第6节经典力学的局限性
本节教材分析
（1）三维目标
（一）知识与技能
1．知道牛顿运动定律的适用范围．
2．了解经典力学在科学研究和生产技术中的广泛应用．
3.知道质量与速度的关系，知道高速运动中随速度的增加质量变大。
（二）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．
（三）情感、态度与价值观
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．.
（2）教学重点
牛顿运动定律的适用范围
（3）教学难点
高速运动的物体，速度和质量之间的关系．
（4）教学建议
本节的教学可结合物理学的发展，让学生明确牛顿运动定律并非普遍适用，我们所学到的力学知识只是经典力学的一部分，再通过介绍现代科学技术的发展，了解物理学的发展前景是非常广阔的。
导入一:
师：自从17世纪以来，以牛顿运动定律为基础的经典力学不断发晨，如：在宏观、低速、弱引力的广阔领域，包括天体力学的研究中取得了巨大的成就．经典力学在科学研究和生产技术中有了广泛的应用，如，从地面物体的运动到天体的运动，从大气的流动到地壳的变动，从拦河筑坝、修建桥梁到设计各种机械；从自行车到汽车、火车、飞机等各种交通工其：从投出的篮球到发射火箭、人造卫星、宇宙飞船……从而证明了牛顿运动定律的正确性。但是，经典力学也不是万能的，像一切科学一样，它没有也不会穷尽一切真理，它也有自己的局限性．它像一切科学理论一样，是一部“未完成的交响曲”．那么经典力学在什么范围内适用呢?有怎样的局限性呢?
这节课我们就来了解这方面的知识．
导入二：
假如你驾驶一辆时速为100 km/h的越野车，一位乘客以相对你10 km/h的速度用弹弓射击前面的岩石，那么弹珠的实际速度就应该是110 km/h.
可是，如果打开前车灯，按照常识，光速是1.079 145×109 km/h，加上车的运动速度，光的实际速度应该大于1.079 145×109 km/h，可实际测量光速还是1.079 145×109 km/h，为什么同样的参考系光和实际物体得到的结果不同呢？学了本节内容后，你便知道其原因了.
高中物理 6.6经典力学的局限性学案 新人教版必修2
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一、学习目标
1.了解经典力学的发展历程和伟大成就.
2.认识经典力学的局限性和适用范围.
二、教学问题诊断分析
问题1.经典力学的适用范围和局限性？
问题2.经典力学与近代物理比较？
六、目标检测
1、经典力学的基础是 ，牛顿运动定律和万有引力定律在 、 、 的广阔区域，包括 的研究中，经受了实践的检验，取得了巨大的成就.
2、狭义相对论阐述物体 时所遵从的规律.
3、在经典力学中，物体的质量是 的，而狭义相对论指出，质量要随物体运动速度的增大而 ，即 .
4、经典力学认为位移和时间的测量与参考系 ，相对论认为，同一过程的位移和时间的测量与参考系 ，在不同的参考系中是 .
5、经典力学有它的适用范围：只适用于 运动，不适用于 运动；只适用于 世界，不适用于 世界.
6、1915年，爱因斯坦创立了 ，这是一种新的时空与引力的理论.在强引力的情况下，牛顿引力理论 .当物体的运动速度远小于光速c（3×108 m/s）时，相对论物理学与经典物理学的结论 .当另一个重要常数即“普朗克常数”（6.63×10-34 J·s）可以忽略不计时，量子力学和经典力学的结论 ，相对论与量子力学都没有否定经典力学，而是认为经典力学是自己在一定条件下的特殊情形.
配餐作业
从下列三组题中任意选择两组题完成，建议选择AB或BC
A组题
1.像一切科学一样，经典力学没有也不会穷尽一切理论，它具有自己的 性.人们认识到经典力学有它的适用范围；只适用于 物体的运动，不适用于 物体的运动，在 的情况下，牛顿引力理论将不再适用.
B组题
2.继哥白尼提出“太阳中心说”、开普勒提出行星运动三定律后，牛顿站在巨人的肩膀上，创立了经典力学，揭示了包括行星在内的宏观物体的运动规律；爱因斯坦既批判了牛顿力学的不足，又进一步发展了经典力学，创立了相对论，这说明（ ）
①世界无限扩大，人不可能认识世界，只能认识世界的一部分
②人的意识具有能动性，能够正确地反映客观世界
③人对世界的每一个正确认识都有局限性，需要发展和深化
④每一个认识都可能被后人推翻，人不可能获得正确的认识
A.①②③④ B.①②③
C.①③④ D.②③
3.以下说法正确的是（ ）
A.经典力学理论普遍适用，大到天体，小到微观粒子均适用
B.经典力学理论的成立具有一定的局限性
C.在经典力学中，物体的质量不随运动状态而改变
D.相对论与量子力学否定了经典力学理论
C组题
4.下列说法中正确的是（ ）
A.在经典力学中，物体的质量不随运动状态而改变，在狭义相对论中，物体的质量也不随运动状态而改变
B.在经典力学中，物体的质量随运动速度的增加而减小，在狭义相对论中，物体的质量随物体速度的增大而增大
C.在经典力学中，物体的质量是不变的，在狭义相对论中，物体的质量随物体的速度的增大而增大
D.上述说法都是错误的
5.关于狭义相对论和经典力学，下面说法中正确的是（ ）
A.狭义相对论和经典力学是相互对立，互不相容的两种理论
B.狭义相对论和经典力学其实是同一理论
C.在物体高速运动时，物体的运动服从狭义相对论理论，在低速运动时，物体的运动服从牛顿定律
D.上述说法都是错误的
课件42张PPT。第五节 宇宙航行
第六节 经典力学的局限性1．了解人造卫星的相关知识．
2．知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度．
3．理解掌握人造卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系．
4．了解以牛顿运动定律为基础的经典力学的适用范围．一、人造地球卫星
1．概念
如图所示，当物体的 足够大时，它将会围绕 旋转而不再落回地面，成为一颗绕地球转动的 ．速度地球卫星2．原理：人造卫星绕地球转动的向心力等于地球对它的 ． 万有引力二、三个宇宙速度的比较7.911.216.7最大最小地球最小太阳最小三、梦想成真
1957年10月 成功发射了第一颗人造卫星；
1969年7月美国“阿波罗11号”登上 ；
2003年10月15日我国航天员 踏入太空．苏联月球杨利伟四、经典力学的成就和局限性
1．经典力学的成就
牛顿运动定律和万有引力定律在宏观、低速、弱引力的广阔领域，包括天体力学的研究中，经受了实践的检验，取得了巨大的成就．
2．经典力学的局限性
(1)牛顿力学即经典力学，它只适用于 、 的物体，不适用于 和 的物体．宏观低速运动微观高速运动(2)狭义相对论阐述了物体以接近光速运动时遵从的规律，得出了一些不同于经典力学的结论，如质量要随物体运动速度的增大而 ．
(3)20世纪20年代，建立了量子力学，它正确描述了 粒子的运动规律，并在现代科学技术中发挥了重要作用．
(4)爱因斯坦的广义相对论说明在 的作用下，牛顿的引力理论将不再适用．增大微观强引力要使发射出去的人造卫星能够绕地球做圆周运动，则在地面发射时的速度需满足什么要求？根据天体运动的规律，在地面发射速度越大的卫星到达太空绕地球做圆周运动的速度越大还是越小？一、宇宙速度
宇宙速度是在地球上满足不同要求的发射速度，不能理解成卫星的运行速度．
1．第一宇宙速度(环绕速度)：指人造卫星近地环绕速度，它是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具有的速度，是人造地球卫星的最小发射速度，v＝7.9 km/s.3．第三宇宙速度(逃逸速度)：在地面上发射物体，使之最后能脱离太阳的引力范围，飞到太阳系以外的宇宙空间所必需的最小速度，其大小为v＝16.7 km/s.
【特别提醒】(1)第一宇宙速度是最大运行速度，也是最小发射速度．
(2)三个宇宙速度分别为在三种不同情况下在地面附近的最小发射速度．二、人造地球卫星
1．人造地球卫星的轨道
卫星绕地球做匀速圆周运动时由地球对它的万有引力充当向心力，地球对卫星的万有引力指向地心．而做匀速圆周运动的物体的向心力时刻指向它做圆周运动的圆心． 因此卫星绕地球做匀速圆周运动的圆心必与地心重合，而这样的轨道有多种，其中比较特殊的有与赤道共面的赤道轨道和通过两极点上空的极地轨道．当然也应存在着与赤道平面成某一角度的圆轨道，只要圆心在地心，就可能是卫星绕地球运行的圆轨道．如图所示．【特别提醒】(1)发射人造卫星的速度不能小于第一宇宙速度，要使卫星离地越高，则需要的发射速度就越大，但发射速度不能大于第二宇宙速度，同时，发射速度越大，在越高轨道上卫星的运行速度越小．
(2)人造卫星在圆轨道上运行时，由于万有引力提供向心力，所以处于完全失重状态，凡是和重力有关的现象都会消失．3．地球同步卫星
相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星叫地球同步卫星，其特点如下：
(1)同步卫星的运行方向和地球自转方向一致．
(2)同步卫星的运转周期和地球自转周期相同，即T＝24 h.
(3)同步卫星的运行角速度等于地球自转的角速度．
(4)所有的同步卫星都在赤道的正上方，因为要与地球同步，同步卫星的轨道平面必须与赤道平面重合．【特别提醒】(1)所有同步卫星的周期T、轨道半径r、环绕速度v、角速度ω及向心加速度an的大小均相同．
(2)所有国家发射的同步卫星的轨道都与赤道为同心圆，它们都在同一轨道上运动且都相对静止． 某人在一星球上以速率v竖直上抛一物体，经时间t物体以速率v落回手中，已知该星球的半径为R，求这星球上的第一宇宙速度．【题后总结】1.处理行星、卫星绕中心天体做圆周运动的问题中，万有引力充当向心力是解决问题的关键．
2．第一宇宙速度是绕地球表面运行的卫星的速度，是卫星的最大绕行速度．【针对训练】1.理论上来说人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，其速率( )
A．一定等于7.9 km/s
B．等于或小于7.9 km/s
C．一定大于7.9 km/s
D．介于7.9 km/s和11.2 km/s之间
解析：因为第一宇宙速度7.9 km/s是围绕地球运动的最大环绕速度，因此所有人造地球卫星的速度都小于或等于第一宇宙速度，所以选项B正确．
答案：B 如图所示，a、b、c是大气层外圆形轨道上运行的三颗人造地球卫星，a、b质量相同且小于c的质量，下面说法中正确的是A．b、c的线速度大小相等且大于a的线速度
B．b、c的向心加速度相等且大于a的向心加速度
C．b、c的周期相等且大于a的周期
D．b、c的向心力相等且大于a的向心力
答案：C【针对训练】2.火星有两颗卫星，分别是火卫一和火卫二，它们的轨道近似为圆．已知火卫一的周期为7小时 39分，火卫二的周期为30小时18分，则两颗卫星相比( )
A．火卫一距火星表面较近
B．火卫二的角速度较大
C．火卫一的线速度较大
D．火卫二的向心加速度较大因为T1＜T2，
所以r1＜r2，v1＞v2，ω1＞ω2，an1＞an2，
则A、C正确，B、D错误．
答案：AC答案：BC【针对训练】3.同步卫星是指相对于地面不动的人造地球卫星，则下面说法中正确的是( )
A．它可以在地面上任一点的正上方，且离地心的距离可按需要选择不同的数值
B．它可以在地面上任一点的正上方，但离地心的距离是一定的
C．它只能在赤道的正上方，但离地心的距离可按需要选择不同的数值
D．它只能在赤道的正上方，且离地心的距离是一定的答案：D误区：对同步卫星、近地卫星、赤道上的物体运动规律认识不清导致错误【正确答案】AD物理必修26.6《经典力学的局限性》教案
【学习目标】
知道经典力学的正确性与局限性。
知道经典力学的适用范围。
了解相对论、量子力学的正确性。
掌握狭义相对论中物体质量与速度的关系。
【知识梳理】
1.从低速到高速
在经典力学中，物体的质量是_____________（填变化特点）；在狭义相对论中，物体的质量是_____________（填变化特点），用公式表示为_____________；二者在_____________条件下是统一的。
2.时间与空间
（1）物体运动的特征就是它的位置随时间而发生变化，生活经验告诉我们：
①空间就像_____________；它给物体的运动提供一个_____________，它对物体的运动本身_____________。也就是说，空间是_____________而存在的。
②时间就像_____________；它计量着物体_____________，而任何物体_____________。也就是说，时间是____________而存在的。
（2）爱因斯坦所提出的时空观认为，在研究物体的_____________，即速度_____________时，物体的长度（即物体所占有的空间）以及物理过程、化学过程，甚至生命过程的持续时间，都_____________。
3.从宏观到微观
经典力学能够很精确地描述宏观物体的运动规律，但对微观粒子的波粒二象性无能为力，_____________能够正确地描述微观粒子运动的规律性。
以上事实说明，经典力学的适用范围：_____________。
4.从弱引力到强引力
相对论与量子力学都没有否定过去的科学，而只认为过去的科学是自己在一定条件下的________。
【小试身手】
1.下列说法中正确的是（ ）
A．经典力学适用于任何情况下的任何物体
B．狭义相对论否定了经典力学
C．量子力学能够描述微观粒子运动的规律性
D．万有引力定律也适用于强相互作用力
2.经典力学不能适用下列哪些运动（ ）
A．火箭的发射 B．宇宙飞船绕地球的运动
C．“勇气号”宇宙探测器 D．微观粒子的波动性
3.对于下列说法正确的是（ ）
A．经典力学的质量是不变的
B．经典力学的时间和空间是独立于物体运动的
C．万有引力定律适用于强作用力
D．物体的速度可以是任意值
4.下列说法正确的是（ ）
A．微观粒子的运动速度超过光速，因此经典力学不适用
B．微观粒子的质量是不确定的，因此经典力学不适用
C．微观粒子具有波粒二象性，因此经典力学不适用
D．量子力学仅适用于微观粒子的运动
【基础训练】
例 地球以C=3×104m/s的速度绕太阳公转，它的质量是静止质量的多少倍？当一个物体以v＝0.8C的速度运动时，它的质量是静止质量的多少倍？
解 ： 由得
地球绕太阳运转的动质量
当v＝0.8C时，动质量
5.经典力学只适用于 “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．地球表面上的物质世界
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
6.关于经典力学和量子力学，下面说法中正确的是（ ）
A．不论是对宏观物体，还是微观粒子，经典力学和量子力学都是适用的
B．量子力学适用于宏观物体的运动；经典力学适用于微观粒子的运动
C．经典力学适用于宏观物体的运动；量子力学适用于微观粒子的运动
D．上述说法都是错误的
7.日常生活我们并没发现物体的质量随物体的运动的速度变化而变化，其原因是（ ）
A．运动中物体无法称量质量
B．物体的速度远小于光速，质量变化极小
C．物体的质量太大
D．物体的质量不随速度的变化而变化
8.以下说法正确的是（ ）
A．经典力学理论普遍适用，大到天体，小到微观粒子均适用
B．经典力学理论的成立具有一定的局限性
C．在经典力学中，物体的质量不随运动状态而改变
D．相对论与量子力学否定了经典力学理论
9.已知电子的静止质量为me，真空中的光速为c。现有一个观察者测出电子的质量为2me,则电子的速度为多大？
10.如果真空中的光速为c＝3×108m/s，当一个物体的运动速度为v1＝2.4×108 m/s时，质量为3kg，当它的速度为v2＝1.8×108m/s时，质量为多少？
【名师小结】
以牛顿运动定律为基础的经典力学有其局限性，经典力学适用于低速运动的物体，不适用于高速运动的物体。
经典力学适用于宏观世界弱作用力问题，不适用于微观世界强作用力问题。
