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1、,第六章 万有引力定律,第 6 节：经典力学的局限性,1. 知道牛顿运动定律的适用范围。2. 了解经典力学在科学研究和生产技术中的广泛应用。3. 知道质量与速度的关系，知道高速运动中必须考虑速度随时间的变化 。,引入新课：自从 17 世纪以来，以牛顿定律为基础的经典力学不断发展，取得了巨大的成就，经典力学在科学研究和生产技术中有了广泛的应用，从而证明了牛顿运动定律的正确性。但是，经典力学也不是万能的，向其他科学一样，它也有一定的适用范围，有自己的局限性。那么经典力学在什么范围内适用呢？有怎样的局限性呢？这节课我们就来了解这方面的知识。 通过阅读课文体会一切科学都有自己的局限性，新的理论会不断完
2、善和补充旧的理论，人类对科学的认识是无止境的。通过对牛顿力学适用范围的讨论，使学生知道物理中的结论和规律一般都有其适用范围，认识知识的变化性和无穷性，培养献身于科学的时代精神。,经典力学的基础是牛顿运动定律，万有引力定律更是树立了人们对牛顿物理学的尊敬。,著名物理学家杨振宁曾赞颂到：“如果一定要举出某个人、某一天作为近代科学诞生的标志，我选牛顿自然哲学的数学原理在1687年出版的那一天。”,像一切科学一样，它没有也不会穷尽一切真理，它也有自己的局限性。它像一切科学理论一样，是一部“未完成的交响曲”。那么经典力学在什么范围内适用呢？又有怎样的局限性呢？,一.经典力学的发展历程,1. 请分析比较下
3、列科学家对经典力学的贡献,观察、思维、推理,观察实验、假设、数学推理三者相结合,两个反面结论：力是维持物体运动的原因 重物体比轻物体下落得快,自由落体运动规律力学相对性原理,实验观察、数学推理,惯性定律,实验、数学推理,制成了世界上第一架计时摆钟测量出重力加速度的值,归纳与演绎、综合与分析、实验观察,三大运动定律 万有引力定律,(1) 实现了人类对自然界认识的第一次理论大综合。(2) 确定了自然科学应有的基本特征。(3) 将“实验和数学”相结合的方法推广到物理学的各个分支，形成了完整的经典力学体系。,2.经典力学的成就,相对的,绝对的（不变）,绝对的,与运动无关，绝对的,与运动无关，不变的,相
4、对的,与运动有关，相对的,随速度增大而增大,二、经典时空观与相对论时空观,牛顿说：如果说我看得远，那是因为我站在巨人们的肩上。,创立狭义相对论,阿尔伯特爱因斯坦,19 世纪末科学家们发现，当研究有关光的问题时，用经典物理的理论解释一些相关现象，就会产生尖锐的矛盾。为了解决这一矛盾，爱因斯坦于 1905 年提出了狭义相对论。,伦琴,汤姆生,贝克勒耳,第二次革命的导火索，是物理学史上的三大发现：伦琴发现 X 射线、汤姆生发现、贝克勒耳发现天然放射线，使物理学的研究从宏观领域进入了微观世界。,从宏观到微观,人们发现，微观粒子所表现出的现象用经典物理理论根本无法解释。为了克服这一困难，德国物理学家普朗
5、克大胆提出了量子的观点，爱因斯坦等物理学家又将量子论进一步丰富、发展，形成了现代量子力学理论。,量子力学创立,普朗克,1. 高速的概念 所谓高速，就是指运动速度接近于真空中的光速。2. 在经典力学中，物体的质量是不随运动状态改变的，而狭义相对论指出，质量要随着物体运动速度的增大而增大。即 3. 经典力学只适用于低速运动，不适用于高速运动。,三、从低速到高速,1. 宏观世界粒子的运动特点 粒子具有确定的运动轨迹，根据质点的运动规律，应用牛顿力学可以准确地预测质点在某时刻的位置。2. 微观粒子的运动特点 就单个粒子来说，其运动没有确定的运动轨迹，微观粒子既有粒子性，又有波动性。3. 经典力学只适用
6、于宏观世界不适用于微观世界。,四、从宏观到微观,1. 经典力学与行星轨道的矛盾 按牛顿的万有引力理论，行星应该沿着一些椭圆或圆做周期性运动，而天文观测表明，行星的轨道并不是严格闭合的，它们的近日点在不断地旋进，如水星的运动。 实际观测到的水星的运动情况，与爱因斯坦广义相对论的计算结果吻合的很好。2. 经典力学只适用于弱引力，而不适用于强引力。,五、从弱引力到强引力,六、经典力学的局限性和适用范围,1. 经典力学只适用于物体的低速运动( v c )。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。3. 经典力学规律只在惯性参考系中成立 经典力学规律只能用于宏观、低速（与光速相比）的情
7、形，且只在惯性参考系中成立。,凡是牛顿定律成立的参考系，称为惯性参考系，简称惯性系。所有相对于惯性系做匀速直线运动的参考系都是惯性系。所有相对于惯性系作变速运动的参考系都是非惯性系。,惯性参考系,1. 爱因斯坦相对性原理：在不同的参考系中，一切物理规律都是相同的。2. 光速不变原理：真空中的光速在不同的参考系中都是相同的。,狭义相对论的两个基本假设,同时的相对性,1. 时间的相对性 “钟慢效应”,式中 v 是物体运动的速度，c 是真空中的光速，t 是运动体中的观察者观察到的时间间隔， t 是地面上的观察者观察到的时间间隔。,由于 1 ( v/c ) 2 1，所以 t t，即运动体中的观察者观察
8、到的时间间隔变短了，从地面上观察运动物体的时间变慢了。这就是所谓的“钟慢效应”。,时间的相对性符合以下规律,钟慢效应,2. 空间的相对性 “尺缩效应”,式中 v 是运动物体的速度，c 是真空中的光速，L是运动体中的观察者测得的长度，L 是地面上的观察者测得的长度。,由于 1 ( v/c ) 2 1，所以 L L，即地面上的观察者观察到运动体的长度变短了。这就是所谓的“尺缩效应”。,空间的相对性符合以下规律,尺缩效应 1,尺缩效应 2,1. 从低速到高速：经典力学适用于低速2. 从宏观到微观：经典力学适用于宏观3. 从弱力到强力：经典力学适用于弱力,B,1. 下列有关物体的质量与速度的关系的说法
9、，正确的是 ( ),A. 物体的质量与物体的运动速度无关B. 物体的质量随物体运动速度的增大而增大C. 物体的质量随物体运动速度的增大而减小D. 当物体的运动速度接近光速时，质量趋于零,2. 对于公式 ，下列说法中正确的是 ( )A. 式中的 m0 是物体以速度v运动时的质量B. 当物体的运动速度 v 0 时，物体的质量为 m m0，即物体质量改变了，故经典力学不适用，是不正确的C. 当物体以较小的速度运动时，质量变化十分微弱，经典力学理论仍然适用，只有当物体以接近光速运动时，质量变化才明显，故经典力学适用于低速运动，而不适用于高速运动D. 通常由于物体的运动速度太小，故质量的变化引不起我们的
10、感觉，在分析地球上物体的运动时，不必考虑质量的变化,CD,3. 关于经典力学、狭义相对论和量子力学，下面说法中正确的是 ( )A. 狭义相对论和经典力学是相对立、互不相容的两种理论B. 在物体高速运动时，物体的运动规律服从狭义相对论理论，在低速运动时，物体的运动服从牛顿定律C. 经典力学适用于宏观物体的运动，量子力学适用于微观粒子的运动D. 不论是宏观物体，还是微观粒子，经典力学和量子力学都是适用的,BC,4. 牛顿定律能适用于下列哪些情况 ( ) A. 研究原子中电子的运动B. 研究“神州”五号的高速发射C. 研究地球绕太阳的运动D. 研究飞机从深圳飞往北京的航线,BCD,5. 两台升降机甲、乙同时自由下落。甲上的人看到乙是静止的，也就是说，在甲看来，乙的运动状态并没有改变，但是乙确实受到向下的地球引力。根据牛顿定律，受到外力作用的物体，其运动状态一定会改变，这不是有矛盾吗？你是如何理解的？,不矛盾。牛顿力学规律只在惯性参考系中成立。,
