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1、?经典力学的成就和局限性?教学设计 粤教版必修二第五章第一节 一 .教学目标： 初步了解经典时空观和相对论时空观，知道相对论对人类认识世界的影响；初步了解微观世界中的量子化现象，知道宏观物体和微观粒子的能量变化特点，体会量 子论的建立深化了人类对物质世界的认识；通过实例，了解经典力学的开展历程和伟大成就，体会经典力学创立的价值与意义，认 识经典力学的适用范围和局限性；体会科学研究方法对人们认识自然的重要作用，举例说明物理学的进展对于自然科学的 促进作用。2 .三维目标：【知识与技能】了解经典力学的开展历程和伟大成就.（2）知道经典力学的局限性和适用范围.了解高速、微观、强引力世界中的奇妙物理现
2、象，知道处理上述问题的相关理论.了解经典力学与相对论和量子力学的关系.【过程与方法】11经历经典力学建立的物理学史过程，培养科学的思维和对物理的热爱2）经历经典力学局限性的论证过程，培养思维的条理性和总结能力3）经历自主、合作、探究的学习过程，培养自主与合作意识【情感态度价值观】1）知道物理规律一般都有其适用范围，认识科学探究的无穷性2）培养求真务实、献身于科学的时代精神。3.高中物理核心素养导向的目标：高中物理学科核心素养主要包括物理观念、科学思维、科学探究和科学态度与责任四个 方面。物理观念包括物质观念、运动观念、相互作用观念、能量观念及其应用等要素。科学 思维主要包括模型建构、科学推理、
3、科学论证、质疑创新等要素。科学探究主要包括问题、 证据、解释、交流等要素。科学态度与责任主要包括科学本质、科学态度、科学伦理、STSE 笺35多 玉于女系。结合本节的内容和学生的根底,应重点落实物理观念和科学态度与责任这两大方面核心 素养导向的目标，兼顾落实科学思维和科学探究的某些要素导向目标。（1）物理观念导向目标分析。本节内容对学生提炼物理观念具有催化剂的作用，是点 化经典物理物质观、运动观、能量观和相互作用观向现代物理观念转化的重要素材。（2）科学态度与责任导向目标分析。了解经典力学的开展历程和局限性，能够体会科 学理论的开展性和相对性，了解巨大成就，体会经典力学的科学方法、理论严密、体
4、系完整、 实践性、绝对性等科学本质特征，从而感悟科学态度和科学精神。了解巨大成就，还可以感 受科学价值，激发学习物理兴趣，增强立志运用物理知识效劳社会的责任感。（3）科学思维导向的目标分析。了解物理史中模型的开展和基于解决矛盾的观念变化, 潜移默化，形成建模意识和质疑创新等科学思维素养，（4）科学探究导向的目标分析。了解物理史中的科学探究的问题、证据、解释等要素, 潜移默化为科学探究素养。二.教材和学情分析.教材分析：本节课型从教学时序上看属于新授课，从教学内容上看是物理学史教学课， 不是概念课但会涉及许多新概念，新观念，内容广阔博大，所涉及的内容都是现代物理的观 念和现象，都十分抽象、怪异，
5、和学生已获得的生活经验积累差异很大。本节内容主要的教 育功能是培养学生科学态度和责任，渗透现代物理观念等学科核心素养。对照教学目标，不难发现，粤教版教材这一节的教学内容编写太过简约，如假设照本宣 科，是无法实现教学目标的，借鉴人教版?经典力学的局限性?中的内容，将本教材中第二节? 经典时空观和相对论时空观?融入在本节课，既能通过将经典力学的局限性更好的展示出来, 又能通过学生感兴趣的相对论来增加课题趣味，利用多个视频资料激发学生学习物理的热 情，培养学生物理核心素养.学情分析：学生对经典力学的认识也十分有限，对现代物理的两大支柱相对论和量子力 学了解就更加稀少，较好的学生通过科普资料对一些现代
6、物理概念术语也知一知半解。学生 自己阅读相关资料，会遇到许多新观念、新概念和规律，难以理解，盲目阅读，阅读信心会 受到打击，丧失学习兴趣。三.教学方法：从课标内容和教学目标来看，粤教版的这节教学内容设置虽然丰富，但是无法满足学生的需 要，需要补充更多内容：经典力学的开展史料，相对论的理解与开展，经典力学与相对论和 量子力学的关系，补充了解、认识局限性和适用范围的现象比照，观念差异等，故本节课适 合使用讲授法。通过影片?星际穿越?中的一系列问题，教师对教学环节的设计和讲授，使学 生在思考讨论中对物理学的见识站在教师的肩膀上，望的更远、更广些，对局部好的学生, 激发他们的浓厚兴趣，课外主动涉猎相关
7、物理知识。四.教学重点和难点分析.教学重点：经典力学的开展历程、巨大成就和局限性。1 .教学难点：经典力学与相对论和量子力学的关系。五.教学过程1.【导入新课】播放电影?星际穿越?的一个片段，让学生通过观看影片找到影片中关于时间的几个关键词：【学生答复工时间变慢，黑洞，穿越，时间不同【教师提问工为什么时间会出现不同呢？【ppt展示图片】并追问：影片中最令人感动的一个情节是，父亲离开地球执行任务的时候 他的女儿还是一个妙龄少女，为什么他回来的时候他的女儿已经变成一个白发苍苍的老太太 而父亲的容貌却几乎没有发生变化？能否用前面学过的物理知识来解释？【学生无法解释，产生问题，激发学习的兴趣】2【新课
8、教学】经典力学的成就【趁热打铁】借助学生产生的问题，教师继续发问，推进新课教学【教师提问】我们来回忆我们前面所学到的物理内容也就是经典力学，经典力学有两大支柱 分别是什么？【学生答复】牛顿运动定律和万有引力定律【教师引导】这两大定律是牛顿一个人提出来的吗？牛顿有一句非常著名的话：“我之所以 看的远，是因为我站在巨人的肩膀上下面我们来回忆一下经典力学的开展史，也看看牛顿 说的这些巨人都有谁？他们又是通过什么样的方式为经典力学做了哪些奉献？【学生答复】学生通过预习课本的内容结合前面学到的物理知识回忆经典力学的开展史亚里士多德一一观察、经验：必须有力作用在物体上物体才能运动伽利略一一实验、推理：物体
9、保持运动不需要力维持笛卡尔一一总结归纳，数学推导：如果运动中物体没受到力。将以同一速度沿以直线运动。牛顿一一归纳演绎、实验观察、数学推导：牛顿三大运动定律【教师补充】在学生答复的根底上，教师进行适当的提问和补充帮助学生更快更好的回忆经 典力学的开展史，通过物理学史领悟科学家做出的伟大奉献的同时，也知道科学思维方法的逐步提升和完善，【教师提问】通过生活中的实例提问，一个物体如果不受力将做什么运动？受恒力？受变 力？由物体的运动状态和力的关系引导学生分析牛顿运动定律得到：牛顿运动定律是研究地 面上物体的运动规律。【学生答复】万有引力定律开展过程科学家的奉献和成就哥白尼一一为真理献身，日心说第谷一一
10、天才观测家，20年精心绘制行星数据开普勒一一坚信真理，研究数据得到开普勒三大定律胡克，哈雷一一理论分析，进一步解释行星运动规律牛顿一一总结，归纳，数学推导，形成万有引力定律【教师引导】结合我国航天事业的开展，提出卫星发射和回收问题，得到万有引力定律是研 究天上物体的运动。【教师小结我们把研究地面上物体运动规律的牛顿运动定律和研究天上物体运动规律的 万有引力定律以及在经典力学形成过程中的科学思维方法组合起来，就够了经典力学。有了 牛顿的经典力学，我们可以解释地面上物体的运动，例如博尔特起跑，冲刺，以及他在整个 跑步中的任何一个环节，也可以解释天体运动，例如嫦娥一号卫星的发射，变轨，回收，再 加上
11、科学的思维方法，经典力学已经非常非常完美了。所以在1900年英国皇家学会的新年 晚会上，开尔文勋爵说物理学的大厦已经非常完美，剩下的只是做一些修修补补的工作。3.【推进新课教学】一一经典力学的局限性【教师提问】经典力学真的是完美的吗？，他真的能解释一切物理问题吗？从刚刚对经典力 学的回忆我们可以看出，我们能不能解释为什么女儿年龄会看上去比父亲大，这就说明经典 力学还是有局限性的。【教师引导】经典力学的局限性来自于牛顿的经典时空观。1）时间间隔绝对性2）空间距离绝对性【举例说明经典时空观】11） 一节课的时间不会因为任何事物发生变化，就是40分钟，时间间隔不变2）教室的大小不会因为任何事物发生变
12、化，就是这么大，空间距离不变【提问】你还能举出生活在的其他例子吗？【追问】为什么几百年来我们对于牛顿的经典时空观没有提出过异议？【提示】因为我们生活在一个低速的环境中，而如果我们运动的速度增大到接近光速比方说 像影片中的飞船，那么经典时空观就不再适用了。这个时候我们就需要召唤出另外一位伟大 的科学家：爱因斯坦【狭义相对论】【教师引导】爱因斯坦提出了相对论时空观11）不同惯性参考系，物理规律相同任何惯性系，光速不变【教师解释】光速不变：如果有一艘船以速度V向前行驶，同时往前发出一束光速度为C, 那么在经典时空观中我们看到光的速度是多少？【学生答复】V+C两个速度叠加，光的速度变大【追问】如果在相
13、对论时空观呢？【学生答复】因为光速不变所以光的速度还是C【教师总结】正是由于光的速度不变，如果船的速度V比较小相对C可以忽略，也就是我们 生活的情景这个时候牛顿的经典时空观是成立的，如果当船的速度接近光速时差异就显示出 来了。【观看影片】中央电视台有一档科学探索节目对狭义相对论做了解释，下面让我们一起来学 习一下。通过影片生动，形象，简洁的解释能更好的理解狭义相对论。【教师提问】影片中提到在高速移动的飞机上的时间会有什么变化？通过坐飞机来长寿，人 一辈子能获得多少时间？这个时间又是怎么计算出来的？下面让我们来看看伟大的爱因斯 坦的聪明之处【教师引导】相对论对很多人来说都是非常的神秘难懂，以至于
14、在当时世界上只有几个科学 家看得懂。今天老师就带着大家用所学到的知识一起来推导出狭义相对论的公式，看看大家 是否足够聪明。（激发学生学习兴趣）【狭义相对论时间膨胀公式推导】通过火车上的光源来推导【教师小结】大家看神秘的相对论公式是不是被我们推导出来？看来大家都有成为物理学家 的潜质【教师提问工有了这个公式我们再来答复为什么女儿的年龄看起来比爸爸的年龄大很多？【学生答复】：因为父亲做航天飞机以接近光速飞行了，他的时间膨胀了【教师提问】假设飞船的速度是0.88c那么飞船上经过一年，地球上经过多少年？【ppt展示】狭义相对论的另外两条公式：长度公式，质量公式，解释公式中各符号的意义, 说明运动的尺子
15、长度会变短，质量会变大。【课后思考】请同学们在课后相互讨论看能否利用我们已学过的知识来推导下面两个公式, 提示，遇到不懂的问题可以借助网络的力量来辅助学习。当然这3个公式我们在高中阶段是 不需要掌握其计算的，但是我们要知道其出现的背景，更重要的是我们要知道原来利用我们 学到过一些简单的物理知识是可以推导出更高深的物理知识，所以我们要把高中物理学好学 扎实。【ppt展示】利用两幅视觉比照效应的图，在进一步解释狭义相对论。同时引用爱因斯坦对 相对论的解释进一步说明。2 .从弱引力到强引力一一【广义相对论】【投影水星进动的动画】简介水星进动发现的物理故事，行星的运行轨道并不是严格闭合的, 它们的近日
16、点在不断地旋进。【教师提问为什么会发生水星进动现象？万有引力定律能解释吗？【学生产生问题】无法答复，引起矛盾，产生兴趣【教师引导】教师介绍弱引力无法解释水星进动，需要引入强引力解释水星进动的原因，引 出广义相对论【观看视频】通过广义相对论解释的视频进一步了解广义相对论的内容和开展历程【教师总结】我们在影片中看到的黑色洞穴，产生穿越的原因你看懂了吗？原来当天体的质 量很大比方黑洞，这个时侯天体间的引力就趋于无穷大，属于强引力。黑洞这种极端条件 下的宇宙天体。它有极强的吸引力，黑洞本身的巨大质量造成空间弯曲，在一定的条件下就 可以回到过去。【引力波的发现】ppt展示2021年引力波的发现证明了广义
17、相对论的正确性，在这个团队 中就有我们学校的师兄，原来科学的发现竟然离我们这么近，我们也可以成为科学家。目前 人类还无法找到这个一个黑洞和回到过去的方法，希望各位同学能够努力学习找到回到过去 的方法，为人类的开展做出奉献。3 .从宏观到微观一一【量子力学】【教师导入】虽然广义相对论给人们提供了一个回到过去的途径，但是科学家又提出了一个 有趣的问题：如果你回到了过去一不小心害死了你的祖母，那么你的父亲就无法出生，自然 也就没有你，那你怎么回到过去呢？这就是著名的“祖母悖论。当然我们的物理学家是非 常的聪明，我们来看看他们又是怎么答复这个问题的，提出了什么样的新的理论ppt展示投篮动画】【教师提问
18、】：篮球场上，篮球出手的瞬间，我们能否预测篮球运动的轨迹，篮球的落点， 以及篮球是否能投中篮筐？【学生答复】可以。因为我们通过对篮球进行受力分析，篮球受重力，具有斜向上的速度, 做斜抛。我们可以通过公式计算出篮球运动的轨迹，篮球的落点，以及篮球是否能投中。【教师追问工如果把篮球缩小到只有电子的大小，再投一次蓝，会出现什么结果呢？为了 方便观察电子落点的位置，我们在篮框后面放了一个光屏，现在我们给电子一个水平方向的 初速度，电子的运动轨迹和落点会是什么样呢？【学生答复工都会落在中间的位置上【播放动画】与学生认知产生矛盾【教师总结工实际上这个动画是模拟一个实验，电子束轰击铝箔的实验，真正的实验照片
19、 是这样的（展示实验图片），亮的地方说明电子到达了，原本以为电子会只在中间的位置出 现，这儿确实也比其他地方亮，说明到达中间的电子还是比较多，但是还有一些电子却到达 了环形位置，可见在微观世界里，经典力学不适用了。这个时候就要用量子力学来解释，而 量子力学最大的特点就是不确定性。有了这个不确定性，我们就可以来解释刚刚祖母悖论 这个问题，宇宙中也存在不确定性，也就是所谓的平行空间，在这个空间了你不小心害死你 的祖母，但是由于不确定性，会存在另外一个空间你的祖母平安无事。这看起来是不是很神 奇？感兴趣的同学可以在课后通过上网继续查找资料，继续学习。【教师拓展】著名实验“薛定谓的猫就是量子力学的不确
20、定性的一个经典解释。有兴趣的 同学可以再课后进一步了解。【本节小结】本节课我们先重温了经典力学的成就，了解的经典力学的开展史和经典力学的组成，知 道科学家们在经典力学建立的过程中的科学方法、理论严密、体系完整、实践性、绝对性等 科学本质特征，从而感悟科学态度和科学精神同时我们也知道了经典力学的局限性：从低速到高速：在经典力学中，物体的时间，长度，质量是不随运动状态改变的， 而狭义相对论指出，当接近光速时，时间变慢，长度变短，质量变大。.从弱引力到强引力：相对论并没有否认经典力学，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，在强引力下就必须用广义相对论。从宏观到微观：同样的道理在宏观世界世界中经典力学适用具有确定性，而在微观 世界我们需要用量子力学，它具有不确定性.【教师引导】科学的开展需要一代又一代的科学家孜孜不倦的做出奉献，随着科学的开 展人们看问题的角度的变化，需要提出一套有一套的理论来完善提升原有的理论。这就是科 学的进步，这就是科学的严谨与完整，希望各位同学能努力学习，在科学的开展上做出自己 的奉献。【板书设计】经典力学的成就和局限性一、经典力学开展史二、经典力学的局限性1、低速2、弱引力3、宏观