《万有引力与航天》第6节经典力学的局限性.ppt

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。,第6节,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。,重点难点,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。,一、从低速到高速,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,一、从低速到高速,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。,提出问题,一、从低速到高速,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动。而实际的天文观测表明，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。（2)爱因斯坦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。,三、从弱引力到强引力,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。,典型例题,例3下面说法中正确的是（）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,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，又进一步发展了牛顿的经典力学，创立了相对论。这说明（D）世界无限广大，人不可能认识世界人的意识具有能动性，能够正确地反映客观世界人对世