高中物理人教版 (新课标)必修26.经典力学的局限性优秀课件ppt

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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。
对建立经典力学作出重要贡献的科学家
哥白尼 伽利略 笛卡尔 惠更斯 开普勒
一、经典力学的发展过程
17 世纪牛顿力学构成了体系。可以说，这是物理学第一次伟大的综合。牛顿建立了两个定律，一个是运动定律，一个是万有引力定律，并发展了变量数学微积分，具有解决实际问题的能力。他开拓了天体力学这一科学，海王星和冥王星的发现就充分显示了这一点 。
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。
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。”
对牛顿运动定律受参考系限制的认识
可见，在非惯性系中，牛顿定律不再成立。
经典力学受速度限制的分析
伽利略和牛顿的绝对时空观认为，同一物体运动的时间和长度（位移）在不同的参考系中，测量结果是相同的。
牛顿力学的绝对时空观 绝对的，真正的和数学的时间自己流逝着，并由于它的本性而均匀的与任何外界对象无关的流逝着——牛顿
绝对空间，就其本质来说，独立于外界任何事物，总是始终如一和静止不动的——牛顿
一.经典力学的发展历程
1. 请分析比较下列科学家对经典力学的贡献
观察实验、假设、数学推理三者相结合
两个反面结论：①力是维持物体运动的原因 ②重物体比轻物体下落得快
①自由落体运动规律②力学相对性原理
①制成了世界上第一架计时摆钟②测量出重力加速度的值
归纳与演绎、综合与分析、实验观察
①三大运动定律 ②万有引力定律
(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。
如果说我看得远，那是因为我站在巨人们的肩上。 ——牛顿
亚里士多德：经验主义：必须有力作用在物体上物体才能运动
伽利略：理想实验（斜面）：物体保持运动不需要力维持
笛卡尔：如果运动中物体没受到力，将以同一速度沿以直线运动。
牛顿：牛顿定律（惯性定律，加速度定律，作用反作用定律）
第谷：20年精心观测数据
开普勒研究第谷数据得三个定律
牛顿解决椭圆并延伸到万物间有力
一个原来静止的电子，经电压加速后，获得的速度为v＝6×106 m/s.关于电子的质量的变化，下列说法正确的是(　　)A．不变　　　　　　B．减少C．增大了0.02% D．增大了0.2%
【审题指导】电子的速度6×106m/s已接近光速，由爱因斯坦狭义相对论可知，电子的质量将有所增加，越接近光速越显著．
二、经典时空观与相对论时空观
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。
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。
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。
如：在一个无限大的光滑水平面上，有一质量为m的物体，在一个水平恒力F的作用下，从静止开始运动。根据牛顿第二定律可知物体将以加速度a=F/m做匀加速直线运动。
由运动学公式可知：物体的速度v=at
推理：随着时间的推移，物体的速度不断增大，最终可使物体获得任意速度。但事实并非如此，常识告诉我们，物体运动速度是有极限的，现在已知的最大速度是光速，且现在也无法使物体运动超越这个速度。速度远小于光速时，经典力学完全适用。当物体的速度接近光速时，经典力学就不适用了。
1905年，出生于德国的美籍物理学家阿尔伯特·爱因斯坦（1879─1955）发表了狭义相对论。这个理论指出在宇宙中唯一不变的是光线在真空中的速度，其它任何事物──速度、长度、质量和经过的时间，都随观察者的参考系而变化。
在经典力学中，物体的质量是不变的，但爱因斯坦的狭义相对论指出，物体的质量随速度的增大而增大
m0为物体静止时的质量m是物体速度为v时的长度c是真空中的光速
质量随速度增大而增大
什么是低速，什么是高速？ 通常所见的物体的运动皆为低速运动，如行驶的汽车，发射的导弹、人造卫星及宇宙飞船等。 与光速相接近的速度称为高速，有些微观粒子在一定条件下其速度可以与光速相接近。
当你驾驶飞快的汽车通过一个门洞时，从你的角度来看这段距离要比实际距离短得多。这种情况在日常生活中经常被忽略不被注意是因为物体运动速度都很慢，长度收缩现象不明显.。
屋子中有两盏灯，A站在两盏灯中间，B以一定速度踩着滑板向一盏灯运动正好到达中间。当两灯同时打开时A看到的现象是两灯同时亮，而B看到的却是面对他的那盏先亮，背对他的那盏后亮。
你现在穿的是25厘米的鞋，但在宇宙飞船上的人测得你穿的鞋的长度可能就只有20厘米了。
19世纪末到20世纪初，人们相继发现了电子、质子、中子等微观粒子，发现它们不仅具有粒子性，面且具有波动性，它们的运动规律不能用经典力学描述。 20世纪20年代，建立了量子力学，它能够正确地描述微观粒子运动的规律性，并在现代科学技术中发挥了重要作用。
物体间的万有引力是弱引力，经典力学适用
天体半径减小到一定程度时,如白矮星中子星，密度特别大，天体间的引力非常大 ，属于强引力。经典力学不再适用。黑洞这种极端条件下的宇宙天体。它有极强的吸引力，光也无法逃脱。
相对论和量子力学的出现，是否表示经典力学失去了意义?
相对论和量子力学的出现，说明人类对自然界的认识更加广泛和深入，而不表示经典力学失去了意义。 它只是使人们认识到经典力学有它的适用范围：只适用于低速运动，不适用于高速运动，只适用于宏观世界，不适用于微观世界。
例题220世纪以来，人们发现了一些新的事实，而经典力学却无法解释．经典力学只适用于解决物体的低速运动问题，不能用来处理高速运动问题；只适用于宏观物体，一般不适用于微观粒子．这说明(　　 )A．随着认识的发展，经典力学已成了过时的理论B．人们对客观事物的具体认识，在广度上是有局限性的C．不同领域的事物各有其本质与规律D．人们应当不断地扩展认识，在更广阔的领域内掌握不 同事物的本质与规律
互为补充，互不矛盾，互不否定共同支撑起物理学科的骨架。
相对论、量子力学和经典力学的关系.
3.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1
【提示】经典力学只适用于处理宏观物体的低速运动。
4.有关物体的质量与速度的关系的说法, 正确的是（ ） A．物体的质量与物体的运动速度无关 B．物体的质量随物体的运动速度增大而增大 C．物体的质量随物体的运动速度增大而减少 D．当物体的运动速度接近光速时，质量趋于零
相对论、量子力学和经典力学的关系：
1、有关科学家和涉及的事实，正确的说法是（ ） A．哥白尼创立了日心说 B．伽利略发现了行星运动规律 C. 惠更斯解决了弹性碰撞问题 D．爱因斯坦提出了量子论
2、一列火车以速度v相对地面运动．如果地面上的人测得，某光源发出的闪光同时到达车厢的前壁和后壁，以下说法中正确的是 （ ） A．火车上的人测得，闪光先到达前壁B．火车上的人测得，闪光先到达后壁C．火车上的人测得，闪光同时到达车厢的前壁和后壁D．条件不足，无法确定
3、有三个完全相同的时钟，时钟A放在地面上，时钟B、C分别放在两个火箭上，以速度vB和vC朝同一方向飞行，vB＜vC． 对于地面上的观察者来说，则以下说法中正确的是 （ ） A．时钟A走得最慢 B．时钟B走得最慢 C．时钟C走得最慢 D．时钟C走得最快
4、如果有一支静止时长30 m的火箭，以光速的二分之一的速度从观察者的身边掠过，以下说法中正确的是 （ ）A．地面上的观察者测得的火箭长为30 mB．地面上的观察者测得的火箭长小于30 mC．地面上的观察者测得的火箭长大于30 mD．火箭上的观察者测得的火箭长为30 m