教学设计
第一节 经典力学的成就与局限性
整体设计
本节主要介绍经典力学的发展历程、伟大成就、局限性和适用范围,展示经典力学的建立对自然科学发展和社会进步的推动作用.本节以经典力学理论发展、形成为顺序展开,把科学成果的发现过程展现为历史的过程,其中贯穿科学研究方法的发展,渗透科学精神、科学研究的思想和方法.通过查阅文献、对比研究、举例论证与讨论交流,使学生能够对经典力学的建立和意义、局限性和适用范围有初步的整体性认识.
教学重点
1.经典力学的概念、研究范围.
2.经典力学渗透的研究方法.
教学难点
1.经典力学的概念、研究范围及其局限性.
2.经典力学渗透的研究方法.
教学方法
讨论式、探究式
课时安排
1课时
三维目标
知识与技能
1.了解经典力学的发展历程,知道经典力学的发展历程中有哪些物理学家作出了突出贡献.
2.了解经典力学的伟大成就及其对自然科学、社会发展的影响.
3.认识经典力学的局限性和适用范围.
过程与方法
1.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,同时将科学家的成果放到特定的历史背景下去评说,从而让学生认识到历史发展有承接,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,培养学生收集例证的能力、获取和评价信息的能力、查阅文献的能力、信息分析和处理的能力、交流和表述信息的能力.
情感态度与价值观
1.感受物理学家充满艰巨性和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,帮助学生建立起像科学家从事科学研究那样学习科学的意识,领悟科学探究的真谛.
2.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,培养学生的审美能力、自主学习的习惯和善于合作的意识.
教学过程
导入新课
师
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。那么,经典力学是一门怎样的学科呢?
生
经典力学是研究宏观物体做低速机械运动的现象和规律的学科.宏观是相对于原子等微观粒子而言的;低速是相对于光速而言的.物体的空间位置随时间变化称为机械运动.人们日常生活直接接触到的并首先加以研究的都是宏观低速的机械运动.
师
19世纪末经典力学的发展已经达到了完整、成熟的阶段,似乎人类对自然的认识已近乎完美.但是,在19世纪和20世纪之交,却发现了许多经典力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和规律产生了尖锐的矛盾,解决这些矛盾引发了物理学的深刻革命,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到微观领域,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.本节课,我们将沿着科学家的足迹体验经典力学的发展历程,感受经典力学的伟大成就,认识经典力学的适用范围及其局限性.
推进新课
一、力学的发展历程
师
经典力学经历了漫长而艰巨的发展历程,在这座不朽的丰碑的背后闪烁着一连串物理学家的智慧之光,经典力学的科学大厦凝聚了他们的辛勤汗水.请各个小组展示已收集的关于这些物理学家的信息.
第一阶段是伽利略、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,在这个阶段为经典力学作出突出贡献的有哥白尼和阿基米德.
生1
哥白尼的故事:
哥白尼是文艺复兴时期波兰著名的天文学家,是太阳中心说的创始人.通过30年的天体观测,他写下了震惊世界的巨著《天体运行论》,他的太阳中心说的创立,从根本上纠正了地球中心说,揭穿了宗教神学伪造的谎言,对社会革命起了巨大的推动作用.
师
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了重要基础,他们各自作出了怎样的贡献?有何重大意义?
生2
伽利略的故事:
伽利略(Galileo Galilei,1564~1642),意大利物理学家、天文学家和哲学家,近代实验科学的先驱者. 17世纪,伽利略发展了观察实验、科学思维与数学相结合的方法,并发现了惯性定律、落体定律和力学相对性原理.伽利略著有《星际使者》《关于太阳黑子的书信》《关于托密勒和哥白尼两大世界体系的对话》和《关于两门新科学的谈话和数学证明》.为了纪念伽利略的功绩,人们把木卫一、木卫二、木卫三和木卫四命名为伽利略卫星.人们争相传颂:“哥伦布发现了新大陆,伽利略发现了新宇宙.”
生3
笛卡儿的故事:
法国物理学家笛卡儿(1596~1650)补充和完善了伽利略的观点,强调了伽利略没有明确表述惯性运动的直线性,他在《哲学原理》一书中这样描述:“所有的运动,其本身都是沿直线的.”笛卡儿认为惯性运动不仅仅局限于水平面上的运动,而且包括一切方向上的运动.荷兰物理学家惠更斯(Christiaan Huygens 1629~1695),全面细致地解决了完全弹性碰撞问题,为牛顿第三定律的表述奠定了基础.
生4
开普勒的故事:
开普勒(J.Kepler,1571~1630)是哥白尼“日心说”的忠诚信仰者,他在应用行星绕太阳做圆周运动的模型描述火星的运动时,发现与他的老师丹麦天文学家第谷·布拉赫(Tycho.Brahe,1546~1601)对火星运行轨道的观测值有8′的误差.开普勒坚信第谷的数据是正确的,毅然否定了火星做匀速圆周运动.经过多种拟合,反复核算,开普勒终于发现火星在做椭圆运动,最终完成了对行星运动规律的描述,概括为椭圆定律——所有行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆,太阳位于椭圆的焦点上;面积定律——行星和太阳之间的连线,在相等的时间内扫过的面积相等;周期定律——行星绕太阳公转的周期的平方和轨道半长轴的立方成正比.
开普勒行星定律的发现,不仅使人们澄清了多年来对天体运动神秘、模糊的认识,同时也推动了天体力学的研究.
生5
牛顿的故事:
牛顿(1642~1727)是英国伟大的数学家、物理学家、天文学家和自然哲学家,在哥白尼、伽利略、笛卡儿、开普勒、惠更斯等人研究的基础上,采用归纳与演绎、综合与分析的方法,总结出一套普遍适用的力学运动规律——牛顿运动定律和万有引力定律.1687年,牛顿的《自然哲学的数学原理》(以下简称《原理》)出版,是一部奠定了经典力学基础的划时代著作.
18、19世纪法国著名天文学家和天体学家拉普拉斯(P.S.Laplace)对《原理》的评价是:?《原理》将成为一座永垂不朽的纪念碑,它向我们揭示了最伟大的宇宙定律.这部著作是高于人类一切其他思想产物的杰作.这个简单而普遍的定律的发现,因为它囊括对象之巨大和多样性,给予人类智慧以光荣.
牛顿是如何看待自己巨大的成就的呢?
牛顿有句名言:“如果我比别人看得远些,那是因为我站在巨人的肩膀上.”他还说过:“我不知道世人怎样看待我,但我自认为我不过是像在海边玩耍的孩童,不时为找到比常见的更光滑的石子或更美丽的贝壳而欣喜,而展现在我面前的是全然未被发现的浩瀚的真理海洋.”
二、经典力学的伟大成就
1.经典力学的建立标志着近代自然科学的诞生,是科学形态上的重要变革,把人类对整个自然界的认识推进到一个新的水平,对人们的思想观念和近代自然科学的发展产生了深刻而广泛的影响,促进了科学技术的发展和社会文明的进步.18世纪60年代,力学和热力学的发展及其与生产的结合,使机器和蒸汽机得到改进和推广,引发了第一次工业革命.
2.经典力学把天上物体和地上物体的运动统一起来,从力学上证明了自然界多样性的统一,实现了人类对自然界认识的第一次理论大综合.例如,《原理》的第三卷的总题目是“论宇宙系统”,是天体力学和宇宙系统的开拓性研究,包括行星绕日运动、卫星绕行星的运动、地面上的落体运动、抛体运动、彗星轨道、岁差以及潮汐现象等.
3.经典力学的建立首次告诉人们,一个以现象观察和实验研究为基础的自然科学理论体系,其思想观点应该是明确透彻的,其体系结构应是严密完备、融洽和谐的,其数学形式表达应是严格、定量、可以操作的;这种理论不仅能够在一定的范围内揭示事物的本质和规律,作出定量的解释、推断和预言,而且理论本身的是非真伪、成立条件、适用范围等也可以定量地检验和界定.这是一切自然科学理论应有的基本特征,牛顿伟大贡献的精髓正在于此.
4.经典力学对完整的经典物理学体系的形成起到了推动作用.在研究方法上,人们把经典力学中行之有效的实验和数学相结合的方法推广到物理学的各个分支学科上,相继建立了热学、声学、光学、电磁学等从而形成了完整的经典物理学体系.
5.经典力学与其他基础学科相结合产生了一些交叉性的分支学科,最早的是和天文学结合产生的天体力学,成为高度发达的航空航天技术的理论基础,没有经典力学也就没有今天的空间科学,人造卫星、载人飞船也不可能遨游太空.20世纪以来,出现了更多的与经典力学结合的交叉学科,如化学流体动力学、等离子体动力学、磁流体力学、热弹性力学、生物力学、地质力学,推动了人类文明的进步和社会科学技术的发展.
6.经典力学的建立,也使自然观发生了巨大的变化,形成了机械唯物主义的自然观,即将一切运动都归结为机械运动,将一切运动的原因都归结为力,把力学的规律作为说明一切自然现象的依据,用力学的尺度衡量一切自然现象.机械唯物主义自然观把自然界中起作用的原因归结为自然界本身的规律的作用,有利于促使科学家去探索自然界的规律.
师
(1)你知道有哪些与经典力学结合的交叉学科?
(2)你能具体地指出几项由经典力学直接导致的技术发明吗?
参考:(1)在20世纪特别是60年代以来,出现了很多经典力学和其他基础科学的交叉分支,其中除化学流体动力学、等离子体动力学、磁流体力学、热弹性力学、理性力学、物理力学、生物力学、固体力学、一般力学、地质力学外还有生物流变学、电流体动力学、计算力学、气体动力学、地球动力学、地球构造动力学、地球流体力学.
(2)力学不仅是一门基础科学,同时也是一门技术科学,它是许多工程技术的理论基础,又在广泛的应用过程中不断得到发展.当工程学还只存在民用工程学和军事工程学两大分支时,力学在这两个分支中就已经起着举足轻重的作用.工程学越分越细,各个分支中许多关键性的进展,都有赖于力学中有关运动规律、强度、刚度等问题的解决.例如力学工程技术方面的应用结果形成工程力学或应用力学的各种分支,诸如土力学、岩石力学、爆炸力学、复合材料力学、工业空气动力学、环境空气动力学等.现在,无论是历史较悠久的土木工程、建筑工程、水利工程、机械工程、船舶工程等,还是后来的航空工程、航天工程、核技术工程、生物医学工程等,都或多或少有工程力学的活动场所.
三、经典力学的适用范围和局限性
师
在19世纪和20世纪之交,许多人陶醉于经典力学的巨大成就之中,似乎完美的理论和技术的进步给人们这样的一种感觉:物理学这座庄严雄伟、动人心弦的美丽殿堂已经建成.1900年,英国著名物理学家开尔文(Lord Kelvin 1824~1907)踌躇满志地宣告,在已经建成的科学大厦中,后辈物理学家只要做些零碎的修补工作就行了.但是,在这尽善尽美之中,也还是有一点小小的遗憾,用开尔文的话说,在物理学晴朗天空的远处,还有两朵小小的不安的乌云.
这两朵乌云,指的是当时物理学理论无法解释的两个实验:一个是迈克尔逊-莫雷实验;另一个是热辐射实验.正是这两朵小小的乌云,不久以后酿成了物理学中一场巨大的革命.
对迈克尔逊-莫雷实验的解释及一系列有关的工作,把人们带进了一个以相对论为标志的高速运动世界.对热辐射的解释及一系列有关的工作,把人们带入了以量子论为标志的微观世界.虽然经典力学在物理学的发展历程中有着极其重要的地位,即使在物理学蓬勃发展的今天仍然有不断更新的生命力,但是,和其他理论一样有其自身的局限性和适用范围.
1.经典力学只适用于处理物体低速运动问题,而不能处理高速运动问题.
经典力学把时间和空间看作是彼此无关的,把时间和空间的基本属性也看作与物质的运动没有任何关系,是绝对的、永远不变的,这就是所谓经典力学中的“绝对时间”和“绝对空间”的观点,也称作牛顿绝对时空观.牛顿认为,时间和空间不依赖人们的意识而存在,也就是说,时间和空间是绝对的.牛顿就是在这样的时间和空间中描述机械运动的,这对于低速的机械运动是足够精确的,这无疑是人类认识史上的一次飞跃.然而,他把时间、空间割裂开来,认为它们与物质运动无关,这一点在微观和高速领域中就不对了.随着物理学的发展,特别是19世纪末有了新的实验发现,结果使经典力学和经典电磁学遇到了前所未有的困难.牛顿的绝对时空观和建立在这一基础上的经典力学开始陷入了无法解释的困境.
我不对时间、空间、地点和运动下定义,因为它们是人人皆知的.
——牛顿
自然界的一切现象,全都可以根据力学的原理,用相似的推理一一演绎出来.
——牛顿
牛顿啊,请原谅我!你所发现的道路,在你那个时代,是一位具有最高思维能力和创造力的人所能发现的唯一道路.你所创造的概念,甚至今天仍然指导着我们的物理学思想,虽然我们现在知道,如果要更深入地理解各种联系,那就必须用另外一些离直接经验领域较远的概念来代替这些概念.
——爱因斯坦
2.经典力学不适用于微观领域中物质结构和能量不连续的现象.
经典力学认为,运动物体今后的行为,是由过去的运动状态以及物体所受的作用力决定的,这就是牛顿力学的确定性,即如果知道物体初始的运动状态以及运动过程中的受力情况,那么就可以根据牛顿运动定律列出物体的运动方程,从而确定物体在任意时刻的运动状态.
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,使物理学的研究进入到微观领域,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.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.例如布朗运动,藤黄粒子在水中的运动轨迹是一些无规则的折线,这表明藤黄粒子的运动除了与其起始运动状态,以及所受的浮力、粘滞力有关外,更重要的是与水分子对其碰撞有关.由于水分子对藤黄粒子碰撞的偶然性,致使其因碰撞而受到冲力的大小和方向也都有偶然性,这就告诉我们,藤黄粒子在水中运动轨迹的无规则性,既反映了确定性,又反映了随机性.或者说藤黄粒子的运动既不是完全确定的,也不是完全随机的.由此可见,自然界存在的运动是确定性和随机性兼而有之,即混沌现象.
经典力学认为,物体的运动状态是用它的位置和速度来描述的,而且物体位置和动量在任何时刻都可具有各种可能的数值,即它的变化是连续的.由此可知,在经典力学中,物体的能量变化亦是连续的.
直至20世纪,普朗克(Max Plank 1858~1947)在说明黑体辐射的规律时,首先冲破了能量连续性这一传统观念的束缚,提出了能量量子化的设想,认为能量是不连续的,而是一份一份的,即量子化.
能量量子化是微观粒子的重要性质之一.它指出经典物理学不能用来描述像电子、光子、质子等微观粒子的运动.这样,继狭义相对论之后,经德布罗意、薛定谔等人的工作逐步建立了符合微观粒子特点的新的力学——量子力学.
量子力学还指出描述物体(微观粒子)运动状态的位置和动量有相互联系,但不能同时精确确定,而且做不连续的变化.对于诸如电子、光子等微观粒子,一般要用量子力学来描述它们的运动规律.
量子力学的建立并不是对经典力学的否定,经典力学也并没有失去存在的价值,对于宏观物体的运动,量子化现象并不明显,经典力学仍将大放异彩.
板书设计
第一节 经典力学的成就与局限性
经典力学的发展历程
第一阶段是伽利略、牛顿时代之前
第二阶段是伽利略、牛顿时代
经典力学的伟大成就
1.经典力学的建立标志着近代自然科学的诞生,是科学形态上的重要变革
2.经典力学把天上物体和地上物体的运动统一起来
3.经典力学对完整的经典物理学体系的形成起到了推动作用
4.经典力学的建立也使自然观发生了巨大的变化
5.经典力学展示了一切自然科学理论应有的基本特征
经典力学的局限性
1.经典力学只适用于处理物体低速运动问题,而不能处理高速运动问题
2.经典力学不适用于微观领域中物质结构和能量不连续的现象
备课资料
一、《原理》的概貌
《原理》共有两部分.第一部分是“定义和注解”“运动的基本定律或定理”(包括三个运动定律),这部分篇幅不大,却极为重要,是建立力学逻辑体系的前提.第二部分是这些定律的应用,共包括三卷.第一卷讨论万有引力定律和行星运动;第二卷属于流体力学的开创性研究,讨论物体在有阻力的介质中的运动,包括流体静力学、动力学以及流体和弹性介质波的传播问题等;第三卷的总题目是“论宇宙系统”,是天体力学和宇宙系统的开拓性研究,包括行星绕日运动、卫星绕行星运动、地面上的落体运动、抛体运动、彗星轨道、岁差以及潮汐现象等,这一卷呈现了牛顿高瞻远瞩的宇宙观.
信息窗——牛顿运动定律是经典力学的逻辑基础,在《原理》中,牛顿对我们所熟悉的运动三定律是如何表达的呢?
定律1:每个物体继续保持它的静止或沿一直线做等速运动状态,除非有力加予其上迫使它改变这个状态.
定律2:运动的改变和所加的动力成正比例,并且发生在加的力的那个直线方向上.
定律3:每一个作用,总有一个相等的反作用;或者说,两物体彼此的相互作用是永远相等的,并且指向相反的部分.
二、关于牛顿
(一)生平简介
牛顿(1643~1727)是英国著名的物理学家、数学家和天文学家,是17世纪最伟大的科学巨匠.
1643年1月4日(儒略历1642年12月25日)牛顿诞生于英格兰林肯郡的小镇乌尔斯索普的一个自耕农家庭.12岁进入离家不远的格兰瑟姆中学.
牛顿于1661年以减费生的身份进入剑桥大学三一学院,1664年成为奖学金获得者,1665年获学士学位.
1665~1666年伦敦大疫.剑桥离伦敦不远,为恐波及,学校停课.牛顿于1665年6月回故乡乌尔斯索普.
1667年牛顿返回剑桥大学,10月1日被选为三一学院的副院侣,次年3月16日被选为正院侣.当时巴罗对牛顿的才能有充分认识.1669年10月27日巴罗便让年仅26岁的牛顿接替他担任卢卡斯讲座的教授.
1672年起牛顿被接纳为皇家学会会员,1703年被选为皇家学会主席.
牛顿于1696年谋得造币厂监督职位,1699年升任厂长,1701年辞去剑桥大学工作,1705年受封为爵士.
牛顿晚年患有膀胱结石、风湿等多种疾病,于1727年3月30日深夜在伦敦去世,葬在威斯特教堂,终年84岁.人们为了纪念牛顿,特地用他的名字来命名力的单位,简称“牛”.
(二)科学成就
牛顿一生对科学事业所作的贡献,遍及物理学、数学和天文学等领域.
牛顿在物理学上最主要的成就,是创立了经典力学的基本体系,从而完成了物理学史上第一次大综合.
对于光学,牛顿致力于光的颜色和光的本性的研究,作出了重大贡献.
牛顿在数学方面,总结和发展了前人的工作,提出了“流数法”,建立了二项式定理,创立了微积分.
在天文学方面,牛顿发现了万有引力定律,创制了反射望远镜,并且用它初步观察到了行星运动的规律.
牛顿在17世纪70年代设计的望远镜,它一般被称为反射望远镜,效果远优于伽利略所设计的著名的折射望远镜.
教学内容
第五章
主题
经典力学的成就与局限性
第1课时
教学目标
知 识
与技能
(1)了解经典力学的发展历程,知道在发展历程中各物理学家作出的突出贡献.
(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.
过 程
与方法
(1)通过收集对经典力学建立有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,从而让学生认识到历史的发展有承接,科学的发展也一样.
(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.
情感态度与价值观
(1)通过对比、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和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.
教
材
分
析
重点
经典力学的伟大成就和局限性
难点
相关资料的收集和总结
学情分析
展示经典力学的发展历程、成就和局限性,体现历史与逻辑、继承与发展的统一;其中渗透科学精神、科学研究的思想和方法;并且突出学生的自主学习和合作精神是本节的特点。因此在教学过程中教学方法上多采用引导学生自主学习和合作学习的方法,鼓励和组织学生在收集资料的基础上进行讨论和交流,建立起对经典力学的整体性认识.
教学流程
教师活动安排
学生活动安排
设 计 意 图
时间
内 容
时间
内 容
2
问题1:在前面所学习的内容中,涉及到的科学家有哪些?
5
学生回忆、讨论、总结
让学生自己总结在经典力学的发展历程中物理学家作出的突出贡献
5
问题2:通过收集的材料,了解经典力学的发展历程。
8
通过课前收集的相关材料,学生代表总结回答问题
让学生了解经典力学的发展历程
3
问题3:经典力学取得哪些
方面的伟大成就?其对当时自然科学、社会发展有什么影响?
6
学生通过收集资料,阅读教材P101内容,共同交流具体实例分析说明经典力学所取
得的伟大成就
让学生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
2
问题4:经典力学的局限性和适用范围
4
学生阅读教材P102内容,总结回答
让学生认识经典力学的局限性和适用范围
1
引导学生进行课堂小结
4
课堂训练
目标达成检测
精
讲
点
拨
1、对经典力学有突出贡献的科学家:
哥白尼、伽俐略、笛卡尔、惠更斯、开普勒、牛顿等。
2、经典力学的发展历程:
(1)力学体系建立的原因:①生产需要的推动,由于生产实践为力学研究提出了许多问题,促使许多科学家投身于地上物体运动和天体运动规律的研究。②科学自身发展的要求。③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。④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。(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)
(2)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。(在这个阶段对力学作出突出贡献的是阿基米德)
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。(伽利略、笛卡儿、惠更斯、开普勒、牛顿)
第三个阶段是牛顿之后,经典力学又有新的发展,这一阶段主要是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。
3、经典力学的伟大成就:
(1)把人类对整个自然界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,并对科学发展的进程以及后代科学家们的思维方式产生了极其深刻的影响.这里可结合学生学习运动学与动力学的情况对经典力学的成就做简单补充介绍(参见课程资源《经典力学在科学史上的成就》).
(2)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美的力学体系,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.教学中应有意识地引导学生去领会在物理学揭示的自然规律中所蕴藏的和谐、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,陶冶学生的情操,达到认识和情感的完美统一.
(3)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.这部分的教学思路应突出以下三个层面:一是经典力学形成的科学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,促进社会文明的发展.
4、经典力学的局限性和适用范围:
经典力学只适于处理物体低速运动的问题,而不适于处理高速运动问题;只适于宏观的物体,而不适于微观的物体。
课堂达标
1、高速运动的物体,其质量随速度变化的情况是( A )
A、速度越大,质量越大 B、速度越大,质量越小
C、质量与速度无关 C、条件不足,无法确定
2、以下服从经典力学规律的是( AB )
A、天体的运动 B、公路上汽车的运动
C、电子绕原子核的运动 D、光子的运动
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第一节 经典力学的成就与局限性
1、对经典力学有突出贡献的科学家:
哥白尼、伽俐略、笛卡尔、惠更斯、开普勒、牛顿
2、经典力学的发展历程:
(1)力学体系建立的原因
(2)力学发展的三个阶段
3、经典力学的伟大成就:
4、经典力学的局限性和适用范围:
经典力学只适于处理物体低速运动的问题,而不适于处理高速运动问题;只适于宏观的物体,而不适于微观的物体。
教学后记
学生因为应试只顾记忆考点内容而忽视了总领的了解物理的发展史以及经典力学的伟大意义,还需要提醒强调。