6.6 经典力学的局限性

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1、还有很多奥秘是经典力学解释不了的爱因斯坦创立了相对论知识回顾上节课我们学习了三个宇宙速度，请同学们回忆第一宇宙速度的推导过程。在地面附近绕地球运行，轨道半径即为地球半径。由万有引力提供向心力导入新课由伽利略、牛顿等科学家创立的经典力学，在18、19世纪得到全面、迅速的发展，经典物理学的各个分支如研究热现象、光现象、电磁现象的理论相继进入鼎盛时期，至19世纪末达到了完整、成熟的阶段，似乎人类对自然的认识已达到完美的境地，但在19、20世纪之交，却发现了许多经典物理学无法解释的实验事实。经典力学是一部“未完成的交响曲”？第六节经典力学的局限性本节导航1.经典力学的成就2.从低

2、速到高速3.从宏观到微观4.从弱引力到强引力教学目标知识与能力肯定经典力学的伟大成就。了解经典力学的适用范围和局限性。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。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。情感态度与价值观教学重难点重点牛顿运动定律的适用范围难点高速运动的物体速度和质量之间的关系内容解析一.经典力学的成就牛顿三定律和万有引力定律把天体的运动与地上物体的运动统一起来，是人类认识史上的第一次重大飞跃。经典力

3、学和以经典力学为基础发展起来的天体力学、材料力学和结构力学等得到了广泛应用，并取得了巨大成就。18世纪60年代，力学和热力学的发展及其与生产的结合，使机器和蒸汽机得到改进和推广，引发了第一次工业革命。由牛顿力学导出的动量守恒定律、机械能守恒定律等，是航空航天技术的理论基础。火箭、人造卫星、航天飞机、宇宙飞船、行星探测器等航天器的发射，都是牛顿力学规律的应用范例。经典力学的建立对自然科学和科技的发展、社会进步具有深远影响。一是科学的研究方法推广应用到物理学的各个分支学科上，对经典物理学的建立意义重大；二是经典力学与其他基础科学相结合产生了许多交叉学科，促进了自然科学的进一步

4、发展。三是经典力学在科学技术上有广泛的应用，促进了社会文明的发展。二.从低速到高速低速指什么样的速度？高速又指的是什么样的速度？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．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。经典力学:物体的质量不随运动状态改变。狭义相对论：质量要随着物体运动速度的增大而增大。爱因斯坦的狭义相对论中质量与速度的关系满足其中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。质速关系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

5、学中，船相对于岸的速度即为v船岸=v船水+v水岸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，上式速度合成才成立．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。经典力学适用于低速运动的物体而不适用于高速运动的物体。三.从宏观到微观19世纪末到20世纪初，人们相继发现了电子、质子、中子等微观粒子，发现它们不仅具有粒子性，面且具有波动性，它们的运动规律不能用经典力学描述．20世纪20年代，建立了量子力学，

6、它能够正确地描述微观粒子运动的规律性，并在现代科学技术中发挥了重要作用．经典力学适用于宏观运动的物体而不适用于微观运动的物体。四.从弱引力到强引力什么是弱引力？什么是强引力？万有引力属于弱引力。利用万有引力定律可以解释天体的运动，并预言和发现了海王星和冥王星，首次把天上的星体运动规律与地面物体的运动规律统一起来．爱因斯坦引力理论表明，当天体半径减小到一定程度时(太阳的引力半径为3km，地球的引力半径为1m)，天体间的引力就趋于无穷大。按牛顿的万有引力定律推算，行星的运动应该是一些椭圆或圆，行星沿着这些椭圆或圆做周期性运动，但实际观测行星的近日点在不断地旋进。经典力学也能作

7、出一些解释，但是，水星旋进的实际观测值比经典力学的预言值多。经典力学的解释不能令人满意。爱因斯坦根据广义相对论计算出水星近日点的旋进还应有每百年43’’的附加值，同时还预言了光线在经过大质量的星体附近时，如经过太阳附近时会发生偏转现象。并且都被观测证实。假定一个球形天体的质量不变，并通过压缩减小它的半径，天体表面上的引力将会增加，当引力趋于无穷大时，被压缩天体半径接近的值称为“引力半径”。只要天体的实际半径远大于它们的引力半径，那么爱因斯坦和牛顿的理论计算出的力的差异并不很大。但当天体的实际半径接近引力半径时，这种差异将急剧增