高中物理《經(jīng)典力學(xué)的局限性》優(yōu)秀教案
{課前感知}
1．經(jīng)典力學(xué)認(rèn)為，物體的質(zhì)量與物體的運(yùn)動狀態(tài) ；而狹義相對淪認(rèn)為，物體的質(zhì)量隨著它的速度的增大而 ，若一個(gè)物體靜止時(shí)的質(zhì)量為 ，則當(dāng)它以速度 運(yùn)動時(shí)，共質(zhì)量m= 。
2．每一個(gè)天體都有一個(gè)引力半徑，半徑的大小由 決定；只要天體實(shí)際半徑 它們的引力半徑，那么由愛因斯坦和牛頓引力理論計(jì)算出的力的差異 。但當(dāng)天體的實(shí)際半徑接近引力半徑時(shí)，這種差異 。
{即講即練}
【典題例釋】 【我行我秀】
【例1】20世紀(jì)以來，人們發(fā)現(xiàn)了一些事實(shí)，而經(jīng)典力學(xué)卻無法解釋，經(jīng)典力學(xué)只適用于解決物體的 問題，不能用來處理 運(yùn)動問題，只適用于 物體，一般不適用于 粒子。這說明人們對客觀事物的具體認(rèn)識在廣度上是有 的，人們應(yīng)當(dāng) 。
【思路分析】人們對客觀世界的認(rèn)識要受到他所處的時(shí)代客觀條件和科學(xué)水平的制約，所以人們只有不斷擴(kuò)展自己的認(rèn)識，才能掌握更廣闊領(lǐng)域內(nèi)的不同事物的本質(zhì)與規(guī)律。
【答案】低速運(yùn)動 高速 宏觀 微觀 局限性
不斷擴(kuò)展認(rèn)識，在更廣闊的領(lǐng)域內(nèi)掌握不同事物的本質(zhì)與規(guī)律
【類題總結(jié)】歷史的科學(xué)成就不會被新的科學(xué)成就所否定，它只能是新的科學(xué)在一定條件下的特殊情形
【例2】繼哥白尼提出“太陽中心說”、開普勒提出行星運(yùn)動三定律后，牛頓站在世人的肩膀上，創(chuàng)立了經(jīng)典力學(xué)，揭示了包括行星在內(nèi)的宏觀物體的運(yùn)動規(guī)律；愛因斯坦既批判了牛頓力學(xué)的不足，又進(jìn)一步發(fā)展了牛頓的經(jīng)典力學(xué)，創(chuàng)立了相對論，這說明 ( )
A.世界無限擴(kuò)大，人不可能認(rèn)識世界，只能認(rèn)識世界的一部分
B.人的意識具有能動性，能夠正確地反映客觀世界
C.人對世界的每一個(gè)正確認(rèn)識都有局限性，需要發(fā)展和深化
D.每一個(gè)認(rèn)識都可能被后人推翻，人不可能獲得正確的認(rèn)識
【思路分析】發(fā)現(xiàn)總是來自于認(rèn)識過程，觀點(diǎn)總是為解釋發(fā)現(xiàn)而提出的，主動認(rèn)識世界，積極思考問題，追求解決(解釋)問題，這是科學(xué)研究的基本軌跡。愛因斯坦的相對理論是對牛頓力學(xué)的理論的發(fā)展和深化，但也有人正在向愛因斯坦理論挑戰(zhàn)
【答案】BC
【類題總結(jié)】一切科學(xué)的發(fā)現(xiàn)都是人們主動認(rèn)識世界的結(jié)果，而每個(gè)人的研究又都是建立在前人研究的基礎(chǔ)上，通過自己的努力去發(fā)展和提高。愛因斯坦的相對論理論并沒有否定牛頓力學(xué)的理論，而是把它看成是在一定條件下的特殊情形。
【例3】一個(gè)原來靜止的電子，經(jīng)電壓加速后，獲得的速度為 .問電子的質(zhì)量增大了還是減小了？改變了百分之幾？
【思路分析】根據(jù)愛因斯坦的狹義相對論 得運(yùn)動后質(zhì)量增大了。
所以改變的百分比為 .
【答案】增大了 0.02%
【類題總結(jié)】在這種情況下，由于質(zhì)量改變很小，可以忽略質(zhì)量的改變，經(jīng)典力學(xué)理論仍然適用，而宏觀物體的運(yùn)動速度一般都很小(相比于光速)，所以經(jīng)典力學(xué)解決宏觀物體的動力學(xué)問題是適用的。 1. 19世紀(jì)末和20世紀(jì)以來，物理學(xué)的研究深入到 ，發(fā)現(xiàn) 等微觀粒子不僅有 ，而且有 ，它們的運(yùn)動規(guī)律不能用經(jīng)典力學(xué)來說明。
2. 下列說法正確的是 ( )
A.經(jīng)典力學(xué)能夠說明微觀粒子的規(guī)律性
B.經(jīng)典力學(xué)適用于宏觀物體的低速運(yùn)動問題，不適用于高速運(yùn)動的問題
C.相對論與量了力學(xué)的出現(xiàn)，表示經(jīng)典力學(xué)已失去意義
D.對于宏觀物體的高速運(yùn)動問題，經(jīng)典力學(xué)仍能適用
3.對于公式 ，下列說法中正確的是（ ）
A.式中的 是物體以速度V運(yùn)動時(shí)的'質(zhì)量
B.當(dāng)物體的運(yùn)動速度 時(shí)，物體的質(zhì)量為 0，即物體質(zhì)量改變了，故經(jīng)典力學(xué)不適用，是不正確的
C.當(dāng)物體以較小的速度運(yùn)動時(shí)，質(zhì)量變化十分微弱，經(jīng)典力學(xué)理論仍然適用，只有當(dāng)物體以接近光速運(yùn)動時(shí)，質(zhì)量變化才明顯，故經(jīng)典力學(xué)適用于低速運(yùn)動，而不適用于高速運(yùn)動
D.通常由于物體的運(yùn)動速度太小，故質(zhì)量的變化引不起我們的感覺，在分析地球上物體的運(yùn)動時(shí)，不必考慮質(zhì)量的變化
{超越課堂}
〖基礎(chǔ)鞏固
1.下列說法正確的是 ( )
A.在經(jīng)典力學(xué)中，物體的質(zhì)量不隨運(yùn)動狀態(tài)而改變，在狹義相對論中，物體的質(zhì)量也不隨運(yùn)動狀態(tài)而改變
B.在經(jīng)典力學(xué)中，物體的質(zhì)量隨運(yùn)動速度的增加而減小，在狹義相對論中，物體的質(zhì)量隨物體速度的增大而增大
C.在經(jīng)典力學(xué)中，物體的質(zhì)量是不變的，在狹義相對論中，物體的質(zhì)量隨物體速度的增大而增大
D.上述說法都是錯(cuò)誤的
2.下列說法正確的是 ( )
A.牛頓定律就是經(jīng)典力學(xué)
B.經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)是牛頓運(yùn)動定律
C.牛頓運(yùn)動定律可以解決自然界中所有的問題
D.經(jīng)典力學(xué)可以解決自然界中所有的問題
3.20世紀(jì)初，著名物理學(xué)家愛因斯坦提出了 ，闡述物體 時(shí)所遵從的規(guī)律，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．
而且具有 ，它們的運(yùn)動規(guī)律不能用經(jīng)典力學(xué)來說明．
4. 與 都沒有否定過去的科學(xué)，而認(rèn)為過去的科學(xué)是自己在一定條件下的特殊情形．
5.一條河流中的水以相對于河岸的速度v水岸流動，河中的船以相對于河水的速度V船水順流而下，在經(jīng)典力學(xué)中的速度為：V船岸＝ ．
6.在粒子對撞機(jī)中，有一個(gè)電子經(jīng)過高壓加速，速度達(dá)到光速的0.5倍，試求此時(shí)電子的質(zhì)量變?yōu)殪o止時(shí)的多少倍?
〖能力提升
7.〖概念理解題20世紀(jì)以來，人們發(fā)現(xiàn)了一些新的事實(shí)，而經(jīng)典力學(xué)卻無法解釋．經(jīng)典力學(xué)只適用于解決物體的低速運(yùn)動問題，不能用來處理高速運(yùn)動問題，只適用于宏觀物體，一般不適用于微觀粒子．這說明 ( )
A.隨著認(rèn)識的發(fā)展，經(jīng)典力學(xué)已成了過時(shí)的理論
B.人們對客觀事物的具體認(rèn)識在廣度上是有局限性的
C.不同領(lǐng)域的事物各有其本質(zhì)與規(guī)律
D.人們應(yīng)當(dāng)不斷擴(kuò)展認(rèn)識，在更廣闊的領(lǐng)域內(nèi)掌握不同事物的本質(zhì)與規(guī)律
8.〖概念理解題下列說法正確的是 ( )
①愛因斯坦的狹義相對論研究的是物體在低速運(yùn)動時(shí)所遵循的規(guī)律
②愛因斯坦的狹義相對論研究的是物體在高速運(yùn)動時(shí)所遵循的規(guī)律
③牛頓力學(xué)的運(yùn)動定律研究的是物體在低速運(yùn)動時(shí)所遵循的規(guī)律
④牛頓力學(xué)的運(yùn)動定律研究的是物體在高速運(yùn)動時(shí)所遵循的規(guī)律
A.①③ B.②④
C.①④ D.②③
9.〖應(yīng)用題關(guān)于經(jīng)典力學(xué)和量子力學(xué)，下面說法中正確的是( )
A.不論是對客觀物體，還是微觀粒子，經(jīng)典力學(xué)和量子力學(xué)都是適用的
B.量子力學(xué)適用于宏觀物體的運(yùn)動，經(jīng)典力學(xué)適用于微觀粒子的運(yùn)動
C.經(jīng)典力學(xué)適用于宏觀物體的運(yùn)動，量子力學(xué)適用于微觀粒子的運(yùn)動
D.上述說法都是錯(cuò)誤的
10. 〖概念理解題下面說法中正確的是 ( )
A.根據(jù)牛頓的萬有引力定律可以知道，當(dāng)星球質(zhì)量不變，半徑變?yōu)樵瓉淼囊话霑r(shí)，表面上的引力將變?yōu)樵瓉淼?倍
B.按照廣義相對論可以知道，當(dāng)星球質(zhì)量不變，半徑變?yōu)樵瓉淼囊话霑r(shí)，表面上的引力將大于原來的4倍
C.在球體的實(shí)際半徑遠(yuǎn)大于引力半徑時(shí)，根據(jù)愛因斯坦的理論和牛頓的引力理論計(jì)算出的力差異很大
D.在天體的實(shí)際半徑接近引力半徑時(shí)，根據(jù)愛因斯坦的引力理論和牛頓的引力理論計(jì)算出的力差異不大
11.〖應(yīng)用題丹麥天文學(xué)家第谷連續(xù)20年詳細(xì)記錄了行星的運(yùn)動過程中的位置的變化。這些資料既豐富又準(zhǔn)確，達(dá)到了肉眼所能及的限度。但他并沒有發(fā)現(xiàn)行星運(yùn)動規(guī)律。對此，下列說法正確的有 ( )
A.占有大量感性材料是毫無意義的
B.第谷的工作為發(fā)現(xiàn)行星運(yùn)動規(guī)律創(chuàng)造了前提
C.說明第谷沒有真正發(fā)揮主觀能動性
D.第谷缺少的是對感性材料的加工、制作
〖思維拓展
12.〖應(yīng)用題當(dāng)物體的速度v=0.8c(c為光速)時(shí)，質(zhì)量增大到原質(zhì)量的 倍。
13. 〖應(yīng)用題兩臺升降機(jī)甲、乙同時(shí)自由下落，甲上的人看到乙是靜止的，也就是說，在甲看來，乙的運(yùn)動狀態(tài)并沒有改變，但是乙確實(shí)受到向下的地球引力，根據(jù)牛頓定律，受到外力作用的物體，其運(yùn)動狀態(tài)一定會改變，這不是有矛盾嗎?你是如何理解的?
第六節(jié) 經(jīng)典力學(xué)的局限性
【課前感知】
1.無關(guān)；增大；
2.天體的質(zhì)量；遠(yuǎn)大于；并不很大；將急劇增大
【我行我秀】
1.（1）微觀世界 電子 質(zhì)子 中子 粒子性 波動性
2.（1）B 【思路分析】經(jīng)典力學(xué)的適用范圍是宏觀、低速運(yùn)動的物體，對于微觀粒子和高速運(yùn)動的物體的運(yùn)動規(guī)律可用量子力學(xué)與相對論觀點(diǎn)解釋，兩者研究問題的對象不一樣，是相互補(bǔ)充的。
3.（1）C、D 【思路分析】公式中m0是靜止質(zhì)量，m是物體以速度v運(yùn)動時(shí)的質(zhì)量，A不對。由公式可知，只不當(dāng)v接近光速時(shí)，物體的質(zhì)量變化才明顯，一般情況下物體的質(zhì)量變化十分微小，故經(jīng)典力學(xué)仍然適用，故B不對，C、D正確。
【超越課堂】
1.C【思路分析】在經(jīng)典力學(xué)中，物體的質(zhì)量是不變，在狹義相對論中，物體的質(zhì)量隨物體速度的增大而增大，二者在速度遠(yuǎn)小于光速時(shí)是統(tǒng)一的。
2.B【思路分析】經(jīng)典力學(xué)并不等于牛頓定律，牛頓運(yùn)動定律只是經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)；經(jīng)典力學(xué)并非萬能，也有其適用范圍，并不能解決自然界中所有的問題 ，沒有哪個(gè)理論可以解決自然界中所有問題。因此只有搞清牛頓運(yùn)動定律和經(jīng)典力學(xué)的隸屬關(guān)系，明確經(jīng)典力學(xué)的適用范圍，才能正確解決此類問題。
3.狹義相對論 以接近光速的速度運(yùn)動 不變
4.相對論 量子力學(xué)
5.v船水+v水岸
6.1.155倍
7.BCD
8.D
9.C
10.AB 【思路分析】在球體的實(shí)際半徑遠(yuǎn)大于引力半徑時(shí)，根據(jù)愛因斯坦的理論和牛頓的引力理論計(jì)算出力差異并不很大。
11.BD【思路分析】開普勒是通過對第谷的資料研究才發(fā)現(xiàn)行星運(yùn)動的規(guī)律的，如果第谷對自己的感性材料進(jìn)行加工制作，相信他也能夠發(fā)現(xiàn)行星運(yùn)動的規(guī)律。
12.1.7倍 【思路分析】根據(jù)質(zhì)量與速度的關(guān)系，將v=0.8c代入求得 m= = =1.7m0.
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