课外读物优秀教案内容

《走过经典》

一、教学设计总体思路

从经典力学的建立、发展到辉煌再到困惑近代物理学的建立和发展是物理学史中最精彩的一段时间，这个过程不仅容易调动学生学习物理的积极性，而且对世界有更全面的认识有非常积极的作用。所以设计这节课的目的主要在于帮助学生最终建立科学的世界观，提高其科学素养。

二、教学目标

1、知识与技能：

①了解经典力学的发展历程，知道经典力学发展历程中有哪些物理学家作出了突出贡献；

②了解经典力学所取得的伟大成就及其对当时自然科学、社会发展的影响；

③认识经典力学的局限性和适用范围。

2、过程与方法：

①通过收集对经典力学建立作出重要贡献的物理学家的故事，从而让学生认识到历史的发有承接，科学的发展也一样；

②通过对比亚里士多德、伽利略、牛顿所采用的科学的研究方法，了解科学研究方法不断发展的过程，学习科学实验研究方法的思想；

③通过自由阅读经典力学的局限性文字部分，培养学生自学，分析归纳的能力。

3、情感、态度与价值观：

①通过本节课的学习，使学生领悟和感受科学研究方法的正确使用对科学发展的重要意义。

②感受物理学家们通过一个又一个实验建立起来的力学体系，，帮助学生建立起像科学家从事科学探究那样来学习科学的意识，领悟科学探究的真谛。

三、教学重点与难点

重点：经典力学的发展建立过程和物理学家们研究物理思想方法随时代的改变

难点：经典力学的局限性。

四、教学过程：

1、

引入新课

高一力学已经学完，通过回顾之前所学的知识，让学生了解到他们已经获得了很多的知识。并且可以利用已学知识解决很多的生活中运动问题。进而询问，力学是怎么发展而来的引发学生思考，引入新课。

2、教学过程

（一）经典力学的发展历程：

①力学发展的三个阶段：第一阶段是在伽利略、牛顿时代之前，这个阶段的代表人物是也亚里士多德。

亚里士多德是百科全书式的科学家，在各个领域都有涉及。

在物理方面的成就有以下几点。

第一，

物体静止于地面。用力推，动。不用力，不动。得出总结、；力是物体运动的原因。

第二，

同一高度石头比树叶下落得快。得出结论：物体下落的快慢和质量有关

第三，

我们呆在原地能看到太阳每天东升西落，结论：地球是静止的太阳是运动的。

当时人们对力学现象的研究大多直接反映在技术之中或完全融合在哲学之内。虽然从现在来看，亚里士多德大部分观点都是错的。但是，至少他对很多物理现象下做研究，使它融于哲学里面为人所知。物理学就整体而言还没有成为独立的科学；

第二阶段是从伽利略到牛顿，是经典力学从基本要领、基本定律到建成理论体系的阶段，在这一阶段有一系列的科学家为经典力学打下重要基础。

例如；代表人物哥白尼和伽利略。哥白尼主要成就是发表《天体运行论》

然后讨论得出其最本质的原因是里面提到的“日心说”。

日心说这个观点也是不正确的，否定了反映“上帝造世界”神学观的“地心说”，出现标志了自然科学开始从神学中解放出来。

伽利略的主要成就很多，大部分以实验为主。高中学习的就有惯性定律和落体定律。顺便复习了一下斜面实验和理想实验。这些定律奠定了动力学的基础，伽利略被称为近代科学的奠基人。

第三阶段是牛顿之后经典力学的新发展，后人对经典力学的表述形式和应用对象进行了拓展和完善。

②物理研究成果发展如刚才所描述，那么在研究物理的科学研究方法的在不同的时代又有什么不同呢？：亚里士多德、伽利略、牛顿的科学研究方法比较（给学生预留时间讨论交流）

（二）经典力学的伟大成就：

把人类对整个自然办的认识推进到一个新水平，牛顿把天上运动和地上运动统一起来，实现了天上力学和地上力学的综合，从力学上证明了自然界的统一性，这是人类认识自然历史的第一次大飞跃和理论大综合，它开辟了一个新时代，并对学科发展的进程以及后代科学家们的遮蔽

生了极其深刻的影响。（结合学生已学过的运动学动力学情况介绍）

第一，

揭示了本质和规律，做出定量的解释、推断，和预测。

通过观看视频，我们知道大部分物体的运动，都有他的运动规律，而这个规律已经被我们所熟知。并且可以利用这些规律对很多事情做出预测和解释。比如说，海王星和冥王星的发现。

第二，

推动科技的发展，促进社会进步。

通过观看视频和图片。对比科

技发展前和科技发展后的社会生活，交通工具的对比。从视觉上感受物理对于第一次工业革命和第二次工业革命起着关键性的作用。使科技进步，给人类的生活带来了各种便利。近代航天事业的飞度发展，也靠的是经典力学的发展。

（三）经典力学的适用范围和局限性：

①预留学生自由阅读，带着问题思考：经典力学有哪些局限性，为什么会有这些局限？？

②经典力学的局限性

第一，经典力学的应用受到物体运动速率的限制。

当物体运动的速率接近真空中的光速时，经典力学的许多观念将发生重大变化。

如经典力学中认为物体的质量不仅不变，并且与物体的速度或能量无关。但相对论研究则表明，物体的质量将随着运动速率的增加而增大。具体举个例子而言，就是恒力作用下会发生变加速直线运动，这在经典力学中是不可能出现的。所以，经典力学受到速度的限制。

第二，牛顿运动定律不适用于微观领域中物质结构和能量不连续现象。19世纪和20世纪之交，物理学的三大发现，即X射线的发现、电子的发现和放射性的发现，使物理学的研究由宏观领域进入微观领域。微观领域中很多现象并不能用经典力学来解释。

所以，量子力学在微观领域中不适用。观看视频，感受量子世界。

（四）相对论和量子力学的诞生

①

两朵乌云

19世纪的最后一天，欧洲著名的科学家欢聚一堂。会上，英国著名物理学家W．汤姆孙（即开尔文勋爵）发表了新年祝词。他在回顾物理学所取得的伟大成就时说，物理大厦已经落成，所剩只是一些修饰工作。同时，他在展望20世纪物理学前景时，却若有所思地讲道：“动力理论肯定了热和光是运动的两种方式，现在，它的美丽而晴朗的天空却被两朵乌云笼罩了……第一朵乌云出现在光的波动理论上……第二朵乌云出现在关于能量均分的麦克斯韦-玻尔兹曼理论上。”

②

相对论的建立背景

第一朵乌云——迈克耳孙—莫雷实验1887年，美国物理学家迈克尔孙与美国化学家、物理学家莫雷合作，在克利夫兰进行了一个著名的实验----迈克耳逊-莫雷实

验，即“以太漂移”实验。实验结果证明，不论地球运动的方向同光的射向一致或相反，测出的光速都相同，在地球同设想的“以太”之间没有相对运动。因而，根本找不到“以太”或“绝对静止的空间”。由于这个实验在理论上简单易懂，方法上精确可靠，所以，实验结果否定“以太”之存在是勿庸置疑的。

迈克耳孙—莫雷实验使科学家处于左右为难的境地。他们或者须放弃曾经说明电磁及光的许多现象的以太理论。如果他们不敢放弃以太，那么，他们必须放弃比“以太学”更古老的哥白尼的地动说。经典物理学在这个著名实验面前，真是一

筹莫展。

这朵乌云直接导致相对论的建立。

③

无比纠结的量子力学

第二朵乌云——黑体辐射与“紫外灾难”

在同样的温度下，不同物体的发光亮度和颜色（波长）不同。颜色深的物体吸收辐射的本领比较强，比如煤炭对电磁波的吸收率可达到80％左右。所谓“黑体”是指能够全部吸收外来的辐射而毫无任何反射和透射，吸收率是100％的理想物体。真正的黑体并不存在，但是，一个表面开有一个小孔的空腔，则可以看作是一个近似的黑体。因为通过小孔进入空腔的辐射，在腔里经过多次反射和吸收以后，不会再从小孔透出。

19世纪末，卢梅尔（Lummer 1860－1925）等人通过著名实验——黑体辐射实验，发现黑体辐射的能量不是连续的，它按波长的分布仅与黑体的温度有关。从经典物理学的角度看来，这个实验的结果是不可思议的。

怎样解释黑体辐射实验的结果呢？当时，人们都从经典物理学出发寻找实验的规律。前提和出发点不正确，最后都导致了失败的结果。例如，德国物理学家维恩（Wilhelm Wien，1864—1928，因发现热辐射所遵循的定律而获得1911年诺贝尔物理学奖）建立起黑体辐射能量按波长分布的公式，但这个公式只在波长比较短、温度比较低的时候才和实验事实符合。英国物理学家瑞利和物理学家、天文学家金斯认为能量是一种连续变化的物理量，建立起在波长比较长、温度比较高的时候和实验事实比较符合的黑体辐射公式。但是，从瑞利-金斯公式推出，在短波区（紫外光区）随着波长的变短，辐射强度可以无止境地增加，这和实验数据相差十万八千里，是根本不可能的。所以这个失败被埃伦菲斯特称为“紫外灾难”。它的失败无可怀疑地表明经典物理学理论在黑体辐射问题上的失败，所以这也是整个经典物理学的“灾难”。

这个问题导致了物理学经历了长时间的纠结式发展，逐渐建立了量子力学。