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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(jīng)典力學不斷發(fā)展，取得了巨大的成就．經(jīng)典力學在科學研究和生產(chǎn)技術中有廣泛的應用．經(jīng)典力學和天文學相結(jié)合，建立了天體力學、經(jīng)典力學和工程力學實際相結(jié)合，建立了應用力學：如水利學、材料力學、結(jié)構(gòu)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(jīng)典力學的規(guī)律、經(jīng)典力學的結(jié)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(jīng)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(jīng)典力學同其他物理定律一樣，是有適用范圍的．經(jīng)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(zhì)量隨速度的增大而增大．而在經(jīng)典力學中，質(zhì)量是固定不變的．并用相對論對經(jīng)典力學不適用于高速運動作了介紹． 本節(jié)內(nèi)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(jīng)典力學在科學研究和生產(chǎn)技術中的廣泛應用． 3．知道質(zhì)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(jié)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(zhì)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(jīng)典力學在科學研究和生產(chǎn)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(zhì)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(nèi)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(zhì)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(nèi)容． 二、新課教學 （一）經(jīng)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(jīng)典力學和天文學相結(jié)合，建立了天體力學．試舉例說明經(jīng)典力學在這方面的應用． 2．經(jīng)典力學和工程實際相結(jié)合，建立了應用力學．試舉例說明經(jīng)典力學在這方面的應用． 3．這些領域內(nèi)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(jīng)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(jīng)典力學的規(guī)律． ［學生丙］這些領域內(nèi)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(jié)］自從17世紀以來，以牛頓定律為基礎的經(jīng)典力學不斷發(fā)展，在科學研究和生產(chǎn)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(zhì)子、中子）在運動時不僅具有粒子性，而且還具有波動性，經(jīng)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(zhì)量發(fā)生變化，而經(jīng)典力學認為質(zhì)量是不變的，所以經(jīng)典力學在高速運動領域內(nèi)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(jié)］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(jīng)典力學到相對論的發(fā)展 以牛頓運動定律為基礎的經(jīng)典力學中，空間間隔（長度）s、時間t和質(zhì)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(zhì)量和運動時的質(zhì)量一樣．這就是經(jīng)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(jīng)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(zhì)量都是隨物體的運動速度而變化的．長度、時間和質(zhì)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(zhì)—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(zhì)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(jié)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(zhì)而獨立存在，空間的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)取決于物質(zhì)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(jié) 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(nèi)容． 五、板書設計