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 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．(重點) 2.知道經(jīng)典力學(xué)所取得的偉大成就及其對當(dāng)時自然科學(xué)、社會發(fā)展的影響．(重點) 3.知道經(jīng)典力學(xué)的局限性和適用范圍．(重點、難點) 4.體驗科學(xué)探索的復(fù)雜歷程及科學(xué)對社會的巨大貢獻. 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：萬有引力定律和行星運動；流體力學(xué)的開創(chuàng)性研究；天體力學(xué)和宇宙系統(tǒng)的開拓性研究(行星繞日運動、衛(wèi)星繞行星運動、地面上的落體運動、拋體運動、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)把天體的運動與地上物體的運動統(tǒng)一起來了． (2)以經(jīng)典力學(xué)為基礎(chǔ)發(fā)展起來了天體力學(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：理想實驗法；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)是牛頓運動定律．(√) 3．經(jīng)典力學(xué)對航空、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呢？ 【提示】　經(jīng)典力學(xué)對地上與天上的運動都有作用，對航天、運動學(xué)、天體力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等都有貢獻． 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，形成了以實驗為基礎(chǔ)，以數(shù)學(xué)為表達形式的力學(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、開普勒、惠更斯等人研究的基礎(chǔ)上，進行了一次科學(xué)的偉大的綜合，即天與地、實驗歸納與理論演繹、時空觀與方法論、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，形成了一個以實驗為基礎(chǔ)、以數(shù)學(xué)為表達形式的力學(xué)科學(xué)體系． 2．偉大成就 (1)把人類對整個自然界的認(rèn)識推進到一個新水平，牛頓把天體的運動和地上運動統(tǒng)一起來，實現(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)識史上的一次大飛躍和理論大綜合，它開辟了一個新時代，并對科學(xué)發(fā)展的進程以及后代科學(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，都傾向于選擇和諧與自治的體系，追求最簡潔、最理想的形式． (3)經(jīng)典力學(xué)的建立對自然科學(xué)和科技的發(fā)展、社會進步具有深遠影響．一是科學(xué)的研究方法推廣應(yīng)用到物理學(xué)的各個分支學(xué)科上，對經(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，促進了自然科學(xué)的進一步發(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，促進了社會文明的發(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、飛機等交通工具的運動 B．發(fā)射導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星、宇宙飛船 C．物體運動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、低速運動的物體，所以A、B正確，C錯誤；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)來解釋，所以D錯誤． 【答案】　AB 2．(多選)對于經(jīng)典力學(xué)理論，下列說法中正確的是(　　) 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)過幾代科學(xué)家長期的探索，歷經(jīng)曲折才建立起來的 C．經(jīng)典力學(xué)具有豐富的理論成果，也建立了驗證科學(xué)的方法體系 D．當(dāng)物體運動速度很大(v→c)、引力很強、活動空間很小(微觀)時，經(jīng)典力學(xué)理論所得的結(jié)果與實驗結(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 人類對客觀世界的認(rèn)識經(jīng)歷了艱辛而復(fù)雜的過程，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動(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)為時間和空間是絕對的． 1．經(jīng)典力學(xué)適用于低速運動不適用于高速運動．(√) 2．經(jīng)典力學(xué)中把時間和空間割裂開來，認(rèn)為它們與物質(zhì)運動無關(guān)．(√) 3．經(jīng)典力學(xué)應(yīng)用廣泛，適用于一切運動．() 一列火車的速度是10 m/s，一個人在車上相對于車以8 m/s的速度向前跑，那么他相對于地面的速度為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動規(guī)律嗎？ 【提示】　不能用．經(jīng)典力學(xué)不適用于高速(接近光速)運動的物體． 探討：如何理解經(jīng)典力學(xué)的局限性？ 【提示】　牛頓認(rèn)為時間和空間是絕對的，他在這樣的時間和空間中描述的機械運動在低速情況下是足夠精確的．然而，牛頓把時間、空間割裂開來，認(rèn)為它們與物質(zhì)運動無關(guān)的觀點，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)沒有也不會窮盡一切真理，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)驗的領(lǐng)域，經(jīng)典力學(xué)常常就不適用了． 2．牛頓的絕對時空觀認(rèn)為時間、空間與物質(zhì)及其運動完全無關(guān)，時間與空間也完全無關(guān)，它割裂了時間、空間、物質(zhì)及其運動之間的聯(lián)系，不能解釋高速運動領(lǐng)域的許多現(xiàn)象． 3．經(jīng)典力學(xué)認(rèn)為，一切運動都是連續(xù)變化，能量也是連續(xù)變化的，經(jīng)典力學(xué)的運動觀雖然給出了一幅機械運動的圖景，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、弱引力場的范圍，經(jīng)典力學(xué)對v→c、受到很強的引力作用的物體或活動范圍在10－10m以內(nèi)的微觀粒子的運動，不再適用． 3．下列說法正確的是(　　) A．牛頓定律就是經(jīng)典力學(xué) B．經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)是牛頓運動定律 C．牛頓運動定律可以解決自然界中所有的問題 D．經(jīng)典力學(xué)可以解決自然界中所有的問題 【解析】　經(jīng)典力學(xué)并不等于牛頓運動定律，牛頓運動定律只是經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)；經(jīng)典力學(xué)并非萬能，也有其適用范圍，并不能解決自然界中所有的問題，沒有哪個理論可以解決自然界中所有的問題．因此只有B項正確． 【答案】　B 4．(多選)關(guān)于經(jīng)典力學(xué)，下列說法正確的是(　　) A．經(jīng)典力學(xué)是科學(xué)家通過探索身邊的物體運動而總結(jié)出的運動規(guī)律 B．經(jīng)典力學(xué)在理論和實踐上取得巨大的成功，從地面到天體的運動都服從經(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，它是完全錯誤的 D．經(jīng)典力學(xué)是人類長期對自然運動規(guī)律探索的一個發(fā)展階段，隨著探索的深入，視野的開闊，必然存在不完善的方面 【解析】　分析時既要看到經(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)家通過探索身邊的運動而總結(jié)出的運動規(guī)律，A項正確；經(jīng)典力學(xué)在理論和實踐上取得了巨大的成功．但隨著人們探索的深入、視野的開闊，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錯誤，C錯誤，D正確． 【答案】　AD 一切科學(xué)的發(fā)展都是人們主動認(rèn)識世界的過程，而每個人的研究又都是建立在前人的基礎(chǔ)上，通過自己的努力去發(fā)展和提高.