8.1 牛顿力学的局限性 学历案 -2024-2025学年高一上学期物理沪科版（2019）必修第二册

《第一节 牛顿力学的局限性》学历案 姓名： 班级： 学号： 【主题与课时】 沪科版（2020）高中必修第二册第八章第一节牛顿力学的局限性，1课时 【课标要求】 1、 了解牛顿力学的发展历程及其对科学和社会发展的重要意义。 2、 认识牛顿力学的局限性，理解相对论等现代物理理论的产生背景。 【学习目标】 1、 能说出牛顿力学在低速、宏观世界中的成功应用实例，知道牛顿力学在这些范围内的精确性。 2、 能列举出牛顿力学在高速、微观等情况下出现的与实验不符的现象，明白牛顿力学的局限性。 3、 可以简单阐述相对论产生的背景，理解为什么需要新的理论来补充牛顿力学。 【评价任务】 1、 通过小组讨论日常生活中的物理现象，检测目标1的达成情况。 2、 分析给定的高速或微观物理实验数据，判断是否符合牛顿力学，以此检测目标2。 3、 让学生讲述相对论产生的小故事，评估目标3的掌握程度。 【学习过程】 一、情境导入 同学们，咱们都知道牛顿是个超级厉害的大科学家，他的力学理论就像一把万能钥匙，能打开好多物理问题的大门呢。就拿我上次去游乐场玩过山车的经历来说吧。过山车在轨道上呼啸而过，一会儿爬坡，一会儿俯冲，一会儿转圈。我当时就在想，这个过山车的运动是不是就可以用牛顿力学来解释呀？其实呀，过山车的速度虽然很快，但和光的速度比起来，那可就是小巫见大巫了。而且过山车是个大家伙，是宏观物体。像这样在低速、宏观世界里的物体运动，牛顿力学就能很好地描述。比如说过山车的加速、减速，它受到的重力、轨道的支持力和摩擦力等等，用牛顿第二定律F ＝ ma就能准确地算出它的运动状态。 二、任务一：牛顿力学在低速、宏观世界中的成功应用 1、 小组讨论 咱们现在分成小组来讨论一下生活中的一些物理现象。比如说汽车在马路上行驶，足球被踢出去在空中飞行，还有吊灯在天花板上静止不动这些现象。每个小组都要试着用牛顿力学的知识来解释这些现象。比如汽车行驶的时候，发动机提供动力，地面给轮胎摩擦力，根据牛顿第二定律就能算出汽车的加速度；足球在空中飞行的时候，受到重力和空气阻力的作用，它的运动轨迹可以用抛物线来描述，这也是牛顿力学的成果；吊灯静止不动是因为受到重力和绳子的拉力，这两个力平衡了，这是牛顿第一定律的体现。在讨论的时候，大家可以互相交流，看看谁的解释最准确、最详细。 2、 成果展示 每个小组派一个代表来给大家展示你们小组讨论的成果。其他小组的同学要认真听，如果有不同的意见或者补充的内容，可以在代表讲完之后举手发言。通过这个活动，咱们就能更清楚地看到牛顿力学在低速、宏观世界里是多么的神通广大。 三、任务二：牛顿力学的局限性 1、 高速情况 现在我要给大家讲一个非常有趣的物理实验。科学家们发现，当电子在电场中加速到接近光速的时候，一些奇怪的事情发生了。按照牛顿力学的理论，电子的速度应该随着电场力的作用不断增加，可是实验结果却不是这样的。就好像牛顿力学这个万能钥匙在这里突然不好使了。这时候我们就发现牛顿力学在高速情况下存在局限性。我再给大家举个例子，假设有一艘超级快的宇宙飞船，它的速度非常接近光速。按照牛顿力学，飞船上的时间和地球上的时间应该是一样流逝的，可是根据相对论（这是我们后面会讲到的新理论），飞船上的时间会变慢。这就和牛顿力学的结论不一样了。 2、 微观情况 咱们再来说说微观世界。大家都知道原子、分子这些微观粒子吧。在微观世界里，粒子的行为可不像我们宏观世界里的物体那样规规矩矩的。比如说电子绕着原子核运动，它并不是像地球绕着太阳那样有确定的轨道。牛顿力学要是用来描述电子的运动，就完全行不通了。科学家们发现，微观粒子具有波粒二象性，它们有时候表现得像粒子，有时候又表现得像波。这是牛顿力学根本无法解释的现象。 四、任务三：相对论产生的背景 1、 故事分享 我想请同学们来讲一讲自己收集到的关于相对论产生的小故事。比如说爱因斯坦是怎么发现牛顿力学的不足，然后提出相对论的呢？有同学可能知道，爱因斯坦在思考一个问题：如果一个人在一列高速行驶的火车上，另一个人在站台上看着火车经过，他们对于同时性的判断会不会不一样呢？这个看似简单的问题，却引发了一场物理学的革命。爱因斯坦经过深入的思考和研究，提出了相对论，这个理论能够很好地解释在高速情况下牛顿力学无法解释的现象。 2、 讨论相对论的必要性 大家分享完故事之后，咱们再来讨论一下为什么需要相对论这样的新理论。从我们前面讲到的牛顿力学在高速和微观情况下的局限性就可以知道，随着科学的发展，我们需要一种新的理论来补充牛顿力学，这样才能更好地解释宇宙中的各种现象。相对论就像一个新的工具，它能让我们在更广阔的范围内探索物理世界的奥秘。 【作业与检测】 1、 选择题 （1）下列现象中，能用牛顿力学准确解释的是（ ） A. 电子在磁场中的偏转 B. 高速运动的μ子寿命变长 C. 汽车在公路上的加速行驶 D. 微观粒子的量子纠缠 （2）牛顿力学在以下哪种情况下表现出局限性（ ） A. 描述篮球在空中的飞行轨迹 B. 计算卫星绕地球的运动轨道 C. 解释接近光速的粒子的运动 D. 分析物体在斜面上的滑动 2、 简答题 （1）请举例说明牛顿力学在宏观世界的成功应用。 （2）简述牛顿力学在微观世界存在局限性的原因。 【课后反思】 1、 在学习牛顿力学的局限性的过程中，你遇到的最大困难是什么？ 2、 你对相对论有了哪些新的认识？还有哪些疑问？ 3、 你觉得在以后的物理学习中，如何对待牛顿力学和相对论等不同的理论？ 学科网（北京）股份有限公司 $$