子质子中子粒子性颠簸性2.对于经典力学理论，以下说法中正确的选项是（）A.经典力学是物理学和天文学的基础，也是现代工程技术的理论基础B.经典力学的理论系统是经过几代科学家长久的研究，历经波折才成立起来的C.经典力学拥有丰富的理论成就，也成立了实证科学的方法系统D. 当物体运动速度很大（v→c）、引力很强、活动空间很小（微观）时，经典力学理论所得的结果与实质结果之间出现了较大的误差答案： ABCD3.以下说法正确的选项是（）A. 在经典力学中，物体的质量不随运动状态而改变，在狭义相对论中，物体的质量也不随运动状态而改变B. 在经典力学中，物体的质量随物体运动速度增大而减小，在狭义相对论中，物体的质量随物体速度的增大而增大C.在经典力学中，物体的质量是不变的，在狭义相对论中，物体的质量随物体速度增大而增大D.上陈述法都是错误的答案： C4.对于经典力学和量子力学，以下说法中正确的选项是（）A.无论是对宏观物体，仍是微观粒子，经典力学和量子力学都是合用的B.量子力学合用于宏观物体的运动；经典力学合用于微观粒子的运动D.上陈述法都是错误的答案： C讲堂小结经过对万有引力定律的学习，我们认识了万有引力定律的绚烂成就，但是经过本节的学习，我们又认识到它并无穷尽全部真谛，在新的领域还有新的规律等候我们去发现 .在本节的学习过程中，我们从三个方面领会经典力学的限制性：①从低速到高速；②从宏观到微观；③从弱引力到强引力 .部署作业1.阅读教材科学踪迹中牛顿的科学生涯.2.从上查阅相关经典力学、量子力学、相对论的资料.板书设计6 经典力学的限制性1.从低速到高速：经典力学合用于低速2.从宏观到微观：经典力学合用于宏观物体3.从弱力到强力：万有引力定律合用于弱力活动与研究课题：中国有两句古诗： “洞中方七日，世上几千年 ”，假如把诗中的“洞”看作是高速飞翔的宇宙飞船 .研究能否会出现两句诗句所写的情况 .目的：不要修业生得出结论，目的在于加深对相对论的理解，锻炼学生发散思想、创新思想，利用新知识解决新问题的能力 .参照资料：在相对论物理学的教科书中，往常描绘一个令人难以理解的故事：一对年青孪生兄弟，哥哥乘坐一艘靠近光速运动的宇宙飞船，从地球出发，在太空游览一圈以后返回地球.令人瞠目结舌的怪事发生了：他的弟弟已经是两鬓花白、皱纹满面的古稀老人，而他自己却仍是一个 十七、八岁的帅气青年.但是，在基本粒子世界，这已不是想象了，而是由实验观察到的事实 .依据相对论看法，运动粒子的寿命（Δt）要比该粒子静止的寿命（τ）长，二者的关系是：t=，此中v 21 ( )v 表示粒子运动速度， c 为光速 .对于一个速度较小的粒子， 因为 1 (v / c) 2 ≈1，这类效应极其细小， 我们根本观察不到，所以，在平时生活中我们并无感觉到这类效应的存在.但对基本粒子世界就不同样了.因为基本粒子的速度极大，能够特别靠近光速，所以，这类时间效应也就极为显然了.比如，实验测 定静止 μ子的均匀寿命为 2.197 ×10-6 s,所以，即便它以光速运动，它也只好跑过 660 m ，但是在实质察看中，它跑得比这一行程远得多，假定μ 子以 0.996 6c 的速度运动，则：t==12.14 τ.1 ( v)2 c即以这一速度运动的就不难理解了 .μ子，其寿命比本来长了12.14 倍 .这样， μ子跑得比660 m远得多也设计评论本节课因为内容限制，以教师发问、学生研究为主，教师适合增补课外知识.本教课方案把问题作为学习的动力、起点和贯串于学习过程的主线 .教师是科学识题的开发者，对一些问题创建情境，让学生在察看和体验后有所发现、有所联想，在解决问题过程中提升逻辑思想能力 .提出的问题拥有针对性、目的性，表达简洁简要，问题浅易但不显然，使学生易找寻答案，易概括、易口头表达 .在保证必定难度的同时兼备广度，考虑到大部分学生的知识智力水平，面向全体学生设计问题.。
高中物理必修2《经典力学的局限性》教案教学目标1、知识与技能(1)知道牛顿运动定律的适用范围;(2)了解经典力学在科学研究和生产技术中的广泛应用;(3)知道质量与速度的关系，知道高速运动中必须考虑速度随时。
2、过程与方法：通过阅读课文体会一切科学都有自己的局限性，新的理论会不断完善和补充旧的理论，人类对科学的认识是无止境的。
3、情感、态度与价值观：通过对牛顿力学适用范围的讨论，使学生知道物理中的结论和规律一般都有其适用范围，认识知识的变化性和无穷性，培养献身于科学的时代精神。
教学重难点教学重点牛顿运动定律的适用范围。
教学难点高速运动的物体，速度和质量之间的关系。
教学过程新课导入自从17世纪以来，以牛顿定律为基础的经典力学不断发展，取得了巨大的成就，经典力学在科学研究和生产技术中有了广泛的应用，从而证明了牛顿运动定律的正确性.但是，经典力学也不是万能的，像其他科学一样，它也有一定的适用范围，有自己的局限性.那么经典力学在什么范围内适用呢?有怎样的局限性呢?这节课我们就来了解这方面的知识.一、经典力学及其局限性1.基本知识(1)从低速到高速①经典力学的基础是牛顿运动定律，牛顿运动定律和万有引力定律在宏观、低速、弱引力的广阔区域，包括天体力学的研究中，经受了实践的检验，取得了巨大的成就.②狭义相对论阐述物体以接近光的速度运动时所遵从的规律.③在经典力学中，物体的质量是不变的，而狭义相对论指出，质量要随物体运动速度的增大而增大，即，两者在速度远小于光速的条件下是统一的.(2)从宏观到微观①19世纪末20世纪初，物理学研究深入到微观世界，发现了电子、质子、中子等微观粒子，而且发现它们不仅具有粒子性，同时还具有波动性.20世纪20年代，量子力学建立，它能够正确地描述微观粒子运动的规律性，并在现代科学技术中发挥了重要作用.②经典力学的适用范围，只适用于低速运动，不适用于高速运动;只适用于宏观世界，不适用于微观世界.(3)从弱引力到强引力①1915年，爱因斯坦创立了广义相对论，这是一种新的时空与引力的理论.在强引力的情况下，牛顿引力理论不再适用.②当物体的运动速度远小于光速c(3×108 m/s)时，相对论物理学与经典物理学的结论没有区别.2.思考判断(1)洲际导弹的速度有时可达到6 000 m/s，此速度在相对论中属于高速.(×)(2)质量是物体的固有属性，任何时候都不会变.(×)(3)对于高速运动的物体，它的质量随着速度的增加而变大.(√)探究交流(1)牛顿第二定律属经典力学理论，它在高速世界还适用吗?(2)相对论、量子力学否定了经典力学吗?【提示】(1)在高速世界中，物体的质量随着速度的增加而变大，物体的加速度不一定与它所受的外力成正比，牛顿第二定律不再适用.(2)相对论、量子力学没有否定经典力学，经典力学是相对论、量子力学在一定条件下的特例.二、速度对质量的影响【问题导思】1.低速、高速是如何界定的?2.物体在高速状态下，质量与速度是什么关系?3.速度对物理规律有什么影响?1.低速与高速的概念(1)低速：远小于光速的速度为低速，通常所见物体的运动，如行驶的汽车、发射的导弹、人造地球卫星及宇宙飞船等物体的运动皆为低速运动.(2)高速：有些微观粒子在一定条件下其速度可以与光速相接近，这样的速度称为高速.2.速度对质量的影响(1)在经典力学中，物体的质量不随速度而变.根据牛顿第二定律F=ma知，物体在力F作用下做匀变速运动，只要时间足够长，物体的运动速度就可以增加到甚至超过光速c.(2)爱因斯坦的狭义相对论指出，物体的质量随速度的增大而增大，即其中m0为物体静止时的质量，m是物体速度为v时的质量，c是真空中的光速.在高速运动时，质量的测量是与运动状态密切相关的.3.速度对物理规律的影响对于低速运动问题，一般用经典力学规律来处理.对于高速运动问题，经典力学已不再适用，需要用相对论知识来处理.1.狭义相对论中，物体在静止时质量最小，随着运动速度的增加，它的质量也在不断变大，对于高速运动物体，牛顿定律已不再适用.2.根据相对论的质速关系，若某物体的运动速度达到光速c，它的质量应是无穷大，这显然不符合事实，光速c是所有物体的最大速度.例：一个原来静止的电子，经电压加速后，获得的速度v=6×106 m/s.关于电子的质量的变化，下列说法正确的是( )A.不变B.减少C.增大了0.02%D.增大了0.2%【审题指导】电子的速度6×106 m/s已接近光速，由爱因斯坦狭义相对论可知，电子的质量将有所增加，越接近光速越显著.【答案】 C误区警示物体的质量与速度的关系从爱因斯坦的相对论可知：物体的速度越大，它的质量就越大.当物体的速度远小于光速时，其质量的变化可以忽略;当物体的速度接近光速时，质量变化将很明显，其质量变化不可忽略.三、经典力学与相对论、量子力学的比较【问题导思】1.经典力学与量子力学的适用范围一样吗?2.在经典力学与相对论中，速度对质量有什么影响?3.经典力学与相对论、量子力学有什么联系?例：以下说法正确的是( )A.经典力学理论普遍适用，大到天体，小到微观粒子均适用B.经典力学理论的成立具有一定的局限性C.在经典力学中，物体的质量不随运动状态的改变而改变D.相对论与量子力学否定了经典力学理论【答案】BC四、光速不变原理的应用例：设某人在以速度0.5c飞行的飞船上打开一个光源，则下列说法正确的是( )A.飞船正前方地面上的观察者看到这一光速为1.5cB.飞船正后方地面上的观察者看到这一光速为0.5cC.在垂直飞船前进方向地面上的观察者看到这一光速是0.5cD.在地面上任何地方的观察者看到的光速都是c【答案】 D规律总结1.光速不变原理：爱因斯坦的狭义相对论指出，在一切惯性参考系中，测量到的真空中的光速c都一样，即光在所有的惯性参考系中的传播速度均是光速.2.速度合成的关系式v船岸=v船水+v水岸只适用于低速运动的惯性参考系，对于接近光速的高速运动物体，该关系式已不再适用，此时应根据光速不变原理去解决问题.课后小结本节学习了经典力学的局限性：(1)从低速到高速：在经典力学中，物体的质量m是不随运动状态改变的，而狭义相对论指出，质量要随着物体的运动速度的增大而增大。
6.6经典力学的限制性教案（人教版必修2）1．经典力学的基础是________________ ，牛顿运动定律和万有引力定律在________、________、__________ 的广阔领域，包含______________的研究中，经受了实践的查验，获得了巨大的成就．2．狭义相对论论述物体在以________________ 运动时所遵照的规律．3．在经典力学中，物体的质量是________的，而狭义相对论指出，质量要跟着物体运动速度的增大而 __________ ，即 m＝ ________________ ，二者在 ________________ 的条件下是一致的．4．经典力学以为位移和时间的丈量与参照系________，相对论以为，同一过程的位移和时间的丈量与参照系________，在不一样的参照系中________．5．19 世纪末 20 世纪初，物理学研究深入到微观世界，发现了电子、质子、中子等微观粒子，并且发现它们不单拥有__________，同时还拥有 __________.20 世纪 20 年月，______________成立，它能够很好地描绘微观粒子运动的规律性，并在现代科学技术中发挥了重要作用．6．经典力学的合用范围：只合用于__________ 运动，不合用于 ________运动；只合用于________世界，不合用于 ________世界．7．1915 年，爱因斯坦创办了广义相对论，这是一种新的时空与引力的理论．在强引力的状况下，牛顿引力理论 __________．当物体的运动速度远小于光速c(3× 108m/s)时，相对论物理学与经典物理学的结论____________ ；当另一个重要常数即“普朗克常量” (6.63 × 10－34 J·s)能够忽视不计时，量子力学和经典力学的结论____________ ．【观点规律练】知识点一经典力学1．以下说法正确的选项是()A．牛顿定律就是经典力学B．经典力学的基础是牛顿运动定律C．牛顿运动定律能够解决自然界中全部的问题D．经典力学能够解决自然界中全部的问题2．17 世纪末，采纳概括与演绎、综合与剖析的方法，成立了完好的经典力学系统，使物理学此后成为一门成熟的自然科学的科学家是()A．牛顿B．开普勒C．笛卡儿 D ．伽利略3．以下说法正确的选项是()A．经典力学理论广泛合用，大到天体，小到微观粒子均合用B．经典力学理论的成立拥有必定的限制性C．在经典力学中，物体的质量不随运动状态而改变D．相对论与量子力学否认了经典力学理论4．在物理学发展的过程中，很多物理学家的科学发现推进了人类历史的进步．在对以下几位物理学家所作科学贡献的表达中，正确的说法是()A．爱因斯坦创办了“日心说”B．哥白尼提出了“地心说”C．伽利略发现了行星运动定律D．牛顿总结出了万有引力定律知识点二相对论5．以下说法中正确的选项是()A．爱因斯坦的狭义相对论研究的是物体在低速运动时所按照的规律B．爱因斯坦的狭义相对论研究了物体在高速运动时所按照的规律C．牛顿物理学的运动定律研究的是物体在低速运动时所按照的规律D．牛顿物理学的运动定律研究的是物体在高速运动时所按照的规律6．对于公式 m＝m02，以下说法中正确的选项是 ()v1－2cA．式中的 m 是物体以速度v 运动时的质量B．当物体的运动速度 v>0 时，物体的质量 m>m0，即物体的质量改变了，故经典力学不合用，所以是不正确的C．当物体以较小速度运动时，质量变化特别小，经典力学理论仍旧合用，只有当物体以靠近光速的速度运动时，质量变化才显然，故经典力学合用于低速运动，而不合用于高速运动物体D．往常因为物体的运动速度太小，故质量的变化引不起我们的感觉，在剖析地球上物体的运动时，不用考虑质量的变化【方法技巧练】经典力学与相对论的差别与联系7．对于经典力学、狭义相对论和量子力学，下边说法中正确的选项是()A．狭义相对论和经典力学是互相对峙，互不相容的两种理论B．在物体高速运动时，物体的运动规律听从狭义相对论理论，在低速运动时，物体的运动听从牛顿定律C．经典力学合用于宏观物体的运动，量子力学合用于微观粒子的运动D．无论是宏观物体，仍是微观粒子，经典力学和量子力学都是合用的8．以下说法正确的选项是()A．在经典力学中，物体的质量不随运动状态而改变，在狭义相对论中，物体的质量也不随运动状态而改变B．在经典力学中，物体的质量随运动速度的增添而减小，在狭义相对论中，物体的质量随物体速度的增大而增大C．在经典力学中，物体的质量是不变的，在狭义相对论中，物体的质量随物体速度的增大而增大D．上陈述法都是错误的9．物理学的发展丰富了人类对物质世界的认识，推进了科学技术的创新和革命，促使了物质生产的繁华与人类文明的进步，以下表述正确的选项是()A．牛顿发现了万有引力定律B．牛顿经过实考证明了万有引力定律C．相对论的创办表示经典力学已不再合用D．爱因斯坦成立了狭义相对论，把物理学推到高速领域10．下边说法中正确的选项是()①当物体运动速度远小于光速时，相对论物理学和经典物理学的结论没有差别②当物体运动速度靠近光速时，相对论物理学和经典物理学的结论没有差别③当普朗克常量－ 34④当普朗克常h(6.63×10 J·s)能够忽视不计时，量子力学和经典力学的结论没有差别量 h(6.63× 10－34J ·s)不可以忽视不计时，量子力学和经典力学的结论没有差别A．①③B．②④C．①④D．②③11． 20 世纪以来，人们发现了一些新的事实，而经典力学却没法解说，经典力学只合用于解决物体低速运动的问题，不可以用来办理高速运动的问题；只合用于宏观物体，不适用于微观粒子．这说明()A．跟着认识的发展，经典力学已成了过时的理论B．人们对客观事物的详细认识，在广度上是有限制性的C．不一样领域的事物各有其实质与规律D．人们应该不停扩展认识，在更广阔的领域内掌握不一样事物的实质与规律参照答案课前预习练1．牛顿运动定律宏观低速弱引力天体力学2．靠近光的速度3．不变增大m0v2速度远小于光速1－2c4．没关相关不一样5．粒子性颠簸性量子力学6．低速高速宏观微观7．不再合用没有差别没有差别讲堂研究练1．B [经典力学其实不等于牛顿运动定律，牛顿运动定律不过经典力学的基础；经典力学并不是全能，也有其合用范围，其实不可以解决自然界中全部的问题．所以只有搞清牛顿运动定律和经典力学的隶属关系，明确经典力学的合用范围，才能正确解答此类问题．] 方法总结经典力学不可以用来解决微观世界和高速运动中的一些问题．2．A3．BC[ 经典力学理论只合用于宏观、低速的物体， A 错， B 对．在经典力学中，物体的速度v? c，所以物体的质量不随运动状态而改变，但相对论和量子力学其实不否认经典力学理论，以为它是在必定条件下的特别情况，C正确， D错误．]4．D [“日心说”由哥白尼提出，爱因斯坦创办了相对论理论，A、B 错．行星运动定律是开普勒发现的， C 错．万有引力定律是牛顿总结提出的， D 对． ]5． BC [牛顿经典力学合用于宏观物体的低速运动；爱因斯坦的狭义相对论合用于微观粒子的高速运动，在低速时得出的结论与经典力学基本一致．]靠近6．ACD[ 依据公式可得 A 正确；由公式可知， c 时，质量才发生较大变化，故 B 错误， C、 Dv? c 时，物体质量基本不变，只有当正确． ]v 7． BC特别状况，学不再合用[相对论并无否认经典力学，而是以为经典力学是相对论理论在必定条件下的A 错．经典力学合用于宏观物体的低速运动，对于微观粒子的高速运动问题经典力，但相对论、量子力学合用，故B、C对，D 错．]8．C9．AD [万有引力定律是牛顿发现的，但在实验室里加以考证是卡文迪许进行的， A 对、B 错．相对论并无否认经典力学，经典力学对于低速、宏观运动仍合用， C 错．狭义相对论的成立，是人类获得的重要成就，进而把物理学推到更高领域， D 对．]10． A11． BCD[人们对客观世界的认识，要遇到他所处时代的客观条件和科学水平的限制，所以形成的见解也拥有必定的限制性，人们只有不停扩展自己的认识，才能掌握更广阔领域内的不一样事物的实质与规律；新的科学的出生，其实不意味着对本来科学的通盘否认，只好以为过去的科学是新的科学在必定条件下的特别情况．所以 A 错， B、 C、 D 对． ]。
