高中物理人教版 (新課標(biāo))必修26.經(jīng)典力學(xué)的局限性?xún)?yōu)秀課件ppt-課件下載-教習(xí)網(wǎng)

自從 17 世紀(jì)以來(lái)，以牛頓定律為基礎(chǔ)的經(jīng)典力學(xué)不斷發(fā)展，取得了巨大的成就，經(jīng)典力學(xué)在科學(xué)研究和生產(chǎn)技術(shù)中有了廣泛的應(yīng)用，從而證明了牛頓運(yùn)動(dòng)定律的正確性。但是，經(jīng)典力學(xué)也不是萬(wàn)能的，向其他科學(xué)一樣，它也有一定的適用范圍，有自己的局限性。那么經(jīng)典力學(xué)在什么范圍內(nèi)適用呢？有怎樣的局限性呢？這節(jié)課我們就來(lái)了解這方面的知識(shí)。通過(guò)閱讀課文體會(huì)一切科學(xué)都有自己的局限性，新的理論會(huì)不斷完善和補(bǔ)充舊的理論，人類(lèi)對(duì)科學(xué)的認(rèn)識(shí)是無(wú)止境的。通過(guò)對(duì)牛頓力學(xué)適用范圍的討論，使學(xué)生知道物理中的結(jié)論和規(guī)律一般都有其適用范圍，認(rèn)識(shí)知識(shí)的變化性和無(wú)窮性，培養(yǎng)獻(xiàn)身于科學(xué)的時(shí)代精神。
對(duì)建立經(jīng)典力學(xué)作出重要貢獻(xiàn)的科學(xué)家
哥白尼伽利略笛卡爾惠更斯開(kāi)普勒
一、經(jīng)典力學(xué)的發(fā)展過(guò)程
17 世紀(jì)牛頓力學(xué)構(gòu)成了體系?？梢哉f(shuō)，這是物理學(xué)第一次偉大的綜合。牛頓建立了兩個(gè)定律，一個(gè)是運(yùn)動(dòng)定律，一個(gè)是萬(wàn)有引力定律，并發(fā)展了變量數(shù)學(xué)微積分，具有解決實(shí)際問(wèn)題的能力。他開(kāi)拓了天體力學(xué)這一科學(xué)，海王星和冥王星的發(fā)現(xiàn)就充分顯示了這一點(diǎn) 。
經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)是牛頓運(yùn)動(dòng)定律，萬(wàn)有引力定律更是樹(shù)立了人們對(duì)牛頓物理學(xué)的尊敬。
物理學(xué)家楊振寧曾贊頌到： “如果一定要舉出某個(gè)人、某一天作為近代科學(xué)誕生的標(biāo)志，我選牛頓《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》在1687年出版的那一天?！?br/>對(duì)牛頓運(yùn)動(dòng)定律受參考系限制的認(rèn)識(shí)
可見(jiàn)，在非慣性系中，牛頓定律不再成立。
經(jīng)典力學(xué)受速度限制的分析
伽利略和牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀(guān)認(rèn)為，同一物體運(yùn)動(dòng)的時(shí)間和長(zhǎng)度（位移）在不同的參考系中，測(cè)量結(jié)果是相同的。
牛頓力學(xué)的絕對(duì)時(shí)空觀(guān) 絕對(duì)的，真正的和數(shù)學(xué)的時(shí)間自己流逝著，并由于它的本性而均勻的與任何外界對(duì)象無(wú)關(guān)的流逝著——牛頓
絕對(duì)空間，就其本質(zhì)來(lái)說(shuō)，獨(dú)立于外界任何事物，總是始終如一和靜止不動(dòng)的——牛頓
一.經(jīng)典力學(xué)的發(fā)展歷程
1. 請(qǐng)分析比較下列科學(xué)家對(duì)經(jīng)典力學(xué)的貢獻(xiàn)
觀(guān)察實(shí)驗(yàn)、假設(shè)、數(shù)學(xué)推理三者相結(jié)合
兩個(gè)反面結(jié)論：①力是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因 ②重物體比輕物體下落得快
①自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律②力學(xué)相對(duì)性原理
①制成了世界上第一架計(jì)時(shí)擺鐘②測(cè)量出重力加速度的值
歸納與演繹、綜合與分析、實(shí)驗(yàn)觀(guān)察
①三大運(yùn)動(dòng)定律 ②萬(wàn)有引力定律
(1) 實(shí)現(xiàn)了人類(lèi)對(duì)自然界認(rèn)識(shí)的第一次理論大綜合。(2) 確定了自然科學(xué)應(yīng)有的基本特征。(3) 將“實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)”相結(jié)合的方法推廣到物理學(xué)的各個(gè)分支，形成了完整的經(jīng)典力學(xué)體系。
如果說(shuō)我看得遠(yuǎn)，那是因?yàn)槲艺驹诰奕藗兊募缟稀? ——牛頓
亞里士多德：經(jīng)驗(yàn)主義：必須有力作用在物體上物體才能運(yùn)動(dòng)
伽利略：理想實(shí)驗(yàn)（斜面）：物體保持運(yùn)動(dòng)不需要力維持
笛卡爾：如果運(yùn)動(dòng)中物體沒(méi)受到力，將以同一速度沿以直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。
牛頓：牛頓定律（慣性定律，加速度定律，作用反作用定律）
第谷：20年精心觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)
開(kāi)普勒研究第谷數(shù)據(jù)得三個(gè)定律
牛頓解決橢圓并延伸到萬(wàn)物間有力
一個(gè)原來(lái)靜止的電子，經(jīng)電壓加速后，獲得的速度為v＝6×106 m/s.關(guān)于電子的質(zhì)量的變化，下列說(shuō)法正確的是(　　)A．不變　　　　　　B．減少C．增大了0.02% D．增大了0.2%
【審題指導(dǎo)】電子的速度6×106m/s已接近光速，由愛(ài)因斯坦狹義相對(duì)論可知，電子的質(zhì)量將有所增加，越接近光速越顯著．
二、經(jīng)典時(shí)空觀(guān)與相對(duì)論時(shí)空觀(guān)
19 世紀(jì)末科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)研究有關(guān)光的問(wèn)題時(shí)，用經(jīng)典物理的理論解釋一些相關(guān)現(xiàn)象，就會(huì)產(chǎn)生尖銳的矛盾。為了解決這一矛盾，愛(ài)因斯坦于 1905 年提出了狹義相對(duì)論。
第二次革命的導(dǎo)火索，是物理學(xué)史上的三大發(fā)現(xiàn)：倫琴發(fā)現(xiàn) X 射線(xiàn)、湯姆生發(fā)現(xiàn)、貝克勒耳發(fā)現(xiàn)天然放射線(xiàn)，使物理學(xué)的研究從宏觀(guān)領(lǐng)域進(jìn)入了微觀(guān)世界。
人們發(fā)現(xiàn)，微觀(guān)粒子所表現(xiàn)出的現(xiàn)象用經(jīng)典物理理論根本無(wú)法解釋。為了克服這一困難，德國(guó)物理學(xué)家普朗克大膽提出了量子的觀(guān)點(diǎn)，愛(ài)因斯坦等物理學(xué)家又將量子論進(jìn)一步豐富、發(fā)展，形成了現(xiàn)代量子力學(xué)理論。
如：在一個(gè)無(wú)限大的光滑水平面上，有一質(zhì)量為m的物體，在一個(gè)水平恒力F的作用下，從靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。根據(jù)牛頓第二定律可知物體將以加速度a=F/m做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。
由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式可知：物體的速度v=at
推理：隨著時(shí)間的推移，物體的速度不斷增大，最終可使物體獲得任意速度。但事實(shí)并非如此，常識(shí)告訴我們，物體運(yùn)動(dòng)速度是有極限的，現(xiàn)在已知的最大速度是光速，且現(xiàn)在也無(wú)法使物體運(yùn)動(dòng)超越這個(gè)速度。速度遠(yuǎn)小于光速時(shí)，經(jīng)典力學(xué)完全適用。當(dāng)物體的速度接近光速時(shí)，經(jīng)典力學(xué)就不適用了。
1905年，出生于德國(guó)的美籍物理學(xué)家阿爾伯特·愛(ài)因斯坦（1879─1955）發(fā)表了狹義相對(duì)論。這個(gè)理論指出在宇宙中唯一不變的是光線(xiàn)在真空中的速度，其它任何事物──速度、長(zhǎng)度、質(zhì)量和經(jīng)過(guò)的時(shí)間，都隨觀(guān)察者的參考系而變化。
在經(jīng)典力學(xué)中，物體的質(zhì)量是不變的，但愛(ài)因斯坦的狹義相對(duì)論指出，物體的質(zhì)量隨速度的增大而增大
m0為物體靜止時(shí)的質(zhì)量m是物體速度為v時(shí)的長(zhǎng)度c是真空中的光速
質(zhì)量隨速度增大而增大
什么是低速，什么是高速？通常所見(jiàn)的物體的運(yùn)動(dòng)皆為低速運(yùn)動(dòng)，如行駛的汽車(chē)，發(fā)射的導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星及宇宙飛船等。與光速相接近的速度稱(chēng)為高速，有些微觀(guān)粒子在一定條件下其速度可以與光速相接近。
當(dāng)你駕駛飛快的汽車(chē)通過(guò)一個(gè)門(mén)洞時(shí)，從你的角度來(lái)看這段距離要比實(shí)際距離短得多。這種情況在日常生活中經(jīng)常被忽略不被注意是因?yàn)槲矬w運(yùn)動(dòng)速度都很慢，長(zhǎng)度收縮現(xiàn)象不明顯.。
屋子中有兩盞燈，A站在兩盞燈中間，B以一定速度踩著滑板向一盞燈運(yùn)動(dòng)正好到達(dá)中間。當(dāng)兩燈同時(shí)打開(kāi)時(shí)A看到的現(xiàn)象是兩燈同時(shí)亮，而B(niǎo)看到的卻是面對(duì)他的那盞先亮，背對(duì)他的那盞后亮。
你現(xiàn)在穿的是25厘米的鞋，但在宇宙飛船上的人測(cè)得你穿的鞋的長(zhǎng)度可能就只有20厘米了。
19世紀(jì)末到20世紀(jì)初，人們相繼發(fā)現(xiàn)了電子、質(zhì)子、中子等微觀(guān)粒子，發(fā)現(xiàn)它們不僅具有粒子性，面且具有波動(dòng)性，它們的運(yùn)動(dòng)規(guī)律不能用經(jīng)典力學(xué)描述。 20世紀(jì)20年代，建立了量子力學(xué)，它能夠正確地描述微觀(guān)粒子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律性，并在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中發(fā)揮了重要作用。
物體間的萬(wàn)有引力是弱引力，經(jīng)典力學(xué)適用
天體半徑減小到一定程度時(shí),如白矮星中子星，密度特別大，天體間的引力非常大，屬于強(qiáng)引力。經(jīng)典力學(xué)不再適用。黑洞這種極端條件下的宇宙天體。它有極強(qiáng)的吸引力，光也無(wú)法逃脫。
相對(duì)論和量子力學(xué)的出現(xiàn)，是否表示經(jīng)典力學(xué)失去了意義?
相對(duì)論和量子力學(xué)的出現(xiàn)，說(shuō)明人類(lèi)對(duì)自然界的認(rèn)識(shí)更加廣泛和深入，而不表示經(jīng)典力學(xué)失去了意義。它只是使人們認(rèn)識(shí)到經(jīng)典力學(xué)有它的適用范圍：只適用于低速運(yùn)動(dòng)，不適用于高速運(yùn)動(dòng)，只適用于宏觀(guān)世界，不適用于微觀(guān)世界。
例題220世紀(jì)以來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)了一些新的事實(shí)，而經(jīng)典力學(xué)卻無(wú)法解釋?zhuān)?jīng)典力學(xué)只適用于解決物體的低速運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，不能用來(lái)處理高速運(yùn)動(dòng)問(wèn)題；只適用于宏觀(guān)物體，一般不適用于微觀(guān)粒子．這說(shuō)明(　　 )A．隨著認(rèn)識(shí)的發(fā)展，經(jīng)典力學(xué)已成了過(guò)時(shí)的理論B．人們對(duì)客觀(guān)事物的具體認(rèn)識(shí)，在廣度上是有局限性的C．不同領(lǐng)域的事物各有其本質(zhì)與規(guī)律D．人們應(yīng)當(dāng)不斷地?cái)U(kuò)展認(rèn)識(shí)，在更廣闊的領(lǐng)域內(nèi)掌握不同事物的本質(zhì)與規(guī)律
互為補(bǔ)充，互不矛盾，互不否定共同支撐起物理學(xué)科的骨架。
相對(duì)論、量子力學(xué)和經(jīng)典力學(xué)的關(guān)系.
3.牛頓定律能適用于下列哪些情況？ A、研究原子中電子的運(yùn)動(dòng) B、研究“神州”五號(hào)的高速發(fā)射 C、研究地球繞太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng) D、研究飛機(jī)從深圳飛往北京的航線(xiàn)1
【提示】經(jīng)典力學(xué)只適用于處理宏觀(guān)物體的低速運(yùn)動(dòng)。
4.有關(guān)物體的質(zhì)量與速度的關(guān)系的說(shuō)法, 正確的是（） A．物體的質(zhì)量與物體的運(yùn)動(dòng)速度無(wú)關(guān) B．物體的質(zhì)量隨物體的運(yùn)動(dòng)速度增大而增大 C．物體的質(zhì)量隨物體的運(yùn)動(dòng)速度增大而減少 D．當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)速度接近光速時(shí)，質(zhì)量趨于零
相對(duì)論、量子力學(xué)和經(jīng)典力學(xué)的關(guān)系：
1、有關(guān)科學(xué)家和涉及的事實(shí)，正確的說(shuō)法是（） A．哥白尼創(chuàng)立了日心說(shuō) B．伽利略發(fā)現(xiàn)了行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律 C. 惠更斯解決了彈性碰撞問(wèn)題 D．愛(ài)因斯坦提出了量子論
2、一列火車(chē)以速度v相對(duì)地面運(yùn)動(dòng)．如果地面上的人測(cè)得，某光源發(fā)出的閃光同時(shí)到達(dá)車(chē)廂的前壁和后壁，以下說(shuō)法中正確的是（） A．火車(chē)上的人測(cè)得，閃光先到達(dá)前壁B．火車(chē)上的人測(cè)得，閃光先到達(dá)后壁C．火車(chē)上的人測(cè)得，閃光同時(shí)到達(dá)車(chē)廂的前壁和后壁D．條件不足，無(wú)法確定
3、有三個(gè)完全相同的時(shí)鐘，時(shí)鐘A放在地面上，時(shí)鐘B、C分別放在兩個(gè)火箭上，以速度vB和vC朝同一方向飛行，vB＜vC．對(duì)于地面上的觀(guān)察者來(lái)說(shuō)，則以下說(shuō)法中正確的是（） A．時(shí)鐘A走得最慢 B．時(shí)鐘B走得最慢 C．時(shí)鐘C走得最慢 D．時(shí)鐘C走得最快
4、如果有一支靜止時(shí)長(zhǎng)30 m的火箭，以光速的二分之一的速度從觀(guān)察者的身邊掠過(guò)，以下說(shuō)法中正確的是（）A．地面上的觀(guān)察者測(cè)得的火箭長(zhǎng)為30 mB．地面上的觀(guān)察者測(cè)得的火箭長(zhǎng)小于30 mC．地面上的觀(guān)察者測(cè)得的火箭長(zhǎng)大于30 mD．火箭上的觀(guān)察者測(cè)得的火箭長(zhǎng)為30 m

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