高中物理萬有引力與航天6.6力學(xué)的局限性教案新人教版必修_第1頁
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文檔簡(jiǎn)介

1、6.6經(jīng)典力學(xué)的局限性項(xiàng)目?jī)?nèi)容課題6.6經(jīng)典力學(xué)的局限性修改與創(chuàng)新教學(xué)目標(biāo)1、知識(shí)與技能(1)知道牛頓運(yùn)動(dòng)定律的適用;(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)。2、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。3、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、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

2、學(xué)準(zhǔn)備掛圖、多媒體課件教學(xué)過程(一)新課導(dǎo)入自從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?

3、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)。(二)新課教學(xué)1、從低速到高速請(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)。(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)v0.8c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

4、了。(2)如地球以v30kms的速度繞太陽公轉(zhuǎn)時(shí),m=l 010 lOlmo,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

5、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。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?(適用于低速運(yùn)動(dòng)的物體)閱讀教材科學(xué)漫步部分,體會(huì)時(shí)間和空間是什么?2、從宏觀到微觀請(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。(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)

6、揮了重要作用。經(jīng)典力學(xué)一般不適用于微觀粒子。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?(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。)3、從弱引力到強(qiáng)引力請(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?(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

7、的引力半徑為3 km,地球的引力半徑為1 m),天體間的引力就趨于無窮大。討論與交流(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?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的附加值,同時(shí)還預(yù)言了光線在經(jīng)過大質(zhì)量的星體附近時(shí),如經(jīng)過太陽附近時(shí)會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象,并且都被觀測(cè)證實(shí)。(2)何

8、為天體的引力半徑?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?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

9、的科學(xué)成就之中,如:當(dāng)物體的速度遠(yuǎn)小于光速c(3X108ms)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(663X10-34J·s)可以忽略不計(jì)時(shí),量子力學(xué)和經(jīng)典力學(xué)的結(jié)論沒有區(qū)別,相對(duì)論和量子力學(xué)都沒有否定過去的科學(xué),面只認(rèn)為過去的科學(xué)是自己在一定條件下的特殊情形。實(shí)例探究例1: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)

10、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

11、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)

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