高中物理 第6章 經(jīng)典力學(xué)與現(xiàn)代物理 6_1 經(jīng)典力學(xué)的巨大成就和局限教師用書 滬科版必修2

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6．1　經(jīng)典力學(xué)的巨大成就和局限性 學(xué) 習(xí) 目 標(biāo) 知 識(shí) 脈 絡(luò) 1.了解經(jīng)典力學(xué)的發(fā)展歷程，知道經(jīng)典力學(xué)發(fā)展歷程中有哪些物理學(xué)家作出了突出貢獻(xiàn)．(重點(diǎn)) 2.知道經(jīng)典力學(xué)所取得的偉大成就及其對(duì)當(dāng)時(shí)自然科學(xué)、社會(huì)發(fā)展的影響．(重點(diǎn)) 3.知道經(jīng)典力學(xué)的局限性和適用范圍．(重點(diǎn)、難點(diǎn)) 4.體驗(yàn)科學(xué)探索的復(fù)雜歷程及科學(xué)對(duì)社會(huì)的巨大貢獻(xiàn). 經(jīng) 典 力 學(xué) 的 巨 大 成 就 1．一座永垂不朽的紀(jì)念碑 (1)《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》的產(chǎn)生：英國(guó)科學(xué)家牛頓的代表作，成書于1687年． (2)《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》介紹：全書共分兩個(gè)部分． 第一部分是“定義和注釋”的基本定理或定律． 第二部分是定律的應(yīng)用，其內(nèi)容包括：萬(wàn)有引力定律和行星運(yùn)動(dòng)；流體力學(xué)的開(kāi)創(chuàng)性研究；天體力學(xué)和宇宙系統(tǒng)的開(kāi)拓性研究(行星繞日運(yùn)動(dòng)、衛(wèi)星繞行星運(yùn)動(dòng)、地面上的落體運(yùn)動(dòng)、拋體運(yùn)動(dòng)、彗星軌道、歲差以及潮汐現(xiàn)象等．) 2．經(jīng)典力學(xué)的巨大成就 (1)把天體的運(yùn)動(dòng)與地上物體的運(yùn)動(dòng)統(tǒng)一起來(lái)了． (2)以經(jīng)典力學(xué)為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)了天體力學(xué)、材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)等，得到了廣泛的應(yīng)用． (3)力學(xué)與熱力學(xué)的結(jié)合引發(fā)了第一次工業(yè)革命． (4)經(jīng)典力學(xué)是航天的理論基礎(chǔ)． 3．經(jīng)典力學(xué)方法論的意義 經(jīng)典力學(xué)的研究方法以伽利略和牛頓最為典型，伽利略：理想實(shí)驗(yàn)法；牛頓：歸納—演繹法，建立理論體系． 1．《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》是伽利略創(chuàng)作的．() 2．經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)是牛頓運(yùn)動(dòng)定律．(√) 3．經(jīng)典力學(xué)對(duì)航空、航天技術(shù)有重要意義．(√) 經(jīng)典力學(xué)的成就巨大，適用范圍廣泛，同學(xué)們討論一下到底有哪些巨大貢獻(xiàn)呢？ 【提示】　經(jīng)典力學(xué)對(duì)地上與天上的運(yùn)動(dòng)都有作用，對(duì)航天、運(yùn)動(dòng)學(xué)、天體力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等都有貢獻(xiàn)． 探討：經(jīng)典力學(xué)是哪位科學(xué)家創(chuàng)立的？經(jīng)典力學(xué)中的物理規(guī)律都是這位科學(xué)家一人發(fā)現(xiàn)的嗎？ 【提示】　牛頓創(chuàng)立了經(jīng)典力學(xué)，經(jīng)典力學(xué)是牛頓總結(jié)了前人的研究成果，形成了以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，以數(shù)學(xué)為表達(dá)形式的力學(xué)科學(xué)體系． 1．發(fā)展歷程 從亞里士多德和阿基米德的物理學(xué)發(fā)展到經(jīng)典力學(xué)體系經(jīng)歷了約兩千年，經(jīng)歷了以哥白尼、開(kāi)普勒和伽利略為代表的科學(xué)革命．牛頓在伽利略、笛卡兒、開(kāi)普勒、惠更斯等人研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了一次科學(xué)的偉大的綜合，即天與地、實(shí)驗(yàn)歸納與理論演繹、時(shí)空觀與方法論、數(shù)學(xué)與哲學(xué)、物理思維與技術(shù)應(yīng)用等方面的綜合，形成了一個(gè)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)、以數(shù)學(xué)為表達(dá)形式的力學(xué)科學(xué)體系． 2．偉大成就 (1)把人類對(duì)整個(gè)自然界的認(rèn)識(shí)推進(jìn)到一個(gè)新水平，牛頓把天體的運(yùn)動(dòng)和地上運(yùn)動(dòng)統(tǒng)一起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了天上力學(xué)和地上力學(xué)的綜合，從力學(xué)上證明了自然界的統(tǒng)一性，這是人類認(rèn)識(shí)史上的一次大飛躍和理論大綜合，它開(kāi)辟了一個(gè)新時(shí)代，并對(duì)科學(xué)發(fā)展的進(jìn)程以及后代科學(xué)家們產(chǎn)生了極其深刻的影響． (2)經(jīng)典力學(xué)的建立首次明確了一切自然科學(xué)理論應(yīng)有的基本特征，這標(biāo)志著近代理論自然科學(xué)的誕生，也成為其他各門自然科學(xué)的典范．牛頓運(yùn)用歸納與演繹、綜合與分析的方法極其清晰地得出了完善的力學(xué)體系，被后人稱為科學(xué)美的典范，顯示出物理學(xué)家在研究物理時(shí)，都傾向于選擇和諧與自治的體系，追求最簡(jiǎn)潔、最理想的形式． (3)經(jīng)典力學(xué)的建立對(duì)自然科學(xué)和科技的發(fā)展、社會(huì)進(jìn)步具有深遠(yuǎn)影響．一是科學(xué)的研究方法推廣應(yīng)用到物理學(xué)的各個(gè)分支學(xué)科上，對(duì)經(jīng)典物理學(xué)的建立意義重大；二是經(jīng)典力學(xué)與其他基礎(chǔ)科學(xué)相結(jié)合產(chǎn)生了許多交叉學(xué)科，促進(jìn)了自然科學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展；三是經(jīng)典力學(xué)在科學(xué)技術(shù)中有廣泛的應(yīng)用，促進(jìn)了社會(huì)文明的發(fā)展． 1.(多選)下列服從經(jīng)典力學(xué)規(guī)律的是(　　) A．自行車、汽車、火車、飛機(jī)等交通工具的運(yùn)動(dòng) B．發(fā)射導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星、宇宙飛船 C．物體運(yùn)動(dòng)的速率接近于真空中的光速 D．能量的不連續(xù)現(xiàn)象 【解析】　經(jīng)典力學(xué)只適用于宏觀、低速運(yùn)動(dòng)的物體，所以A、B正確，C錯(cuò)誤；能量的不連續(xù)現(xiàn)象涉及量子論，不適合用經(jīng)典力學(xué)來(lái)解釋，所以D錯(cuò)誤． 【答案】　AB 2．(多選)對(duì)于經(jīng)典力學(xué)理論，下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．經(jīng)典力學(xué)是物理學(xué)和天文學(xué)的基礎(chǔ)，也是現(xiàn)代工程技術(shù)的理論基礎(chǔ) B．經(jīng)典力學(xué)的理論體系是經(jīng)過(guò)幾代科學(xué)家長(zhǎng)期的探索，歷經(jīng)曲折才建立起來(lái)的 C．經(jīng)典力學(xué)具有豐富的理論成果，也建立了驗(yàn)證科學(xué)的方法體系 D．當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)速度很大(v→c)、引力很強(qiáng)、活動(dòng)空間很小(微觀)時(shí)，經(jīng)典力學(xué)理論所得的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間出現(xiàn)了較大的偏差 【解析】　建立經(jīng)典力學(xué)理論的歷程曲折、成果顯著，但也存在一些局限性． 【答案】　ABCD 人類對(duì)客觀世界的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了艱辛而復(fù)雜的過(guò)程，新理論的建立往往以原有理論為基礎(chǔ)，而不是完全推翻或否定. 經(jīng) 典 力 學(xué) 的 局 限 性 1．經(jīng)典力學(xué)不適用于研究高速運(yùn)動(dòng)(接近光速)的物體． 2．經(jīng)典力學(xué)不適用于微觀領(lǐng)域中物質(zhì)結(jié)構(gòu)和能量不連續(xù)的現(xiàn)象． 3．經(jīng)典力學(xué)認(rèn)為時(shí)間和空間是絕對(duì)的． 1．經(jīng)典力學(xué)適用于低速運(yùn)動(dòng)不適用于高速運(yùn)動(dòng)．(√) 2．經(jīng)典力學(xué)中把時(shí)間和空間割裂開(kāi)來(lái)，認(rèn)為它們與物質(zhì)運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)．(√) 3．經(jīng)典力學(xué)應(yīng)用廣泛，適用于一切運(yùn)動(dòng)．() 一列火車的速度是10 m/s，一個(gè)人在車上相對(duì)于車以8 m/s的速度向前跑，那么他相對(duì)于地面的速度為18 m/s.若火車的速度為0.9c(c為光速)，人相對(duì)于車以0.5c的速度向前跑．還能用牛頓的經(jīng)典力學(xué)去研究火車和人的運(yùn)動(dòng)規(guī)律嗎？ 【提示】　不能用．經(jīng)典力學(xué)不適用于高速(接近光速)運(yùn)動(dòng)的物體． 探討：如何理解經(jīng)典力學(xué)的局限性？ 【提示】　牛頓認(rèn)為時(shí)間和空間是絕對(duì)的，他在這樣的時(shí)間和空間中描述的機(jī)械運(yùn)動(dòng)在低速情況下是足夠精確的．然而，牛頓把時(shí)間、空間割裂開(kāi)來(lái)，認(rèn)為它們與物質(zhì)運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)的觀點(diǎn)，在微觀和高速領(lǐng)域中就不適用了．所以像一切科學(xué)一樣，經(jīng)典力學(xué)沒(méi)有也不會(huì)窮盡一切真理，它有自己的局限性，它像一切科學(xué)理論一樣，是一部“未完成的交響曲”． 1．現(xiàn)代物理學(xué)已經(jīng)揭示，超出宏觀的、日常生活經(jīng)驗(yàn)的領(lǐng)域，經(jīng)典力學(xué)常常就不適用了． 2．牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀認(rèn)為時(shí)間、空間與物質(zhì)及其運(yùn)動(dòng)完全無(wú)關(guān)，時(shí)間與空間也完全無(wú)關(guān)，它割裂了時(shí)間、空間、物質(zhì)及其運(yùn)動(dòng)之間的聯(lián)系，不能解釋高速運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域的許多現(xiàn)象． 3．經(jīng)典力學(xué)認(rèn)為，一切運(yùn)動(dòng)都是連續(xù)變化，能量也是連續(xù)變化的，經(jīng)典力學(xué)的運(yùn)動(dòng)觀雖然給出了一幅機(jī)械運(yùn)動(dòng)的圖景，卻不能解釋微觀世界的許多現(xiàn)象． 4．經(jīng)典力學(xué)只適用于宏觀、低速、弱引力場(chǎng)的范圍，經(jīng)典力學(xué)對(duì)v→c、受到很強(qiáng)的引力作用的物體或活動(dòng)范圍在10－10m以內(nèi)的微觀粒子的運(yùn)動(dòng)，不再適用． 3．下列說(shuō)法正確的是(　　) A．牛頓定律就是經(jīng)典力學(xué) B．經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)是牛頓運(yùn)動(dòng)定律 C．牛頓運(yùn)動(dòng)定律可以解決自然界中所有的問(wèn)題 D．經(jīng)典力學(xué)可以解決自然界中所有的問(wèn)題 【解析】　經(jīng)典力學(xué)并不等于牛頓運(yùn)動(dòng)定律，牛頓運(yùn)動(dòng)定律只是經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)；經(jīng)典力學(xué)并非萬(wàn)能，也有其適用范圍，并不能解決自然界中所有的問(wèn)題，沒(méi)有哪個(gè)理論可以解決自然界中所有的問(wèn)題．因此只有B項(xiàng)正確． 【答案】　B 4．(多選)關(guān)于經(jīng)典力學(xué)，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．經(jīng)典力學(xué)是科學(xué)家通過(guò)探索身邊的物體運(yùn)動(dòng)而總結(jié)出的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 B．經(jīng)典力學(xué)在理論和實(shí)踐上取得巨大的成功，從地面到天體的運(yùn)動(dòng)都服從經(jīng)典力學(xué)的規(guī)律，因此，它是完全正確的 C．經(jīng)典力學(xué)不適用于高速、微觀領(lǐng)域，而自然界中又不存在慣性系，因此，它是完全錯(cuò)誤的 D．經(jīng)典力學(xué)是人類長(zhǎng)期對(duì)自然運(yùn)動(dòng)規(guī)律探索的一個(gè)發(fā)展階段，隨著探索的深入，視野的開(kāi)闊，必然存在不完善的方面 【解析】　分析時(shí)既要看到經(jīng)典力學(xué)的偉大成就，又要注意到經(jīng)典力學(xué)的局限性及適用范圍．由于認(rèn)識(shí)水平的局限，科學(xué)家最早研究的是身邊的事物．經(jīng)典力學(xué)就是科學(xué)家通過(guò)探索身邊的運(yùn)動(dòng)而總結(jié)出的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，A項(xiàng)正確；經(jīng)典力學(xué)在理論和實(shí)踐上取得了巨大的成功．但隨著人們探索的深入、視野的開(kāi)闊，人們發(fā)現(xiàn)經(jīng)典力學(xué)也有局限性，它不適用高速、微觀領(lǐng)域，所以B錯(cuò)誤，C錯(cuò)誤，D正確． 【答案】　AD 一切科學(xué)的發(fā)展都是人們主動(dòng)認(rèn)識(shí)世界的過(guò)程，而每個(gè)人的研究又都是建立在前人的基礎(chǔ)上，通過(guò)自己的努力去發(fā)展和提高.