高中物理 第5章 经典力学的成就与局限性教师用书 教科版必修2

第5章经典力学的成就与局限性

1．经典力学的成就与局限性

2．了解相对论(选学)

3．初识量子论(选学)

[先填空]

1．经典力学的成就

英国物理学家牛顿在《自然哲学的数学原理》中建立了一个完整的力学理论体系．他的理论只用几个基本的概念和原理，不但可以解决人们日常看到的种种物体的运动问题，也可以说明天体运动规律．

经典力学的思想方法的影响远远超出了物理学与天文学的研究领域，对其他自然科学、社会科学领域都产生了巨大影响．

2．经典力学的局限性

(1)经典力学是从日常的机械运动中总结出来的，超出宏观的、日常生活经验的领域常常就不适用了．

(2)绝对时空观：把时间、空间、物质及其运动之间的联系割裂开来，不能解释高速运动领域的许多现象．

(3)经典力学认为一切自然现象都服从、遵守力学原理，严格按力学规律发生、演化，并且变化是连续的，这种观点与微观世界的很多现象都不相符．

3．经典力学的适用范围

(1)只适用于低速运动，不适用于高速运动．

(2)只适用于宏观物体的运动，不适用于微观粒子的运动．

(3)只适用于弱引力环境，不适用于强引力环境．

[再判断]

1．经典力学的基础是牛顿运动定律．(√)

2．经典力学中时间、空间与物质及其运动完全无关．(√)

[后思考]

洲际导弹的速度可达6 000 m/s，此速度属于低速还是高速？

【提示】属于低速.6 000 m/s远小于光速，因此属于低速．

[合作探讨]

地球绕太阳公转的速度是3×104m/s；设在美国伊利诺伊州费米实验室的圆形粒子加速器可以把电子加速到0.999 999 999 987 倍光速的速度．请思考：

图5-1-1

探讨：地球的公转和电子的运动情况都能用经典力学(牛顿力学)来研究吗？

【提示】地球的公转属于宏观、低速运动，能用经典力学来研究；而电子的运动属于微观、高速运动，经典力学就不能适用了．

[核心点击]

1．以牛顿运动定律为基础的经典力学的成就

(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．

(3)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．

(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．

2．经典力学的局限性

(1)经典力学的绝对时空观，割裂了时间、空间、物质及其运动之间的联系，不能解释高速运动领域的许多客观现象．

(2)经典力学的运动观，从自然观角度来说，给出的是一幅机械运动的图景，不能解释微观世界丰富多彩的现象．

3．经典力学的适用范围

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．

1．经典力学不能适用于下列哪些运动( )

A．火箭的发射

B．宇宙飞船绕地球的运动

C．“勇气号”宇宙探测器在火星着陆

D．微观粒子的波动性

【解析】经典力学适用于宏观物体的低速运动，故经典力学对A、B、C都能适用，对D不适用．

【答案】 D

2．经典力学只适用于“宏观世界”，这里的“宏观世界”是指( )

A．行星、恒星、星系等巨大的物质领域

B．地球表面上的物质世界

C．人眼能看到的物质世界

D．不涉及分子、原子、电子等微观粒子的物质世界

【解析】前三个选项说的当然都属于“宏观世界”，但都很片面，没有全面描述，本题应选D.

【答案】 D

3.(多选)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( )

A．随着认识的发展，经典力学已成了过时的理论

B．人们对客观事物的具体认识，在广度上是有局限性的

C．不同领域的事物各有其本质与规律

D．人们应当不断地扩展认识，在更广阔的领域内掌握不同事物的本质与规律

【解析】人们对客观世界的认识，要受到他所处的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，人们只有不断地扩展自己的认识，才能掌握更广阔领域内的不同事物的本质与规律；新的科学的诞生，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．所以A错，B、C、D对．【答案】BCD

科学是不断发展和完善的

一切科学的发展都是人们主动认识世界的过程，而每个人的研究又都是建立在前人的基础上，通过自己的努力去发展和提高．科学的成就总是在某些条件下的局部形成，在新的科学成就形成后，它将被包括在其中．爱因斯坦的相对论并没有否定牛顿力学的理论，而是把它看成是在一定条件下的特殊情形．

[先填空]

1．狭义相对论

爱因斯坦针对经典力学的运动规律在处理微观高速时所遇到的困难，创立了狭义相对论．狭义相对论的主要效应有：

(1)长度收缩：在观测运动的物体时，物体沿运动方向上的长度会收缩．

(2)时钟变慢：在观测运动的时钟时，时钟显示的时间变慢．

(3)质量变化：物体的质量随速度的增大而增大．

(4)质能关系：物体的质量和能量之间存在着相互联系的关系，关系式为：E＝mc2.

(5)速度上限：任何物体的速度都不能超过光速．

一般情况下，由于物体的速度v?c，相对论效应消失，其结果还原为经典力学．因此认为经典力学是相对论力学在低速情况下的近似．

2．广义相对论

(1)爱因斯坦于1916年创立了广义相对论．根据该理论推得一些结果，例：(a)当光线通过强引力场时，光线会发生偏折，即时空会发生“弯曲”．(b)引力场存在引力波．

(2)广义相对论把数学与物理学紧密地联系在了一起．

3．量子论的基本内容

(1)量子假设最早是在1900年由德国物理学家普朗克提出来的．

(2)量子论认为，微观世界的某些物理量不能连续变化，而只能取某些分立值，相邻两分立值之差称为该物理量的一个量子．

(3)微观粒子有时显示出波动性，有时又显示出粒子性，这种在不同条件下分别表现出经典力学中的波动性和粒子性的性质称为波粒二象性，在粒子的质量或能量越大时，波动性变得越不显著，所以我们日常所见的宏观物体，实际上可以看做只具有粒子性．

(4)由于微观粒子运动的特殊规律性，使一个微观粒子的某些物理量不可能(填“不可能”或“一定”)同时具有确定的数值．例如粒子的位置和动量，其中的一个量愈确定，另

一个量就愈不确定，粒子的运动不遵守确定性规律而遵守统计规律．

[再判断]

1．物体高速运动时，沿运动方向上的长度会变短．(√)

2．质量是物体的固有属性，任何时候都不会变．(×)

3．对于高速运动的物体，它的质量随着速度的增加而变大．(√ …… 此处隐藏：6332字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……