5.1 经典力学的成就与局限性 课件（36张）

课件36张PPT。第五章——经典力学与
物理学革命第1讲　经典力学的成就与局限性
经典时空观与相对论时空观目标定位
1.了解经典力学的发展历程和伟大成就.
2.知道经典力学的局限性和适用范围.
3.了解经典时空观及其基本推论.
4.了解狭义相对论的理论基础与相对论时空观的几个推论.一、经典力学的成就和局限性
1.经典力学的伟大成就
(1)经典力学把天上物体和地上物体统一起来，实现了人类对自然界认识的第一次 .
(2)使人们认识到了以 和 为基础的自然科学理论的基本特征.预习导学 梳理·识记·点拨理论大综合现象观察实验研究(3)建立了以 和 相结合的研究方法.
(4)推动了其他学科的发展，与其他学科相结合产生了一些交叉性的分支学科.
2.经典力学的局限性
(1)经典力学不适用于研究 运动(接近光速)的物体.
(2)经典力学不适用于 领域中物质结构和 的现象.实验数学高速微观能量不连续二、经典时空观
1.惯性系与非惯性系
(1)惯性系： 成立的参考系，相对于惯性系静止做 运动的参考系都是惯性系.
(2)非惯性系： 不成立的参考系，相对于惯性系做 运动的参考系是非惯性系.牛顿运动定律匀速直线牛顿运动定律变速2.伽利略相对性原理：对于所有的惯性系， 规律都是相同的，或者说，一切惯性系都是 的.
3.经典时空观(绝对时空观)：时间永远均匀地流逝，与任何外界 ；空间与任何外界事物 ，从不运动，永远不变.力学等效无关无关4.经典时空观的几个具体结论
(1) 的绝对性；
(2) 的绝对性；
(3) 的绝对性；
(4)物体质量 ，即它们与参考系的选择(或观察者的运动状态)无关.同时时间间隔空间距离恒定不变三、相对论时空观
1.光速不变与经典物理学的矛盾：观察和实验事实表明：无论光源和观察者如何运动，光速只能是c，这与经典力学的 法则相矛盾.速度合成2.狭义相对论的两条基本假设
(1)相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是 的.
(2)光速不变原理：不管在哪个惯性系中，测得的真空中的光速都 .相同相同3.相对论时空观
(1)“同时”的相对性：在一个参考系中同时发生的两个事件，在另一个参考系看来是 的.
(2)运动的时钟 ：时钟相对于观察者 时，走得快；相对于观察者 时，走得慢.运动速度越快，效果越 .
(3)运动的尺子 ：物体相对于观察者 时，它的长度测量值最大；相对于观察者 时，观察者在 方向上观测，它的长度要缩短，速度越快，缩得 .
(4)物体质量随速度的 而增大.不同时变慢静止运动明显缩短静止运动运动越短增加想一想　为什么我们在日常生活中从未注意到长度收缩和时间膨胀效应？
答案　相对论效应显著与否与运动速度的大小有关.长度收缩和时间膨胀的效果只有当我们以接近光速运动的时候才能注意到，当运动得非常慢时，相对论效应极其微小，完全可以忽略不计.课堂讲义 理解·深化·探究一、经典力学的成就与局限性
1.经典力学的伟大成就
(1)经典力学把天上物体和地上物体的运动统一起来，从力学上证明了自然界的多样性的统一，实现了人类对自然界认识的第一次理论大综合.
(2)在研究方法上，人们把经典力学中行之有效的实验和数学相结合的方法推广到物理学的各个分支学科上，相续建立了热学、声学、光学、电磁学等，从而形成了完整的经典物理学体系.(3)经典力学与其他基础科学相结合产生了一些交叉性的分支学科，最早的是与天文学结合产生的天体力学，成为现代高度发达的航空航天技术的理论基础.没有经典力学也就没有今天的空间科学.2.经典力学的局限性和适用范围
(1)局限性
①经典力学的应用受到物体运动速率的限制.当物体的速率接近于真空中的光速时，经典力学不再成立.
②牛顿运动定律不适用于微观领域中物质结构和能量不连续的现象.
(2)适用范围
经典力学只适用于低速运动的宏观物体.(3)经典力学和相对论及量子力学的关系
经典力学是相对论及量子力学在一定条件下的特例，它包含在相对论和量子力学之中，相对论和量子力学的建立并没有否定经典力学.
(4)静止质量和运动质量的关系
物体运动起来的质量大于物体静止时的质量，但只有运动速度接近于光速时，二者差距才明显.例1　关于经典力学的成就，下列说法中正确的是(　　)
A.经典力学把天体的运动与地上物体的运动统一起来，是人类对
自然界认识的第一次大综合，是人类认识史上的一次重大飞跃
B.18世纪60年代，力学与热学的发展及其与生产的结合引发了第
一次工业革命
C.火箭、人造地球卫星、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
D.经典力学是解决高速运动的物理理论解析　经典力学把天体的运动与地上物体的运动统一起来，是人类认识史上的一次重大飞跃，A对；
并引发了第一次工业革命，B对；
航天器的发射与运行是牛顿力学规律的应用范例，C对；
经典力学不适用于高速运动，D错误.
答案　ABC例2　经典力学只适用于“低速”和“宏观世界”，这里的“宏观世界”是指(　　)
A.行星、恒星、星系等巨大的物质领域
B.地球表面的物质世界
C.人眼能看到的物质世界
D.不涉及分子、原子、电子等微观粒子的物质世界
解析　在物理学中，宏观世界一般是指不涉及分子、原子、电子等微观粒子的物质世界.只有选项D正确.D二、经典时空观
1.参考系
(1)惯性系：凡是牛顿运动定律成立的参考系，称为惯性参考系，简称惯性系.
(2)非惯性系：牛顿运动定律不成立的参考系称为非惯性系.
所有相对于惯性系静止或做匀速直线运动的参考系都是惯性系，而相对于惯性系做变速运动的参考系都是非惯性系.2.伽利略相对性原理
对于所有的惯性系，力学规律都是相同的，或者说，一切惯性系都是等效的.3.经典时空观
(1)按照经典力学的观点，时间和空间是彼此独立、互不关联，且不受物质或运动影响.物体的质量是恒定不变的，即它不随观察者的相对运动而改变.所以，时间、长度和质量这三个基本物理量在经典力学中都与参考系(观察者)的运动无关.
(2)经典时空观的三个结论：
①同时的绝对性；②时间间隔的绝对性；③空间距离的绝对性.例3　下列说法中哪些不属于经典时空观的观点(　　)
A.世界的过去、现在和将来都只有量的变化，而不会发生质的
变化
B.时间和空间不依赖人们的意识而存在
C.时间和空间是绝对的
D.时间和空间是紧密联系、不可分割的
解析　经典时空观认为时间和空间都是与外界事物无关的、绝对的，选项A、B、C属于经典时空观；选项D属于相对论时空观.D三、相对论时空观
1.狭义相对论
(1)1905年，爱因斯坦提出了狭义相对论.
(2)狭义相对论的两条基本假设
①相对性原理：在不同的惯性系中，一切物理规律都是相同的.
②光速不变原理：不管在哪个惯性系中，测得的真空中的光速都相同.2.经典时空观与狭义相对论时空观的主要区别例4　关于狭义相对论基本假设及其结论，下列说法正确的是(　　)
A.在不同的惯性系中，真空中光速不变
B.时间间隔具有相对性
C.物体的质量不变
D.物体的质量随速度的增大而增大解析　狭义相对论的两个基本假设有：(1)狭义相对论的相对性原理：一切彼此做匀速直线运动的惯性参考系，对于描述运动的一切规律来说都是等价的；
(2)光速不变原理：对任一惯性参考系，真空中的光速都相等，所知A正确；
由两个基本假设可以推出时间间隔具有相对性，物体的质量随速度增大而增大，B、D正确.
答案　ABD对点练习 巩固·应用·反馈经典力学的成就和局限
1.20世纪以来，人们发现了一些新的事实，而经典力学却无法解释.经典力学只适用于解决物体的低速运动问题，不能用来处理高速运动问题；只适用于宏观物体，一般不适用于微观粒子，以下说法不正确的是(　　)A.随着认识的发展，经典力学已成了过时的理论
B.人们对客观事物的具体认识在广度上是有局限性的
C.不同领域的事物各有其本质与规律
D.人们应当不断扩展认识，在更广阔的领域内掌握不同事物
的本质与规律解析　人们对客观世界的认识要受到所处的时代的客观条件和科学水平的制约，所以形成的看法也都具有一定的局限性，人们只有不断扩展自己的认识，才能掌握更广阔领域内的不同事物的本质与规律；
新的科学的诞生并不意味着对原来科学的全盘否定，只能认为过去的科学是新的科学在一定条件下的特殊情形.
答案　A2.牛顿定律不适用于下列哪些情况(　　)
A.研究原子中电子的运动
B.研究“嫦娥一号”飞船的高速发射
C.研究地球绕太阳的运动
D.研究飞机从北京飞往纽约的航线解析　速度远小于真空中的光速时，经典力学处理这些运动完全适用，“嫦娥一号”发射速度虽然很大，但与光速比较还是很小，它发射时，质量的增大微小到可以忽略，经典力学适用，B正确.
飞机飞行的速度更小，所以经典力学适用，D正确.
而地球绕太阳公转时质量增大十分微小，可以忽略，经典力学完全适用，C正确.然而经典力学具有它的局限性，它适用于宏观世界的低速运动，不适用于微观世界的高速运动，所以不适用于微观粒子如电子的运动，A错误.
答案　A经典时空观和相对论时空观
3.通过一个加速装置对电子加一很大的恒力，使电子从静止开始加速，则对这个加速过程，下列描述正确的是(　　)
A.根据牛顿第二定律，电子将不断做匀加速直线运动
B.电子先做匀加速直线运动，后以光速做匀速直线运动
C.电子开始近似于匀加速直线运动，后来质量增大，牛顿运动
定律不再适用
D.电子是微观粒子，整个加速过程根本就不能用牛顿运动定
律解释解析　电子在加速装置中由静止开始加速，开始阶段速度较低，远低于光速，此时牛顿运动定律基本适用，可以认为在它被加速的最初阶段，它做匀加速直线运动.随着电子的速度越来越大，接近光速时，相对论效应越来越大，质量增大，它不再做匀加速直线运动，牛顿运动定律不再适用.
答案　C4.关于经典力学和相对论，下列说法正确的是(　　)
A.经典力学和相对论是各自独立的学说，互不相容
B.相对论是在否定了经典力学的基础上建立起来的
C.相对论和经典力学是两种不同的学说，二者没有联系
D.经典力学包含于相对论之中，经典力学是相对论的特例D