1. 经典力学的成就与局限性国家优质课一等奖

5.1经典力学的成就与局限性

整体设计

本节首先介绍经典力学的成就，然后从绝对时空学说、机械运动的连续性两个方面介绍了经典力学的局限性，最后介绍经典力学的适用范围（相对论和量子力学会在本章第二、第三节介绍）。本节的具体内容都不要求学生掌握，但是学过本节之后，学生会知道尽管前面已经体会到了经典力学的辉煌成就，但它没有穷尽一切真理，在新的领域还有新的规律等待我们去发现。文末“课外阅览”牛顿的科学思想和科学方法，着眼点在于物理核心素养（科学思维、态度、探究）的培养。

由于本节是了解内容，重在通过介绍让学生明白牛顿创立的经典力学的成就与其局限性，在讲解的过程中可以引入其他名人对牛顿的评价，培养学生的物理核心素养。

教学重点

了解经典力学的成就与局限性。

教学难点

知道经典力学的局限性和适用范围。

课时安排

1课时

三维目标

知识与技能

知道牛顿运动定律的适用范围。了解经典力学在科学研究和生产技术中的广泛应用。

过程与方法

通过阅读课文体会一切科学都有自己的局限性，新的理论会不断完善和补充旧的理论，人类对科学的认识是无止境的。

情感态度与价值观

通过对牛顿力学适用范围的讨论，使学生了解科学理论的相对性，知道科学理论发展过程的继承与摒弃，认识知识的变化性和无穷性，培养献身于科学的时代精神。

教学过程

导入新课

情景导入1

情境1 介绍《自然哲学的数学的数学原理》一书。

情境2 如果一定要举出某个人、某一天作为近代科学诞生的标志，我选牛顿《自然哲学的数学的数学原理》在1687年出版的那一天。

——杨振宁

推进新课

经典力学的定义：经典力学的基础是以牛顿运动定律及万有引力为核心建立起来的的力[学体系，它在宏观、低速、弱引力的广阔领域，包括天体力学的研究中，经受了实践的检验，取得了巨大的成就。

教师利用多媒体展示课件，使学生带着问题阅读课文，然后解决问题。

问题1：经典力学的成就有哪些？

学生阅读课文，交流、讨论、回答。

总结：

从地面上的物体的运动到天体运动，从大气的流动到地壳的变动，从拦河筑坝、

修建桥梁到设计各种机械，从自行车到汽车、火车、飞机等现代交通工具，从投出的篮球到发射导弹、人造卫星、宇宙飞船等等，所有这些都服从经典力学的规律。

不仅在物理学、化学和生物学这样的自然领域，而且在艺术、政治、哲学等社会领域，也都按照经典力学描述宇宙的普遍方式来形成自己的体系。

介绍：在经典力学的直接影响下，英国的霍布斯和洛克建立和发展了机械唯物主义哲学，并由于其强大的影响力，使得唯物论从宗教神学那里争得了发言权，并在随后形成了人类历史上唯物主义和唯心主义斗争最为激烈的一段时期。经过康德和黑格尔对辩证法和机械唯物主义的研究和发展，以及马克思和恩格斯对哲学已有研究成果的吸收，结合当时科学发展成果，最终建立了唯物主义辩证法。唯物主义辩证法的建立，在很大程度上得益于牛顿经典力学体系的建立。

点评：通过该问题探究促进学生自主学习，让学生积极参与、乐于探究、勤于思考，培养其学科探究能力，使其逐步形成科学态度。

情景导入2 情境3

恒星为什么没有在万有引力的作用下互相靠拢？

情境4 水星的旋进

按牛顿的万有引力定律推算，行星的运动应该是椭圆，行星沿着这些椭圆做周期性运动。然而实际的天文观测发现行星的轨道并不是严格闭合的，它们的近日点在不断地旋进，经典力学可以对行星的旋进做一些解释。不过水星的旋进实际观测值必经典力学的预言值要大，经典力学无法给出令人满意的解释。

教师引导学生领悟任何科学都不会穷尽一切真理，都有其局限性。经典力学也一样，是一部“未完成的交响曲”，从而引出经典力学的局限性。

讲解2：经典力学的局限性

经典力学是从日常机械运动中总结出来的，超出这个范围，经典力学是否适应，需要验证。牛顿认为，时间、空间与物质及其运动完全无关，时间与空间也完全无关。

①时间和空间是分离的，时间尺度和空间尺度与物质运动无关，都是绝对的；

②经典力学的时空观认为，时间就其本质而言是永远均匀地流逝，与任何其他外界事物无关，空间就其本质而言与外界任何事物无关，它从不运动，并且永远不变。

1．经典力学的绝对时空观，割裂了时间、空间、物质及其运动之间的联系，不能解释高速运动领域的许多客观现象。

2．经典力学的运动观，从自然观角度来说，给出的是一幅机械运动的图景，不能解释微观世界丰富多彩的现象。

说明3：经典力学的适用范围

1．经典力学有它的适用范围：只适用于低速运动，不适用于高速运动；只适用于宏观世界，不适用于微观世界；只适用于弱引力情况，不适用于强引力情况。

2．对于高速运动(速度接近真空中的光速)，需要应用爱因斯坦的相对论；当物体的运动速度远小于真空中的光速时，相对论物理学与经典物理学的结论没有区别。

3．对于微观世界，需要应用量子力学；当普朗克常量可以忽略不计时，量子力学和经典力学的结论没有区别。

4．对于强引力情况，需要应用爱因斯坦引力理论；当天体的实际半径远大于它们的引力半径时，爱因斯坦引力理论和牛顿万有引力定律计算出的力的差异并不很大。

现代物理学的发展只是拓宽了人们的视野，并没有使经典力学失去存在的价值，经典力学仍将在它适用的范围内大放异彩。

课堂练习

例

继哥白尼提出“太阳中心说”、开普勒提出行星运动三定律后，牛顿站在巨人的肩膀上，创立了经典力学，揭示了包括行星在内的宏观物体的运动规律；爱因斯坦既批判了牛顿力学的不足，又进一步发展了牛顿的经典力学，创立了相对论。这说明（

BC）

A世界无限广大，人不可能认识世界，只能认识世界的一部分

B人的意识具有能动性，能够正确地反映客观世界

C人对世界的每一个正确认识都有局限性，需要发展和深化

D每一个认识都可能被后人推翻，人不可能获得正确的认识

解答：发现总是来自于认识过程，观点总是为解释发现而提出的。主动认识世界，积极思考问题，追求解决（解释）问题，这是科学研究的基本轨迹。

任何一个人对客观世界的认识都要受当时的客观条件和科学水平的制约，所以所形成的“正确理解”都有一定的局限性。爱因斯坦的相对论理论是对牛顿力学的理论的发展和深化，但也有人正在向爱因斯坦理论挑战。

课后作业

1．阅读教材课外阅读“牛顿的科学思想和科学方法”。

2．查阅有关资料，了解中国古代的力学成就及这些成就取得是年代，与西方同时代的情况做比较，并写出你的比较结论。

板书设计

经典力学的成就与局限性

1、

经典力学的成就

2、

经典力学的局限性

3、

经典力学的适用范围