人教版必修二高中物理6．6《经典力学的局限性》导学案

第六章 万有引力与航天
第六节 经典力学的局限性
【学习目标】
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，知道高速运动中必须考虑速度随时间的变化。
4、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。

【重点、难点】
牛顿运动定律的适用范围，高速运动的物体，速度和质量之间的关系。

预习案
【自主学习】
1．经典力学的基础是________________，牛顿运动定律和万有引力定律在________、
________、__________的广阔领域，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在以________________运动时所遵从的规律．
3．在经典力学中，物体的质量是________的，而狭义相对论指出，质量要随着物体运动
速度的增大而__________，即m＝________________，两者在________________的条件
下是统一的．
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________．
5．19世纪末20世纪初，物理学研究深入到微观世界，发现了电子、质子、中子等微观
粒子，而且发现它们不仅具有__________，同时还具有__________.20世纪20年代，
______________建立，它能够很好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．
6．经典力学的适用范围：只适用于__________运动，不适用于________运动；只适用于
________世界，不适用于________世界．
7．1915年，爱因斯坦创立了广义相对论，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
量”(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____________．

【学始于疑】


探究案
【合作探究一】
1．自从17世纪以来，以牛顿定律为基础的经典力学不断发展，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，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，向其它科学一样，它也有一定的适用范围，有自己的局限性。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。
请同学们阅读课文，阅读时考虑下列问题[用投影片出示]：
1、经典力学取得了哪些辉煌的成就？举例说明。
2、经典力学在哪些领域不能适用？能说出为什么吗？举例说明。
3、经典力学的适用范围是什么？自己概括一下。
4、相对论和量子力学的出现是否否定了牛顿的经典力学？应该怎样认识？
5、怎样理解英国剧作家萧伯纳的话“科学总是从正确走向错误”？
阅读教材，并思考上面的问题。
［学生A］经典力学在微观领域和高速运动领域不再适用；在不同参考系中不能适用；在强引力的情况下，经典的引力理论也是不适用的。
［学生B］因为微观粒子（如电子、质子、中子）在运动时不仅具有粒子性，而且还具有波动性，经典力学不能说明这种现象，所以它不再适用，同时在高速运动领域，由于物体运动速度太快，要导致质量发生变化，而经典力学认为质量是不变的，所以经典力学在高速运动领域内也不再适用.
［学生C］从上面分析知：牛顿运动定律的适用范围是：宏观物体，低速运动。
教师总结：



从经典力学到相对论的发展
以牛顿运动定律为基础的经典力学中，空间间隔（长度）s、时间t和质量m这三个物理量都与物体的运动速度无关.一根尺子静止时这样长，当它运动时还是这样长；一分钟不论处于静止状态还是处于运动状态，其快慢保持不变；一个物体静止时的质量和运动时的质量一样.这就是经典力学的绝对时空观。
到了19世纪末，面对高速运动的微观粒子发生的现象，经典力学遇到了困难.在新事物面前，爱因斯坦打破了传统的时空观，于1905年发表了题为《论运动物体的电动力学》的论文，提出了狭义相对性原理和光速不变原理，创建了狭义相对论.狭义相对论指出：长度、时间和质量都是随物体的运动速度而变化的.长度、时间和质量随速度的变化关系可以用下列方程表达式：

l=l0（通称尺缩效应） t= （钟慢效应） m=（质—速效应）

上式中，各式里的v都是物体的运动速度，c是真空中的光速，l0和l分别为在相对静止和运动系统中沿速度方向测得的物体的长度；t和t0分别为在相对静止和运动的系统中测得的时间；m0和m分别为在相对静止和运动系统中测得的物体质量.
但是，当宏观物体的运动速度远小于光速时（v<继狭义相对论之后，1915年爱因斯坦又建立了广义相对论，指出空间——时间不可能离开物质而独立存在，空间的结构和性质取决于物质的分布，使人类对于时间、空间和引力现象的认识大大深化了.“狭义相对论”和“广义相对论”统称为相对论.




【当堂检测】
1．下列说法正确的是(　　)
A．牛顿定律就是经典力学
B．经典力学的基础是牛顿运动定律
C．牛顿运动定律可以解决自然界中所有的问题
D．经典力学可以解决自然界中所有的问题

2．17世纪末，采用归纳与演绎、综合与分析的方法，建立了完整的经典力学体系，使
物理学从此成为一门成熟的自然科学的科学家是(　　)
A．牛顿 B．开普勒
C．笛卡儿 D．伽利略

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

4．在物理学发展的过程中，许多物理学家的科学发现推动了人类历史的进步．在对以下几位物理学家所作科学贡献的叙述中，正确的说法是(　　)
A．爱因斯坦创立了“日心说”
B．哥白尼提出了“地心说”
C．伽利略发现了行星运动定律
D．牛顿总结出了万有引力定律



5．下列说法中正确的是(　　)
A．爱因斯坦的狭义相对论研究的是物体在低速运动时所遵循的规律
B．爱因斯坦的狭义相对论研究了物体在高速运动时所遵循的规律
C．牛顿物理学的运动定律研究的是物体在低速运动时所遵循的规律
D．牛顿物理学的运动定律研究的是物体在高速运动时所遵循的规律

6．对于公式m＝，下列说法中正确的是(　　)
A．式中的m是物体以速度v运动时的质量
B．当物体的运动速度v>0时，物体的质量m>m0，即物体的质量改变了，故经典力学不适用，所以是不正确的
C．当物体以较小速度运动时，质量变化非常小，经典力学理论仍然适用，只有当物体
以接近光速的速度运动时，质量变化才明显，故经典力学适用于低速运动，而不适用于高速运动物体
D．通常由于物体的运动速度太小，故质量的变化引不起我们的感觉，在分析地球上物
体的运动时，不必考虑质量的变化

【课后巩固】
7．关于经典力学、狭义相对论和量子力学，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．在物体高速运动时，物体的运动规律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
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．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

8．下列说法正确的是(　　)
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，物体的质量随物体速度的
增大而增大
D．上述说法都是错误的

9．物理学的发展丰富了人类对物质世界的认识，推动了科学技术的创新和革命，促进了
物质生产的繁荣与人类文明的进步，下列表述正确的是(　　)
A．牛顿发现了万有引力定律
B．牛顿通过实验证实了万有引力定律
C．相对论的创立表明经典力学已不再适用
D．爱因斯坦建立了狭义相对论，把物理学推到高速领域

10．下面说法中正确的是(　　)
①当物体运动速度远小于光速时，相对论物理学和经典物理学的结论没有区别　②当物
体运动速度接近光速时，相对论物理学和经典物理学的结论没有区别　③当普朗克常量
h(6.63×10－34J·s)可以忽略不计时，量子力学和经典力学的结论没有区别　④当普朗克常
量h(6.63×10－34J ·s)不能忽略不计时，量子力学和经典力学的结论没有区别
A．①③ B．②④
C．①④ D．②③


11．20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低速运动的问题，不能用来处理高速运动的问题；只适用于宏观物体，不适用于微观粒子．这说明(　　)
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


【答案】
自主学习：
1．牛顿运动定律　宏观　低速　弱引力　天体力学
2．接近光的速度
3．不变　增大　　速度远小于光速
4．无关　有关　不同
5．粒子性　波动性　量子力学
6．低速　高速　宏观　微观
7．不再适用　没有区别　没有区别
当堂检测:
1．B　[经典力学并不等于牛顿运动定律，牛顿运动定律只是经典力学的基础；经典力学并非万能，也有其适用范围，并不能解决自然界中所有的问题．因此只有搞清牛顿运动定律和经典力学的隶属关系，明确经典力学的适用范围，才能正确解答此类问题．]
方法总结　经典力学不能用来解决微观世界和高速运动中的一些问题．
2．A
3．BC　[经典力学理论只适用于宏观、低速的物体，A错，B对．在经典力学中，物体的速度v?c，所以物体的质量不随运动状态而改变，但相对论和量子力学并不否定经典力学理论，认为它是在一定条件下的特殊情形，C正确，D错误．]
4．D　[“日心说”由哥白尼提出，爱因斯坦创立了相对论理论，A、B错．行星运动定律是开普勒发现的，C错．万有引力定律是牛顿总结提出的，D对．]
5．BC　[牛顿经典力学适用于宏观物体的低速运动；爱因斯坦的狭义相对论适用于微观粒子的高速运动，在低速时得出的结论与经典力学基本一致．]

课后巩固：
6．ACD　[根据公式可得A正确；由公式可知，v?c时，物体质量基本不变，只有当v接近c时，质量才发生较大变化，故B错误，C、D正确．]
7．BC　[相对论并没有否定经典力学，而是认为经典力学是相对论理论在一定条件下的特殊情况，A错．经典力学适用于宏观物体的低速运动，对于微观粒子的高速运动问题经典力学不再适用 ，但相对论、量子力学适用，故B、C对，D错．]
8．C
9．AD　[万有引力定律是牛顿发现的，但在实验室里加以验证是卡文迪许进行的，A对、B错．相对论并没有否定经典力学，经典力学对于低速、宏观运动仍适用，C错．狭义相对论的建立，是人类取得的重大成就，从而把物理学推到更高领域，D对．]
10．A
11．BCD　[人们对客观世界的认识，要受到他所处时代的客观条件和科学水平的制约，所以形成的看法也具有一定的局限性，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．所以A错，B、C、D对．