高二物理6.6经典力学的局限性教案
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
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。 （1）相对性原理：物理规律在一切惯性参考系中都具有相同的形式。 （2）光速不变原理：在一切惯性参考系中，测量到的真空中的光速都一样。 教师：经典力学是适用于低速运动的物体还是适用于高速运动的物体呢？ 学生：适用于低速运动的物体。
教师：阅读教材科学漫步部分，体会时间和空间是什么。
学生：“时间与空间”并没有讲清时间与空间的问题，只是提出问题，激励我们对未来的探索。
（二）从宏观到微观
教师：请同学们阅读教材“从宏观到微观”部分，并说明经典力学是适用于宏观物体还是微观物体。
学生：19世纪末到20世纪初，人们相继发现了电子、质子、中子等微观粒子，发现它们不仅具有粒子性，而且具有波动性，它们的运动规律不能用经典力学描述。
20世纪20年代，建立了量子力学，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。
经典力学一般不适用于微观粒子。
教师：相对论和量子力学的出现，是否表示经典力学失去了意义？
学生：相对论和量子力学的出现，说明人类对自然界的认识更加广泛和深入，而不表示经典力学失去了意义。它只是使人们认识到经典力学有它的适用范围：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。
（三）从弱引力到强引力
教师：请同学们阅读教材“从弱引力到强引力”部分，并回答问题：何为弱引力？何为强引力？
学生：万有引力属于弱引力。利用万有引力定律可以解释天体的运动，并预言和发现了海王星和冥王星，首次把天上的星体运动规律与地面物体的运动规律统一起来。
讨论与交流
（1）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？用什么理论来地进行了解释？（投影）
学生：按牛顿的万有引力定律推算，行星的运动应该是一些椭圆或圆，行星沿着这些椭圆或圆做周期性运动，与实际观测结果不符。经典力学也能作出一些解释，但是，水星旋进的实际观测值比经典力学的预言值多。经典力学的解释不能令人满意。
爱因斯坦根据广义相对论计算出水星近日点的旋进还应有43”的附加值，同时还预言了光线在经过大质量的星体附近时，如经过太阳附近时会发生偏转现象。并且都被观测证实。
（2）何为天体的引力半径？
学生：假定一个球形天体的质量不变，并通过压缩减小它的半径，天体表面上的引力将会增加，当引力趋于无穷大时，被压缩天体半径接近的值称为“引力半径”。
只要天体的实际半径远大于它们的引力半径，那么爱因斯坦和牛顿的理论计算出的力的差异并不很大。但当天体的实际半径接近引力半径时，这种差异将急剧增大。这就是说，在强引力的情况下，牛顿的万有引力理论将不再适用。
对于这样的科学发展过程，英国剧作家萧伯纳曾诙谐地说，“科学总是从正确走向错误。”这种调侃倒也不失为一种幽默的表述。
（3）历史上的科学成就与新的科学成就的关系是什么？
学生：历史上的科学成就不会被新的科学成就所否定，而是作为某些条件下的局部情形，被包括在新的科学成就之中。如：当物体的速度远小于光速c（3×108m／s）时，相对论与经典理论的结论没有区别；当另一个重要常数即“普朗克常数”h（6.63×10-34J·s）可以忽略不计时，量子力学和经典力学的结论没有区别。相对论和量子力学都没有否定过去的科学，而只认为过去的科学是自己在一定条件下的特殊情形。
课堂训练
1．20世纪初，著名物理学家爱因斯坦提出了，改变了经典力学的一些结论。在经典力学中，物体的质量是的，而相对论指出质量随着速度变化而________。
2．20世纪初期，建立了，它能够正确地描述微观粒子的运动规律。
3．经典力学只适用于解决问题，不能用来处理问题，经典力学只适用于物体，一般不适用于。
4．微观粒子的运动不仅具有性，同时具有波动性。它们的运动规律很多情况下不能用经典力学来说明。要增强正确描述微观粒子的运动规律，需要用__________。
5．牛顿运动规律只适用于物体的运动，狭义相对论阐述物体在以的速度运动时所遵从的规律。
参
1．狭义相对论固定不变变化 2．量子力学
3．低速运动高速运动宏观微观粒子 4．粒子量子力学
5．宏观、低速接近光速 三、课堂小结
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。
（2）从宏观到微观：相对论和量子力学的出现，并不说明经典力学失去了意义。只说明它有一定的适用范围：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：相对论物理学与经典物理学的结论没有区别。相对论与量子力学都没有否定过去的科学，而只是认为科学在一定条件下有其特殊性，经典力学只适用于弱引力，不适用于强引力。
四、课堂练习
1.牛顿运动定律和万有引力定律在、、的广阔的领域，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.经典力学的适用范围：只适合于低速运动，运动；只适合于宏观世界，世界。 3.经典力学认为时间是，质量是，空间是。
经典力学深入到高速领域将被所代替，深入到微观领域将被________________所代替。
4.已知地球半径为，地面处重力加速度为，地球自转的角速度为ω，则质量为的地球同步卫星所受的向心力为。
5.在地球赤道上，质量1kg的物体随同地球自转需要的向心力最接近的数值为（）。 A．103NB．10N C．10-2ND．10-4N
6.两个质量均为M的星体，其连线的垂直平分线为AB。O为两星体连线的中点，
如图，一个质量为M的物体从O沿OA方向运动，则它受到的万有引力大小变化情况是（）
A.一直增大B.一直减小
C.先减小，后增大D.先增大，后减小
7.如图所示，有A、B两个行星绕同一恒星O做圆周运动，运转方向相同，A行星的周期为T1，B行星的周期为T2，在某一时刻两行星第一次相遇（即两行星相距最近）则（）
A.经过时间t=T1+T2两行星将第二次相遇 B.经过时间两行星将第二次相遇 C.经过时间两行星第一次相距较远 D.经过时间两行星第一次相距较远
8.如图所示，在同一轨道平面上的几个人造地球卫星A、B、C，在某一时刻恰好在同一直线上，下列说法正确的有（ ）。
A.根据，可知vA＜vB＜vC B.根据万有引力定律，FA＞FB＞FC C.向心加速度aA＞aB＞aC D.运动一周后，A先回到原地点 答案：
1．宏观、低速、弱引力2．不适合高速、不适合微观3．绝对的、不变的、三维的、相对论、量子力学4．5．C6．D7．BD8．CD
五、布置作业
看书并思考教材P53问题与练习第1、2题。
