高中物理 第六章 經(jīng)典力學與現(xiàn)代物理 6.1 經(jīng)典力學的巨大成就和局限性素材2 滬科版必修2（通用）

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1、6.1 經(jīng)典力學的巨大成就和局限性 課堂互動 三點剖析 一、經(jīng)典力學的成就 經(jīng)典力學的建立標志著近代自然科學的誕生，它把天上物體和地上物體的運動統(tǒng)一起來，從力學上證明了自然界的多樣性的統(tǒng)一，實現(xiàn)了人類對自然界認識的第一次理論大綜合． 經(jīng)典力學和以經(jīng)典力學為基礎發(fā)展起來的天體力學、材料力學和結構力學等得到了廣泛的應用，并取得了巨大的成就．18世紀60年代，力學和熱力學的發(fā)展及其與生產(chǎn)相結合，使機器和蒸汽機得到改進和推廣，引發(fā)了第一次工業(yè)革命．由牛頓運動定律導出的動量守恒定律、機械能守恒定律等，是航空航天技術的理論基礎，火箭、人造衛(wèi)星、航天飛機、宇宙飛船、空間探測器等航天器的發(fā)射，都是

2、經(jīng)典力學規(guī)律的具體應用． 【例1】 17世紀經(jīng)典力學的發(fā)展最為迅速，簡述其發(fā)明的主要規(guī)律． 解答：我們能夠運用力學知識解決地面上物體的運動問題，且對各種星球的運動規(guī)律有所了解，這一切是和一連串的物理學家光輝的名字——哥白尼、伽利略、笛卡兒、惠更斯、開普勒、牛頓等聯(lián)系在一起的，正是他們在17世紀相繼揭示了自然界中宏觀物體的運動規(guī)律． 17世紀，伽利略發(fā)展了觀察實驗，科學思維與數(shù)學相結合的方法，并發(fā)現(xiàn)了慣性定律、落體定律和力學相對性原理，奠定了動力學基礎．法國物理學家笛卡兒在伽利略研究的基礎上，第一次比較完善地表述了慣性定律、并強調(diào)了伽利略沒有明確表述的慣性運動的直線性．荷蘭物理學家惠更斯全

3、面細致地解決了完全彈性碰撞問題，開普勒發(fā)現(xiàn)了行星運動規(guī)律． 二、經(jīng)典力學的局限性和牛頓運動定律的適用范圍 1．從低速到高速 日常生活中見到的物體的運動，速度都遠小于光速，經(jīng)典力學完全適用．20世紀初，著名物理學家愛因斯坦建立的狹義相對論闡述了物體在以接近光速運動時所遵從的規(guī)律，得到了一些不同于經(jīng)典力學的觀念和結論．例如在經(jīng)典力學中，認為質量是恒定不變的，與物體的速度或能量無關；但相對論的研究則表明，物體的質量將隨著運動速率的增加而增大，物體的質量和能量之間存在著密切的聯(lián)系． 2．從宏觀到微觀 19世紀和20世紀之交，物理學又有了三大發(fā)現(xiàn)：X射線、電子和放射性的發(fā)現(xiàn)，使物理學的研究由宏

4、觀進入微觀領域．發(fā)現(xiàn)的電子、質子、中子等微觀粒子，不僅具有波動性同時還具有粒子性，它們的運動規(guī)律在很多情況下不能用經(jīng)典力學來說明．20世紀，量子力學的研究表明，微觀粒子既表現(xiàn)為粒子性又表現(xiàn)為波動性，粒子的能量等物理量只能取分立的數(shù)值，粒子的速度和位置具有不確定性，粒子的狀態(tài)只能用粒子在空間出現(xiàn)的概率來描述． 3.牛頓運動定律的適用范圍 為什么經(jīng)典力學只適用于低速度？在經(jīng)典力學中，物體的質量是不變的，時間間隔是絕對的，而相對論指出時間間隔是相對的，長度是相對的，物體的質量隨速度的增大而增大．在低速運動中，時間間隔、長度、物體質量變化十分微小，經(jīng)典力學完全適用． 【例2】 19世紀和20世紀

5、之交，經(jīng)典物理已達到了完整、成熟的階段，但“在物理學晴朗天空的遠處還有兩朵小小的、令人不安的烏云”，人們發(fā)現(xiàn)了經(jīng)典物理學也有無法解釋的實驗事實，“兩朵烏云”是指（ ） A.宏觀問題 B.高速問題 C.微觀問題 D.低速問題 解析：由伽利略和牛頓創(chuàng)立的經(jīng)典力學及物理學的各個分支，在19世紀相繼進入鼎盛時期，它的完美和威力使物理學家深信，天地四方，古往今來的一切現(xiàn)象都能夠用經(jīng)典力學來描述，但是當人們用來解釋原子內(nèi)部結構微觀世界和接近光速的高速運動的物體時，發(fā)現(xiàn)與實際情況有很大的出入，這令許多物理學家感到困惑，成為“令人不

6、安的烏云”． 答案：BC 各個擊破 類題演練1 簡述牛頓偉大貢獻的精髓是什么？ 解析：牛頓是經(jīng)典力學的主要締造者之一，其偉大貢獻的精髓就是經(jīng)典力學的偉大成就之一． 答案：經(jīng)典力學的建立首次告訴人們，一個以現(xiàn)象觀察和實驗研究為基礎的自然科學理論體系，其思想觀點應該是明確透徹的，其體系結構應是嚴格完備、自然和諧的．其數(shù)學表達式應是嚴格、定量、可以操作的；這種理論不僅能夠在一定范圍內(nèi)揭示事物的本質和規(guī)律，作出定量的解釋、推斷和預言，而且理論本身的是非真?zhèn)?、成立條件、適用范圍等也都可以定量的檢驗和界定．這是一切自然科學理論應有的基本特征，牛頓偉大貢獻的精髓正在于此． 變式提升1 為什么

7、有經(jīng)典力學不能解釋的物理現(xiàn)象？ 解析：經(jīng)典力學有自己的局限性和適用范圍，超出經(jīng)典力學適用范圍的物理現(xiàn)象，經(jīng)典力學不能解釋． 答案：（1）經(jīng)典力學中，認為物體的質量不僅恒定不變，并且與物體的速度或能量無關．相對論研究則表明，物體的質量將隨著運動速率的增加而增大，物體的質量和能量間存在著密切的關系． （2）量子力學的研究表明，微觀粒子既表現(xiàn)為粒子性又表現(xiàn)為波動性．粒子的能量等物理量只能取分立的數(shù)值，粒子的速度和位置具有不確定性，粒子的狀態(tài)只能用粒子在空間出現(xiàn)的概念來描述等． 類題演練 2 經(jīng)典力學不能適用于下列哪些運動（ ） A．火箭的發(fā)射

8、 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 解析：經(jīng)典力學適用于宏觀、低速、弱引力等領域，所以A、B、C都適用，而研究微觀粒子的波動性時，經(jīng)典力學不再適用． 答案：D 類題演練 3 日常生活中我們并沒有發(fā)現(xiàn)物體的質量隨著物體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 解析：我們?nèi)粘Ｉ钪邪l(fā)現(xiàn)的物體的速度遠小于光速，物體的質量隨著速度的變化量極小，可以認為物體的質量沒有變化，此時經(jīng)典力學仍然成立． 答案：B 變式提升 2 下列說法中正確的是（ ） A．經(jīng)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(jīng)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 解析：經(jīng)典力學只適用于宏觀、低速、弱引力的情況下，A是錯誤的.狹義相對論沒有否定經(jīng)典力學，在宏觀低速情況下，相對論的結論與經(jīng)典力學沒有區(qū)別，B錯誤.量子力學正確地描述了微觀粒子運動的規(guī)律性，C是正確的.萬有引力定律只適用于弱相互作用力，而對于強相互作用力是不適用的，D是錯誤的． 答案： C