6.6经典力学的局限性
教学设计10：6.6经典力学的局限性
教学课题： 6.6经典力学的局限性课时：一课时教师：教学重点了解经典力学的局限性．教学难点了解相对论、量子力学与经典力学的关系．三维目标知识与技能1．知道以牛顿运动定律为基础的经典力学的适用范围．2．知道相对论、量子力学和经典力学的关系．过程与方法经历科学家建立相对论和量子论的思维探索过程，认识科学思维的意义．情感态度与价值观1．了解科学理论的相对性，知道科学理论发展过程的继承与摒弃．2．通过时间与空间的问题，激励学生对未来的探索．教学过程导入新课情景导入情境1《原理》将成为一座永垂不朽的深邃智慧的纪念碑，它向我们揭示了最伟大的宇宙定律．这部著作是高于人类一切其他思想产物的杰作，这个简单而普遍的定律的发现，因为它囊括对象之巨大和多样性，给予人类智慧以光荣．——18、19世纪法国著名天文学家和天体力学家拉普拉斯拉普拉斯威廉·汤姆生情境2“科学大厦已经基本建成”，“后辈物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了．”“在物理学晴朗天空的远处，还有两朵小小的令人不安的乌云．”——19世纪著名的英国物理学家威廉·汤姆生踌躇满志地宣告情境3牛顿啊，请原谅我！你所发现的道路，在你那个时代，是一位具有最高思维能力和创造力的人所能发现的唯一的道路．你所创造的概念，甚至今天仍然指导着我们的物理学思想，虽然我们现在知道，如果要更加深入地理解各种联系，那就必须用另外一些离直接经验领域较远的概念来代替这些概念．——爱因斯坦情境4科学总是从正确走向错误．——英国剧作家萧伯纳诙谐地说以上名人名言，对你有何启示？问题导入假如你驾驶一辆时速为100 km/h的越野车，一位乘客以相对你10 km/h的速度用弹弓射击前面的岩石，那么弹珠的实际速度就应该是110 km/h.可是，如果打开前车灯，按照常识，光速是1.079 145×109 km/h，加上车的运动速度，光的实际速度应该大于1.079 145×109km/h，可实际测量光速还是1.079 145×109km/h，为什么同样的参考系光和实际物体得到的结果不同呢？学了本节内容后，你便知道其原因了．推进新课教师利用多媒体展示课件，使学生带着问题阅读课文，然后解决问题．问题：经典力学的成就有哪些？学生阅读课文，交流、讨论、回答．总结：1.牛顿运动三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．4．18世纪60年代，力学和热力学的发展及其与生产的结合，使机器和蒸汽机得到改进和推广，引发了第一次工业革命．5．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．点评：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．教师引导学生领悟任何科学都不会穷尽一切真理，都有其局限性．经典力学也一样，从而引出经典力学的局限性．一、从低速到高速问题：1.在经典力学和狭义相对论中，物体的质量有何不同？2．狭义相对论中物体的质量表达式是怎样的？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？学生带着问题阅读课文，分组讨论、归纳．明确：1.在经典力学中，物体的质量不随运动状态而改变，而在狭义相对论中，质量要随着物体运动速度的增大而增大．2．m ＝m 01－v 2c2 .m 0：物体静止时的质量，m ：物体速度为v 时的质量，c 是真空中的光速．3．在经典力学中，同一过程的位移和时间的测量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的测量在不同参考系中是不同的．练习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v 1＝2.4×108 m/s 时，质量为3 kg.当它的速度为1.8×108 m/s 时，质量为多少？解析：根据狭义相对论，m ＝m 01－v 2c2，由题意知： m 1＝m 01－(v 1c )2，m 2＝m 01－(v 2c)2， 所以m 1m 2＝1－v 22c 21－v 21c 2＝4535＝43，所以m 2＝34m 1＝94 kg ＝2.25 kg. 答案：2.25 kg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，又进一步发展了牛顿的经典力学，创立了相对论．这说明( )．①世界无限广大，人不可能认识世界，只能认识世界的一部分 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 ．①②③④B ．①②③C ．①③④D ．②③解析：发现总是来自于认识过程，观点总是为解释发现而提出的．主动认识世界，积极思考问题，追求解决(解释)问题，这是科学研究的基本轨迹．任何一个人对客观世界的认识都要受当时的客观条件和科学水平的制约，所以所形成的“正确理解”都有一定的局限性．爱因斯坦的相对论理论是对牛顿力学的理论的发展和深化，但也有人正在向爱因斯坦理论挑战．所以正确选项为D.答案：D练习3．下列说法中正确的是( )．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解析：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，没有哪个理论可以解决自然界中所有的问题．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，才能正确解决此类问题．所以选B.答案：B二、从宏观到微观问题：经典力学的适用范围是什么？学生活动：阅读课文，寻找答案，回答问题．结论：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，而且具有波动性，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，并在现代科技中发挥了重要作用．相对论和量子力学的出现，使人们认识到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．三、从弱引力到强引力问题：(课件展示)1．经典力学与行星轨道的矛盾是什么？2．由经典力学与行星轨道的矛盾说明了什么？3．归纳牛顿万有引力定律与爱因斯坦引力理论的主要差异．4．经典力学和相对论及量子力学的关系如何？学生阅读课文，分组讨论，合作探究，代表发言．教师活动：点评学生的发言，因课本上内容并不全面，教师在点评过程中要补充一些内容．归纳：1.经典力学与行星轨道的矛盾按牛顿的万有引力理论，行星应该沿着一些椭圆或圆做周期性运动，而天文观测表明，行星的轨道并不是严格闭合的，它们的近日点在不断地旋进，如水星的运动．实际观测到的水星的运动情况与爱因斯坦广义相对论的计算结果吻合得很好．2．经典力学只适用于弱引力，而不适用于强引力．3．牛顿万有引力定律与爱因斯坦引力理论的主要差异(1)牛顿的万有引力定律认为：物体的半径减小时，其表面上的万有引力与半径的二次方成反比地增大，对于半径接近于零的物体，其表面上的万有引力接近于无穷大．(2)爱因斯坦理论认为：物体的半径减小时，其表面上的万有引力比二次方成反比规律增大得快，引力趋于无穷大发生在接近一个“引力半径”的时候．(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，牛顿引力理论将不再适用．(4)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．4．经典力学和相对论及量子力学的关系经典力学是相对论及量子力学在一定条件下的特例，它包含于相对论和量子力学之中，相对论和量子力学的建立并没有否定经典力学．练习4、20世纪以来，人们发现了一些事实，而经典力学却无法解释，经典力学只适用于解决物体的______问题，不能用来处理______运动问题；只适用于______物体，一般不适用于______粒子．这说明人们对客观事物的具体认识在广度上是有______的，人们应当____________________________________．解析：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，所以形成的看法也都具有一定的局限性，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．答案：低速运动高速宏观微观局限性不断扩展认识，在更广阔的领域内掌握不同事物的本质与规律练习5、19世纪末和20世纪初以来，物理学的研究深入到________，发现______、______、______等微观粒子不仅有______，而且有______，它们的运动规律不能用经典力学来说明．答案：微观世界电子质子中子粒子性波动性课堂小结通过对万有引力定律的学习，我们了解了万有引力定律的辉煌成就，但是通过本节的学习，我们又了解到它并没有穷尽一切真理，在新的领域还有新的规律等待我们去发现．在本节的学习过程中，我们从三个方面体会经典力学的局限性：①从低速到高速；②从宏观到微观；③从弱引力到强引力．布置作业1．阅读教材科学足迹中牛顿的科学生涯．2．从网上查阅有关经典力学、量子力学、相对论的资料．板书设计6.6经典力学的局限性1．从低速到高速：经典力学适用于低速2．从宏观到微观：经典力学适用于宏观物体3．从弱力到强力：万有引力定律适用于弱力。
人教版必修二第六章第六节 《经典力学的局限性》学案+答案
6.6 《经典力学的局限性》学案【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。
【重点难点】1.牛顿运动定律的适用范围。
2.高速运动的物体，速度和质量之间的关系。
【课前预习】1．经典力学认为，物体的质量与物体的运动状态；而狭义相对沦认为，物体的质量随着它的速度的增大而，若一个物体静止时的质量为，则当它以速度运动时，共质量m= 。
2.每一个天体都有一个引力半径，半径的大小由决定；只要天体实际半径它们的引力半径，那么由爱因斯坦和牛顿引力理论计算出的力的差异。
但当天体的实际半径接近引力半径时，这种差异。
3.19世纪末和20世纪以来，物理学的研究深入到，发现、、等微观粒子不仅有、，而且有，它们的运动规律不能用经典力学来说明。
[堂中互动][问题探究1]经典力学发展和伟大成就[教师点拨]经典力学发展经历了三个阶段：第一阶段是在伽利略、牛顿时代之前，人们对力学现象的研究大多直接反映在技术之中或完全融合在哲学之内，物理学就整体而言还没有成为独立的科学；第二阶段是从伽利略到牛顿，是经典力学从基本要领、基本定律到建成理论体系的阶段，在这一阶段有一系列的科学家为经典力学打下重要基础。
如伽利略、笛卡儿对惯性的研究发现了惯性定律和重力作用下的匀加速运动，奠定了牛顿第一定律和第二定律的基本思想，开普勒对天体运动的研究发现了行星运动三定律，为万有引力定律奠定基础，惠更斯对碰撞问题的研究等。
第三阶段是牛顿之后经典力学的新发展，后人对经典力学的表述形式和应用对象进行了拓展和完善。
经过几百年的发展和完善，经典力学取得了伟大成就：1.1687年，牛顿在前人的基础上发表了《自然哲学的数学原理》，这是一部奠定了经典力学基础的划时代的著作。
在这本书中，牛顿用数学方法证明了万有引力定律和三大运动定律，被认为是“人类智慧史上最伟大的一个成就”。
§6.6经典力学的局限性
经典物理学上空的两朵乌云
19世纪末、20世纪初，物理学有两个发现，一是 美国人迈克尔逊和莫雷的试验，证明绝对静止的空间 是不存在的。而牛顿力学的前提是物体的运动与空间 和时间没有关系，即时间和空间在牛顿那里是绝对静 止的。二是高温物体辐射形成的光谱分析，即黑体辐 射问题。经典物理学不能解释光谱分析中所发现的现 象。这两个发现使得经典物理学在新的实践面前无能 为力，原有的严密的体系出现了漏洞。因此被人们称 为“物理学上空的两朵乌云”。
1、经典力学的发展历程
从亚里士多德和阿基米德的物理学发展到经典力学体系经历 了约两千年，经历了以哥白尼、开普勒好伽利略为时代的科学 革命。牛顿又进行了一次科学的伟大综合，即天与地、实验归 纳与理论演绎、时空观与方法论、数学与哲学、物理思维与技 术应用等方面的综合，最终形成了一个以实验为基础、以数学 表达形式的力学科学体系。
经典力学的局限性和适用范围?
二、经典力学的局限性和适用范围
1、从低速到高速
所谓高速，就是指运动速度接近于真空中的光速。 例如：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
m
F
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
请分析比较下列科学家对经典力学的贡献
亚里士多德
伽利略 笛卡儿 惠更斯
牛顿
国别 古希腊,约公元前 意大
生活 384～公元前322 利,1564～
年代 年
1642年
法 国,1596 ～1650 年
荷 兰,1629～ 1695年
英 国,1642～ 1727年
主要 的科 学研 究方
6.6经典力学的局限性
经典力学的局限性：
只适用于低速运动，不适用 于高速运动(接近光速)； 只适用于宏观世界，不适用 于微观世界(物质结构和能量不连 续的现象)； 只适用于弱引力情况，不适 用于强引力情况。
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。
P
(2)卫星在轨道1上经过Q点 (1)卫星在轨道 3 上的速 的加速度 等于 卫星在轨道 率 小于 轨道1上的速率 2上经过Q点加速度。
1
Q
2 3
6.某行星的质量是M，半径为R. 在行 星表面上，有一质量为m的物体， （1）行星对它的万有引力多大？ （2）已知该行星的自转周期为T， 求它的同步卫星离行星的高度？ (万有引力常量G已知）。
r
2
r
④ N=0
R ⑤ N m 2 g r
2
R N⑥ m g r
例4 如地球自转速度达到使赤 道上的物体“飘”起来，那么， 地球上一天等于______h. （地球半径取6.4×103 Km）
例5.发射地球同步卫星时，先将卫星 发射至近地圆轨道1，然后经点火， 使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点 火，将卫星送入同步圆轨道3，如图， 则卫星分别在1、2、3轨道上正常运 行时：
经典时空观与相对论时空观 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。
1 .物体的质量与运动速度有关
必修2 6.6 经典力学的局限性 课件
• 牛顿的万有引力定律认为：物体间的距离减 半，引力增到原来的四倍，即符合“平方反比” 规律；爱因斯坦引力理论表明：物体间的距离 减小时，它们间的引力比“平方反比”规律增 加得更快，距离越小，这种差别就越大．
经典力学与相对论、量子力学的理解
•
【典例1】 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 适用于解决物体的低速运动问题，不能用来 处理高速运动问题；只适用于宏观物体，一 般不适用于微观粒子，这说明 ( )．
2
，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．在高速运动时，质量的 测量是与运动状态密切相关的．
•
速度对物理规律的影响：对低速运动问题， 一般用经典力学规律来处理．对高速运动问题， 经典力学已不再适用，需要用相对论知识来处 理． • 二、经典力学与相对论、量子理论的关系 • 两种理论是历史发展的不同产物 • 在历史发展的不同阶段，人类建立了经典力 学和相对论、量子力学两套物理学理论．经典 力学理论不可能穷尽一切真理，必有其局限性， 现在可认为经典力学理论是狭义相对论和量子 理论的特例．
• 一、从低速到高速引起的物理规律的变化 • 低速与高速的概念 • (1)低速：通常所见物体的运动，如行驶的汽 车、发射的导弹、人造地球卫星及宇宙飞船等 物体的运动皆为低速运动物体． • (2)高速：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．
速度对质量的影响：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m＝ m0 v 1－ 2 c
2 ，两
• 4 ． 经 典 力 学 认 为 位 移 和 时 间无关 的测量与参考 系 ，相对论认为，同一过程的位移和时间 有关 的测量与参考系 ，在不同的参考系 不同 中 ． • 温馨提示 经典力学中，物体的质量大小和 用时是固定不变的．但相对论中，它们会随速 度而发生变化．
6.6经典力学的局限性
著名的薛定谔方程。这个方程既描述了电子的 物质波的行为，又含有电子的粒子性的特征。 量子力学出现以后，在说明原子结构方面迅 速取得了巨大的成功，很快地被物理学家所接 受。现在它的应用已远远超出原子结构的范围， 成为物理学家研究微观世界的基本理论工具。 本节知识的应用主要涉及经典力学的局限性， 以及对相对论与量子力学的初步了解。
m =
m0 v2 1− 2 c
式中m0是物体静止时的质量，m是物体速度为v时的质量，c 是真空中的光速 。
可见，当v＜＜c时，m≈m0；当v趋近于c时，m趋近于无穷大。 因此，当物体的速度远小于真空中的光速时，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。
2.经典力学中速度叠加原理不再成立 2.经典力学中速度叠加原理不再成立 设河流中的水相对于河岸的速度为 船相对于水的速度为 v 船水 , 则在经典力学中，船相对于岸的速度为
v水岸 ,
v船岸 = v船水 + v水岸
（矢量和）
这似乎是天经地义的。但是，这个关系式涉及两 个不同的惯性参考系，而速度总是与位移（空间 长度）及时间间隔的测量相联系。相对论认为， 同一过程的位移和时间的测量在不同参考系中是 不同的，因而上式不能成立。
3.两种不同的时空观 两种不同的时空观 本节教材在“科学漫步”栏目《时间和空 间是什么？》一文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 生命过程的持续时间，都与它们的运动状态有关， 空间与时间不再与物体及其运动无关而独立存在。 这是一种崭新的时空观。
物理必修Ⅱ人教新课标6.6经典力学的局限性1
2、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。
经典力学的局限性
1
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？
2
古希腊的灿烂文化在漫长的黑暗中世纪中埋没 风尘，黯然失色。15世纪，文艺复兴的大旗飘 扬在欧洲大陆上，自然科学获得新的生命，蓬 勃成长。科学巨匠N.哥白尼、第谷、J.开普勒、 伽利略以及R.笛卡儿等先后驰名于欧洲。一场 科学革命冲破了中世纪封建势力和经院哲学的 层层罗网，不断取得胜利。
18
时钟变慢1
t
t0 v 1 c
2
19
3、相对长度
爱尔兰物理学家乔治· 佛兹杰拉德（18511901）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， 一枚以接近光线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。3
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。
3
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 。
6.6经典力学的局限性
思考：如果某星球的逃逸速度大于光速会 有什么现象发生？
1）黑洞是一种引力极强的天体，就连光也不 能逃脱 。 2）说它“黑”，是指它就像宇宙中的无底洞， 任何物质一旦掉进去，“似乎”就再不能逃出。
3)由于黑洞中的光无法逃逸，所以我们无法直 接观测到黑洞。然而，可以通过测量它对周围 天体的作用和影响来间接观测或推测到它的存 在。
6.6
经 典 力 学 的 局 限 性
逃逸速度（Velocity of Escape）：在星 球表面垂直向上发射 一物体，若初速度达 到某一值，该物体将 完全逃脱星球的引力 束缚而飞出该星球。 使物体刚刚好逃脱星 球引力的这一速度叫 逃逸速度。 例如， 地球的逃逸速度为 11.2千米/秒（即第 二宇宙速度）。
高速运动、微观世界和强引力作用
狭义相对论的建立经历了几十年的时间，1905年 爱因斯坦发表了《论动体的电动力学》宣告了相对论 的诞生。
狭义相对论的基本观点 1、质量要随着物体运动速度 的增大而增大 2、同一过程的位移和时间的 测量在不同参考系中是不同
当物体的速度接近光速时：
t
钟慢效应：时间膨胀
t0 v 1 c
速度的关系是
m m0
2 v ， 1 2 c
式中m0是物体静止时的质量，m是物体速度为v 时的质量，c是真空中的光速 。
2. 速度叠加原理不再成立 设河流中的水相对于河岸的速度为 船相对于水的速度为 v船水 , 船相对于岸的速度为
v水岸 ,
v船岸 v船水 v水岸
（矢量和）
这似乎是天经地义的。但是，爱因斯坦认为，同 一过程的位移和时间的测量在不同参考系中是不 同的，因而上式不能成立。
宏观领域
微观世界
科学家们发现，电子、质子、中子等微观粒子 不仅具有粒子性，同时还具有波动性，它们的 运动在很多情况下不能用经典力学来说明。
6.6 经典力学的局限性
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，海王星和冥 王星的发现就充分显示了 这一点 .
天地四方,古往今来发生的一切现 象都能够用力学来描述. ？？？
t
t0 v 1 c
2
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。
相对长度： 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。 ——尺缩效应
经典物理对物理学思想和科学方法作出总结，
它只适用于宏观、低速、弱引力的物体 经典力学在高速运动领域不再适用
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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。
去发现的精神! ”
相对论好像是：“光彩夺目的火箭， 它在黑暗的夜空，突然划出一道道 十分强烈的光辉，照亮了广阔的未 知领域。”
——德布罗意
一、经典力学规律只能用于：
宏观物体、低速运动、弱引力。
【例题】牛顿定律能适用于下列哪些情况？ A、研究原子中电子的运动 B、研究“神州”五号的高速发射 C、研究地球绕太阳的运动 D、研究飞机从深圳飞往北京的航线
教学设计8： 6.6 经典力学的局限性
经典力学的局限性
导学过程设计
程序设计
学习内容
教师行为
学生行为
媒体运用
新课导入
创设情境
牛顿是世界上最伟大的物理学家,以牛顿运动定律和万有引力定律为核心的经典力学取得了科学史上空前的成就,但科学是不断向前发展的。后来人们发现经典力学也是不完美的,它到底有什么问题呢?又是如何解决这些问题的呢?今天我们就来初步了解一下。
ＰＰｔ课件
学生在相应的位置做笔记。
PPT课件
第四层级
知识总结
教师可根据实际情况决定有没有必要总结或部分点评一下。
学生就本节所学做一个自我总结，之后可小组交流讨论。
PPT课件呈现
感悟收获
注意有代表性的收集一些学生的体会，以便有针对性地调整教学方法。
根据自己的感受如实填写。
根据自己的思考找出解决方案。
课外拓展
PPT课件
就学案中基础学习交流的内容与结对学习的同学交流。对经典力学与量子力学和相对论的关系不能达成一致。
第二层级
小组讨论
小组展示
补充质疑
教师点评
主题1
经典力学的局限性
（１）从低速到高速：质速关系是：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。在牛顿看来，位移和时间的测量与参考系无关，然而，相对论认为，同一过程的位移和时间的测量在不同的参考系中是不同的，经典力学也就不再适用了
ＰＰＴ课件
主题2
爱因斯坦的狭义相对论
（１）狭义相对论指出，质量随着物体运动速度的增大而增大。
（２）在研究物体的高速运动时，物体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持续时间，都与他们的运动状态有关。
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6.6 经典力学的局限性
【学习目标】
知识与技能
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。
过程与方法
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。
情感、态度与价值观
通过对牛顿力学适用范围的讨论，使学生知道物理中的结论和规律一般都有其适用
范围，认识的知识的变化性和无穷性，培养献身于科学的时代精神。
【学习重点】
牛顿运动定律的适用范围
【学习难点】
高速运动的物体，速度和质量之间的关系
【学习课时】
1课时
【探究学习】
引入新课
教师活动：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。
进行新课
教师活动：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”？
学生活动：阅读教材，并思考上面的问题。
分组讨论，代表发言。
点评：________________________________________________________________________________ 教师活动：待学生阅读教材后，倾听学生代表的发言，和其他学生一起点评、补充。
点评：________________________________________________________________________________
［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:
I=|o{l_爲（通称尺缩效应）
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，I o和I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t o分别为在相对静止和运动的系统
中测得的时间；m o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<<c），则上面的一些结果就变为I - I o, t^ t o, m~ m o,因而对于宏观低速运动的物体，使用牛顿定律来处理问题，还是足够精确的•
继狭义相对论之后，1915年爱因斯坦又建立了广义相对论，指出空间一一时间不可
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
（三）课堂总结、点评
教师活动：让学生概括总结本节的内容。
请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔
记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。
学生活动：认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的
小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。
点评：总结课堂内容，培养学生概括总结能力。
教师要放开，让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架。
（四）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
课堂练习
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 ______________ 。