【导学案】2015年高中物理人教版必修二教师用书6.6经典力学的局限性

-1-课时6.6经典力学的局限性1.了解经典力学的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。4.感受人类对客观世界不断探究的精神和情感。重点难点:初步了解微观和高速世界中的特有现象。教学建议:经典力学的局限性是全章的终结性教材,属于介绍性质的教材;目的是使学生正确认识物理学理论的发展与适用范围,引领学生思考科学的价值观;教材的立意是使学生了解近代物理知识。导入新课:牛顿是世界上最伟大的物理学家,以牛顿运动定律和万有引力定律为核心的经典力学取得了科学史上空前的成就,但科学是不断向前发展的。后来人们发现经典力学也是不完美的,它到底有什么问题呢?又是如何解决这些问题的呢?今天我们就来初步了解一下。1.经典力学:经典力学的基础是①牛顿运动定律,在②低速、③宏观、弱引力的广阔区域,经典力学取得了巨大的成就。2.狭义相对论阐述物体以接近④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⑤不随运动状态而改变的;而狭义相对论指出,物体质量是随着运动速度增大而⑥增大的,即存在公式m=⑦。4.经典力学认为位移和时间的测量与参考系⑧无关,相对论认为,同一过程的位移和时间的测量与参考系⑨有关,在不同的参考系中不同。5.经典力学的适用范围:只适用于⑩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。-2-6.20世纪20年代,建立了量子力学,它正确描述了微观粒子(填“宏观粒子”或“微观粒子”)的运动规律,并在现代科学技术中发挥了重要作用;爱因斯坦的广义相对论说明,在强引力(填“强引力”或“弱引力”)的作用下,牛顿的引力理论将不再适用;相对论和量子力学都没有否定经典力学,而是认为经典力学是自己在一定条件下的特殊情形。1.经典力学是不是完全错误的,没有任何价值的?解答:不是,通常情况下经典力学还是适用的。2.相对论与量子力学的出现是否否定了经典力学?解答:不是,相对论与量子力学是对经典力学的修正。3.相对论中什么样的速度才能称之为“高速”?解答:与光速可以比较的速度。(接近或比较接近光速)主题1:经典力学的局限性问题:阅读课本“经典力学的局限性”的内容,回答下列问题。(1)总结经典力学有哪些局限性,它的适用范围是什么?(2)以牛顿运动定律为基础的经典力学,在科学研究和生产技术中有哪些应用?解答:(1)①经典力学只适用于低速运动,不适用于高速运动。②经典力学只适用于宏观世界,不适用于微观世界。③经典力学只适用于弱引力,不适用于强引力。④牛顿经典力学的局限性在于只适用于低速、宏观、弱引力的物体。(2)经典力学在科学研究和生产技术中有广泛的应用。经典力学与天文学相结合建立了天体力学;经典力学和工程实际相结合,建立了应用力学,如水力学、材料力学、结构力学等。从地面上各种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、飞机等现代交通工具的运动;从投出篮球到发射导弹、卫星、宇宙飞船;等等,所有这些都服从经典力学规律。-3-知识链接:通常所见物体的运动皆为低速运动,如汽车、导弹、人造地球卫星等;但有些微观粒子在一定条件下其速度可接近光速。主题2:爱因斯坦的狭义相对论问题:根据爱因斯坦的狭义相对论知,质量要随着物体的速度增大而增大,即m=。请讨论:如果你使一个物体不断地加速,它的速度会增大到等于光速甚至大于光速吗?为什么?解答:由m=可知,当v=c时,m应无穷大,随着质量不断增大,产生的加速度会不断减小,为保持加速度不减小,同样的力产生加速度的力要不断增大,这样使加速变得越来越困难,因此,不管物体怎样加速,它的速度不会等于光速,只能小于光速。知识链接:1905年爱因斯坦发表论文《论动体的电动力学》,建立狭义相对论,它的两个基本原理是相对性原理和光速不变原理。1.下列说法正确的是()。A.经典力学适用于任何情况下的任何物体B.狭义相对论否定了经典力学C.量子力学能够描述微观粒子运动的规律性D.万有引力定律也适用于强相互作用力【解析】经典力学只适用于宏观、低速、弱引力的情况,A错;狭义相对论没有否定经典力学,在宏观低速情况下,相对论的结论与经典力学没有区别,B错;量子力学正确地描述了微观粒子运动的规律,C选项正确;万有引力定律只适用于弱相互作用力,而对于强相互作用力是不适用的,D错。【答案】C【点评】量子论能够解释微观世界的问题。-4-2.关于经典力学和相对论,下列说法正确的是()。A.经典力学和相对论是各自独立的学说,互不相容B.相对论是在否定了经典力学的基础上建立起来的C.相对论和经典力学是两种不同的学说,二者没有联系D.经典力学包含于相对论之中,经典力学是相对论的特例【解析】相对论的建立并没有否定经典力学,而是认为经典力学是相对论在一定条件下的特殊情形。所以A、B、C不对,D正确。【答案】D【点评】在绝大多数情况下,经典力学都是适用的。3.继哥白尼提出“太阳中心说”、开普勒提出行星运动三定律后,牛顿站在巨人的肩膀上,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,只能认识一部分B.人的意识有能动性,能够正确地反映客观世界C.人们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【解析】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。任何一个人对客观世界的认识都要受当时的客观条件和科学水平的制约,所以所形成的“正确理论”都有一定的局限性,爱因斯坦的相对论理论是对牛顿力学理论的发展和深化,但也有人正在向爱因斯坦理论挑战。【答案】BC【点评】真理不是一成不变的。4.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为静止时的多少倍。【解析】由于电子的速度接近光速,所以质量变化明显,根据爱因斯坦狭义相对论中运动质量与静止质量的关系有m=====1.155m0。【答案】1.155倍【点评】一般来说,只有微观粒子才可能达到接近光的速度。-5-经典力学的局限性