1. 经典力学的成就与局限性名师教学实录

5.1 经典力学的成就与局限性

一．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，把科学成果的发现过程展现为历史的过程，即科学家是如何在前人的基础上进行求索的，并将科学家的成果放在特定的历史背景下去评说；

②通过收集和交流具体实例来分析说明经典力学所取得的伟大成就，培养学生就某一观点或结论收集例证的能力，培养学生获取和评价信息的能力；

③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；

④通过查阅文献或网络资料撰写小论文，更多地了解经典力学的成就、局限性与适用范围，培养学生查阅文献的能力、筛选和组织信息的能力、交流和表述信息的能力。

3.情感、态度与价值观：

①通过查阅、对比举例、交流等学习活动，培养学生自主学习的习惯和善于合作的意识；培养学生懂得尊重他人的成果、与他人合作交流的能力与习惯，锻炼学生在“讨论与交流”活动中敢于发表自己的感想和看法，共同探讨交流与合作学习的途径；

②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，体会经典力学在人类认识自然以及对物理学发展中的重要影响和作用；

③感受物理学家充满着艰巨性以及创造性的科学探究过程，体会科学家们忘我的献身精神和刻意追求的严谨作风，从而让学生更好地把握科学探究的本质，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；

④感受物理学所揭示的自然规律中蕴藏着和谐、有序、简单、统一的科学美，培养学生对科学的审美能力，领悟自然界的内在秩序与和谐，唤起人的真、善、美的自然天性，达到认识和情感的完美统一。

二．教学重点、难点

1.让学生从多种途径了解经典力学的发展过程和相关的物理学家以及他们的思想；

2.让学生了解经典力学的伟大成就和它的局限性，体会历史与逻辑、继承与发展的统一，领悟科学精神和体会科学研究的思想方法。

三.教学方法（策略）

①自主学习和合作学习相结合，课前鼓励和组织学生收集三方面的资料：

经典力学的发展历程及相应的物理学家；

②经典力学的伟大成就；

③经典力学的适用范围和局限性。让学生相互交流收集到的资料，建立对经典力学的整体性认识。然后由老师为主以报告的形式讲解。

四.教学过程

1.引入新课

由伽利略、牛顿等科学家创立的经典力学，在18、19世纪得到全面、迅速的发展，经典物理学的各个分支如研究热现象、光现象、电磁现象的理论相继进入鼎盛时期，至19世纪末达到了完整、成熟的阶段，似乎人类对自然的认识已达到完美的境地，但在19、20世纪之交，却发现了许多经典物理学无法解释的实验事实，这些事实与经典物理学的基本概念以及一系列基本规律产生了尖锐的矛盾，解决这些矛盾引发了物理学的革命，导致了现代物理学的诞生，使人类对自然的认识由宏观领域进入微观领域，由低速运动领域进入高速运动领域，从更深的层次上揭示了物质的基本性质和运动的规律，本节我们将在领略经典力学取得的伟大成就和科学家严谨的科学思想的同时，认识经典力学的局限性，从辩证的角度认识科学的发展历程。

2.教学过程

①

经典力学的发展过程：

a.力学体系得以建立的原因：一是生产需要的推动；二是科学自身发展的要求；三是因为力学研究的对象最简单，它抛开物体的物理、化学性质，只把它作为一个有质量的实体来看待，研究物体间的作用及在这一作用下物体运动状态的变化规律；四是有一系列科学家为牛顿力学的建立打下了重要的科学基础，特别是伽利略发现了惯性定律和重力作用下的匀加速运动，奠定了牛顿第一定律和第二定律的基本思想，开普勒发现了行星运动三定律，为万有引力定律奠定基础。

b.力学发展的三个阶段：第一阶段是在伽利略、牛顿时代之前，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，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。如伽利略、笛卡儿对惯性的研究，惠更斯对碰撞问题的研究，开普勒对天体运动的研究等；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。

c.科学研究方法的发展：亚里士多德、伽利略、牛顿的科学研究方法比较：

科学家

亚里士多史上最伟大德的古希腊哲Aristotle 学家、科学384-322 家和教育家

意大利物理学家，开

观察提问、

提出了新伽利略Galilei 创近代自然合理假设、数科学研究方学变换、实验1564-1642 法的第一位验证

学者

和科学实验

理学成为独立的知识体系并从哲学中分化出来

英国科学重在分家，17世纪牛顿最伟大的科Newton 学世匠

1642-1727 调论证要用实验验证

②经典力学的伟大成就：

a.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，这是人类认识富、发展与变个世纪的物理学工作，在牛顿革

手里得到了综合

纳与演绎，强学方法的丰学体系，从伽利略时代以来一析与综合、归地实现了科三定律，建立起完整的经典力

更为深刻结出万有引力定律和牛顿运动

澄清了力和运动的观念，总---数学推理典力学的基础，他的工作使物的研究方法律和第二定律的基本思想和经对性原理，奠定了牛顿第一定物体的运动

路---观察

放出来，推断地球是一个球体

建立了摆的定律、惯性定律、自由落体定律，提出伽利略相理性来研究秘的一条新然，把科学从宗教和神话中解感觉和逻辑索自然界奥说，尝试从物质本身来说明自简介

世界古代以人的开辟了探视觉、色彩视觉和虹等原始学方法论

意义

科学成就

提出力的合成概念，创建了

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产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）

b.经典力学的建立首次明确了一切自然科学理论应有的基本特征，这标志着近代理论自然科学的诞生，也成为其他各门自然科学的典范。牛顿运用归纳与演绎、综合与分析的方法极其明晰地得出了完善的力学体系，被后人称为科学美的典范，显示出物理学家在研究物理时，都倾向于选择和谐与自洽的体系，追求最简洁、最理想的形式。

c.经典力学的建立对自然科学和科技的发展、社会进步具有深远影响。一是科学的研究方法推广应用到物理学的各个分支学科上，对经典物理学的建立意义重大；二是经典力学与其他基础科学相结合产生了许多交叉学科，促进了自然科学的进一步发展。三是经典力学在科学技术上有广泛的应用，促进了社会文明的发展。

③经典力学的适用范围和局限性：

a.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，物体的质量和能量之间存在着密切的联系。但当物体运动的速度远小于真空中的光速时，经典力学仍然适用。

b.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，特别是20世纪初量子力学的建立，出现了与经典观念不同的新观念。例如：量子力学的研究表明，微观粒子既表现为粒子性又表现为波动性，粒子的能量等物理量只能取分立的数值，粒子的速度和位置具有不确定性，粒子的状态只能用粒子在空间出现的概率来描述等。但量子力学的建立并不是对经典力学的否定，对于宏观物体的运动，量子现象并不显著，经典力学依然适用。

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

五.课堂小结：

1．

经典力学的发展历程（建立原因、三个阶段、思想方法）

2．

经典力学的伟大成就（理论体系、研究方法、分支发展）

3．

经典力学的局限性和适用范围（宏观、低速）

六.作业

收集资料，了解相对论的基本观点，简单比较经典时空观和相对论时空观的要点