课件22张PPT。1 经典力学的成就与局限性第五章 经典力学的成就与局限性[学习目标]1.了解经典力学在科学研究及生产技术中的广泛应用.
2.知道经典力学的局限性和适用范围.内容索引重点探究
启迪思维 探究重点达标检测
检测评价 达标过关自主预习
预习新知 夯实基础自主预习一、经典力学的成就与局限性
1.经典力学：又称牛顿力学，经典力学体系是时代的产物，是许多科学家经过艰苦探索才完成的科学理论.它是整个现代 和 的基础，也是现代许多门类工程技术的理论基础.
2.经典力学的成就
英国物理学家牛顿在1687年出版的著作《 》中建立了一个完整的力学理论体系.经典力学只用几个基本的概念和原理就可以说明行星和卫星的轨道、 运动定律、彗星运动、___
运动、 、汽车的运动、足球的运动以及宏观世界中人们日常看到的种种运动.物理学天文学自然哲学的数学原理开普勒的行星落体海洋的潮汐3.牛顿的绝对时空观：时间、空间与物质及其运动 ，时间与空间也 .
4.经典力学的局限性：不能解释 领域的许多客观现象；不能解释 世界丰富多彩的现象.
二、经典力学的适用范围
经典力学只适用于 、 、 场，超出以上范围，经典力学失效，要由相对论、量子论等来取代.完全无关完全无关高速运动微观宏观低速弱引力判断下列说法的正误.
(1)经典力学只适用于世界上普通的物体，研究天体的运动经典力学就无能为力了.( )
(2)洲际导弹的速度可达到6 000 m/s，在这种高速运动状态下，经典力学不适用.( )
(3)受到很强的引力作用的物体的运动，不能用经典力学理论解释.
( )
(4)当物体的速度接近光速时，经典力学就不适用了.( )
(5)对于质子、电子的运动情况，经典力学同样适用.( )即学即用 ×√×√×答案重点探究答案经典力学的成就和局限性如图1甲，质子束被加速到接近光速；如图乙，中子星是质量、密度非常大的星体.请思考：
(1)经典力学是否适用于质子束的运动规律？
(2)经典力学是否适用于中子星的引力规律？图1答案 不适用导学探究答案 不适用1.经典力学的成就：
(1)经典力学体系是时代的产物，是现代机械、土木建筑、交通运输以至航空航天技术的理论基础.
(2)经典力学的思想方法对艺术、政治、哲学等社会科学领域也有巨大影响.
2.经典力学的局限性及适用范围：
(1)现代物理学已经揭示，超出宏观的、日常生活经验的领域，经典力学常常就不适用了.
(2)牛顿的绝对时空观认为时间、空间与物质及其运动完全无关，时间与空间也完全无关，它割裂了时间、空间、物质及其运动之间的联系，不能解释高速运动领域的许多客观现象.知识深化(3)经典力学认为，一切运动都是连续变化的，能量也是连续变化的，经典力学的运动观虽然给出了一幅机械运动的图景，却不能解释微观世界丰富多彩的现象.
(4)经典力学只适用于宏观、低速、弱引力场的范围，经典力学对v→c、受到很强的引力作用的物体或活动范围在10－10 m以内的微观粒子的运动，不再适用.经典力学与相对论、量子力学并不矛盾，相对论、量子力学也没有否定经典力学.经典力学是相对论、量子力学在宏观、低速、弱引力作用条件下的特殊情况.例1 (多选)关于经典力学，下列说法正确的是
A.经典力学是科学家通过探索身边的物体的运动而总结出的运动规律
B.经典力学在理论和实践上取得了巨大的成功，从地面到天体的运动都
服从经典力学的规律，因此，它是完全正确的
C.经典力学不适用于高速、微观领域，而自然界中又不存在惯性系，因
此，它是完全错误的
D.经典力学是人类长期对自然运动规律探索的一个发展阶段，随着探索
的深入，视野的开阔，必然存在不完善的方面解析 √答案√解析 分析时既要看到经典力学的伟大成就，又要注意到经典力学的局限性及适用范围.由于认识水平的局限，科学家最早研究的是身边的事物，经典力学就是科学家通过探索身边事物的运动而总结出的运动规律，A正确.
经典力学在理论和实践上取得了巨大的成功，但随着人们探索的深入，视野的开阔，人们发现经典力学也有局限性，它不适用于高速、微观领域，所以B、C错误，D正确.例2 (多选)经典力学能适用于下列哪些运动
A.火箭的发射
B.宇宙飞船绕地球的运动
C.“勇气号”宇宙探测器的运动
D.微观粒子的运动解析 √答案√√解析 经典力学只适用于低速运动，不适用高速运动，只适用于宏观世界，不适用于微观世界，所以不能适用于微观粒子的运动.达标检测1.(经典力学的成就与局限性)(多选)下列说法中正确的是
A.经典力学是以牛顿的三大定律为基础的
B.经典力学在任何情况下都适用
C.当物体的速度接近光速时，经典力学就不适用了
D.相对论和量子力学的出现，使经典力学失去了意义√解析 牛顿运动定律是经典力学的基础，A正确；
经典力学只适用于低速、宏观、弱引力场的范围，B错误，C正确；
相对论和量子力学的出现，并没有否定经典力学，只是说经典力学有一定的适用范围，D错误.答案解析 12345√2.(经典力学的成就与局限性)(多选)关于经典力学的局限性，下列说法正确的是
A.经典力学没有局限性
B.经典力学的应用受到物体运动速度的限制，当物体运动的速度接近于
真空中的光速时，经典力学就不适用了
C.经典力学不适用于微观领域中物质结构和能量不连续的现象
D.经典力学的时间和空间分离的观点不准确√答案解析 12345√√解析 经典力学仅适用于宏观、低速物体的运动以及弱引力作用时的情况，当物体运动的速度接近于真空中的光速时，经典力学就不再适用了，B对；
经典力学无法解释微观领域中物质结构和能量不连续的现象，C对；
同样D也对.123453.(经典力学的适用范围)牛顿力学的适用范围是
A.适用于宏观物体的低速(与光速相比)运动
B.适用于微观粒子的运动
C.适用于宏观物体的高速(与光速相比)运动
D.适用于受到强引力作用的物体答案√12345解析 牛顿力学属于经典力学，它只适用于低速、宏观物体的运动以及弱引力作用时的情况.故A对，B、C、D错.解析 4.(经典力学的适用范围)以牛顿运动定律为基础的经典力学的适用范围是
A.低速、宏观、弱引力下的运动问题
B.高速、微观、弱引力下的运动问题
C.低速、微观、强引力下的运动问题
D.高速、宏观、强引力下的运动问题√答案12345解析 经典力学适用于宏观、低速运动的物体，所以A、B、D正确；
当物体运动的速率接近于光速时，经典力学就不适用了，故C错误.5.(经典力学的适用范围)(多选)下列服从经典力学规律的是
A.自行车、汽车、火车、飞机等交通工具的运动
B.发射导弹、人造卫星、宇宙飞船
C.物体运动的速率接近于真空中的光速
D.地壳的变动√答案解析 √12345√课件30张PPT。2 了解相对论(选学)
3 初识量子论(选学)第五章[学习目标]1.知道狭义相对论中运动长度l和运动时钟及质量随运动速度的变化规律.
2.知道爱因斯坦质能关系，知道经典力学是相对论力学在低速情况下的近似.
3.了解微观现象中的不连续性或量子性.
4.知道微观粒子具有波粒二象性；知道微观粒子运动不遵守确定性规律而遵守统计性规律；初步了解量子论的作用.内容索引重点探究
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预习新知 夯实基础自主预习一、了解相对论
1.狭义相对论中的主要效应
(1)运动长度l会 ，即l＝_________.
(2)运动时钟会 ，即τ＝ _________.
(3)物体质量m随速度v的增大而 ，其关系为m＝________.
(4)质量m和能量E之间存在着一个相互联系的关系式：E＝ ，称为质能关系，式中c是 .
(5)任何物体的速度不能超过 .收缩变慢变大mc2光速光速c2.广义相对论点滴
(1)当光线通过强引力场时，光线在引力场中会发生 .
(2)广义相对论是 与 相结合的典范.在广义相对论中，时间、
、 与 是紧密地联系在一起的.
二、量子论的基本内容
1.量子论认为微观世界的某些物理量不能 变化而只能取某些_____
值，相邻两分立值之差称为该物理量的一个量子.
2.一切微观粒子都具有 .
3.由于微观粒子运动的特殊规律性，使一个微观粒子的某些物理量不可能同时具有 的数值.偏折数学空间物质连续分立波粒二象性物理学运动确定判断下列说法的正误.
(1)质量是物体的固有属性，任何时候都不会变.( )
(2)对于高速运动的物体，它的质量随着速度的增大而增大.( )
(3)对于宏观物体的低速运动问题，相对论、量子力学与经典力学是一致的.( )
(4)光线经过任何物体附近时都是沿直线传播的.( )即学即用 ×√√×答案重点探究答案一、了解相对论1.地球绕太阳公转的速度是3×104 m/s，设在美国伊利诺斯州费米实验室的圆形粒子加速器可以把电子加速到0.999 999 999 987倍光速的速度，请思考：
(1)地球的公转速度在狭义相对论中属于低速还是高速？被加速器加速后的电子的速度呢？答案 地球公转速度属于低速，被加速器加速后的电子的速度属于高速.导学探究(2)加速后电子的质量比电子的静止质量增大了还是减小了？答案 加速后电子的质量比电子的静止质量增大了.答案2.在经典力学和狭义相对论中，位移和时间的测量结果在不同的参考系中有何区别？答案 在经典力学中，同一过程的位移和时间的测量结果在不同参考系中是相同的；在狭义相对论中，同一过程的位移和时间的测量结果在不同参考系中是不同的.1.低速与高速
(1)低速：通常所见物体的运动，如行驶的汽车、发射的导弹、人造地球卫星及宇宙飞船等物体皆为低速运动物体.
(2)高速：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.
2.速度对质量的影响
(1)在经典力学中，物体的质量不随运动状态的改变而改变.知识深化(2)爱因斯坦的狭义相对论指出，物体的质量随速度的增大而增大，即m
＝ ，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.在高速运动时，质量的测量结果是与运动状态密切相关的.
3.速度对物理规律的影响
对于低速运动问题，一般用经典力学规律来处理.对于高速运动问题，经典力学已不再适用，需要用相对论知识来处理.
4.位移、时间与参考系的关系
经典力学认为位移和时间的测量与参考系无关，相对论认为，同一过程的位移和时间的测量与参考系有关，在不同的参考系中测量结果不同.例1 在静止坐标系中的正立方体边长为l0，另一坐标系以相对速度v平行于正立方体的一边运动.问在后一坐标系中的观察者测得的立方体的体积是多少？解析 答案物体静止长度l0和运动长度l之间的关系为：
上面的式子说明，相对于地面以速度v运动的物体，从地面上看，沿着运动方向上的长度变短了，速度越大，变短得越多.
理解：
(1)在垂直于运动方向不发生长度收缩效应现象.
(2)我们平常观察不到这种长度收缩效应，是因为我们生活在比光速低得多的低速世界里，长度收缩效应极不明显，即使运动物体的速度达到v＝30 000 km/s(即0.1c)，长度收缩效应也只不过是5‰，因此，在低速运动中，v?c，l≈l0，长度收缩效应可忽略不计.解析 在火箭A上的人看来，地面和火箭B都高速远离自己，由τ＝
知，在火箭A上的人观察到的结果是地面和火箭B上的时钟都变慢了，且vA>vB，故地面的时钟最慢，因此A正确，B、C、D错误.例2 A、B两火箭沿同一方向高速飞过地面上的某处，vA>vB，在火箭A上的人观察到的结果正确的是
A.火箭A上的时钟走得最快 B.地面上的时钟走得最快
C.火箭B上的时钟走得最快 D.火箭B上的时钟走得最慢解析 √答案理解：(1)时间延缓效应是时空的一种属性：在运动参考系中的时间节奏变慢了.(一切物理过程、化学过程乃至观察者自己的生命节奏都变慢了)
(2)由于运动是相对的，故在某一个参考系中观察另一个不同参考系里发生的物理事件时，总能感到时间延缓效应.
(3)日常生活中的时间延缓效应可以忽略不计，在运动速度接近光速时，则变得特别明显.例3 微观粒子的速度很高，它高速运动时的质量明显大于静止时的质量.在研究制造回旋加速器时必须考虑相对论效应的影响.如图1所示，1988年中国第一座高能粒子加速器——北京正负电子对撞机首次对撞成功.在粒子对撞中，有一个电子经过高压加速，速度达到光速的 .试求此时电子的质量变为静止时质量的多少倍？解析 答案图1答案 1.15倍解析 设电子静止时的质量为m0，根据爱因斯坦狭义相对论中高速运动时的质量与静止质量的关系得在相对物体静止的参考系中测量，物体具有最小的质量m0(称为静止质量).在相对物体以速度v运动的惯性系中测量，物体的运动质量为m由于vm0，速度v越大，运动质量也越大.答案二、量子论的基本内容带电物体所带的电荷量能连续变化吗？答案 最小的电荷量是一个电子(或质子)所带的电荷量，带电体所带的电荷量只能是一个电子(或质子)所带电荷量的整数倍，故电荷量不能连续变化.导学探究经典力学与相对论、量子理论的比较
(1)区别知识深化(2)联系
①当物体的运动速度远小于光速时，相对论物理学与经典物理学的结论没有区别.
②当另一个重要常量即“普朗克常量”可以忽略不计时，量子力学和经典力学的结论没有区别.
③相对论和量子力学并没有否定经典力学，经典力学是二者在一定条件下的特殊情形.例4 关于经典力学、狭义相对论和量子力学，下列说法中正确的是
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.经典力学包含于相对论之中，经典力学是相对论的特例
C.经典力学只适用于宏观物体的运动，量子力学只适用于微观粒子的运动
D.不论是宏观物体，还是微观粒子，经典力学和量子力学都是适用的答案解析 相对论没有否定经典力学，经典力学是相对论在一定条件下的特殊情形，选项A错误，B正确.
经典力学适用于宏观、低速、弱引力的领域，选项C、D错误.解析 √达标检测1.(对相对论的了解)关于经典物理学和相对论，下列说法正确的是
A.经典物理学和相对论是各自独立的学说，互不相容
B.相对论完全否定了经典物理学
C.相对论和经典物理学是两种不同的学说，二者没有联系
D.经典物理学作为相对论在宏观物体低速运动时的特例，在自己的适用
范围内仍然成立√答案解析 12345解析 经典力学是狭义相对论在低速(v?c)条件下的近似，即只要速度远小于光速，经过数学变换狭义相对论的公式就全部变化为牛顿经典力学的公式，故A错误；
相对论并没有否定经典力学，而是在其基础上发展起来的，有各自成立范围，故B、C错误；
经典力学是狭义相对论在低速(v?c)条件下的近似，因此经典力学包含于相对论之中，经典力学是相对论的特例，故D正确.12345解析 经典力学只适用于宏观、低速、弱引力的情况，故A项错误；
狭义相对论没有否定经典力学，在宏观低速情况下，相对论的结论与经典力学没有区别，故B项错误；
量子力学正确描述了微观粒子运动的规律，故C项正确；
万有引力定律只适用于弱相互作用力，而对于强相互作用力是不适用的，故D项错误.2.(经典力学、量子力学和狭义相对论)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√答案解析 123453.(钟慢效应)话说有兄弟俩个，哥哥乘坐宇宙飞船以接近光速的速度离开地球去遨游太空，经过一段时间返回地球，哥哥惊奇地发现弟弟比自己要苍老许多，则该现象的科学解释是
A.哥哥在太空中发生了基因突变，停止生长了
B.弟弟思念哥哥而加速生长
C.由相对论可知，物体速度越大，其时间进程越慢，生理进程也越慢
D.这是神话，科学无法解释√答案12345解析 4.(尺缩效应)假设地面上有一列火车以接近光速的速度运行，其内站立着一个中等身材的人，站在路旁的人观察车里的人，观察的结果是
A.这个人是一个矮胖子 B.这个人是一个瘦高个子
C.这个人矮但不胖 D.这个人瘦但不高√答案12345解析 5.(速度对质量的影响)真空中的光速为c＝3.0×108 m/s，如果一个物体的运动速度为v1＝2.4×108 m/s时，质量为3 kg.当它的速度为1.8×108 m/s时，质量为多少？答案解析 12345答案 2.25 kg12345课件5张PPT。章末总结第五章 经典力学的成就与局限性知识网络经典力学的成就与局限性经典力学的成就与局限性经典力学的成就
经典力学的局限性
经典力学的适用范围：经典力学只适用于宏观(>10－10 m)、
低速(v ?c)、弱引力场(例如地球附近)，超出以上范围，
经典力学失效，要由相对论、量子论等来取代.经典力学的成就与局限性了解相对论(选学)(1)长度收缩：l＝__________
(2)钟慢效应：τ＝
_________
(3)物体的质量与运动速度的关系：m＝
________
(4)质量m和能量E之间的关系：E＝____
(5)任何物体的速度都不能超过光速cmc2经典力学的成就与局限性初识量子论(选学)(1)量子论认为微观世界的某些物理量不能连续变化而只
能取某些分立值，相邻两分立值之差称为该物理量的
一个量子.如物质吸收或发射的辐射能量量子，ε＝hν(h
是普朗克常量，ν是辐射的频率).这种辐射能量的变化
是一份一份的，即ΔE＝nε(n为自然数).
(2)一切微观粒子都具有波粒二象性.
(3)由于微观粒子运动的特殊规律性，使一个微观粒子的
某些物理量不可能同时具有确定的数值. 如粒子的位置
和动量，其中一个量越确定，另一个量就越不确定，
粒子的运动不遵守确定性规律而遵守统计性规律.
