高中物理 6.6《經(jīng)典力學(xué)的局限性》課件 新人教版必修2.ppt

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第六章萬有引力定律 第6節(jié) 經(jīng)典力學(xué)的局限性 1 知道牛頓運(yùn)動定律的適用范圍 2 了解經(jīng)典力學(xué)在科學(xué)研究和生產(chǎn)技術(shù)中的廣泛應(yīng)用 3 知道質(zhì)量與速度的關(guān)系 知道高速運(yùn)動中必須考慮速度隨時間的變化 引入新課 自從17世紀(jì)以來 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)動定律的正確性 但是 經(jīng)典力學(xué)也不是萬能的 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)課我們就來了解這方面的知識 通過閱讀課文體會一切科學(xué)都有自己的局限性 新的理論會不斷完善和補(bǔ)充舊的理論 人類對科學(xué)的認(rèn)識是無止境的 通過對牛頓力學(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)識知識的變化性和無窮性 培養(yǎng)獻(xiàn)身于科學(xué)的時代精神 經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)是牛頓運(yùn)動定律 萬有引力定律更是樹立了人們對牛頓物理學(xué)的尊敬 著名物理學(xué)家楊振寧曾贊頌到 如果一定要舉出某個人 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 像一切科學(xué)一樣 它沒有也不會窮盡一切真理 它也有自己的局限性 它像一切科學(xué)理論一樣 是一部 未完成的交響曲 那么經(jīng)典力學(xué)在什么范圍內(nèi)適用呢 又有怎樣的局限性呢 一 經(jīng)典力學(xué)的發(fā)展歷程 1 請分析比較下列科學(xué)家對經(jīng)典力學(xué)的貢獻(xiàn) 觀察 思維 推理 觀察實驗 假設(shè) 數(shù)學(xué)推理三者相結(jié)合 兩個反面結(jié)論 力是維持物體運(yùn)動的原因 重物體比輕物體下落得快 自由落體運(yùn)動規(guī)律 力學(xué)相對性原理 實驗觀察 數(shù)學(xué)推理 慣性定律 實驗 數(shù)學(xué)推理 制成了世界上第一架計時擺鐘 測量出重力加速度的值 歸納與演繹 綜合與分析 實驗觀察 三大運(yùn)動定律 萬有引力定律 1 實現(xiàn)了人類對自然界認(rèn)識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 實驗和數(shù)學(xué) 相結(jié)合的方法推廣到物理學(xué)的各個分支 形成了完整的經(jīng)典力學(xué)體系 2 經(jīng)典力學(xué)的成就 相對的 絕對的 不變 絕對的 與運(yùn)動無關(guān) 絕對的 與運(yùn)動無關(guān) 不變的 相對的 與運(yùn)動有關(guān) 相對的 隨速度增大而增大 二 經(jīng)典時空觀與相對論時空觀 牛頓說 如果說我看得遠(yuǎn) 那是因為我站在巨人們的肩上 創(chuàng)立狹義相對論 阿爾伯特 愛因斯坦 19世紀(jì)末科學(xué)家們發(fā)現(xiàn) 當(dāng)研究有關(guān)光的問題時 用經(jīng)典物理的理論解釋一些相關(guān)現(xiàn)象 就會產(chǎn)生尖銳的矛盾 為了解決這一矛盾 愛因斯坦于1905年提出了狹義相對論 倫琴 湯姆生 貝克勒耳 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 湯姆生發(fā)現(xiàn) 貝克勒耳發(fā)現(xiàn)天然放射線 使物理學(xué)的研究從宏觀領(lǐng)域進(jìn)入了微觀世界 從宏觀到微觀 人們發(fā)現(xiàn) 微觀粒子所表現(xiàn)出的現(xiàn)象用經(jīng)典物理理論根本無法解釋 為了克服這一困難 德國物理學(xué)家普朗克大膽提出了量子的觀點 愛因斯坦等物理學(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 量子力學(xué)創(chuàng)立 普朗克 1 高速的概念所謂高速 就是指運(yùn)動速度接近于真空中的光速 2 在經(jīng)典力學(xué)中 物體的質(zhì)量是不隨運(yùn)動狀態(tài)改變的 而狹義相對論指出 質(zhì)量要隨著物體運(yùn)動速度的增大而增大 即3 經(jīng)典力學(xué)只適用于低速運(yùn)動 不適用于高速運(yùn)動 三 從低速到高速 1 宏觀世界粒子的運(yùn)動特點粒子具有確定的運(yùn)動軌跡 根據(jù)質(zhì)點的運(yùn)動規(guī)律 應(yīng)用牛頓力學(xué)可以準(zhǔn)確地預(yù)測質(zhì)點在某時刻的位置 2 微觀粒子的運(yùn)動特點就單個粒子來說 其運(yùn)動沒有確定的運(yùn)動軌跡 微觀粒子既有粒子性 又有波動性 3 經(jīng)典力學(xué)只適用于宏觀世界不適用于微觀世界 四 從宏觀到微觀 1 經(jīng)典力學(xué)與行星軌道的矛盾按牛頓的萬有引力理論 行星應(yīng)該沿著一些橢圓或圓做周期性運(yùn)動 而天文觀測表明 行星的軌道并不是嚴(yán)格閉合的 它們的近日點在不斷地旋進(jìn) 如水星的運(yùn)動 實際觀測到的水星的運(yùn)動情況 與愛因斯坦廣義相對論的計算結(jié)果吻合的很好 2 經(jīng)典力學(xué)只適用于弱引力 而不適用于強(qiáng)引力 五 從弱引力到強(qiáng)引力 六 經(jīng)典力學(xué)的局限性和適用范圍 1 經(jīng)典力學(xué)只適用于物體的低速運(yùn)動 v c 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)規(guī)律只在慣性參考系中成立 經(jīng)典力學(xué)規(guī)律只能用于宏觀 低速 與光速相比 的情形 且只在慣性參考系中成立 凡是牛頓定律成立的參考系 稱為慣性參考系 簡稱慣性系 所有相對于慣性系做勻速直線運(yùn)動的參考系都是慣性系 所有相對于慣性系作變速運(yùn)動的參考系都是非慣性系 慣性參考系 1 愛因斯坦相對性原理 在不同的參考系中 一切物理規(guī)律都是相同的 2 光速不變原理 真空中的光速在不同的參考系中都是相同的 狹義相對論的兩個基本假設(shè) 同時的相對性 1 時間的相對性 鐘慢效應(yīng) 式中v是物體運(yùn)動的速度 c是真空中的光速 t 是運(yùn)動體中的觀察者觀察到的時間間隔 t是地面上的觀察者觀察到的時間間隔 時間的相對性符合以下規(guī)律 鐘慢效應(yīng) 2 空間的相對性 尺縮效應(yīng) 式中v是運(yùn)動物體的速度 c是真空中的光速 L 是運(yùn)動體中的觀察者測得的長度 L是地面上的觀察者測得的長度 空間的相對性符合以下規(guī)律 尺縮效應(yīng)1 尺縮效應(yīng)2 1 從低速到高速 經(jīng)典力學(xué)適用于低速2 從宏觀到微觀 經(jīng)典力學(xué)適用于宏觀3 從弱力到強(qiáng)力 經(jīng)典力學(xué)適用于弱力 B 1 下列有關(guān)物體的質(zhì)量與速度的關(guān)系的說法 正確的是 A 物體的質(zhì)量與物體的運(yùn)動速度無關(guān)B 物體的質(zhì)量隨物體運(yùn)動速度的增大而增大C 物體的質(zhì)量隨物體運(yùn)動速度的增大而減小D 當(dāng)物體的運(yùn)動速度接近光速時 質(zhì)量趨于零 2 對于公式 下列說法中正確的是 A 式中的m0是物體以速度v運(yùn)動時的質(zhì)量B 當(dāng)物體的運(yùn)動速度v 0時 物體的質(zhì)量為m m0 即物體質(zhì)量改變了 故經(jīng)典力學(xué)不適用 是不正確的C 當(dāng)物體以較小的速度運(yùn)動時 質(zhì)量變化十分微弱 經(jīng)典力學(xué)理論仍然適用 只有當(dāng)物體以接近光速運(yùn)動時 質(zhì)量變化才明顯 故經(jīng)典力學(xué)適用于低速運(yùn)動 而不適用于高速運(yùn)動D 通常由于物體的運(yùn)動速度太小 故質(zhì)量的變化引不起我們的感覺 在分析地球上物體的運(yùn)動時 不必考慮質(zhì)量的變化 CD 3 關(guān)于經(jīng)典力學(xué) 狹義相對論和量子力學(xué) 下面說法中正確的是 A 狹義相對論和經(jīng)典力學(xué)是相對立 互不相容的兩種理論B 在物體高速運(yùn)動時 物體的運(yùn)動規(guī)律服從狹義相對論理論 在低速運(yùn)動時 物體的運(yùn)動服從牛頓定律C 經(jīng)典力學(xué)適用于宏觀物體的運(yùn)動 量子力學(xué)適用于微觀粒子的運(yùn)動D 不論是宏觀物體 還是微觀粒子 經(jīng)典力學(xué)和量子力學(xué)都是適用的 BC 4 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B 研究 神州 五號的高速發(fā)射C 研究地球繞太陽的運(yùn)動D 研究飛機(jī)從深圳飛往北京的航線 BCD 5 兩臺升降機(jī)甲 乙同時自由下落 甲上的人看到乙是靜止的 也就是說 在甲看來 乙的運(yùn)動狀態(tài)并沒有改變 但是乙確實受到向下的地球引力 根據(jù)牛頓定律 受到外力作用的物體 其運(yùn)動狀態(tài)一定會改變 這不是有矛盾嗎 你是如何理解的 不矛盾 牛頓力學(xué)規(guī)律只在慣性參考系中成立