《牛顿力学的局限性与相对论初步》教学设计
教学目标：
通过引导，认识牛顿绝对时空观对牛顿力学的意义，了解绝对时空观，深化对经典力学体系的认识；
结合牛顿力学的建立对自然科学的贡献的概述，了解牛顿力学对社会发展的促进作用，促进对牛顿力学建立意义的理解；
通过引导，认识牛顿力学在应用时的局限性和适用范围，体会科学知识对促进社会发展的作用，促进对自然界的不断探索；
初步了解物理学的发展历程，深化对牛顿力学的认识，构建科学的知识观。
教学重点：
绝对时空观；
牛顿力学的局限性。
教学难点：
绝对时空观
教学方法：
在教师引导下，通过阅读，查阅资料，开展自主学习。
课时安排：1课时
问题引入：
若河中的水以相对于河岸的速度流动，河中的船以相对于水的速度顺流而下，那么船相对于河岸的速度是多少？
设想人类可以利用飞船以的速度进行星际航行，若飞船向正前方的某一星球发射一束激光，该星球上的观察者测量到的激光的速度是多少？
测得激光速度是。
新课教学：
绝对时空观
【讨论与交流】如图所示，在匀速直线前进的车厢顶部，有一个白色小球和一个黑色小球同时开始自由落下。甲同学相对于车厢保持静止，而乙同学相对于地面保持静止，则：
白球相对于甲同学做的是什么运动？
白球相对于乙同学做的是什么运动？
白球相对于黑球做的是什么运动？
在上述三种参考系中，白球的运动都能够应用牛顿运动定律来描述吗？
惯性参考系：在牛顿力学体系中，如果牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个参考系就被称为惯性参考系。
非惯性参考系：牛顿运动定律不成立的参考系。
伽利略相对性原理：在所有的惯性参考系中，力学规律都具有相同的形式。
4、牛顿的绝对时空观：
牛顿在《自然哲学的数学原理》一书中写到：“绝对的、真实的和数学的时间，由其特性决定自身均匀地流逝着，而与一切外界事物无关。绝对空间的自身特性与任何外界事物无关，它处处均匀，永不移动。”
①同时的绝对性：同时性与观察者的运动状态无关；
②时间间隔的绝对性：任何时间（或物体的运动）所经历的时间，在不同的参考系中测量都是相同的，而与参考系的运动无关；
③空间距离的绝对性：如果各个参考系中用来测量长度的标准相同，那么空间两点的距离就有绝对不变的量值，而与参考系的选择无关。
李白：“夫天地者，万物之逆旅也；光阴者，百代之过客也。”
天地是万物短暂寄居的客舍，光阴是百代匆匆而去的过客，形容人一生的时光极其短促。
牛顿力学的成就
【讨论与交流】（1）力学体系得以建立的原因是什么？
原因：生产需要的推动，科学自身发展的要求，力学研究对象最为简单且最接近日常生活，一系列科学家的共同努力。
（2）牛顿力学主要有哪些伟大成就？
①牛顿力学把宇宙中的天体和地面上得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；
②在研究方法上，人们把牛顿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，相继建立了热血、声学、光学、电磁学等，从而形成了完整的经典物理学体系。
③牛顿力学与其他基础科学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，成为现代高度发达的航空航天技术的理论基础。
牛顿力学的局限性和适用范围
【思考问题】（1）牛顿力学的局限性主要体现在哪些方面？
牛顿力学的应用受到物体运动速度大小的限制。
牛顿运动定律不适用于微观领域物质结构和能量不连续的现象。
牛顿运动定律和万有引力定律对于受到强引力作用的物体的运动也不适用。
牛顿力学适用于哪些问题的研究？
适用于低速（远小于光速）、宏观（人类可感知尺度）、弱引力场（如地球附近）和计量精度要求不高的情况。
牛顿力学不适用的领域分别建立了哪些新的系统理论？这些新的理论是否适用于解决牛顿力学范围内的问题？
新的系统理论：相对论、量子力学等。
课堂小结：
知道牛顿运动定律是有一定适用范围的，它只适用于宏观物体，只适用于相对光速来说的低速运动物体。
科学是一个永恒的探究过程，在发现原有理论不能解决的新问题之后，就需要突破原有理论的局限性，建构新的理论模型，从而推动人类对自然界的认识不断深化。
课后作业：
阅读教材(共13张PPT)
第五章
牛顿力学的局限性与相对论初步
第一节
牛顿力学的成就与局限性
粤教版
必修第二册
若河中的水以相对于河岸的速度
流动，河中的船以相对于水的速度
顺流而下，那么船相对于河岸的速度是多少？
设想人类可以利用飞船以
的速度进行星际航行，若飞船向正前方的某一星球发射一束激光，该星球上的观察者测量到的激光的速度是多少？
测得激光速度是
一、绝对时空观
自由落体运动
【讨论与交流】如图所示，在匀速直线前进的车厢顶部，有一个白色小球和一个黑色小球同时开始自由落下。甲同学相对于车厢保持静止，而乙同学相对于地面保持静止，则：
（1）白球相对于甲同学做的是什么运动？
（2）白球相对于乙同学做的是什么运动？
（3）白球相对于黑球做的是什么运动？
在上述三种参考系中，白球的运动都能够应用牛顿运动定律来描述吗？
平抛运动
静止
第三种参考系不能用牛顿运动定律来描述
一、绝对时空观
1、惯性参考系：在牛顿力学体系中，如果牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个参考系就被称为惯性参考系。
2、非惯性参考系：牛顿运动定律不成立的参考系。
3、伽利略相对性原理：在所有的惯性参考系中，力学规律都具有相同的形式。
一、绝对时空观
牛顿在《自然哲学的数学原理》一书中写到：“绝对的、真实的和数学的时间，由其特性决定自身均匀地流逝着，而与一切外界事物无关。绝对空间的自身特性与任何外界事物无关，它处处均匀，永不移动。”
①同时的绝对性
②时间间隔的绝对性
③空间距离的绝对性
“夫天地者，万物之逆旅也；光阴者，百代之过客也。”
——李白
二、牛顿力学的成就
【讨论与交流】（1）力学体系得以建立的原因是什么？
生产需要的推动，科学自身发展的要求，力学研究对象最为简单且最接近日常生活，一系列科学家的共同努力。
二、牛顿力学的成就
【讨论与交流】（2）牛顿力学主要有哪些伟大成就？
①牛顿力学把宇宙中的天体和地面上得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；
②在研究方法上，人们把牛顿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，相继建立了热血、声学、光学、电磁学等，从而形成了完整的经典物理学体系。
③牛顿力学与其他基础科学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，成为现代高度发达的航空航天技术的理论基础。
牛顿力学在科技、生活、体育等方面一直起着重要作用
三、牛顿力学的局限性和适用范围
【思考问题】（1）牛顿力学的局限性主要体现在哪些方面？
1、牛顿力学的应用受到物体运动速度大小的限制。
2、牛顿运动定律不适用于微观领域物质结构和能量不连续的现象。
3、牛顿运动定律和万有引力定律对于受到强引力作用的物体的运动也不适用。
大型强子对撞机，能使粒子速度接近光速
三、牛顿力学的局限性和适用范围
【思考问题】（2）牛顿力学适用于哪些问题的研究？
适用于低速（远小于光速）、宏观（人类可感知尺度）、弱引力场（如地球附近）和计量精度要求不高的情况。
三、牛顿力学的局限性和适用范围
【思考问题】（3）牛顿力学不适用的领域分别建立了哪些新的系统理论？这些新的理论是否适用于解决牛顿力学范围内的问题？
相对论、量子力学等。
