高中物理 5.1 经典力学的成就与局限性课件 教科版必修2.ppt

1经典力学的成就与局限性 1 知道经典力学又称为牛顿力学 了解经典力学的发展历程 知道对经典力学理论体系的建立做出重要贡献的主要科学家 2 知道经典力学描绘了机械运动的规律 知道经典力学对于人类文明所起的作用 3 了解经典力学的时空观及其主要缺陷 4 了解经典力学的运动观及其主要缺陷 经典力学的成就 1687年牛顿出版的著作 中建立起了一个完整的力学理论体系 可以说明行星和卫星的轨道 开普勒的行星运动定律 彗星运动 落体运动 海洋的潮汐等许多人们日常看到的种种运动 经典力学的思想方法远远超出了物理学与天文学的范畴 不仅在化学和生物学等自然科学领域 而且在艺术 政治 哲学等社会科学领域 也都按照经典力学的描述方式来形成自己的体系 对社会和文化的发展产生了巨大的影响 自然哲学的数学原理 经典力学的局限性经典力学是从日常的机械运动中总结出来的 超出这个范围 经典力学就常常不适用了 与经典力学体系相适应 牛顿还建立了绝对的时空观 即 与完全无关 与也完全无关 时间 空间 物体及其运动 时间 空间 经典力学的适用范围实验表明 牛顿运动定律 绝对时空观和万有引力定律 对于受到很强的引力作用的物体的运动也不适用 在微观领域 即对活动范围在10 10m以内的微观粒子 质子 中子 电子等 的运动 经典力学也不适用 因此 经典力学只适用于 超出以上范围 经典力学就失效了 要由相对论 量子论等来取代 宏观 10 10m 低速 v c 弱引力场 例如地球附近 一 以牛顿运动定律为基础的经典力学的成就 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 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 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 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 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 二 经典力学的适用范围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 典例1 关于经典力学 下列说法正确的是 a 经典力学是科学家通过探索身边的物体运动而总结出的运动规律b 经典力学在理论和实践上取得巨大的成功 从地面到天体的运动都服从经典力学的规律 因此 它是完全正确的 经典力学的成就 c 经典力学不适用于高速 微观领域 而自然界中又不存在惯性系 因此 它是完全错误的d 经典力学是人类长期对自然运动规律探索的一个发展阶段 随着探索的深入 视野的开阔 必然存在不完善的方面 解析由于认识水平的局限 科学家最早研究的是身边的事物 经典力学就是科学家通过探索身边的运动而总结出的运动规律 a项正确 经典力学在理论和实践上取得了巨大的成功 但随着人们探索的深入 视野的开阔 人们发现经典力学也有局限性 它不适用高速 微观领域 所以b c错误 d正确 答案ad借题发挥分析时既要看到经典力学的伟大成就 又要注意到经典力学的局限性及适用范围 变式1 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 世界无限广大 人不可能认识世界 只能认识世界的一部分 人的意识具有能动性 能够正确地反映客观世界 人对世界的每一个正确认识都有局限性 需要发展和深化 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 b c d 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 典例2 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 经典力学的适用范围 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 故选b c d 答案bcd 变式2 以牛顿运动定律为基础的经典力学的适用范围是什么 解析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 经典力学只适用于解决弱引力问题 不能用来处理强引力问题 答案见解析 科学家发现超光速中微子挑战爱因斯坦相对论 之一 超光速中微子超光速中微子 顾名思义 是超光速的中微子 该种中微子于2011年9月24日被发现 若再次被证实 现代物理学可能将被推覆 现代物理的两大支柱一个是量子论 另一个就是相对论 如果相对论被推翻 物理的大厦将会倒塌 惊天发现2011年9月24日 欧洲核子研究中心公布了一份研究结果 科研人员在让中微子进行近光速运动时 其到达时间比预计的早了60纳秒 1纳秒等于十亿分之一秒 对此 研究者认为 这可能意味着这些中微子是以比光速快的速度运行 根据爱因斯坦狭义相对论 光速是宇宙速度的极限 没有任何物质可以超越光速 如果此次研究结果被验证为真 意味着奠定了现代物理学的基础将遭到严重挑战 超光速中微子图5 1 1 此次研究的中微子束源自位于日内瓦的欧洲核子研究中心 接收方则是意大利罗马附近的意大利国立核物理研究所 粒子束的发射方和接收方之间有着730公里的距离 研究者让粒子束以近光速运行 并通过其最后运行的时间和距离来判断中微子的速度 中微子束在两地之间的地下管道中穿梭 挑战经典相对论是现代物理学基础理论之一 认为任何物质在真空中的速度无法超过光速 这一最新发现可能推翻爱因斯坦的经典理论 欧洲核子研究中心理论物理学家约翰 埃利斯评价 如果这一结果是事实 那的确非同凡响 法国物理学家皮埃尔 比内特吕告诉法国媒体 这是 革命性 发现 一旦获得证实 广义相对论和狭义相对论都将打上问号 他没有参与这一项目 然而查阅过实验数据 比内特吕说 这项实验中 中微子穿过各类物质 包括地壳 这也许会减慢它们的速度 但绝不会增加它们的速度 让它们超过光速 实验经过研究所在地图5 1 2 这个结果十分令人震惊 该研究项目发言人艾瑞迪塔托说 我们在好几个月中反复研究核对 并仔细考虑了实验中其他各种因素的影响 艾瑞迪塔托说 科研人员反复观测到这个现象达1 6万次 这是很令人感兴趣的结果 但它科学上的准确性 还要更多的实验才能来验证 中科院高能物理研究所所长陈和生对本报记者说 他表示 目前物理学界也出现了一些对该实验结果的不同意见 一是怀疑粒子束飞行距离的准确性 二是粒子束本身长度的准确性 此次实验的研究者之一奥迪瑞说 尽管我们测量的系统不确定性很低 统计数据准确性也很高 但我们还是希望能与其他实验做对比 根据研究者的声明 中微子束的发射地到接收地之间的距离 存在着20厘米的不确定性 对中微子速飞行时间通过高级gps系统和原子钟等精密设备测量 精确度小于10纳秒级别 发现意义欧洲核子研究中心在一份声明中表示 这个结果的潜在影响巨大 急需其他实验的独立测量进行重复实验 接受更广泛 更严谨的考验 这才能最终验证或反驳是否真的存在超光速粒子 目前 研究中心已将此实验论文上传到公开网站上 并对全球物理学界进行在线说明 图5 1 3 欧洲核子研究中心研究主任贝托鲁奇说 如果这个研究被验证 将改变人类的物理观 物理学家们认为 一旦这些粒子确实被证实跑过了光速 将彻底改变人类对整个宇宙存在的看法 甚至改变人类存在的模式 有分析人士认为 可能宇宙中的确还存在其他未知维度 中微子抄了其他维度的 近路 才 跑 得比光快 未完转下节 经典力学的成就1 下列说法正确的是 a 牛顿定律就是经典力学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问题 因此只有b项正确 答案b 2 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 解析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