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1、6 經(jīng) 典 力 學 的 局 限 性 學 習 目 標 ： 1.知 道 經(jīng) 典 力 學 的 正 確 性 與 局 限 性 。 2.知 道 經(jīng) 典 力 學 的 適 用 范 圍 。 了 解 相 對 論 、量 子 力 學 的 正 確 性 。 3.理 解 狹 義 相 對 論 中 物 體 質 量 與 速 度 的 關 系 。 4.通 過 對 牛 頓 力 學 適 用 范 圍 的 討 論 ， 使 學 生知 道 物 理 中 的 結 論 和 規(guī) 律 一 般 都 有 其 適 用范 圍 ， 認 識 的 知 識 的 變 化 性 和 無 窮 性 ， 培養(yǎng) 獻 身 于 科 學 的 時 代 精 神 。 經(jīng) 典 力 學 的 基 礎

2、是 牛 頓 運 動 定 律 ， 萬 有 引 力定 律 更 是 樹 立 了 人 們 對 牛 頓 物 理 學 的 尊 敬 。著 名 物 理 學 家 楊 振 寧 曾贊 頌 到 ： “ 如 果 一 定 要舉 出 某 個 人 、 某 一 天 作為 近 代 科 學 誕 生 的 標 志 ，我 選 牛 頓 自 然 哲 學 的數(shù) 學 原 理 在 1687年 出 版的 那 一 天 。 ” 1、 經(jīng) 典 力 學 取 得 了 哪 些 輝 煌 的 成 就 ？ 舉例 說 明 見 課 本 P48.經(jīng) 典 力 學 在 科 學 研 究 和 生 產(chǎn) 技 術 中 有 廣泛 的 應 用 .經(jīng) 典 力 學 與 天 文 學 相 結 合

3、建 立 了天 體 力 學 ； 經(jīng) 典 力 學 和 工 程 實 際 相 結 合 ， 建立 了 應 用 力 學 ， 如 水 利 學 、 材 料 力 學 、 結 構力 學 等 從 地 面 上 各 種 物 體 的 運 動 到 天 體 的 運動 ； 從 大 氣 的 流 動 到 地 殼 的 變 動 ； 從 攔 河 筑壩 、 修 建 橋 梁 到 設 計 各 種 機 械 ； 從 自 行 車 到汽 車 、 火 車 、 飛 機 等 現(xiàn) 代 交 通 工 具 的 運 動 ；從 投 出 籃 球 到 發(fā) 射 導 彈 、 衛(wèi) 星 、 宇 宙 飛 船 ，等 等 ， 所 有 這 些 都 服 從 經(jīng) 典 力 學 規(guī) 律 。討 論

4、 思 考 ? 一、從低速到高速 例 如 ： 在 一 個 無 限 大 的 光 滑 水 平面 上 ， 有 一 質 量 為 m的 物 體 ， 在 一 個 水平 恒 力 F的 作 用 下 ， 從 靜 止 開 始 運 動 。根 據(jù) 牛 頓 第 二 定 律 可 知 物 體 將 以 加 速度 a=F/m做 勻 加 速 直 線 運 動 。由 運 動 學 公 式 可 知 ： 物 體 的 速 度 v=at推 理 ： 隨 著 時 間 的 推 移 ， 物 體 的 速 度 不 斷 增 大 ， 最 終 可 使 物體 獲 得 任 意 速 度 。 但 事 實 并 非 如 此 。 常 識 告 訴 我 們 ， 物 體 運動 速

5、度 是 有 極 限 的 ， 現(xiàn) 在 已 知 的 最 大 速 度 是 光 速 ， 且 現(xiàn) 在 也無 法 使 物 體 運 動 超 越 這 個 速 度 ， 這 是 經(jīng) 典 力 學 無 法 解 答 的 。這 是 什 么 原 因 造 成 的 呢 ？ 是 否 經(jīng) 典 力 學 的 錯 誤 ？ Fm 愛 因 斯 坦 在 狹 義 相 對 論 中 闡 述了 物 體 以 接 近 光 速 運 動 所 遵 循 的規(guī) 律 ， 得 出 了 一 些 不 同 與 經(jīng) 典 力學 的 觀 念 和 結 論 。1、 在 經(jīng) 典 力 學 中 ， 物 體 的質 量 是 不 隨 運 動 狀 態(tài) 改 變 的 ，而 狹 義 相 對 論 認 為

6、： 物 體 的質 量 要 隨 物 體 運 動 速 度 的 增大 而 增 大 ， 即 0 221mm c= - v 1、 在 經(jīng) 典 力 學 和 狹 義 相 對 論 中 ， 物 體 的 質 量 有 何 不 同 ？討 論 思 考 ? 在 經(jīng) 典 力 學 中 位 移 和 時 間 的 測 量 在 不同 的 參 考 系 中 是 相 同 的 ， 相 對 論 認 為 ，同 一 過 程 的 位 移 和 時 間 的 測 量 在 不 同的 參 考 系 中 是 不 同 的 。 。 經(jīng) 典 力 學 中 和 狹 義 相 對 論 對 位 移 和 時 間 在 不 同 的 參 考 系 中 的 測 量 有 何 不 同 的 看

7、法 ？討 論 思 考 ? 例 如 ： (1)v 0 8c時 ， 物 體 的 質 量 約 增 大 到 靜 止 質 量 的1 7倍 ， 這 時 經(jīng) 典 力 學 就 不 再 適 用 了 (2)如 地 球 以 v 30km s的 速 度 繞 太 陽 公 轉 時 ， 它 的質 量 增 大 十 分 微 小 ， 可 以 忽 略 不 計 ， 經(jīng) 典 力 學 完 全 適 用 。 質 -速 關 系 說 明 0 221mm c= - vm0為 靜 止 質 量 ， m是 物 體 速 度 為 v時 的 質 量 ， c是 真 空 中 的 光 速 2.質 速 效 應 方 程 是 什 么 ？ 解 釋 各 物 理 量 的 意

8、義 ？討 論 思 考 ? 二、宏觀到微觀 19世 紀 末 到 20世 紀 初 ， 人 們相 繼 發(fā) 現(xiàn) 了 電 子 、 質 子 、 中 子 等 微觀 粒 子 ， 發(fā) 現(xiàn) 它 們 不 僅 具 有 粒 子 性 ，面 且 具 有 波 動 性 ， 它 們 的 運 動 規(guī) 律不 能 用 經(jīng) 典 力 學 描 述 20世 紀 20年 代 ， 建 立 了 量 子 力學 ， 它 能 夠 正 確 地 描 述 微 觀 粒 子 運動 的 規(guī) 律 性 ， 并 在 現(xiàn) 代 科 學 技 術 中發(fā) 揮 了 重 要 作 用 經(jīng) 典 力 學 一 般 不 適 用 于 微 觀 粒子 普 朗 克 創(chuàng) 立 量 子 力 學 3.相 對 論

9、 和 量 子 力 學 的 出 現(xiàn) ， 是 否 表示 經(jīng) 典 力 學 失 去 了 意 義 ? 相 對 論 和 量 子 力 學 的 出 現(xiàn) ， 說 明 人 類 對 自 然 界的 認 識 更 加 廣 泛 和 深 入 ， 而 不 表 示 經(jīng) 典 力 學失 去 了 意 義 它 只 是 使 人 們 認 識 到 經(jīng) 典 力 學有 它 的 適 用 范 圍 ： 只 適 用 于 低 速 運 動 ， 不 適用 于 高 速 運 動 ， 只 適 用 于 宏 觀 世 界 ， 不 適 用于 微 觀 世 界 。討 論 思 考 ? 三 、 從 弱 引 力 到 強 引 力 萬 有 引 力 屬 于 弱 引 力 利 用 萬 有 引

10、力 定 律 可 以 解釋 天 體 的 運 動 ， 并 預 言 和 發(fā) 現(xiàn) 了 海 王 星 和 冥 王 星 ，首 次 把 天 上 的 星 體 運 動 規(guī) 律 與 地 面 物 體 的 運 動 規(guī) 律統(tǒng) 一 起 來 但 是 宇 宙 中 有 一 些 天 體 ， 例 如 白 矮 星 ， 他 們 的 質 量接 近 太 陽 ， 半 徑 卻 與 地 球 差 不 多 ， 因 此 密 度 高 達 1081010kg/m3;中 子 星 的 密 度 更 是 達 1016 1019kg/m3。 這些 天 體 表 面 的 引 力 比 我 們 常 見 的 引 力 強 的 多 ， 牛 頓 的 引力 理 論 已 經(jīng) 不 適 用

11、 了 。 v4.實 際 的 天 文 觀 測 ， 行 星 的 運 行 軌 道 并 不 是嚴 格 閉 合 的 ， 它 們 的 近 日 點 在 不 斷 地 旋進 經(jīng) 典 力 學 的 解 釋 令 人 滿 意 嗎 ?用 什 么 理 論來 圓 滿 地 進 行 了 解 釋 ? 按 牛 頓 的 萬 有 引 力 定 律 推 算 ， 行 星 的 運動 應 該 是 一 些 橢 圓 或 圓 ， 行 星 沿 著 這 些 橢 圓或 圓 做 周 期 性 運 動 ， 與 實 際 觀 測 結 果 不 符 經(jīng) 典 力 學 也 能 作 出 一 些 解 釋 ， 但 是 ， 水 星 旋進 的 實 際 觀 測 值 比 經(jīng) 典 力 學 的

12、 預 言 值 多 經(jīng)典 力 學 的 解 釋 不 能 令 人 滿 意 討 論 思 考 ? 愛 因 斯 坦 根 據(jù) 廣 義 相 對 論 計 算 出 水 星 近 日 點 的 旋 進 還 應 有 每 百 年 43的 附 加 值 ， 同 時 還預 言 了 光 線 在 經(jīng) 過 大 質 量 的 星 體 附 近 時 ， 如經(jīng) 過 太 陽 附 近 時 會 發(fā) 生 偏 轉 現(xiàn) 象 并 且 都 被觀 測 證 實 5、 歸 納 萬 有 引 力 定 律 與 愛 因 斯 坦 引力 理 論 的 主 要 差 異 1） 牛 頓 的 萬 有 引 力 定 律 認 為 ： 物 體 的 半 徑 減 小 ，其 表 面 的 萬 有 引 力

13、 與 半 徑 的 二 次 方 成 反 比 的增 大 ， 對 于 半 徑 接 近 于 零 的 物 體 。 其 表 面 上的 萬 有 引 力 接 近 于 無 窮 大 。 2） 愛 因 斯 坦 理 論認 為 ： 物 體 的 半 徑 減 小 時 ， 其 表 面 的 萬 有 引力 比 二 次 方 成 反 比 規(guī) 律 增 大 得 多 ， 引 力 趨 于無 窮 大 ， 發(fā) 生 在 接 近 一 個 “ 引 力 半 徑 ” 的 時候 。討 論 思 考 ? 6.歷 史 上 的 科 學 成 就 與 新 的 科 學 成 就的 關 系 是 什 么 ? 歷 史 上 的 科 學 成 就 不 會 被 新 的 科 學 成 就

14、所否 定 ， 而 是 作 為 某 些 條 件 下 的 局 部 情 形 ， 被包 括 在 新 的 科 學 成 就 之 中 如 ： 當 物 體 的 速度 遠 小 于 光 速 c(3X108m s)時 ， 相 對 論 與 經(jīng)典 理 論 的 結 論 沒 有 區(qū) 別 ； 當 另 一 個 重 要 常 數(shù)即 “ 普 朗 克 常 數(shù) ” h(6 63X10-34Js)可 以 忽略 不 計 時 量 子 力 學 和 經(jīng) 典 力 學 的 結 論 沒 有區(qū) 別 相 對 論 和 量 子 力 學 都 沒 有 否 定 過 去 的科 學 。討 論 思 考 ? 一、經(jīng)典力學規(guī)律只能用于：經(jīng) 典 力 學 只 適 用 于 解 決

15、低 速 運 動 、 宏觀 物 體 、 弱 引 力 作 用 問 題 ， 不 能 用 來處 理 高 速 運 動 、 微 觀 粒 子 、 強 引 力 作用 問 題 。 【 概 念 規(guī) 律 練 】1 以 下 說 法 正 確 的 是 ( )A 經(jīng) 典 力 學 理 論 普 遍 適 用 ， 大 到 天 體 ， 小 到 微 觀 粒子 均 適 用B 經(jīng) 典 力 學 理 論 的 成 立 具 有 一 定 的 局 限 性C 在 經(jīng) 典 力 學 中 ， 物 體 的 質 量 不 隨 運 動 狀 態(tài) 而 改 變D 相 對 論 與 量 子 力 學 否 定 了 經(jīng) 典 力 學 理 論 知 識 點 一 經(jīng) 典 力 學 BC 2

16、對 于 公 式 ， 下 列 說 法 中 正 確 的 是 ( ) A 式 中 的 m是 物 體 以 速 度 v運 動 時 的 質 量 B 當 物 體 的 運 動 速 度 v0時 ， 物 體 的 質 mm0， 即 物 體 的質 量 改 變 了 ， 故 經(jīng) 典 力 學 不 適 用 ， 所 以 是 不 正 確 的 C 當 物 體 以 較 小 速 度 運 動 時 ， 質 量 變 化 非 常 小 ， 經(jīng) 典 力學 理 論 仍 然 適 用 ， 只 有 當 物 體 以 接 近 光 速 的 速 度 運 動 時 ，質 量 變 化 才 明 顯 ， 故 經(jīng) 典 力 學 適 用 于 低 速 運 動 ， 而 不 適 用于

17、 高 速 運 動 物 體 D 通 常 由 于 物 體 的 運 動 速 度 太 小 ， 故 質 量 的 變 化 引 不 起我 們 的 感 覺 ， 在 分 析 地 球 上 物 體 的 運 動 時 ， 不 必 考 慮 質 量的 變 化 0 221 mm c= - v ACD 3 物 理 學 的 發(fā) 展 豐 富 了 人 類 對 物 質 世 界 的 認 識 ，推 動 了 科 學 技 術 的 創(chuàng) 新 和 革 命 ， 促 進 了 物 質生 產(chǎn) 的 繁 榮 與 人 類 文 明 的 進 步 ， 下 列 表 述 正確 的 是 ( ) A 牛 頓 發(fā) 現(xiàn) 了 萬 有 引 力 定 律 B 牛 頓 通 過 實 驗 證

18、實 了 萬 有 引 力 定 律 C 相 對 論 的 創(chuàng) 立 表 明 經(jīng) 典 力 學 已 不 再 適 用 D 愛 因 斯 坦 建 立 了 狹 義 相 對 論 ， 把 物 理 學 推到 高 速 領 域 AD 4 下 面 說 法 中 正 確 的 是 ( ) 當 物 體 運 動 速 度 遠 小 于 光 速 時 ， 相 對 論 物理 學 和 經(jīng) 典 物 理 學 的 結 論 沒 有 區(qū) 別 當 物體 運 動 速 度 接 近 光 速 時 ， 相 對 論 物 理 學 和 經(jīng)典 物 理 學 的 結 論 沒 有 區(qū) 別 當 普 朗 克 常 量h(6.63 10 34Js)可 以 忽 略 不 計 時 ， 量 子力

19、學 和 經(jīng) 典 力 學 的 結 論 沒 有 區(qū) 別 當 普 朗克 常 量 h(6.63 10 34J s)不 能 忽 略 不 計 時 ，量 子 力 學 和 經(jīng) 典 力 學 的 結 論 沒 有 區(qū) 別A B C D A 5 20世 紀 以 來 ， 人 們 發(fā) 現(xiàn) 了 一 些 新 的 事 實 ，而 經(jīng) 典 力 學 卻 無 法 解 釋 ， 經(jīng) 典 力 學 只 適 用 于解 決 物 體 低 速 運 動 的 問 題 ， 不 能 用 來 處 理 高速 運 動 的 問 題 ； 只 適 用 于 宏 觀 物 體 ， 不 適 用 于 微 觀 粒 子 這 說 明 ( ) A 隨 著 認 識 的 發(fā) 展 ， 經(jīng) 典 力 學 已 成 了 過 時的 理 論 B 人 們 對 客 觀 事 物 的 具 體 認 識 ， 在 廣 度 上 是有 局 限 性 的 C 不 同 領 域 的 事 物 各 有 其 本 質 與 規(guī) 律 D 人 們 應 當 不 斷 擴 展 認 識 ， 在 更 廣 闊 的 領 域內 掌 握 不 同 事 物 的 本 質 與 規(guī) 律BCD 謝 謝 !