2017-2018学年高中物理人教版必修2教案：第六章 万有引力与航天 第6节 经典力学的局限性

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1、6．经典力学的局限性三维目标知识与技能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。过程与方法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。情感、态度与价值观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。教学重点牛顿运动定律的适用范围。教学难点高速运动的物体，速度和质量之间的关系。教

2、学方法探究、讲授、讨论、练习教具准备多媒体课件教学过程［新课导入］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。牛顿运动定律和万有引力定律在宏观、低速、弱引力的广阔领域，包括天体力学的研究中，经受了实践的检验，取得了巨大的成就。著名物理学家杨振宁曾赞颂道：“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。”是的，从地面上物体的运动到天体的运动；从大气的流动到地壳的变动；从拦河筑坝，修建桥梁到设计各种机械；从自行车到汽车、火车、

3、飞机等现代交通工具的运动；从投出篮球到发射导弹、人造卫星、宇宙飞船……所有这些都服从经典力学的规律。经典力学在如此广阔的领域里与实际相符合，显示了牛顿运动定律的正确性和经典力学的魅力。但是，像一切科学一样，经典力学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？有怎样的局限性呢？这节课我们就来了解这方面的知识。［新课教学］一、从低速到高速请同学们阅读教材“从低速到高速”部分，回答低速与高速的概念、质速关系、速度合成的两个公式。1．低速与高速

4、（1）低速运动经典力学中各种物体的运动，速度都远小于真空中的光速。处理这些运动，经典力学完全适用。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。物体运动的速度远小于光速的运动，称为低速运动。（2）高速运动有些微观粒子在一定条件下其速度可以与光速相接近，这样的速度称为高速。2．质速关系20世纪初，著名物理学家爱因斯坦建立了狭义相对论。狭义相对论阐述物体在以接近光的速度运动时所遵从的规律。它得出了一些不同于经典力学的观念和结论。例如，在经典力学中，物体的质量m是不随运动状态改变的，而

5、狭义相对论指出，质量要随着物体运动速度的增大而增大，即式中m0是物体静止时的质量，m是物体速度为v时的质量，c是真空中的光速。依上式计算，在低速运动中，如地球以3×104m/s的速度绕太阳公转时，它的质量增大十分微小，可以忽略，经典力学完全适用。但如果物体的速度接近光速c，如速度v＝0.8c时，物体的质量约增大到静止质量的1.7倍。这时，经典力学就不适用了。3．速度合成与时空观（1）速度合成公式一条河流中的水以相对河岸的速度v水岸流动，河中的船以相对于河水的速度v船水顺流而下，在经典力学中，船相对于岸的速度即为v船

6、岸＝v船水＋v水岸经验告诉我们，这简直是天经地义的，但是，仔细一看，这个关系式涉及两个不同的惯性参考系，而速度总是与位移（空间长度）及时间间隔的测量相联系，在牛顿看来，位移和时间的测量与参考系无关，正是在这种时空的观念下，上式才成立，然而，相对论认为，同一过程的位移和时间的测量在不同的参考系中是不同的，因而上式不能成立，经典力学也就不再适用了。（2）时空观①经典力学的绝对时空观经典力学认为时间和空间是相互独立的，对时间间隔和空间间隔的测量不会因为参考系的运动而改变。②狭义相对论基本原理A．爱因斯坦相对性原理：物理定

7、律在所有惯性参考系内都是等价的。B．光速不变原理：在所有惯性系中，光在真空中的速度恒等于。③狭义相对论时空观A．同时性的相对性在一个惯性系中测得是同时发生的两件事，在另一惯性系中测量可能不是同时发生的。B．时间测量（间隔）的相对性──时间延缓若在一惯性系内同一地点，先后发生两事件时间间隔Δt0（称原时或固有时），在以相对速率v运动的另一惯性系内测得时间间隔为Δt，则有C．空间测量的相对性──长度收缩当棒沿两个惯性系相对运动方向放置，在相对棒静止的惯性系内测得棒的长度为Δl0（称原长或固有长度），在相对棒以v运动的惯

8、性系里测得棒的长度为Δl，则有二、从宏观到微观1．经典力学只适用于宏观世界，量子力学适用于微观世界19世纪末和20世纪初，物理学研究深入到微观世界，发现了电子、质子、中子等微观粒子，而且发现它们不仅具有粒子性，同时还具有波动性，它们的运动规律在很多情况下不能用经典力学来说明。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