高中物理《經典力學的局限性》導學案 新人教版必修2

1、【課題】經典力學的局限性 【學習目標】 1知道牛頓運動定律的適用范圍 2了解經典力學在科學研究和生產技術中的廣泛應用【自主導學】結合下列問題閱讀教材:1、質量是否與速度有關系?2、速度疊加原理是否成立?3、微觀粒子的行為與宏觀物體是否遵循相同的規(guī)律? 4、時間和空間是否是絕對一成不變的?5、強引力作用下出現的問題 ?6、牛頓建立的經典力學的適用范圍？愛因斯坦提出的相對論是否全盤否定了牛頓的經典力學理論?7、牛頓的科學方法?？偨Y歸納:1. 物體的質量與運動速度有關 在經典力學中，物體的質量是不隨運動狀態(tài)改變的。但是，按照20世紀初著名物理學家愛因斯坦建立的狹義相對論，質量要隨物體運動速度的增大而

2、增大。 物體的質量與運動速度的關系是_ (式中m0是_時的質量，m是_時的質量，c是真空中的光速 。)可見，當vc時，mm0；當v趨近于c時，m趨近于無窮大。因此，當物體的速度遠小于真空中的光速時，經典力學完全適用；當物體的速度接近光速時，經典力學就不適用了。 2.經典力學中速度疊加原理不再成立 設河流中的水相對于河岸的速度為V水岸 船相對于水的速度為 V船水 則在經典力學中，船相對于岸的速度為 （矢量和）這似乎是天經地義的。但是，這個關系式涉及兩個不同的慣性參考系，而速度總是與位移（空間長度）及時間間隔的測量相聯(lián)系。相對論認為，同一過程的位移和時間的測量在不同參考系中是不同的，因而上式不能成

3、立。3.兩種不同的時空觀 本節(jié)教材在“科學漫步”欄目時間和空間是什么？一文中提到了兩種不同的時空觀。 牛頓認為：空間是獨立于物體及其運動而存在的，時間也是獨立于物體及其運動而存在的，這是一種經典時空觀。愛因斯坦則認為：在研究物體的高速運動（速度接近真空中的光速）時，物體的長度即物體占有的空間，以及物理過程、化學過程，甚至還有生命過程的持續(xù)時間，都與它們的運動狀態(tài)有關，空間與時間不再與物體及其運動無關而獨立存在。這是一種嶄新的時空觀。4.經典力學難以解釋微觀粒子的運動 科學家們發(fā)現，電子、質子、中子等微觀粒子不僅具有粒子性，同時還具有波動性，它們的運動在很多情況下不能用經典力學來說明。20世紀2

4、0 年代量子力學的出現，才很好地揭示了微觀世界的基本規(guī)律。5.強引力作用下出現的問題 牛頓的萬有引力定律取得了巨大的成就，但在一些問題上也遇到了困難。例如：水星的公轉軌道在不斷旋進，其實際觀察值要比經典力學的預言值多。1915年，愛因斯坦創(chuàng)立的廣義相對論對此則能作出很好的解釋，同時還預言光線經過大質量星體附近時會發(fā)生偏轉，且已被觀測證實。 另外，根據牛頓的理論，當天體被壓縮成半徑幾乎為0的一個點時，引力趨于無窮大；而愛因斯坦的理論則認為，引力趨于無窮大發(fā)生在半徑接近一個“引力半徑”的時候，這個引力半徑的值由天體的質量決定。當天體的實際半徑接近引力半徑時，由愛因斯坦和牛頓引力理論計算出的力的差異

5、急劇增大，在強引力情況下牛頓引力理論不再適用。6.經典力學的適用范圍經典力學有它的適用范圍：只適用于低速運動，不適用于高速運動；只適用于宏觀世界，不適用于微觀世界；只適用于弱引力情況，不適用于強引力情況。對于高速運動（速度接近真空中的光速），需要應用愛因斯坦的相對論。當物體的運動速度遠小于真空中的光速時，相對論物理學與經典物理學的結論沒有區(qū)別。對于微觀世界，需要應用量子力學。當普朗克常數可以忽略不計時，量子力學和經典力學的結論沒有區(qū)別。對于強引力情況，需要應用愛因斯坦引力理論。當天體的實際半徑遠大于它們的引力半徑時，愛因斯坦引力理論和牛頓引力理論計算出的力的差異并不很大。7.牛頓的科學方法 本

6、節(jié)教材在“科學足跡”欄目牛頓的科學生涯一文中總結了牛頓的科學方法，這些科學方法值得我們借鑒：重視實驗：重視實驗，從歸納入手，這是牛頓科學方法論的基礎。邏輯推論：為了歸納成功，不僅需要大量可靠資料與廣博的知識，而且要有清晰的邏輯頭腦。數學歸納：事物之間的本質聯(lián)系只有通過數學才能歸納為能夠測量、應用和檢驗的公式和定律。例題解析例1以牛頓運動定律為基礎的經典力學的適用范圍是什么？ 解析 經典力學只適用于解決低速運動物體，不能用來處理高速運動物體；經典力學只適用于宏觀物體，一般不適用于微觀粒子；經典力學只適用于解決弱引力問題，不能用來處理強引力問題。例2怎樣看待經典力學和相對論、量子力學的關系？解析

7、相對論和量子力學的出現，說明人類對自然界的認識更加廣泛和深入，而不表示經典力學失去了意義。它只是使人們認識到經典力學有它的適用范圍。當物體的運動速度遠小于光速c(3×108m/s）時，相對論物理學和經典物理學的結論沒有區(qū)別；當另一個重要常數即“普朗克常數”h（6.63×10-34Js）可以忽略不計時，量子力學和經典力學的結論沒有區(qū)別。相對論和量子力學都沒有否定過去的科學，而只認為過去的科學是自己在一定條件下的特殊情形。例3一個靜止質量mo=1kg的物體，與地球一起繞太陽公轉的速度是v=30km/s，在相應的慣性系的觀測者測得物體的質量為多大？ 解析 根據狹義相對論中質量與運

8、動速度的關系得： 拓展： 在物體的速度v=30km/s時，仍可以認為是低速運動，其質量仍認為是靜止質量?！竞粚嵒A】1.以下說法正確的是（ ）A.經典力學理論普遍適用，大到天體，小到微觀粒子均適用B.經典力學理論的成立具有一定的局限性C.在經典力學中，物體的質量不隨運動狀態(tài)而改變D.相對論與量子力學否定了經典力學理論2.20世紀初，著名物理學家愛因斯坦提出了 ，改變了經典力學的一些結論。在經典力學中，物體的質量是 的，而相對論指出質量隨著速度變化而 。3.經典力學只適用于解決 問題，不能用來處理 問題，經典力學只適用于 物體，一般不適用于 。4. 與 都沒有否定過去的科學，而認為過去的科學是自

9、己在一定條件下的特殊情形。5.一條河流中的水以相對于河岸的速度v水岸流動，河中的船以相對于水的速度v船水順流而下。在經典力學中，船相對于岸的速度為v船岸 。 【知能提升】1.下列說法中正確的是（ ）A經典力學適用于任何情況下的任何物體B狹義相對論否定了經典力學C量子力學能夠描述微觀粒子運動的規(guī)律性D萬有引力定律也適用于強相互作用力2.經典力學不能適用下列哪些運動（ ）A火箭的發(fā)射 B宇宙飛船繞地球的運動C“勇氣號”宇宙探測器 D微觀粒子的波動性3.對于下列說法正確的是（ ）A經典力學的質量是不變的 B經典力學的時間和空間是獨立于物體運動的C萬有引力定律適用于強作用力 D物體的速度可以是任意值4

10、.下列說法正確的是（ ）A微觀粒子的運動速度超過光速，因此經典力學不適用B微觀粒子的質量是不確定的，因此經典力學不適用C微觀粒子具有波粒二象性，因此經典力學不適用D量子力學僅適用于微觀粒子的運動5.經典力學只適用于“宏觀世界”，這里的“宏觀世界”是指（ ）A行星、恒星、星系等巨大的物質領域 B地球表面上的物質世界C人眼能看到的物質世界 D不涉及分子、原子、電子等微觀粒子的物質世界6.關于經典力學和量子力學，下面說法中正確的是（ ）A不論是對宏觀物體，還是微觀粒子，經典力學和量子力學都是適用的B量子力學適用于宏觀物體的運動；經典力學適用于微觀粒子的運動C經典力學適用于宏觀物體的運動；量子力學適用

11、于微觀粒子的運動D上述說法都是錯誤的7.日常生活我們并沒發(fā)現物體的質量隨物體的運動的速度變化而變化，其原因是（ ）A運動中物體無法稱量質量B物體的速度遠小于光速，質量變化極小C物體的質量太大D物體的質量不隨速度的變化而變化8.以下說法正確的是（ ）A經典力學理論普遍適用，大到天體，小到微觀粒子均適用B經典力學理論的成立具有一定的局限性C在經典力學中，物體的質量不隨運動狀態(tài)而改變D相對論與量子力學否定了經典力學理論 9.如果真空中的光速為c3×108m/s，當一個物體的運動速度為v12.4×108 m/s時，質量為3kg，當它的速度為v21.8×108m/s時，質量為多少？參考答案：【問題思考】經典力學在科學研究和生產技術中有廣泛的應用經典力學與天文學相結合建立了天體力學；經典力學和工程實際相結合，建立了應用力學，如水利學，材料力學、結構力學等從地面上各種物體的運動到天體的運動：從大氣的流動到地殼的變動：從攔柯筑壩、修建橋梁到設計各種機