人教版物理高中必修二6.6　經(jīng)典力學(xué)的局限性　教案

經(jīng)典力學(xué)的局限性教案一、教學(xué)目標(biāo)（一）知識與技能 1、知道牛頓運(yùn)動定律的適用范圍。 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)動中必須考慮速度隨時(shí)。（二）過程與方法1、通過互聯(lián)網(wǎng)及課本對信息的收集和處理，逐步學(xué)會分析、解決問題以及提高與他人交流、合作能力。2、根據(jù)學(xué)習(xí)任務(wù)，能計(jì)劃安排并調(diào)控自己的學(xué)習(xí)過程，有一定的自主學(xué)習(xí)能力。（三）情感態(tài)度與價(jià)值觀1、培養(yǎng)學(xué)生交流合作、評價(jià)探究結(jié)果的初步能力。2、培養(yǎng)學(xué)生對科學(xué)的好奇心與求知欲。3、學(xué)習(xí)物理學(xué)家不進(jìn)取的嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的科學(xué)態(tài)度。二、教學(xué)重點(diǎn)經(jīng)典力學(xué)的局限性。三、教學(xué)難點(diǎn)經(jīng)典力學(xué)與狹義相對論、廣義相對論和量子力學(xué)之間的關(guān)系。四、課時(shí)安排1課時(shí)五、教學(xué)準(zhǔn)備多媒體課件、粉筆、圖片。六、教學(xué)過程新課導(dǎo)入：假如你駕駛一輛時(shí)速為100 km/h的越野車，一位乘客以相對你10 km/h的速度用彈弓射擊前面的巖石，那么彈珠的實(shí)際速度就應(yīng)該是110 km/h。 可是，如果打開前車燈，按照常識，光速是1.079 145109 km/h，加上車的運(yùn)動速度，光的實(shí)際速度應(yīng)該大于1.079 145109 km/h，可實(shí)際測量光速還是1.079 145109 km/h，為什么同樣的參考系光和實(shí)際物體得到的結(jié)果不同呢？學(xué)了本節(jié)內(nèi)容后，你便知道其原因了。新課講解：一、從低速到高速問題：1、在經(jīng)典力學(xué)和狹義相對論中，物體的質(zhì)量有何不同？2、狹義相對論中物體的質(zhì)量表達(dá)式是怎樣的？3、在經(jīng)典力學(xué)和狹義相對論中，位移和時(shí)間的測量在不同參考系中有何區(qū)別？學(xué)生帶著問題閱讀課文，分組討論、歸納。明確：1、在經(jīng)典力學(xué)中，物體的質(zhì)量不隨運(yùn)動狀態(tài)而改變，而在狹義相對論中，質(zhì)量要隨著物體運(yùn)動速度的增大而增大。2、m=。m0:物體靜止時(shí)的質(zhì)量，m:物體速度為v時(shí)的質(zhì)量，c是真空中的光速。3、在經(jīng)典力學(xué)中，同一過程的位移和時(shí)間的測量在不同參考系中是相同的；在狹義相對論中，同一過程的位移和時(shí)間的測量在不同參考系中是不同的。二、從宏觀到微觀問題：經(jīng)典力學(xué)的適用范圍是什么？學(xué)生活動：閱讀課文，尋找答案，回答問題。結(jié)論：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，而且具有波動性，它們的運(yùn)動規(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)動的規(guī)律性，并在現(xiàn)代科技中發(fā)揮了重要作用。相對論和量子力學(xué)的出現(xiàn)，使人們認(rèn)識到經(jīng)典力學(xué)的適用范圍：只適用于低速運(yùn)動，不適用于高速運(yùn)動；只適用于宏觀世界，不適用于微觀世界。三、從弱引力到強(qiáng)引力問題：（課件展示）1、經(jīng)典力學(xué)與行星軌道的矛盾是什么？2、由經(jīng)典力學(xué)與行星軌道的矛盾說明了什么？3、歸納牛頓萬有引力定律與愛因斯坦引力理論的主要差異。4、經(jīng)典力學(xué)和相對論及量子力學(xué)的關(guān)系如何？學(xué)生閱讀課文，分組討論，合作探究，代表發(fā)言。教師活動：點(diǎn)評學(xué)生的發(fā)言，因課本上內(nèi)容并不全面，教師在點(diǎn)評過程中要補(bǔ)充一些內(nèi)容。歸納：1、經(jīng)典力學(xué)與行星軌道的矛盾：按牛頓的萬有引力理論，行星應(yīng)該沿著一些橢圓或圓做周期性運(yùn)動，而天文觀測表明，行星的軌道并不是嚴(yán)格閉合的，它們的近日點(diǎn)在不斷地旋進(jìn)，如水星的運(yùn)動。實(shí)際觀測到的水星的運(yùn)動情況與愛因斯坦廣義相對論的計(jì)算結(jié)果吻合得很好。2、經(jīng)典力學(xué)只適用于弱引力，而不適用于強(qiáng)引力。3、牛頓萬有引力定律與愛因斯坦引力理論的主要差異：（1）牛頓的萬有引力定律認(rèn)為：物體的半徑減小時(shí)，其表面上的萬有引力與半徑的二次方成反比地增大，對于半徑接近于零質(zhì)點(diǎn)的物體，其表面上的萬有引力接近于無窮大。（2）愛因斯坦理論認(rèn)為：物體的半徑減小時(shí)，其表面上的萬有引力比二次方成反比規(guī)律增大得快，引力趨于無窮大發(fā)生在接近一個(gè)“引力半徑”的時(shí)候。（3）只要天體的實(shí)際半徑遠(yuǎn)大于它們的引力半徑，那么由愛因斯坦和牛頓引力理論計(jì)算出的力的差異并不很大，但當(dāng)天體的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，牛頓引力理論將不再適用。（4）行星的運(yùn)動，在近日點(diǎn)和遠(yuǎn)日點(diǎn)，引力的變化規(guī)律不完全相同，導(dǎo)致軌道不閉合，近日點(diǎn)旋進(jìn)。4、經(jīng)典力學(xué)和相對論及量子力學(xué)的關(guān)系：經(jīng)典力學(xué)是相對論及量子力學(xué)在一定條件下的特例，它包含于相對論和量子力學(xué)之中，相對論和量子力學(xué)的建立并沒有否定經(jīng)典力學(xué)。四、參考資料： 在相對論物理學(xué)的教科書中，通常描寫一個(gè)使人難以理解的故事：一對年輕孿生兄弟，哥哥乘坐一艘接近光速運(yùn)動的宇宙飛船，從地球出發(fā)，在太空遨游一圈之后返回地球。使人瞠目結(jié)舌的怪事發(fā)生了：他的弟弟已是兩鬢斑白、皺紋滿面的古稀老人，而他自己卻還是一個(gè)十七、八歲的英俊青年。 但是，在基本粒子世界，這已不是幻想了，而是由實(shí)驗(yàn)觀測到的事實(shí)。根據(jù)相對論觀點(diǎn)，運(yùn)動粒子的壽命（t）要比該粒子靜止的壽命（）長，兩者的關(guān)系是：t=，其中v表示粒子運(yùn)動速度，c為光速。 對于一個(gè)速度較小的粒子，由于1，這種效應(yīng)極其微小，我們根本觀測不到，因此，在日常生活中我們并沒有感覺到這種效應(yīng)的存在。但對基本粒子世界就不一樣了。由于基本粒子的速度極大，可以非常接近光速，因此，這種時(shí)間效應(yīng)也就極為明顯了。例如，實(shí)驗(yàn)測定靜止子的平均壽命為2.19710-6 s,因此，即使它以光速運(yùn)動，它也只