《经典力学的局限性》课件4
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新人教必修二6.6经典力学的局限性课件(共17张PPT)
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v c
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相对长度 爱尔兰物理学家乔治·佛兹杰拉德
（1851──1901）提出，物质会在运动的方向
上收缩（缩小），这意味着根据一个静止观察
者的观点，一枚以接近光速运行的火箭所表现
出的长度会比它静止时更短，尽管乘坐火箭的
人看来并没有什么两样。爱因斯坦指出，任何
物体以光速运动时，其长度将会缩短为零。
经典力学在非惯性系不再适用
经典力学在微观领域不再适用 对于强引力，经典的引力理论也是不适用的
三、经典力学与狭义相对论
1905年，爱因斯坦 （1879─1955）发表了狭 义相对论:在宇宙中唯一 不变的是光在真空中的 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。
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。
“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”。
Albert Einstein 世纪伟人
“ 科学的头脑就是去怀疑, 去证实,
46年如一日，怎么说?天文学家森梅西坚斯博士 认为，他们有可能闯入了一个“时空隧道”，几十 年后复出人间，却全然不知道已经过了那么久时间。
❖ 9、春去春又回，新桃换旧符。在那桃花盛开的地方，在这醉人芬芳的季节，愿你生活像春天一样阳光，心情像桃花一样美丽，日子像桃子一样甜蜜。 2021/3/162021/3/16Tuesday, March 16, 2021
阅读思考：
1、经典力学取得了哪些辉煌的成就？
2、经典力学在哪些领域不能适用？能说出为 什么吗？
经典力学的局限性 课件
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．
特别说明 根据相对论的质量和速度的关系，若某物体的运动速 度达到光速 c，它的质量应是无穷大，这显然不符合事实， 光速 c 是所有物体的最大速度．
提示：宏观、低速运动的物体．
经典力学与相对论、量子力学的比较．
比较项 形成时期 适用范围
经典力学
相对论、量子力学
物理学形成的初期阶段 形成于物理学充分
，受历史发展限制，理 发展的现代，理论
论较肤浅、片面
较完善、科学
低速运动、宏观世界， 弱引力作用
任何情况都适用
速度对质 量的影响
物体的质量不随其速度的 变化而变化
2．速度对质量的影响．
(1)在经典力学中，物体的质量不随速度而变．根据
牛顿第二定律 F＝ma 知，物体在力 F 作用下做匀变速运
动，只要时间足够长，物体的运动速度就可以增加到甚
至超过光速 c. (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＝
m1－0 vc22，其中 m0 为物体静止时
答案：C
对论指出，质量要随物体运动速度的增大而增大，即 m m0
＝____1_－__vc_22_，两者在速度远小于光速的条件下是统一的．
2．从宏观到微观． (1)从 19 世纪末至 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 现它们不仅具有粒子性，同时还具有波动性.20 世纪 20 年代，量子力学建立，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． (2)经典力学的适用范围，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．
经典力学的局限性 ppt课件
对牛顿运动定律受参考系限制的认识
经典力学中的空间和时间 力学的目的在于描述物体在空间中的位
置如何随"时间"而改变。 这里,"位置"和"空间"应如何理解是不清
楚的。设一架飞机正在匀速地行驶,从飞机上 投下一枚炸弹。那么,如果不计空气阻力的影 响,飞行员看见炸弹是沿直线落下的。从地面 上观察这一举动的行人则看到炸弹是沿抛物
两种不同的时空观
"科学漫步"栏目中提到了牛顿和爱因斯坦的
两种不同的时空观。 牛顿认为:空间是独立于物体及其运动而存在的,
时间也是独立于物体及其运动而存在的,这是一种 经典时空观。
爱因斯坦则认为:在研究物体的高速运动(速度
接近真空中的光速)时,物体的长度即物体占有的空
间,以及物理过程、化学过程,甚至还有生命过程的
法 国,1596 ～1650 年
观察实验、 假设、数 学推理三 者相结合
实验观 察、数 学推理
惠更斯 荷 兰,1629～ 1695年
实验、数学 推理
牛顿
英 国,1642～ 1727年
归纳与演绎、 综合与分析、 实验观察等
力学 方面 的主 要成 就
两个反面的结论: ①自由落
①力是维持物体 运动的原因。
②重的物体比轻
体运动规 律。
②力学相
惯性定 律
的物体下落得快。 对性原理 ppt课件
①制成了世
界上第一架 计时摆钟。 ①三大运动
定律、②万 ②测量出重 有引力定律。 力加速度的
值。
6
经典力学的基础是牛顿运动定律, 万有引力定律更确立了牛顿的地位,牛 顿运动定律和万有引力定律在宏观、低 速、弱引力的广阔领域,经受实践检验。
人教版高中物理课件-经典力学的局限性
1
v c
2
(3)經典力學只適用於低速運動，不適用於高速運動。
四、從宏觀到微觀
(1)宏觀世界粒子的運動特點： 粒子具有確定的運動軌跡，根據質點的運動規律，
應用牛頓力學可以準確地預測質點在某時刻的位置。 (2)微觀粒子的運動特點：
就單個粒子來說，其運動沒有確定的運動軌跡，微 觀粒子既有粒子性，又有波動性。 (3)經典力學只適用於宏觀世界不適用於微觀世界。
6 經典力學的局限性
1.知道牛頓運動定律的適用範圍。 2.瞭解經典力學在科學研究和生產技術中的廣泛應用。
3.知道品質與速度的關係，知道高速運動中必須考慮 速度隨時間的變化 。
一.經典力學的發展歷程
重大成就 阿基米德發現浮力定律 開普勒發現行星運動定律 伽利略闡明了運動的相對性原理 伽利略發現了自由落體運動規律、慣性原理 帕斯卡發現帕斯卡原理 馬德堡半球實驗：驗證大氣壓力 發現胡克定律——彈簧彈力和形變的關係 牛頓發表《自然哲學的數學原理》，闡明了運動定律和萬有引力 定律
A．物體的品質與物體的運動速度無關 B．物體的品質隨物體運動速度的增大而增大 C．物體的品質隨物體運動速度的增大而減小 D．當物體的運動速度接近光速時，品質趨於零
m 2m.0對於公式
，下列說法中正確的是( CD )
1
v c
2
A．式中的m0是物體以速度v運動時的品質
B．當物體的運動速度v>0時，物體的品質為m>m0，即物
答案：不矛盾。牛頓力學規律只在慣性參考系中成立。
1.從低速到高速：經典力學適用於低速; 2.從宏觀到微觀：經典力學適用於宏觀; 3.從弱力到強力：經典力學適用於弱力。
六、經典力學的局限性和適用範圍
⑴經典力學只適用於物體的低速運動（v <<c） ⑵經典力學不適用於微觀領域中物質結構和能量不 連續的現象 ⑶經典力學規律只在慣性參考系中成立 ——經典力學規律只能用於宏觀、低速（與光速相 比）的情形，且只在慣性參考系中成立。
人教版必修二第六章 6.6经典力学的局限性(16张PPT)
量子力学的创始人们说过：世界上能够理解量 子力学的没有几个人。
量子力学的创始人之一玻尔一生中都在与爱因 斯坦争论量子力学的正确性。
量子力学的博大精深，让玻尔和费曼这样的天 才科学家也只能以最谦虚的态度来诉说。
广义相对论诞生
从弱引力到强引力
水星的轨道在近日点不断地旋进，实际观察值比经典力学
的预言值多； 密度非常高的天体，如白矮星、中子星等表面的引力比经
典力学计算值差别大得多； 太阳的引力会使光线弯曲，经典力学无法解释;
1915年，爱因斯坦创立了广义相对论，这是一种新的
时空与引力理论，能完美的解决经典力学解决不了的问题。
从低速到高速，从宏观到微观，从弱引力到强引力， 经典力学理论遇到了困难。相对论和量子力学的建立在一定 程度上完善了我们的物理体系，当然科学的道路是无止境的， 需要更多的科学家进一步去探索。
经典力学的成就
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。
著名物理学家杨振宁曾赞颂 道：“如果一定要举出某个人、 某一天作为近代科学诞生的标志，
牛顿的《自然哲学
我选牛顿《自然哲学的数学原理》的数学原理》被评价为 科学史上最伟大的著作
在1687年出版的那一天。”
经典力学的局限性
经典力学 量子力学
弱引力
微观世界
经典时空观和相对论时空观
描述一个物体的运动必须选择一个参考系，然后研究这一 物体相对于参考系是如何运动的。
比如：两个小球A和B同时做自由落体运动，均受重力作 用。如果以小球A为参考系，小球B是静止的，可是小球B受到 的合力不为零。所以小球A相对于小球B这个参考系而言，并 不符合牛顿运动定律。
量子力学诞生
从宏观到微观
量子力学的创始人之一玻尔一生中都在与爱因 斯坦争论量子力学的正确性。
量子力学的博大精深，让玻尔和费曼这样的天 才科学家也只能以最谦虚的态度来诉说。
广义相对论诞生
从弱引力到强引力
水星的轨道在近日点不断地旋进，实际观察值比经典力学
的预言值多； 密度非常高的天体，如白矮星、中子星等表面的引力比经
典力学计算值差别大得多； 太阳的引力会使光线弯曲，经典力学无法解释;
1915年，爱因斯坦创立了广义相对论，这是一种新的
时空与引力理论，能完美的解决经典力学解决不了的问题。
从低速到高速，从宏观到微观，从弱引力到强引力， 经典力学理论遇到了困难。相对论和量子力学的建立在一定 程度上完善了我们的物理体系，当然科学的道路是无止境的， 需要更多的科学家进一步去探索。
经典力学的成就
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。
著名物理学家杨振宁曾赞颂 道：“如果一定要举出某个人、 某一天作为近代科学诞生的标志，
牛顿的《自然哲学
我选牛顿《自然哲学的数学原理》的数学原理》被评价为 科学史上最伟大的著作
在1687年出版的那一天。”
经典力学的局限性
经典力学 量子力学
弱引力
微观世界
经典时空观和相对论时空观
描述一个物体的运动必须选择一个参考系，然后研究这一 物体相对于参考系是如何运动的。
比如：两个小球A和B同时做自由落体运动，均受重力作 用。如果以小球A为参考系，小球B是静止的，可是小球B受到 的合力不为零。所以小球A相对于小球B这个参考系而言，并 不符合牛顿运动定律。
量子力学诞生
从宏观到微观
课件4：6.6 经典力学的局限性
物体的质量随运动速度的增大而增大，物体的质量与运动速度
的关系是m＝___m_1－_0 _vc_22_.
.
其中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．
二、从宏观到微观
1．宏观世界物体的运动特点．
宏观物体具有确定的运动轨迹．根据质点的运动规律，应 用牛顿力学可以准确地预测质点在某时刻的__位是航 空航天技术的理论基础
2.局限性．
(1)从低速到高速．
牛顿力学所研究的各种物体的速度远远小于真空中的光速， 物体的质量、时间、空间的存在和测量均与运动无关．而爱因 斯坦的狭义相对论阐述的物体在以接近光速运行时的运动规律 与经典力学是不同的．
在经典力学中，物体的质量m是不随运动状态改变的，而 狭义相对论指出，质量要随着物体运动速度的增大而增大，即
②第谷的工作为发现行星运动规律创造了前提
③说明第谷没有真正发挥主观能动性
④第谷缺少的是对感性材料的加工制作
A．②③
B．①②③ C．①④
D．②④
解析：第谷经过20年的观察发现了天体的运动情况， 但并没有总结形成理论，为开普勒、牛顿建立天体的运动规 律创造了前提．
答案：D
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
2．对于下列说法正确的是( ) A．经典力学的质量是不变的 B．经典力学的时间和空间是独立于物体运动的 C．万有引力定律适用于强作用力 D．物体的速度可以是任意值
解析：万有引力定律适用于弱作用，不适用于强作用力． 答案：AB
3．关于经典力学和相对论，下列说法正确的是( ) A．经典力学和相对论是各自独立的学说，互不相容 B．相对论是在否定了经典力学的基础上建立起来的 C．相对论和经典力学是两种不同的学说，二者没有联系 D．经典力学包含于相对论之中，经典力学是相对论的特例
《经典力学的局限性》名师课件
笛卡儿、伽利略、开普勒、哥白尼、阿基米德等
卡文迪许、惠更斯、培根等
后有“大师”发展完善
你知道巨人 的名字吗？
1736年，欧拉写成了《力学》一书，把牛顿的质点力学推广到 刚体的场合，引入了惯量的概念，论述了刚体运动的问题 。
1738年，伯努利出版了《流体力学》，解决了流体运动问题。
拉普拉斯在1799～1825年间完成的《天体力学》，专门用牛顿力学处 理天体问题，解决了各种各样的疑难。成为航空航天技术的理论基础。
二十世纪初，随着电子发现，物理学进入到原子内 部的微观领域，经典力学的规律也不适用。
什么是“高速”？ 光速或接近光速
真空中光速 C 3108 m / s
什么物质“高速”运动？ 电磁波，等于光速 高能微观粒子，接近光速 宏观物体的运动都是低速的
如地球绕太阳公转的速度为 3104 m / s
v1
V
杨振宁：《原理》出版是近代科学诞生的标志
科学方法，影响深远
继承、发扬光大
经典力学方法的典型就是伽利略和牛顿的研究方法。
伽利略开创了将实验、逻辑（数学）相结合的方法。
牛顿的方法可称为“归纳-演绎法“。牛顿第一个大量运用数学 方法系统地整理物理学理论。他的方法与一般演绎法的不同之 处在于：演绎的结果必须诉诸实验验证。
狭义相对论时空观
经典力学
量子力学
确定性，连续性
随机性，量子化
3、从弱引力到强引力
经典力学
广义相对论
经典时空观与引力
新时空观与引力
为什么 会不适 用呢？
实践中，遇到新问题、 新困难，当用原有的 观念、方法、理论无 法解决时，需要解放 思想，转变观念！
互为补充，互不矛盾，互不否定，新兼容旧。
经典力学的局限性课件
经典力学的局限性
经典力学的成就和局限性
一、经典力学的发展过程及伟大成就
二、经典力学局限性：
1、不能解决高速运动问题（接近光速） 2、不适用于微观领域中物质结构和能量不连续的现象
经典时空观与相对论时空观
一、经典时空观（绝对时空观）：
（1）同时的绝对性 （2）时间间隔的绝对性 （3）空间距离的绝对性
时间、长度和质量这三者都与参考系的运动无关。
{ 超新星爆发的持续时间：
牛顿：25年。
实际：2年！？
二、相对论时空观:
1、两条基本假设：
（1）不同惯性参考系，物理规律相同 （2）任何惯性系，光速不变
2、狭义相对论结论：
（1）同时是相对的 （2）动钟变慢 （3）动尺变短 （4）运动的物体质量变大
时间、长度和质量这三者都与参考系的运动有关。
而这座大厦是由一大批杰出的物理学 家前赴后继、呕心沥血构建而成的。
今天，我们在了解物理学发展过程当中，也 结识几个早就和我们所学的知识一同陪伴在我 们身边的物理学界的伟大人物。
经典力学
经典物理学体系：经典力学，热学、声 学、光学、电磁学
伽利略发现：惯性定律
自由落体规律 力学相对性原理
经典力学
第一次比较完整 表述了惯性定律
光速 同时
经典时空观 相对的 绝对的
狭义相对论时空观 绝对的（不变） 相对的
时间与空间 与运动无关，绝对的 与运动有关，相对的
质量 与运动无关，不变的 随速度增加而增大
我们认识物理这门学科，已经有三年了，同 学们，你有没有意识到自己是幸运的？我们从 一开始就被直接带入了这座宏伟壮丽的物理学 大厦
创立狭义相对论 阿尔伯特·爱因斯坦
伦琴发现X射线 汤姆生发现电子 贝克勒耳发现 天然放射线
经典力学的成就和局限性
一、经典力学的发展过程及伟大成就
二、经典力学局限性：
1、不能解决高速运动问题（接近光速） 2、不适用于微观领域中物质结构和能量不连续的现象
经典时空观与相对论时空观
一、经典时空观（绝对时空观）：
（1）同时的绝对性 （2）时间间隔的绝对性 （3）空间距离的绝对性
时间、长度和质量这三者都与参考系的运动无关。
{ 超新星爆发的持续时间：
牛顿：25年。
实际：2年！？
二、相对论时空观:
1、两条基本假设：
（1）不同惯性参考系，物理规律相同 （2）任何惯性系，光速不变
2、狭义相对论结论：
（1）同时是相对的 （2）动钟变慢 （3）动尺变短 （4）运动的物体质量变大
时间、长度和质量这三者都与参考系的运动有关。
而这座大厦是由一大批杰出的物理学 家前赴后继、呕心沥血构建而成的。
今天，我们在了解物理学发展过程当中，也 结识几个早就和我们所学的知识一同陪伴在我 们身边的物理学界的伟大人物。
经典力学
经典物理学体系：经典力学，热学、声 学、光学、电磁学
伽利略发现：惯性定律
自由落体规律 力学相对性原理
经典力学
第一次比较完整 表述了惯性定律
光速 同时
经典时空观 相对的 绝对的
狭义相对论时空观 绝对的（不变） 相对的
时间与空间 与运动无关，绝对的 与运动有关，相对的
质量 与运动无关，不变的 随速度增加而增大
我们认识物理这门学科，已经有三年了，同 学们，你有没有意识到自己是幸运的？我们从 一开始就被直接带入了这座宏伟壮丽的物理学 大厦
创立狭义相对论 阿尔伯特·爱因斯坦
伦琴发现X射线 汤姆生发现电子 贝克勒耳发现 天然放射线
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一、从低速到高速
提出问题
1.经典力学的成就有哪些？
结论:（1）牛顿运动定律和万有引力定律把天体的运动与地上物体的 运动统一起来，是人类对自然界认识的第一次大综合，是人类认识史 上的一次重大飞跃。 （2）经典力学的基础，在以后的二百多年里几乎统治了物理学的各个 领域。 （3）经典力学和以经典力学为基础发展起来的天体力学、材料力学和 结构力学等得到了广泛的应用，并取得了巨大的成就。 （4）由牛顿力学定律导出的动量守恒定律、机械能守恒定律等，是航 空航天技术的理论基础。火箭、人造地球卫星、航天飞机、宇宙飞船、 行星探测器等航天器的发射，都是牛顿力学规律的应用范例。 说明：通过该问题探究促进学生自主学习，让学生积极参与、乐于探 究、勤于思考，培养其学科探究能力，使其逐步形成科学态度。
巩固练习
1.下列说法中正确的是（ B ）
A.牛顿运动定律就是经典力学
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
巩固练习
2. 继哥白尼提出“太阳中心说”、开普勒提出行星运动三定律后，
牛顿站在巨人的肩膀上，创立了经典力学，揭示了包括行星在内的 宏观物体的运动规律；爱因斯坦既批判了牛顿力学的不足，又进一
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，并在现代科技中发挥了重要作 用。这就是说经典力学不适用于微观粒子。
三、从弱引力到强引力
提出问题
1.经典力学与行星运动轨道的矛盾是什么？由经典力学与
行星运动轨道的矛盾说明了什么？
结论: （1) 经典力学与行星轨道的矛盾：按牛顿的万有引力定律推 算，行星的运动应该是一些椭圆，行星沿着这些椭圆做周期性运
典型 例题
典型 例题
二、从宏观到微观
提出问题
经典力学的适用范围是什么？并说明理由。
结论: （1）经典力学的适用范围：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。
（2）19世纪末和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，而且具有波动性，它们的运动
布置作业
1、教材第53页“问题与练习”第1、2题
2、完成[课时学案]中交流讨论的内容
步发展了牛顿的经典力学，创立了相对论。这说明（ D ）
①世界无限广大，人不可能认识世界 ②人的意识具有能动性，能够 正确地反映客观世界 ③人对世界的每一个正确认识都有局限性，需 要发展和深化 ④每一个认识都可能被后人推翻，人不可能获得正确 的认识 A.①②③④ C.①③④ B.①②③ D.②③
巩固练习
第6节
经典力学的局限性
学习目标：
1.了解经典力学的发展历程和伟大成就； 2.认识经典力学的局限性和适用范围； 3.初步了解微观和高速世界中的奇妙现象； 4.了解相对论、量子论的建立对人类深入认识客观世界的作用，知 道物理学改变人们世界观的作用。
重点难点
重点 了解经典力学的局限性。 难点
了解相对论、量子力学与经典力学的关系。
动。而实际的天文观测表明，行星的轨道并不广义相对论的计算结果与实际观测到的水星的运动情
况吻合得很好。这说明经典力学只适用于弱引力，而不适用于强
引力。
提出问题
2.归纳牛顿万有引力定律与爱因斯坦引力理论的主要差异？
结论:牛顿万有引力定律与爱因斯坦引力理论的主要差异： （1）行星的运动：在近日点和远日点，引力的变化规律不完全相同， 导致轨道不闭合，近日点旋进。 （2）根据牛顿的万有引力定律，假定一个球形天体的总质量不变， 并通过压缩减小它的半径，天体表面的引力将会增大。半径减小至 原来的二分之一，引力增大到原来的四倍。这就是常说的“平方反 比”规律。爱因斯坦引力理论表明，这个力实际上增加得更快些。 天体的半径越小，这种差别越大。 （3）只要天体的实际半径远大于它们的引力半径，那么由爱因斯坦 和牛顿引力理论计算出的力的差异并不是很大，但当天体的半径接 近引力半径时，这种差异将急剧增大，这就是说，在强引力的情况 下，牛顿的引力理论将不再适用。
典型 例3 下面说法中正确的是（ 例题
）
A. 根据牛顿的万有引力定律可以知道，当星球质量不
变，半径变为原来的一半时，表面上的引力将变为原 来的4倍 B.按照广义相对论可以知道，当星球质量不变，半径变 为原来的一半时，表面上的引力将大于原来的4倍
C.在球体的实际半径远大于引力半径时，根据爱因斯坦
的理论和牛顿的引力理论计算出的力差异很大 D. 在天体的实际半径接近引力半径时，根据爱因斯坦 的理论和牛顿的引力理论计算出的力差异不大
提出问题
2.在经典力学和狭义相对论中，物体的质量有何不同？
狭义相对论中物体的质量表达式是怎样的？
提出问题
3.在经典力学和狭义相对论中，位移和时间的测量在 不同参考系中有何区别？ 结论 : 在经典力学中，位移和时间的测量与参考系无关，
即在不同参考系中是相同的；在狭义相对论中，同一过
程的位移和时间在不同参考系中是不同的。