2019-2020年高一物理牛頓運動定律的適用范圍.doc
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2019-2020年高一物理牛頓運動定律的適用范圍 ●本節(jié)教材分析 自從17世紀以來,以牛頓運動定律為基礎的經典力學不斷發(fā)展,取得了巨大的成就.經典力學在科學研究和生產技術中有廣泛的應用.經典力學和天文學相結合,建立了天體力學、經典力學和工程力學實際相結合,建立了應用力學:如水利學、材料力學、結構力學等等.從地面上各種物體的運動到天體的運動;從大氣流動到地殼的變動;從攔河筑壩、修建橋梁到設計各種機械;從自行車到火車、飛機等現(xiàn)代化交通工具的出現(xiàn);從投出的籃球到發(fā)射導彈、人造衛(wèi)星、宇宙飛船.所有這些都服從經典力學的規(guī)律、經典力學的結果,在如此廣闊的領域里與實際相符合,證明了牛頓運動定律的正確性. 隨著科學的不斷發(fā)展,人們卻發(fā)現(xiàn)對于微觀粒子和高速運動問題,經典力學并不能很好的解釋他們的運動規(guī)律.這些都說明,經典力學同其他物理定律一樣,是有適用范圍的.經典力學只適用宏觀低速問題. 20世紀初著名的物理學家愛因斯坦在狹義相對論中指出:物體的質量隨速度的增大而增大.而在經典力學中,質量是固定不變的.并用相對論對經典力學不適用于高速運動作了介紹. 本節(jié)內容較少,也比較抽象,可在學生自學基礎上加以指導,也可適當介紹“狹義相對論”的知識以激發(fā)學生的學習興趣. ●教學目標 一、知識目標 1.知道牛頓運動定律的適用范圍. 2.了解經典力學在科學研究和生產技術中的廣泛應用. 3.知道質量與速度的關系,知道高速運動中必須考慮速度隨時間的變化. 二、能力目標 培養(yǎng)學生的自學能力和分析概括能力. 三、德育目標 通過對牛頓運動定律適用范圍的討論,使學生知道物理中的結論和規(guī)律一般都有其適用范圍. ●教學重點 牛頓運動定律的適用范圍. ●教學難點 高速運動的物體,速度和質量之間的關系. ●教學方法 閱讀法、歸納法、講練法. ●教學用具 投影儀、投影片. ●課時安排 1課時 ●教學過程 [用投影片出示本節(jié)課的學習目標] 1.知道經典力學在科學研究和生產技術中的廣泛應用. 2.知道牛頓運動定律的適用范圍. 3.了解質量和速度之間的關系. ●學習目標完成過程 一、導入新課 [教師]這一章中我們學習了牛頓的哪些定律,其內容各是什么? [學生]我們學習了牛頓的三條運動定律. 第一定律:一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài),直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止. 第二定律:物體的加速度跟所受的合力成正比,跟物體的質量成反比,加速度方向跟合力方向相同. 第三定律:兩個物體之間的作用力和反作用力總是大小相等、方向相反,作用在一條直線上. [教師]這些定律是否在任何條件下都是成立的呢? [學生]不是. [教師]在什么情況下就不再成立了呢? [學生]在非慣性系中牛頓運動定律就不再成立了. [教師]不成立是不是說就不再適用了? [學生]不是. [教師]怎么樣做就可以適用了? [學生]增加一個假設的、大于等于ma、方向與加速度相反的慣性力后仍可適用. [教師]那么,是不是說在任何情況下,牛頓運動定律都適用呢?本節(jié)我們一起來學習這一內容. 二、新課教學 (一)經典力學的成就 [教師]請同學們閱讀課文第一自然段,閱讀時考慮下列問題: 用投影片出示 1.經典力學和天文學相結合,建立了天體力學.試舉例說明經典力學在這方面的應用. 2.經典力學和工程實際相結合,建立了應用力學.試舉例說明經典力學在這方面的應用. 3.這些領域內的物體有何共同點? [學生甲]晝夜交換、四季變換、天體運動等天體的運動規(guī)律都遵循經典力學. [學生乙]攔河筑壩、修建橋梁、機械設計等實際應用技術也都服從經典力學的規(guī)律. [學生丙]這些領域內的物體有兩個共同的特點:①這些物體都比較大,屬宏觀物體. ②這些物體的運動都比較慢,屬低速運動. [教師總結]自從17世紀以來,以牛頓定律為基礎的經典力學不斷發(fā)展,在科學研究和生產技術中得到廣泛的應用,為社會的發(fā)展做出了巨大的貢獻.但隨著科學技術的發(fā)展,牛頓運動定律越來越體現(xiàn)出了它的局限性.下面我們來討論這一問題. (二)牛頓運動定律的適用范圍 [教師]請同學們閱讀課文的二、三、四自然段,同時考慮下列問題: 用投影片出示 1.牛頓運動定律在哪些領域不能適用? 2.為什么牛頓運動定律在這些方面不能再適用了? 3.牛頓運動定律的適用范圍是什么? [學生A]牛頓運動定律在微觀領域和高速運動領域不再適用. [學生B]因為微觀粒子(如電子、質子、中子)在運動時不僅具有粒子性,而且還具有波動性,經典力學不能說明這種現(xiàn)象,所以它不再適用,同時在高速運動領域,由于物體運動速度太快,要導致質量發(fā)生變化,而經典力學認為質量是不變的,所以經典力學在高速運動領域內也不再適用. [學生C]從上面分析知:牛頓運動定律的適用范圍是:宏觀物體,低速運動. [教師總結]從上面討論可知,牛頓運動定律在微觀領域、高速運動的情況下不再適用.那么對這些領域的問題又應如何研究呢?下面給大家簡單介紹一些近代物理知識. (三)從經典力學到相對論的發(fā)展 以牛頓運動定律為基礎的經典力學中,空間間隔(長度)s、時間t和質量m這三個物理量都與物體的運動速度無關.一根尺靜止時這樣長,當它運動時還是這樣長;一分鐘不論處于靜止狀態(tài)還是處于運動狀態(tài),其快慢保持不變;一個物體靜止時的質量和運動時的質量一樣.這就是經典力學的絕對時空觀. 到了19世紀末,面對高速運動的微觀粒子發(fā)生的現(xiàn)象,經典力學遇到了困難.在新事物面前,愛因斯坦打破了傳統(tǒng)的時空觀,于1905年發(fā)表了題為《論運動物體的電動力學》的論文,提出了狹義相對性原理和光速不變原理,創(chuàng)建了狹義相對論.狹義相對論指出:長度、時間和質量都是隨物體的運動速度而變化的.長度、時間和質量隨速度的變化關系可以用下列方程表達式: l=l0(通稱尺縮效應) t=(鐘慢效應) m=(質—速效應) 上式中,各式里的v都是物體的運動速度,c是真空中的光速,l0和l分別為在相對靜止和運動系統(tǒng)中沿速度方向測得的物體的長度;t和t0分別為在相對靜止和運動的系統(tǒng)中測得的時間;m0和m分別為在相對靜止和運動系統(tǒng)中測得的物體質量. 但是,當宏觀物體的運動速度遠小于光速時(v《c),則上面的一些結果就變?yōu)閘≈l0,t≈t0,m≈m0,因而對于宏觀低速運動的物體,使用牛頓定律來處理問題,還是足夠精確的. 繼狹義相對論之后,1915年愛因斯坦又建立了廣義相對論,指出空間——時間不可能離開物質而獨立存在,空間的結構和性質取決于物質的分布,使人類對于時間、空間和引力現(xiàn)象的認識大大深化了.“狹義相對論”和“廣義相對論”統(tǒng)稱為相對論. 三、小結 通過本節(jié)課的學習,我們知道了牛頓運動定律只適用低速運動的宏觀物體,但是這并不意味著牛頓運動定律失去了它的意義. 四、作業(yè) 1.課本P69習題(4)(5)(6). 2.補充題 閱讀課文并復習本章內容. 五、板書設計- 配套講稿:
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