人教版高一物理必修二第六章6.6《经典力学的局限性》教案设计

1、经典力学的局限性一、教学目标1 、知识与技能（ 1）了解经典力学的内容、发展历程和伟大成就（ 2）认识经典力学的局限性和适用范围（ 3）初步了解微观和高速世界中的奇妙现象2、情感态度与价值观了解相对论、 量子论的建立对人类深入认识客观世界的作用， 知道物理学改变人们世界观的作用二、教学重点与难点重点: 牛顿运动定律的适用范围难点: 相对论和量子力学的初步内容三、教学方法实例分析、交流讨论、自主归纳四、 课时安排 ： 1 课时教学过程导入新课：【投影电影星际穿越的图片】教师向学生简单的介绍一下故事情节。提出问题：用什么知识能解释影片中出现的奇怪的现象呢？引导学生思考我们学过哪些物 理知识？通过提

2、问，在学生回答的基础上，教师进行补充，共同得到结论。 牛顿运动定律是研究地面上物体的运动规律， 万有引力定律是研究天上物体的运动。教师小结： 我们把研究地面上物体运动规律的牛顿运动定律和研究天上物体运动规律的万有引力定律组合起来， 就够了经典力学的重要组成部分。继续提问：经典力学还包括什么？师生共同来回顾万有引力定律的发现过程， 得到万有引力定律的发现过程经历了推理猜想验证推广的过程，这是科学的思维方法，结论：牛顿运动定律，万有引力定律以及科学的思维方法它们构成了经典力学，板书： 6.6 节 经典力学的局限性一、经典力学的内容牛顿运动定律、万有引力定律、科学思维方法【投影图片】教师： 有了牛顿

3、的经典力学， 我们可以解释地面上物体的运动，例如博尔特起跑，冲刺，以及他在整个跑步中的任何一个环节，也可以解释天体运动，例如嫦娥一号卫星的发射，变轨，回收，再加上科学的思维方法，经典力学已经非常非常完美了。所以在 1900年英国皇家学会的新年晚会上， 开尔文勋爵说物理学的大厦已经非常完美， 剩下的只是做一些修修补补的工作。 可真的是这样吗， 从刚才对经典力学的回顾我们可以看出， 我们不能解释为什么女儿年龄会看上去比父亲大，这就说明经典力学还是有局限性的。板书二、经典力学的局限性教师直接告诉学生经典力学的局限性在牛顿经典力学的时空观里。教师：举例说明牛顿时空观的内容，并提问为什么几百年以来没 有

4、人提出过异议。学生：那是因为我们日常生活中运动的物体速度都远远小于光速,教师：如果达到或者接近光速，就会发生巨大的变化。发生什么 变化呢？学生思考教师给出答案：就会发生西游记里说“天上一天，地下一年”。有科学依据吗？教师：爱因斯坦在狭义相对论里给出了计算公式,其中v是物体的速度，c是光速，t是动钟的所走的时间，t是静 止的钟的所走的时间，（让学生解释公式的含义）静止的钟所走的时 间的意思就是地球上的人所度过的时间， 运动的钟所走过的时间，指 的是如果宇航员带一个手表，他的这个手表所走的时间，也就是宇航 员所经过的时间，如果我们把速度代入计算，可以得到t=70i就意 味着天上一年，地上七十年呀。

5、由于速度接近光速，所以会引起时间 膨胀的现象，动钟变慢的效应，而这，就是爱因斯坦爷爷提出的狭义相对论，此时经典力学已经不再适用了板书1、低速经典力学教师：为什么女儿的年龄看起来比爸爸的年龄大很多？学生： 因为父亲做航天飞机以接近光速飞行了，他的时间膨胀了，教师：回答的很好。肯定有同学想，爱因斯坦爷爷说的就一定正确吗？教师介绍谬子让我们把目光放到广傲无垠的宇宙。宇宙有很多射线，咱们用紫红色的小球表示宇宙射线中的粒子， 这些粒子碰撞大气分子会产生谬子，谬子的速度接近光速， 平均寿命为 2 微秒，然后衰变成其他的粒子，那我们能在地球上观察到谬子吗？教师：假设谬子以 0.99c 的速度穿过1 万米的大

6、气层，我们来计算一下谬子穿过大气层到达地面的时间。学生：需要的时间是33 微秒，教师： 而谬子的寿命只有2 微秒， 我们应该在地面观察不到谬子，可事实是我们观察到了谬子，谁能给我解释呢？学生：就是因为缪子的速度接近光速，所以时间膨胀动钟变慢，地球上的人觉得是33 微秒，而谬子自己觉得只有2 微秒。教师：很好。【投影两张地球和大气层的图片】我们再来看这张图， 这是在地面上看到的地球和大气层的形状，都是球形的， 如果我们和谬子同速， 那我们观察到的地球和大气层的形状就发生了变化，地球和大气层都变扁了，有科学依据吗?还是爱因斯坦给出的公式,以10表示杆子的静止长度，l表示运动时的长度，v表示杆子的运

7、 动速度利用这个公式我们可以算出若 v=0.99c,则L=0.14L0这是个什么概念呢？请同学解释一下。学生思考，并给出答案。教师进一步解释，如果地面上有一根1米长的杆，当我以0.99c的速度向它运动过来时，我觉得这根杆缩短 了，只有14厘米长，真是因为这个特点，我们觉得地球和大气层都 变扁了。狭义相对论的另一个现象长度收缩现象，动尺变短效应。让学生看公式，教师提问：那牛顿力学错了吗？根据学生的答案，教师总结：经典力学没有错，只是两者研究的领域不同，经典力学研究低速，狭义相对论研究高速。低速时，狭义 相对论和牛顿运动定律是相同的。【投影两张水星轨道的图片】教师：为什么会发生水星进动现象？教师介

8、绍强引力，简单解释水星进动的原因板书2、弱引力一一经典力学【播放视频】教师：宏观世界物体的运动规律我们已经研究的很清楚，比方说 投篮，这是科比投篮的图片，可以说篮球出手的瞬间，科比本人和观察者都能比较准确的预测篮球运动的轨迹， 篮球的落点， 以及篮球是否能投中篮筐， 因为我们可以根据经典力学对篮球受力分析？请一个同学分析一下，受重力，具有斜向上的速度，做斜抛。我们可以通过对他的受力分析， 以及初速度的大小和方向得到篮球的运动轨迹， 知道篮球的落点，这是因为宏观物体的运动具有确定性。教师：如果把篮球缩小到只有电子的大小，再投一次蓝，会出现什么结果呢？为了方便观察电子落点的位置， 我们在篮框后面放

9、了一个光屏， 现在我们给电子一个水平方向的初速度， 电子的运动轨迹和落点会是什么样呢？学生：都会落在中间的位置上【播放动画】教师： 实际上这个动画是模拟一个实验， 电子束轰击铝箔的实验，真正的实验照片是这样的， 亮的地方表明电子到达了， 原本以为电子会只在中间的位置出现， 这儿确实也比其他地方亮， 说明到达中间的电子还是比较多， 但是还有一些电子却达到了环形位置， 可见在微观世界里，经典力学不适用了。这个时候就要用量子力学来解释，而量子力学最大的特点就是不确定性。板书 3、宏观经典力学根据板书，强调经典力学的适用范围。教师总结通过本节课的学习，我们知道经典力学不是错误了，而是它有适用范围。 那未来会不会有一种理论能把相对论和量子力学都包括进去呢？其实爱因斯坦后半生一直想能不能提出