《经典力学的局限性》教案
作为一位不辞辛劳的人民教师，往往需要进行教案编写工作，教案是备课向课堂教学转化的关节点。那么写教案需要注意哪些问题呢？以下是小编收集整理的《经典力学的局限性》教案，仅供参考，欢迎大家阅读。
《经典力学的局限性》教案1
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(3×108m/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6000m/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=6×106m/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6×106m/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1.5c
B.飞船正后方地面上的观察者看到这一光速为0.5c
C.在垂直飞船前进方向地面上的观察者看到这一光速是0.5c
D.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。
(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。
板书
第六节经典力学的局限性
1、从低速到高速经典力学只适用于低速运动
2、从宏观到微观经典力学只适用于宏观物体
3、从弱引力到强引力万有引力定律只适用于弱引力
《经典力学的局限性》教案2
{课前感知}
1．经典力学认为，物体的质量与物体的运动状态 ；而狭义相对沦认为，物体的质量随着它的速度的增大而 ，若一个物体静止时的质量为 ，则当它以速度 运动时，共质量m= 。
2．每一个天体都有一个引力半径，半径的大小由 决定；只要天体实际半径 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异 。但当天体的实际半径接近引力半径时，这种差异 。
{即讲即练}
【典题例释】 【我行我秀】
【例1】20世纪以来，人们发现了一些事实，而经典力学却无法解释，经典力学只适用于解决物体的 问题，不能用来处理 运动问题，只适用于 物体，一般不适用于 粒子。这说明人们对客观事物的具体认识在广度上是有 的，人们应当 。
【思路分析】人们对客观世界的认识要受到他所处的时代客观条件和科学水平的制约，所以人们只有不断扩展自己的认识，才能掌握更广阔领域内的不同事物的本质与规律。
【答案】低速运动 高速 宏观 微观 局限性
不断扩展认识，在更广阔的领域内掌握不同事物的本质与规律
【类题总结】历史的科学成就不会被新的科学成就所否定，它只能是新的科学在一定条件下的特殊情形
【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，牛顿站在世人的肩膀上，创立了经典力学，揭示了包括行星在内的宏观物体的运动规律；爱因斯坦既批判了牛顿力学的不足，又进一步发展了牛顿的经典力学，创立了相对论，这说明 ( )
A.世界无限扩大，人不可能认识世界，只能认识世界的一部分
B.人的意识具有能动性，能够正确地反映客观世界
C.人对世界的每一个正确认识都有局限性，需要发展和深化
D.每一个认识都可能被后人推翻，人不可能获得正确的认识
【思路分析】发现总是来自于认识过程，观点总是为解释发现而提出的，主动认识世界，积极思考问题，追求解决(解释)问题，这是科学研究的基本轨迹。爱因斯坦的相对理论是对牛顿力学的理论的发展和深化，但也有人正在向爱因斯坦理论挑战
【答案】BC
【类题总结】一切科学的发现都是人们主动认识世界的结果，而每个人的研究又都是建立在前人研究的基础上，通过自己的努力去发展和提高。爱因斯坦的相对论理论并没有否定牛顿力学的理论，而是把它看成是在一定条件下的特殊情形。
【例3】一个原来静止的电子，经电压加速后，获得的速度为 .问电子的质量增大了还是减小了？改变了百分之几？
【思路分析】根据爱因斯坦的狭义相对论 得运动后质量增大了。
所以改变的百分比为 .
【答案】增大了 0.02%
【类题总结】在这种情况下，由于质量改变很小，可以忽略质量的改变，经典力学理论仍然适用，而宏观物体的运动速度一般都很小(相比于光速)，所以经典力学解决宏观物体的动力学问题是适用的。 1. 19世纪末和20世纪以来，物理学的研究深入到 ，发现 等微观粒子不仅有 ，而且有 ，它们的运动规律不能用经典力学来说明。
2. 下列说法正确的是 ( )
A.经典力学能够说明微观粒子的规律性
B.经典力学适用于宏观物体的低速运动问题，不适用于高速运动的问题
C.相对论与量了力学的出现，表示经典力学已失去意义
D.对于宏观物体的高速运动问题，经典力学仍能适用
3.对于公式 ，下列说法中正确的是（ ）
A.式中的 是物体以速度V运动时的质量
B.当物体的运动速度 时，物体的质量为 0，即物体质量改变了，故经典力学不适用，是不正确的
C.当物体以较小的速度运动时，质量变化十分微弱，经典力学理论仍然适用，只有当物体以接近光速运动时，质量变化才明显，故经典力学适用于低速运动，而不适用于高速运动
D.通常由于物体的运动速度太小，故质量的变化引不起我们的感觉，在分析地球上物体的运动时，不必考虑质量的变化
{超越课堂}
〖基础巩固
1.下列说法正确的是 ( )
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加而减小，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.上述说法都是错误的
2.下列说法正确的是 ( )
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.牛顿运动定律可以解决自然界中所有的问题
D.经典力学可以解决自然界中所有的问题
3.20世纪初，著名物理学家爱因斯坦提出了 ，阐述物体 时所遵从的规律，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．
而且具有 ，它们的运动规律不能用经典力学来说明．
4. 与 都没有否定过去的科学，而认为过去的'科学是自己在一定条件下的特殊情形．
5.一条河流中的水以相对于河岸的速度v水岸流动，河中的船以相对于河水的速度V船水顺流而下，在经典力学中的速度为：V船岸＝ ．
6.在粒子对撞机中，有一个电子经过高压加速，速度达到光速的0.5倍，试求此时电子的质量变为静止时的多少倍?
〖能力提升
7.〖概念理解题20世纪以来，人们发现了一些新的事实，而经典力学却无法解释．经典力学只适用于解决物体的低速运动问题，不能用来处理高速运动问题，只适用于宏观物体，一般不适用于微观粒子．这说明 ( )
A.随着认识的发展，经典力学已成了过时的理论
B.人们对客观事物的具体认识在广度上是有局限性的
C.不同领域的事物各有其本质与规律
D.人们应当不断扩展认识，在更广阔的领域内掌握不同事物的本质与规律
8.〖概念理解题下列说法正确的是 ( )
①爱因斯坦的狭义相对论研究的是物体在低速运动时所遵循的规律
②爱因斯坦的狭义相对论研究的是物体在高速运动时所遵循的规律
③牛顿力学的运动定律研究的是物体在低速运动时所遵循的规律
④牛顿力学的运动定律研究的是物体在高速运动时所遵循的规律
A.①③ B.②④
C.①④ D.②③
9.〖应用题关于经典力学和量子力学，下面说法中正确的是( )
A.不论是对客观物体，还是微观粒子，经典力学和量子力学都是适用的
B.量子力学适用于宏观物体的运动，经典力学适用于微观粒子的运动
C.经典力学适用于宏观物体的运动，量子力学适用于微观粒子的运动
D.上述说法都是错误的
10. 〖概念理解题下面说法中正确的是 ( )
A.根据牛顿的万有引力定律可以知道，当星球质量不变，半径变为原来的一半时，表面上的引力将变为原来的4倍
B.按照广义相对论可以知道，当星球质量不变，半径变为原来的一半时，表面上的引力将大于原来的4倍
C.在球体的实际半径远大于引力半径时，根据爱因斯坦的理论和牛顿的引力理论计算出的力差异很大
D.在天体的实际半径接近引力半径时，根据爱因斯坦的引力理论和牛顿的引力理论计算出的力差异不大
11.〖应用题丹麦天文学家第谷连续20年详细记录了行星的运动过程中的位置的变化。这些资料既丰富又准确，达到了肉眼所能及的限度。但他并没有发现行星运动规律。对此，下列说法正确的有 ( )
A.占有大量感性材料是毫无意义的
B.第谷的工作为发现行星运动规律创造了前提
C.说明第谷没有真正发挥主观能动性
D.第谷缺少的是对感性材料的加工、制作
〖思维拓展
12.〖应用题当物体的速度v=0.8c(c为光速)时，质量增大到原质量的 倍。
13. 〖应用题两台升降机甲、乙同时自由下落，甲上的人看到乙是静止的，也就是说，在甲看来，乙的运动状态并没有改变，但是乙确实受到向下的地球引力，根据牛顿定律，受到外力作用的物体，其运动状态一定会改变，这不是有矛盾吗?你是如何理解的?
第六节 经典力学的局限性
【课前感知】
1.无关；增大；
2.天体的质量；远大于；并不很大；将急剧增大
【我行我秀】
1.（1）微观世界 电子 质子 中子 粒子性 波动性
2.（1）B 【思路分析】经典力学的适用范围是宏观、低速运动的物体，对于微观粒子和高速运动的物体的运动规律可用量子力学与相对论观点解释，两者研究问题的对象不一样，是相互补充的。
3.（1）C、D 【思路分析】公式中m0是静止质量，m是物体以速度v运动时的质量，A不对。由公式可知，只不当v接近光速时，物体的质量变化才明显，一般情况下物体的质量变化十分微小，故经典力学仍然适用，故B不对，C、D正确。
【超越课堂】
1.C【思路分析】在经典力学中，物体的质量是不变，在狭义相对论中，物体的质量随物体速度的增大而增大，二者在速度远小于光速时是统一的。
2.B【思路分析】经典力学并不等于牛顿定律，牛顿运动定律只是经典力学的基础；经典力学并非万能，也有其适用范围，并不能解决自然界中所有的问题 ，没有哪个理论可以解决自然界中所有问题。因此只有搞清牛顿运动定律和经典力学的隶属关系，明确经典力学的适用范围，才能正确解决此类问题。
3.狭义相对论 以接近光速的速度运动 不变
4.相对论 量子力学
5.v船水+v水岸
6.1.155倍
7.BCD
8.D
9.C
10.AB 【思路分析】在球体的实际半径远大于引力半径时，根据爱因斯坦的理论和牛顿的引力理论计算出力差异并不很大。
11.BD【思路分析】开普勒是通过对第谷的资料研究才发现行星运动的规律的，如果第谷对自己的感性材料进行加工制作，相信他也能够发现行星运动的规律。
12.1.7倍 【思路分析】根据质量与速度的关系，将v=0.8c代入求得 m= = =1.7m0.
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