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1、第三章E从牛顿到爱因斯坦(一)学习目标1 .知道牛顿力学的适用范围。2 .通过发现问题、提出问题、思考讨论的过程，体验从牛顿力学到爱因斯坦相对论考和探索历程。从中感受科学家研究时采用的物理学分析和推理方法。3 .领悟尊重自然，尊重实验的科学态度，敢于挑战传统和权威的科学精神。(一)重点和难点本节的重点是牛顿力学的成就和局限性。本节的难点是爱因斯坦相对论的基本观点。(三)教学建议本节教材从“国际物理年”引入，说明物理学在世界上有举足轻重的地位。接着说顿力学直至今天仍然是有用的，从而突出牛顿力学的巨大成就，转而以“大家谈”的方式学生思考牛顿力学的局限性，最后简要地介绍了相对论的主要结论，使学生进入
2、了一个的境界，从中感悟真理的相对性，认识到科学事业有继承，也有发展。教材对牛顿定律不适合于微观世界没有花较多的笔墨，学生将在原子物理的学习中，再次领会这一局限性。本节建议安排1课时。1 .关于引入部分的说明有关“国际物理年”的情况可进一步从互联网上查阅，在联合国的历史上，这是唯一为一门学科作出决议。2 .关于“大家谈”的教学建议本节设计了“大家谈”，引导学生通过思考、分析，感到牛顿力学理论确实可能存在问题，避免简单说教。教材中“大家谈”的参考答案：(1)按照牛顿力学的速度合成法则，对于地面上的人来说，光速是c+v。(2)根据牛顿定律F=ma,因为认为物体质量m是常量，因此如果F是常量，那么加速
3、度a也是常量。根据匀加速直线运动的速度公式(v=at)可知，只要力的作用时间足够长，物体的速度总可以达到并超过光速，直至无穷大。上述回答是基于牛顿理论所包含的基本观念和基本规律，认为速度只有相对性；物体的质量不会随它的速度的增加而改变，是“绝对的”。3 .关于牛顿力学的局限性和爱因斯坦提出的挑战的教学建议牛顿力学的速度合成法则及牛顿第二定律允许物体的速度达到无穷大,这是牛顿力学的一个根本性缺陷。无穷大的速度意味着物体的运动不需要时间，或者说可以超越空间。这显然在物理上是不合理的。自然界中任何物体、信息、能量的传递速度只能是有限的,迄今大量精确度极高的实验都支持这一观念。如果从飞船上向前发射的“
4、光子火箭”能超过光速，你就可以乘坐这种飞船去追赶地面上早先发出去的光波，看到过去发生的事件，我们赶上它们的次序正好与当初发送它们的次序相反，我们地球上所发生的一系列事情看来就会像一部倒映的电影片那样，一切从故事的结局开始，“因果性”不再成立。然而，迄今人类的所有实践没有明确的迹象表明这种情况可能发生。光速是物质运动或能量传递速度的一个极限。4 .关于“点击”的说明教材中的“点击”提到了物体的质量增大的问题，根据相对论，物体运动时的质量m与静质量mo的关系是m=厂2，其中V是物体的速度，C是光速，这个关系已为大量F的精确实验所证实。5 .关于“拓展联想”的说明教材“拓展联想”中提到了微观领域问题
5、。牛顿力学中的“质点”概念能否推广应用于微观粒子，这是一个需要由实验判断的问题，这是我们应当采取的正确的科学态度。所谓“质点”，指有质量的点，它在任一时刻有确定的位置，运动过程中有确定的轨道。实验表明，微观粒子不仅具有“粒子性”，还像光或电磁波那样，具有“波动性”。量子力学就是考虑了波动性后的一种力学理论。实验表明，局限在微小空间（空间尺度小于或等于1O）中运动的微观粒子客体的波动性非常显著；在宏观世界（空间尺度大于或等于10-7rn）中运动的客体的波动性则非常不明显，可忽略。我们知道，质点力学是牛顿力学的基础，在微观领域既然不能引入经典的“质点”概念,也就不能应用牛顿力学，而要应用经过改造后的，既能反映微观粒子的“粒子性”，又能反映“波动性”的力学理论，即量子力学。
