6.6 经典力学的局限性-2020-2021学年高一下学期人教版物理必修2课件32 张PPT
文档属性
| 名称 | 6.6 经典力学的局限性-2020-2021学年高一下学期人教版物理必修2课件32 张PPT |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 1.6MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-04-01 08:22:35 | ||
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文档简介
6.6 经典力学的局限性
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}序号
知识目标
学法建议
课标要求
1
经典力学的发展历程和伟大成就
阅读课本
了解
2
经典力学的适用范围和局限性。
阅读课本
知道
3
相对论、量子力学和经典力学的关系
阅读课本
了解
学习目标
1、第一宇宙速度的推导
V1=7.9km/s
最小发射速度
最大运行速度
2、卫星运行规律( 高轨低速长周期 )
3、同步卫星(六定)
轨道面（赤道面）、r、an 、v、w、T一定
知识回顾
牛顿在前人研究的基础上,取得了非凡的成就.运动三定律和万有引力定律成功地描述了天上行星、卫星、彗星的运动，又完满地解释了地上潮汐和其他物体的运动。此后人们认为自然界的一切已知运动都可以通过牛顿(经典)力学定律来解释.因此牛顿(经典)力学被看作是科学解释的最高权威和最后标准。
经典力学
力
动量
能量
生物力学
热弹性力学
磁流体力学
化学流体动力学
等离子体动力学
地质力学
天体力学
塑性力学
流体力学
弹性力学
刚体力学
经典力学的发展过程
伽利略、第谷
哥白尼、亚里士多德
笛卡尔、胡克、哈雷等
如果说我看得远，那是因为我站在巨人们的肩上。
——牛顿
经典力学金字塔的建立
开普勒
牛顿
经典力学的发展过程
经典力学的基础是牛顿运动定律，万有引力定律更是树立了人们对牛顿物理学的尊敬。
物理学家杨振宁曾赞颂到：“如果一定要举出某个人、某一天作为近代科学诞生的标志，我选牛顿《自然哲学的数学原理》在1687年出版的那一天。”
牛顿的《自然哲学的数学原理》被评价为科学史上最伟大的著作
经典力学的发展过程
物理学发展到19世纪末期，可以说已经达到了相当完美，成熟的程度。物理学的辉煌成就，使得不少物理学家踌躇满志、沉溺于欢快陶醉之中，于是产生了这样一种看法：物理学的大厦已经落成，今后物理学家用不着再干什么了，只需要把各种数据测得精确些就行了。
然而，此刻在物理学的万里晴空中却飘来了两朵乌云，物理学上出现了一系列新的发现。这些无法用经典物理学解释的新发现，使经典物理学陷入了危机。第一朵与迈克尔逊实验有关，第二朵与黑体辐射有关。正是这两朵乌云的飘动，引来了20世纪物理学革命的暴风骤雨，使整个自然科学进入了一个崭新的阶段。这“两朵乌云”成为20世纪伟大物理学革命的导火线。
事隔不到一年，就从第一朵乌云中降生了相对论，紧接着从第二朵乌云中降生了量子论。经典物理学的大厦被彻底动摇.事实上，在十九世纪末，光电效应、原子光谱和原子的稳定性等实验事实也接二连三地和经典物理学的理论发生了尖锐的对立。 量子论的建立，使人类对物质的认识由宏观世界进入微观世界。
索尔维会议
爱因思坦、海森伯、玻尔、狄拉克、薛定谔、泡利、普朗克、波恩、居里...全是牛人
索尔维会议
对牛顿运动定律受参考系限制的认识
可见，在非惯性系中，牛顿定律不再成立。
经典力学的发展过程
经典力学受速度限制的分析
伽利略和牛顿的绝对时空观认为，同一物体运动的时间和长度（位移）在不同的参考系中，测量结果是相同的。
牛顿力学的绝对时空观
1)绝对时空观
认为时间与空间无关，时空与运动无关，是绝对的物理量。
2)当一些问题牛顿解释不了时，它就只好用上帝的万能来解释，为此牛顿花费了后半生的心血，这正是牛顿的悲剧。
经典力学的发展过程
经典力学受速度限制的分析
在惯性参考系中，牛顿定律成立；
非惯性参考系中，牛顿定律不成立。
一、从低速到高速
如：在一个无限大的光滑水平面上，有一质量为m的物体，在一个水平恒力F的作用下，从静止开始运动。根据牛顿第二定律可知物体将以加速度a=F/m做匀加速直线运动。
由运动学公式可知：物体的速度v=at
推理：随着时间的推移，物体的速度不断增大，最终可使物体获得任意速度。但事实并非如此，常识告诉我们，物体运动速度是有极限的，现在已知的最大速度是光速，且现在也无法使物体运动超越这个速度。速度远小于光速时，经典力学完全适用。当物体的速度接近光速时，经典力学就不适用了。
F
m
1905年，出生于德国的美籍物理学家阿尔伯特·爱因斯坦（1879─1955）发表了狭义相对论。这个理论指出在宇宙中唯一不变的是光线在真空中的速度，其它任何事物──速度、长度、质量和经过的时间，都随观察者的参考系而变化。
相对性的基本原理
相对质量
在经典力学中，物体的质量是不变的，但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
m0为物体静止时的质量
m是物体速度为v时的长度
c是真空中的光速
——动质量增大
1、相对性原理
质量随速度增大而增大
相对时间
相对长度
2、光速不变原理
适用条件：
惯性系、真空
“照亮我的道路,并不断给我新的勇气去愉快地正视生活理想的是善、是美、是真”。
他剖析自己的科学感受时说：
Einstein 对相对论的解释:
当你和一个漂亮姑娘在一起坐一小时,你感觉只坐了一分钟,当你坐在火炉旁一分钟,就好象坐了一小时,这就是相对论。
“ 科学的头脑就是去怀疑,
去证实,
去发现的精神! ”
Albert Einstein
世纪伟人
二、从宏观到微观
19世纪末到20世纪初，人们相继发现了电子、质子、中子等微观粒子，发现它们不仅具有粒子性，面且具有波动性，它们的运动规律不能用经典力学描述。
20世纪20年代，建立了量子力学，它能够正确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。
三.从弱引力到强引力
物体间的万有引力是弱引力，经典力学适用
天体半径减小到一定程度时,如白矮星中子星，密度特别大，天体间的引力非常大 ，属于强引力。经典力学不再适用。黑洞这种极端条件下的宇宙天体。它有极强的吸引力，光也无法逃脱。
爱因斯坦广义相对论
爱因斯坦用广义相对论完美地解释了“水星进动”现象，还预言了光线在经过大质量的星体时会发生偏转，后来被观测证实。
宇宙中有一些天体，例如白矮星，质量跟太阳差不多，但半径跟地球差不多，密度很大，这些天体表面的引力比我们常见的引力大得多，牛顿的引力理论不再适用。
2017年10月16日，全球多国科学家同步举行新闻发布会，宣布人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波，并同时"看到"这一壮观宇宙事件发出的电磁信号。
相对论和量子力学的出现，是否表示经典力学失去了意义?
相对论和量子力学的出现，说明人类对自然界的认识更加广泛和深入，而不表示经典力学失去了意义。它只是使人们认识到经典力学有它的适用范围：
只适用于低速运动，不适用于高速运动，
只适用于宏观世界，不适用于微观世界。
讨论与交流
互为补充，互不矛盾，互不否定共同支撑起物理学科的骨架。
宏观低速
高速
强引力
相对论、量子力学和经典力学的关系.
经典力学
狭义相对论
广义相对论
量子力学
微观世界
经典力学的适用范围：
惯性系、宏观、低速、弱引力
宏观低速
高速
强引力
经典力学
狭义相对论
广义相对论
量子力学
微观世界
课堂小结
1、(2019·北师大附中高二上期中)下列关于经典力学的说法正确的是
A.经典力学适用于宏观、低速(远小于光速)运动的物体
B.经典力学适用于微观、高速(接近光速)运动的粒子
C.涉及强引力时，经典力学同样适用
D.相对论和量子力学的出现，表明经典力学已被完全否定了
√
达标检测
2、(多选)爱因斯坦的引力理论成就表现在
A.预言和发现了海王星
B.水星近日点旋进存在每百年43″的附加值
C.光线在经过大质量星体附近时会发生偏转现象
D.天体间的引力与半径的平方成反比
√
√
(相对论质速关系)(多选)对于公式m＝ 下列说法中正确的是
A.式中的m0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
再适用
C.当物体以较小速度运动时，质量变化十分微弱，经典力学理论仍然适用，只有当物
体以接近光速运动时，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
D.由于宏观物体的运动速度很小，故我们感觉不到质量的变化，在分析地球上物体的
运动时，不必考虑质量的变化
√
√
谢谢聆听！
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}序号
知识目标
学法建议
课标要求
1
经典力学的发展历程和伟大成就
阅读课本
了解
2
经典力学的适用范围和局限性。
阅读课本
知道
3
相对论、量子力学和经典力学的关系
阅读课本
了解
学习目标
1、第一宇宙速度的推导
V1=7.9km/s
最小发射速度
最大运行速度
2、卫星运行规律( 高轨低速长周期 )
3、同步卫星(六定)
轨道面（赤道面）、r、an 、v、w、T一定
知识回顾
牛顿在前人研究的基础上,取得了非凡的成就.运动三定律和万有引力定律成功地描述了天上行星、卫星、彗星的运动，又完满地解释了地上潮汐和其他物体的运动。此后人们认为自然界的一切已知运动都可以通过牛顿(经典)力学定律来解释.因此牛顿(经典)力学被看作是科学解释的最高权威和最后标准。
经典力学
力
动量
能量
生物力学
热弹性力学
磁流体力学
化学流体动力学
等离子体动力学
地质力学
天体力学
塑性力学
流体力学
弹性力学
刚体力学
经典力学的发展过程
伽利略、第谷
哥白尼、亚里士多德
笛卡尔、胡克、哈雷等
如果说我看得远，那是因为我站在巨人们的肩上。
——牛顿
经典力学金字塔的建立
开普勒
牛顿
经典力学的发展过程
经典力学的基础是牛顿运动定律，万有引力定律更是树立了人们对牛顿物理学的尊敬。
物理学家杨振宁曾赞颂到：“如果一定要举出某个人、某一天作为近代科学诞生的标志，我选牛顿《自然哲学的数学原理》在1687年出版的那一天。”
牛顿的《自然哲学的数学原理》被评价为科学史上最伟大的著作
经典力学的发展过程
物理学发展到19世纪末期，可以说已经达到了相当完美，成熟的程度。物理学的辉煌成就，使得不少物理学家踌躇满志、沉溺于欢快陶醉之中，于是产生了这样一种看法：物理学的大厦已经落成，今后物理学家用不着再干什么了，只需要把各种数据测得精确些就行了。
然而，此刻在物理学的万里晴空中却飘来了两朵乌云，物理学上出现了一系列新的发现。这些无法用经典物理学解释的新发现，使经典物理学陷入了危机。第一朵与迈克尔逊实验有关，第二朵与黑体辐射有关。正是这两朵乌云的飘动，引来了20世纪物理学革命的暴风骤雨，使整个自然科学进入了一个崭新的阶段。这“两朵乌云”成为20世纪伟大物理学革命的导火线。
事隔不到一年，就从第一朵乌云中降生了相对论，紧接着从第二朵乌云中降生了量子论。经典物理学的大厦被彻底动摇.事实上，在十九世纪末，光电效应、原子光谱和原子的稳定性等实验事实也接二连三地和经典物理学的理论发生了尖锐的对立。 量子论的建立，使人类对物质的认识由宏观世界进入微观世界。
索尔维会议
爱因思坦、海森伯、玻尔、狄拉克、薛定谔、泡利、普朗克、波恩、居里...全是牛人
索尔维会议
对牛顿运动定律受参考系限制的认识
可见，在非惯性系中，牛顿定律不再成立。
经典力学的发展过程
经典力学受速度限制的分析
伽利略和牛顿的绝对时空观认为，同一物体运动的时间和长度（位移）在不同的参考系中，测量结果是相同的。
牛顿力学的绝对时空观
1)绝对时空观
认为时间与空间无关，时空与运动无关，是绝对的物理量。
2)当一些问题牛顿解释不了时，它就只好用上帝的万能来解释，为此牛顿花费了后半生的心血，这正是牛顿的悲剧。
经典力学的发展过程
经典力学受速度限制的分析
在惯性参考系中，牛顿定律成立；
非惯性参考系中，牛顿定律不成立。
一、从低速到高速
如：在一个无限大的光滑水平面上，有一质量为m的物体，在一个水平恒力F的作用下，从静止开始运动。根据牛顿第二定律可知物体将以加速度a=F/m做匀加速直线运动。
由运动学公式可知：物体的速度v=at
推理：随着时间的推移，物体的速度不断增大，最终可使物体获得任意速度。但事实并非如此，常识告诉我们，物体运动速度是有极限的，现在已知的最大速度是光速，且现在也无法使物体运动超越这个速度。速度远小于光速时，经典力学完全适用。当物体的速度接近光速时，经典力学就不适用了。
F
m
1905年，出生于德国的美籍物理学家阿尔伯特·爱因斯坦（1879─1955）发表了狭义相对论。这个理论指出在宇宙中唯一不变的是光线在真空中的速度，其它任何事物──速度、长度、质量和经过的时间，都随观察者的参考系而变化。
相对性的基本原理
相对质量
在经典力学中，物体的质量是不变的，但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
m0为物体静止时的质量
m是物体速度为v时的长度
c是真空中的光速
——动质量增大
1、相对性原理
质量随速度增大而增大
相对时间
相对长度
2、光速不变原理
适用条件：
惯性系、真空
“照亮我的道路,并不断给我新的勇气去愉快地正视生活理想的是善、是美、是真”。
他剖析自己的科学感受时说：
Einstein 对相对论的解释:
当你和一个漂亮姑娘在一起坐一小时,你感觉只坐了一分钟,当你坐在火炉旁一分钟,就好象坐了一小时,这就是相对论。
“ 科学的头脑就是去怀疑,
去证实,
去发现的精神! ”
Albert Einstein
世纪伟人
二、从宏观到微观
19世纪末到20世纪初，人们相继发现了电子、质子、中子等微观粒子，发现它们不仅具有粒子性，面且具有波动性，它们的运动规律不能用经典力学描述。
20世纪20年代，建立了量子力学，它能够正确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。
三.从弱引力到强引力
物体间的万有引力是弱引力，经典力学适用
天体半径减小到一定程度时,如白矮星中子星，密度特别大，天体间的引力非常大 ，属于强引力。经典力学不再适用。黑洞这种极端条件下的宇宙天体。它有极强的吸引力，光也无法逃脱。
爱因斯坦广义相对论
爱因斯坦用广义相对论完美地解释了“水星进动”现象，还预言了光线在经过大质量的星体时会发生偏转，后来被观测证实。
宇宙中有一些天体，例如白矮星，质量跟太阳差不多，但半径跟地球差不多，密度很大，这些天体表面的引力比我们常见的引力大得多，牛顿的引力理论不再适用。
2017年10月16日，全球多国科学家同步举行新闻发布会，宣布人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波，并同时"看到"这一壮观宇宙事件发出的电磁信号。
相对论和量子力学的出现，是否表示经典力学失去了意义?
相对论和量子力学的出现，说明人类对自然界的认识更加广泛和深入，而不表示经典力学失去了意义。它只是使人们认识到经典力学有它的适用范围：
只适用于低速运动，不适用于高速运动，
只适用于宏观世界，不适用于微观世界。
讨论与交流
互为补充，互不矛盾，互不否定共同支撑起物理学科的骨架。
宏观低速
高速
强引力
相对论、量子力学和经典力学的关系.
经典力学
狭义相对论
广义相对论
量子力学
微观世界
经典力学的适用范围：
惯性系、宏观、低速、弱引力
宏观低速
高速
强引力
经典力学
狭义相对论
广义相对论
量子力学
微观世界
课堂小结
1、(2019·北师大附中高二上期中)下列关于经典力学的说法正确的是
A.经典力学适用于宏观、低速(远小于光速)运动的物体
B.经典力学适用于微观、高速(接近光速)运动的粒子
C.涉及强引力时，经典力学同样适用
D.相对论和量子力学的出现，表明经典力学已被完全否定了
√
达标检测
2、(多选)爱因斯坦的引力理论成就表现在
A.预言和发现了海王星
B.水星近日点旋进存在每百年43″的附加值
C.光线在经过大质量星体附近时会发生偏转现象
D.天体间的引力与半径的平方成反比
√
√
(相对论质速关系)(多选)对于公式m＝ 下列说法中正确的是
A.式中的m0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
再适用
C.当物体以较小速度运动时，质量变化十分微弱，经典力学理论仍然适用，只有当物
体以接近光速运动时，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
D.由于宏观物体的运动速度很小，故我们感觉不到质量的变化，在分析地球上物体的
运动时，不必考虑质量的变化
√
√
谢谢聆听！