高一物理导学案 6.6经典力学的局限性
高中物理必修二教案：6.6 经典力学的局限性(附答案)
6.6 经典力学的局限性教学目标一、知识与技能1.了解牛顿运动定律及万有引力定律为基础的经典力学在广阔的领域里有着广泛的应用。
2.知道牛顿运动定律的适用范围。
3.知道物体的质量、长度、时间在高速运动中必须考虑它们随速度变化而变化。
4.明确相对论和量子力学跟经典力学的关系。
二、过程与方法1.通过互联网及教材对信息的收集和处理，逐步学会分析、解决问题以及提高与他人交流、合作的能力。
2.根据学习任务，能计划安排并调控自己的学习过程，有一定的自主学习能力。
三、情感态度与价值观1.培养学生交流合作、评价探究结果的初步能力。
2.培养学生对科学的好奇心与求知欲。
教学重点牛顿运动定律的适用范围。
教学难点高速运动的物体，速度和质量之间的关系。
教学过程一、引入新课教师：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展，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、飞机等各种交通工具，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。
二、新课教学（一）从低速到高速教师：请同学们阅读教材“从低速到高速”部分。
回答低速与高速的概念、质速关系、速度合成与两个公式。
学生：低速到高速的概念，通常所见的物体的运动皆为低速运动，如行驶的汽车，发射的导弹、人造卫星及宇宙飞船等。
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。
质速关系：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，即2201c vm m -=其中m0为静止质量，m是物体速度为v时的质量，c是真空中的光速。
高中物理6.6《经典力学的局限性》教案(新人教版必修2)
6.6经典力学的局限性★新课标要求（一）知识与技能1、了解经典力学的局限性，知道它只在宏观、低速现象领域成立。
2、知道狭义相对论的基本原理和强相互作用及弱相互作用。
（二）过程与方法牛顿通过思考物体在接近光速运动时的现象，认识到长度、质量和经过的时间，都随观察者的参考系（特定观察）而变化，这意味着绝对时间、绝对空间等都是错误的。
（三）情感、态度与价值观认识到牛顿力学的局限性，只适用低速，不适用于高速；只适用于宏观世界，不适用于微观世界。
经典力学具有局限性。
★教学片段一、提出问题：1、速度有无极限。
2、微观粒子的行为与宏观物体是否遵循相同的规律。
3、时间和空间是否是绝对一成不变的。
4、牛顿建立的经典力学已相当完善，爱因斯坦为什么还要提出相对论。
相对论是否全盘否定了牛顿的经典力学理论。
牛顿的局限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。
二、伽利略相对性原理:在彼此作匀速直线运动的惯性系中，一切力学现象都具有相同的规律。
一切彼此作匀速直线运动的惯性系,对于描述物理规律都是等价的。
或在所有惯性系中,物理规律都具有相同的形式。
三.狭义相对论的基本原理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（特定观察）而变化。
这意味着绝对时间、绝对空间等都是错误的。
1、相对时间狭义相对论认为时间不是绝对的（即固定不变的）。
爱因斯坦指出，随着物体（观察者所见到的）线性运动速度的加快，时间会变慢。
使用同步原子钟已证实了这个结论的正确性，将一个钟表留在地面上，而携带另一个以很快速度移动（如在喷气式飞机上），随后进行比较，静止的钟表总比另一个稍微快一点。
6.6 经典力学的局限性
三、从弱引力到强引力
阅读教材P50-P51，思考： 1. 经典力学与行星轨道的矛盾是什么？
2
m0为物体静止时的质量 m是物体速度为v时的质量 c是真空中的光速
光在真空中的 c 3.0 108m / s
【例1】 如果真空中的光速为c=3.0×108 m/s,当一个物体的 运动速度为v1=2.4×108 m/s时，质量m1= 3 kg。当它的速度 为v2=1.8×108 m/s时，质量m2为多少？
从低速到高速---速度变换公式
例：一列火车正以v＝50 m/s的速度高速行驶，列车内一乘客以相对列车u′＝ 5 m/s的速度向前跑，站台上的观察者测得该乘客的速度是u＝v＋u′＝55 m/s. 若列车的速度是0.9c，乘客的速度是0.5c，那么站台上的观察者测得该乘客的 速度是0.9c＋0.5c＝1.4c吗？
答案 不是，光速c是极限速度.
相对论认为： 同一过程的位移和时间测量在不同参考系中是不同的，因 此上式不能成立，经典力学也就不适用了。
从低速到高速---相对论速度变换公式
v
u
车对地的速度为v，人对车的速度为u/
地面上的人看到车上人 相对地面的速度为：
u
u v
1
uv c2
注：如果车上人运动方向与火车运动方向相反，则u/ 取负值
普朗克常数 h 6.631034 J s
旧量子论：普朗克，爱因斯坦，玻尔；
新量子论：海森堡，狄拉克，薛定谔，泡利，德布罗意，玻恩，费米，狄拉克，康普 顿
物理学的“全明星”合影
1927年索尔维会议照片（彩色为后期技术处理）
高中物理导学案人教版必修2：§6. 6经典力学的局限性(教师版)
人教版高一物理必修二第六章 6.6《经典力学的局限性》学案设计
第1 页第2 页3.从宏观到微观19世纪末20世纪初，物理学的研究深入到微观世界，人们发现了电子、质子、中微子等微观粒子。
这些粒子不仅具有粒子性还具有波动性，经典力学一般不适用于微观粒子。
经典力学不适用于微观世界。
4.从弱引力到强压力万有引力定律的发现解释了天体运动的规律，并预言了海王星的存在。
然而天文观测发现了水星旋进现象，如图所示。
1915年，爱因斯坦创立了广义相对论。
这种理论认为，万有引力并不是严格遵守平方反比率，在高密度的星体附近，其引力要大得多的多。
牛顿的引力理论不成立了。
5.经典力学的适用范围只适用于宏观世界，不适用于微观世界；只适用于低速运动，不适用于高速运动．对于微观世界、高速运动，取而代之的是相对论和量子力学。
但是相对论和量子力学并没有否定经典力学，而只认为经典力学是一定条件下的特殊情形。
随堂练习1.关于经典力学的伟大成就，下列论述正确的是( ) ADA．经典力学第一次实现了对自然界认识的理论大综合B．经典力学第一次预言了宇宙中黑洞的存在C．经典力学第一次向人们展示了时间的相对性D．人们借助于经典力学中的研究方法，建立了完整的经典物理学体系2.关于经典力学的局限性，下列说法正确的是( ) BCDA．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光速时，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对3．关于牛顿力学的适用范围，下列说法正确的是( ) CA．宏观高速问题 B．微观低速问题 C．宏观低速问题 D．微观高速问题4．17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( )AA．牛顿B．开普勒C．笛卡儿D．伽利略5．以下说法正确的是( )BCA．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6．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( )DA．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7．下列说法中正确的是( )BCA．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8．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( )BCA．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( )ADA．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10．下面说法中正确的是( )A①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．①③B．②④C．①④D．②③。
高一物理6.6 经典力学的局限性
牛顿力学的绝对时空观 绝对的、真正的和数学的时间自身在流逝着，而且由于其本性 而在均匀地，与任何其他外界事物无关地流逝着，它又可以名之日 “延续性”。绝对的空间，就其本性而言，是与任何事物无关而永 远是相同和不动的。――摘自《牛顿自然哲学著作选》
牛顿──伟大的科学家，经典物理学理论体
系的建立者──正是在欧洲出现政治、经济和科 学文化新变革的时代诞生的。
17 世纪牛顿力学 构成了体系 ，可以说， 这是物理学第一次伟 大的综合。牛顿建立 了两个定律，一个是 运动定律，一个是万 有引力定律，并发展 了变量数学微积分， 具有解决实际问题的 能力。他开拓了天体 力学这一科学，海王 星和冥王星的发现就 充分显示了这一点 。
经典力学的局限性和适用范围
⑴经典力学只适用于处理物体的低速运动（v <<c）
⑵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
⑶经典力学规律只在惯性参考系中成立
——经典力学规律只能用于宏观、低速（与光
速相比）的情形，且只在惯性参考系中成立。
科学与神学 牛顿活了80岁，但他40年用于科学研究，另外40年他居然沉 迷于神学。他用许多“科学现象”来证明上帝的存在，甚至在研究 地球有多少岁时，他居然用《圣经》推算出6000年。这样鲜明的对 比，很难让人们把这些事与这个科学巨人联系起来。 唯一的遗憾 牛顿一生科学贡献卓越， 智商290的他是近代科学的鼻祖， 他开拓了向科学进军的新纪元， 但却因羞于向女孩表白而白白失去 结婚的机会， 然后终生未婚也未育， 便没有他的后人。
诗人亚历山大· 波普(Alexander Pope）为牛顿写下了以下这段 墓志铭：Nature and Nature' law lay hid in night ; God said,"Let Newton be," and all was light。自然与自然的定律，都隐藏在黑暗 之中；上帝说"让牛顿来吧！"于是，一切变为光明。
高中物理必修二--6.6经典力学的局限性
4、经典力学的局限性与适用范围 ⑴经典力学的局限
①恒定的质量： 物体的质量与物体的运动状态无关， 始终恒定不变。
②绝对时空观：经典力学认为：时间与空间无关，时 、空与运动无关，是绝对的物理量。
（阅读课本P49科学漫步） 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。
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．
经典力学一般不适用于微观粒子．
3、从弱引力到强引力
万有引力属于弱引力．利用万有引力定律可以解 释天体的运动，并预言和发现了海王星和冥王星， 首次把天上的星体运动规律与地面物体的运动规 律统一起来。
例题3：火箭以0.75c的速度离开地球，从火箭上向地 球发射一个光信号．火箭上测得光离开的速度是c， 根据过去熟悉的速度合成法则，光到达地球时地球 上测得的光速是多少？根据狭义相对性原理呢？
0.25C、C
例题4：如果真空中的光速为c＝3.0×108 m/s ，当一个物体的运动速度为v1＝2.4×108
相对论与经典力学并不是互相对立的理论，它们能完
美的衔接。三个变换(称为洛仑兹变换)中：当v<<c
时：
t
t0 1 v
2
t0；l l0
1
v c
2
l
五、物理学架构
高速
狭义相对论
广义相对论
宏观低速
经典力学
量子力学
强引力 微观世界
像一切科学一样，经典力学没有也不会穷尽一切真 理，它也有自己的局限性．
二、经典力学的局限性 1、从低速到高速
例如：在一个无限大的光滑水平面
6.6经典力学的局限性 导学案
高一年级物理学科“问题导学案”【课题】：经典力学的局限性编写人：赵林燕审核人:高一全体教师【学习导航】：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。
教学重点：牛顿运动定律的适用范围教学难点：高速运动的物体，速度和质量之间的关系【自主学习问题探究】：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”？【学生自主归纳未掌握的内容】：【实例探究】：［例1］以牛顿运动定律为基础的经典力学，在科学研究和生产技术中有哪些应用?【提示】经典力学在科学研究和生产技术中有广泛的应用.经典力学与天文学相结合建立了天体力学；经典力学和工程实际相结合，建立了应用力学，如水利学、材料力学、结构力学等从地面上各种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、飞机等现代交通工具的运动;从投出篮球到发射导弹、卫星、宇宙飞船，等等，所有这些都服从经典力学规律.［例2］以牛顿运动定律为基础的经典力学的适用范围是什么?【提示】经典力学只适用于解决低速运动问题；不能用来处理高速运动问题，经典力学只适用于宏观物体，一般不适用于微观粒子.高一年级物理学科练案【因人训练】（A档）1、20世纪初，著名物理学家爱因斯坦提出了，改变了经典力学的一些结论.在经典力学中，物体的质量是的，而相对论指出质量随着速度变化而。
2、20世纪初期，建立了，它能够正确地描述微观粒子的运动规律。
3、经典力学只适用于解决问题，不能用来处理问题，经典力学只适用于物体，一般不适用于。
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班级_______________ 姓名_______________
【预习目标】
1.了解经典力学在科学研究和生产技术中的广泛应用。
2.知道经典力学的局限性。
3.知道质量与速度的关系知道高速运动中必须考虑速度对质量的影响。
【课前预习】
1.经典力学的基础是_______________定律，万有引力定律理是建立了人们对牛顿物理学
的尊敬。
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。
2.相对论给出了物体在_______________状态下所遵循的规律，量子力学给出了
_______________世界所遵循的规律，爱因斯坦引力理论解决了_______________作用下的相关问题，而经典力学只适用于______________________________，不适用于______________________________。
3.20世纪初，著名物理学家爱因斯坦提出了_______________，阐述物体在以
_______________运动时所遵从的规律。
在经典力学中，物体的质量是不随_______________改变的，而相对论指出质量随着运动速度的增大而________。
【课堂训练】
1.17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.加利略
2.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做科学贡献的叙述中，说法正确的是（）
A.伽利略创立了“日心说”
B.哥白尼提出了“地心说”
C.爱因斯坦建立了狭义相对论
D.牛顿总结出了万有引力定律
3.下列说法正确的是（）
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，在低速运动时，物体的运动服从牛顿运动定律。
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适用。
【课后作业】
作业本P51 1—9题。