广东省惠州市惠东县安墩中学高中物理 5-1 经典力学的成就与局限性课件 粤教版必修2.ppt

第第5章章经经典力学与物理学革命典力学与物理学革命第一节经典力学的成就与局限性第一节经典力学的成就与局限性第二节经典时空观与相对论时空观第二节经典时空观与相对论时空观 核心要点突破核心要点突破课堂互动讲练课堂互动讲练知能优化训练知能优化训练课前自主学案课前自主学案第第一一节节经经典典力力学学的的成成就就与与局局限限性性第第二二节节经经典典时时空空观观与与相相对对论论时时空空观观课标定位课标定位课标课标定位定位学学习习目目标标：1.了解了解经经典力学的成就和局限性典力学的成就和局限性2知道知道经经典力学典力学时时空空观观的有关内容的有关内容3知道狭知道狭义义相相对论对论的两个假的两个假设设和有关和有关结论结论4能用狭能用狭义义相相对论对论的有关原理的有关原理简简要分析有关要分析有关现现象象重点重点难难点：狭点：狭义义相相对论对论的两个假的两个假设设课前自主学案课前自主学案一、一、经经典力学的典力学的发发展展历历程程1伽利略之前伽利略之前人人们们对对力力学学现现象象的的研研究究大大多多直直接接反反映映在在技技术术之之中中或或融融合合在在哲哲学学之之内内，物物理理学学就就整整体体而而言言还还没没有有成成为为独独立立的的科科学学(在在这这个个阶阶段段作作出出突突出出贡贡献献的的是是阿阿基米德基米德)2从伽利略到牛从伽利略到牛顿顿这这一一阶阶段段是是经经典典力力学学从从基基本本定定律律到到建建成成理理论论体体系系的的阶阶段段为经为经典力学打下重要基典力学打下重要基础础的物理学家有：的物理学家有：(1)伽伽利利略略：发发现现了了惯惯性性定定律律、落落体体定定律律和和力力学学相相对对性原理，奠定了性原理，奠定了动动力学的基力学的基础础(2)笛卡儿：在伽利略研究的基笛卡儿：在伽利略研究的基础础上，第一次比上，第一次比较较完整地表述了完整地表述了惯惯性定律，并性定律，并强强调调了伽利略没有明确了伽利略没有明确表述的表述的惯惯性运性运动动的直的直线线性性(3)惠更斯：全面惠更斯：全面细细致地解决了完全致地解决了完全弹弹性碰撞性碰撞问题问题(4)开普勒：开普勒：发现发现了行星运了行星运动动定律定律(5)牛牛顿顿：在在前前人人研研究究的的基基础础上上，采采用用了了_与与_、_与与_的的方方法法，总总结结出出一一套套普普遍遍适适 用用 的的 力力 学学 运运 动动 规规 律律 牛牛 顿顿 运运 动动 定定 律律 和和_，建建立立了了完完整整的的经经典典力力学学(也也称称牛牛顿顿力力学学或或古古典典力力学学)体体系系，物物理理学学从从此此成成为为一一门门成熟的自然科学成熟的自然科学归纳归纳演演绎绎综综合合分析分析万有引力定律万有引力定律3牛牛顿顿之后之后这这一一阶阶段段主主要要是是后后人人对对经经典典力力学学的的表表述述形形式式和和应应用用对对象象进进行了拓展和完善行了拓展和完善(1)19世世纪纪，经经典典力力学学的的发发展展表表现现为为一一些些科科学学家家在在不不改改变变_的的条条件件下下，用用新新的的、更更简简洁洁的的形形式式重重新表述了牛新表述了牛顿顿运运动动定律，形成了分析力学定律，形成了分析力学(2)经经典典力力学学由由单单个个质质点点推推广广到到_构构成成的的系系统统：首首先先建建立立了了刚刚体体力力学学，随随后后又又出出现现了了弹弹性性力力学、塑性力学、流体力学等学、塑性力学、流体力学等实质实质多多质质点点二、二、经经典力学的典力学的伟伟大成就大成就1经经典典力力学学把把_和和地地上上物物体体的的运运动动统统一一起起来来，从从力力学学上上证证明明了了自自然然界界的的多多样样性性的的统统一一，实现实现了人了人类对类对自然界自然界认识认识的第一次理的第一次理论论大大综综合合2在在研研究究方方法法上上，人人们们把把经经典典力力学学中中行行之之有有效效的的_相相结结合合的的方方法法推推广广到到物物理理学学的的各各个个分分支支学学科科上上，相相继继建建立立了了热热学学、声声学学、光光学学、电电磁学等，从而形成了完整的磁学等，从而形成了完整的经经典物理学体系典物理学体系天上物体天上物体实验实验和数学和数学3经经典典力力学学与与其其他他基基础础科科学学相相结结合合产产生生了了一一些些交交叉叉性性的的分分支支学学科科，最最早早的的是是与与天天文文学学结结合合产产生生的的_，成成为为现现代代高高度度发发达达的的航航空空航航天天技技术术的的理理论论基基础础没没有有经经典典力力学学也也就就没没有有今今天天的的空空间间科学科学420世世纪纪以以来来，出出现现了了更更多多的的与与经经典典力力学学相相结结合的交叉学科合的交叉学科天体力学天体力学思考感悟思考感悟经经典典力力学学的的建建立立，把把人人类类对对整整个个自自然然界界的的认认识识推推进进到到一一个个新新的的水水平平，那那么么，经经典典力力学学对对人人们们的的思思想想观观念念和和近近代代自自然然科科学学的的发发展展产产生生了了怎怎样样的的影影响响？对对科科学学技技术术的的发发展展和和社社会会文文明明的的进进步步起了怎起了怎样样的作用？的作用？提示：提示：深刻而广泛的影响很大的促深刻而广泛的影响很大的促进进作用作用三、三、经经典力学的局限性和适用范典力学的局限性和适用范围围1局限性局限性(1)经经典典力力学学的的应应用用受受到到物物体体_的的限限制制当物体的速率接近当物体的速率接近_时经时经典力学不再成立典力学不再成立(2)牛牛顿顿运运动动定定律律不不适适用用于于_领领域域中中物物质质结结构构和能量不和能量不连续连续的的现现象象2适用范适用范围围经经典力学只适用于典力学只适用于_运运动动的的_物体物体运运动动速率速率光速光速微微观观低速低速宏宏观观四、四、经经典典时时空空观观1惯惯性系与非性系与非惯惯性系性系定定义义：牛牛顿顿运运动动定定律律成成立立的的参参考考系系，称称为为惯惯性性参参考考系系，简简称称惯惯性性系系.牛牛顿顿运运动动定定律律不不成成立立的的参参考考系系，称称为为非非惯惯性系性系2伽利略的相伽利略的相对对性原理性原理概概述述：对对于于所所有有的的惯惯性性系系,力力学学规规律律是是_,或者或者说说一切一切惯惯性系都是性系都是_相同的相同的等效的等效的3经经典力学的典力学的时时空空观观(1)概概述述：绝绝对对的的真真实实的的数数学学时时间间,就就其其本本质质而而言言，是是永永远远均均匀匀地地流流逝逝，与与任任何何外外界界无无关关绝绝对对空空间间就就其其本本质质而而言言是是与与任任何何外外界界事事物物无无关关的的，它它从从不不运运动动，并并且且永永远远不不变变.这这就就是是经经典典力力学学的的时时空空观观，也称也称为绝对时为绝对时空空观观(2)几个具体几个具体结论结论_的绝对性的绝对性_间隔的绝对性间隔的绝对性_的绝对性的绝对性同同时时时间时间空空间间距离距离五、相五、相对论时对论时空空观观1狭狭义义相相对论对论的两个假的两个假设设(1)在在不不同同的的惯惯性性参参考考系系中中，一一切切物物理理规规律律都都相相同同_原理原理(2)不不管管在在哪哪个个惯惯性性系系中中，测测得得的的真真空空中中的的光光速速都相同都相同_原理原理这这是是爱爱因因斯斯坦坦在在前前人人的的实实验验基基础础上上提提出出的的假假设设，这这两个假两个假设设就是狭就是狭义义相相对论对论的基的基础础相相对对性性光速不光速不变变2狭狭义义相相对论对论的几个的几个结论结论(1)“同同时时”的的_；(2)运运动动的的时钟时钟_；(3)运运动动的尺子的尺子_；(4)物体物体质质量随速度的增加而量随速度的增加而_相相对对性性变变慢慢缩缩短短增大增大核心要点突破核心要点突破一、一、经经典力学的局限性和适用范典力学的局限性和适用范围围1经经典典力力学学的的应应用用受受到到物物体体运运动动速速率率的的限限制制当当物物体体运运动动的的速速率率接接近近于于真真空空中中的的光光速速时时，经经典典力学的力学的许许多多观观念将念将发发生重大生重大变变化化2牛牛顿顿运运动动定定律律不不适适用用于于微微观观领领域域中中物物质质结结构构和和能能量量不不连连续续的的现现象象.19世世纪纪和和20世世纪纪之之交交，物物理理学学的的三三大大发发现现，即即X射射线线的的发发现现、电电子子的的发发现现和和放放射射性性的的发发现现，使使物物理理学学的的研研究究由由宏宏观观领领域域进进入入微微观观领领域域，特特别别是是20世世纪纪初初，量量子子力力学学的的建建立立，出出现现了与了与经经典力学不同的新典力学不同的新观观念念特特别别提提醒醒：(1)宏宏观观世世界界粒粒子子的的运运动动特特点点：粒粒子子具具有有确确定定的的运运动动轨轨迹迹，根根据据质质点点的的运运动动规规律律，应应用用牛牛顿顿力学可以准确力学可以准确预测质预测质点在某点在某时时刻的位置刻的位置(2)微微观观世世界界粒粒子子的的运运动动特特点点：就就单单个个粒粒子子而而言言，运运动动没没有有确确定定的的运运动动轨轨迹迹，微微观观粒粒子子既既有有粒粒子子性性，又又有波有波动动性性解解析析：选选A.人人们们对对客客观观世世界界的的认认识识要要受受到到所所处处时时代代的的客客观观条条件件和和科科学学水水平平的的制制约约，所所以以形形成成的的看看法法也也都都具具有有一一定定的的局局限限性性，人人们们只只有有不不断断扩扩展展自自己己的的认认识识，才才能能掌掌握握更更广广阔阔领领域域的的不不同同事事物物的的本本质质与与规规律律；新新的的科科学学的的诞诞生生并并不不意意味味着着对对原原来来科科学学的的全全盘盘否否定定，只只能能认认为为过过去去的的科科学学是是新新的的科科学学在一定条件下的特殊情形在一定条件下的特殊情形二、二、经经典典时时空空观观与相与相对论时对论时空空观观1经经典力学的典力学的时时空空观观(1)空空间间是是绝绝对对静静止止不不动动的的(即即绝绝对对空空间间)，时时间间是是绝对绝对不不变变的的(即即绝对时间绝对时间)(2)空空间间和和时时间间跟跟任任何何外外界界物物质质的的存存在在及及其其运运动动情况无关情况无关(3)空空间间是是三三维维欧欧几几里里得得空空间间，时时间间是是一一维维的的，空空间间和和时间时间彼此独立彼此独立2狭狭义义相相对论对论的几个的几个结论结论(1)“同同时时”的相的相对对性性对对于于光光速速不不变变的的原原理理的的证证明明，首首先先对对“同同时时”这这个个概概念念进进行行了了研研究究：在在一一个个惯惯性性系系中中同同时时发发生生两两个个事事件件，在在另另一一个个惯惯性性系系中中可可能能是是不不同同时时的的，即即“同同时时”是相是相对对的的(2)运运动动的的时钟变时钟变慢慢(钟钟慢效慢效应应)时钟时钟相相对对于于观观察者运察者运动时动时，观观察者会看到它察者会看到它变变慢了，运慢了，运动动速度越快，效果越明速度越快，效果越明显显即运即运动动的的时钟变时钟变慢在运慢在运动动参考系中的参考系中的时间节时间节奏奏变缓变缓慢慢了了.(一切物理一切物理过过程、化学程、化学过过程乃至程乃至观观察者自己的察者自己的生命生命节节奏均奏均变变慢了慢了)日常生活中的日常生活中的时间时间延延缓缓效效应应可以忽略，在运可以忽略，在运动动速度接近光速速度接近光速时时,则变则变得特得特别别重要重要(3)运运动动的尺子的尺子缩缩短短(尺尺缩缩效效应应)一根沿自身一根沿自身长长度方向运度方向运动动的杆，其的杆，其长长度度总总比杆比杆静止静止时时的的长长度小，而在垂直于运度小，而在垂直于运动动方向上，杆方向上，杆的的长长度没有度没有变变化化.(4)物体的物体的质质量随速度的增加而增大量随速度的增加而增大物体运物体运动时动时的的质质量比静止量比静止时时的的质质量大，且速度量大，且速度越大，越大，质质量越大，当速度接近光速量越大，当速度接近光速时时，质质量量趋趋于无于无穷穷大大特特别别提提醒醒：相相对对论论的的研研究究对对象象是是超超越越我我们们日日常常经经验验的的高高速速运运动动世世界界和和广广阔阔的的宇宇宙宙，这这是是我我们们难难以以理理解解相相对对论论的的主主要要原原因因当当速速度度很很大大时时，长长度度和和时时间间都都跟跟着着变变化化了了，这这时时对对宇宇宙宙的的看看法法也也必必然然要要变变化化，长长度度和和时时间间与与物物质质是是紧紧密密相相关关的的，是是不不能能离开物离开物质质而独立存在的而独立存在的即即时应时应用用(即即时时突破，小突破，小试试牛刀牛刀)2(单单选选)如如图图511所所示示，世世界界上上有有各各式式各各样样的的钟钟：砂砂钟钟、电电钟钟、机机械械钟钟、光光钟钟、生生物物钟钟，既既然然运运动动可可以以使使某某一一种种钟钟变变慢慢它它一一定定会会使使所所有有的的钟钟都一都一样变样变慢慢这这种种说说法是法是()图图511A对对的，的，对对各种各种钟钟的影响必的影响必须须相同相同B不不对对，不一定，不一定对对所有所有钟钟的影响都一的影响都一样样C光光钟钟受影响最大受影响最大D生物生物钟钟不受影响不受影响解解析析：选选A.将将不不同同类类型型的的两两架架钟钟调调整整到到速速度度相相同同，并并将将它它们们密密封封在在一一个个盒盒子子中中，再再让让该该盒盒子子以以匀匀速速运运动动如如果果运运动动对对一一架架钟钟的的影影响响比比另另一一架架大大，则则坐坐在在盒盒子子里里的的人人就就能能看看到到两两架架钟钟的的差差别别，因因而而可可以以知知道道盒盒子子是是在在运运动动，显显然然这这违违反反了了相相对对论论的的基基本本原原理理：一一个个密密闭闭在在盒盒子子中中的的人人是是无无法法辨辨认认自自己己是是处处于于静静止止状状态态，还还是是匀匀速速运运动动状状态态的的，所所以以一一架架钟钟变变慢慢时时，所所有有钟钟必必定定都都变变慢慢，且且变变慢慢的的程程度度一一定定严严格格相相同同正确答案正确答案选选A.课堂互动讲练课堂互动讲练经典力学的局限性和适用范围经典力学的局限性和适用范围类型一类型一(双双选选)19世世纪纪和和20世世纪纪之之交交，经经典典物物理理学学已已达达到到了了完完整整、成成熟熟的的阶阶段段，但但“在在物物理理学学晴晴朗朗天天空空的的远远处处还还有有两两朵朵小小小小的的、令令人人不不安安的的乌乌云云”,人人们们发发现现了了经经典典物物理理学学也也有有无无法法解解释释的的实实验验事事实实,“两两朵朵乌乌云云”是指是指()A宏宏观问题观问题B高速高速问题问题C微微观问题观问题D低速低速问题问题例例例例1 1【精精讲讲精精析析】由由伽伽利利略略和和牛牛顿顿创创立立的的经经典典力力学学及及物物理理学学的的各各个个分分支支，在在19世世纪纪相相继继进进入入鼎鼎盛盛时时期期，它它的的完完美美和和威威力力使使物物理理学学家家深深信信，天天地地四四方方、古古往往今今来来的的一一切切现现象象都都能能够够用用经经典典力力学学来来描描述述但但是是当当人人们们用用经经典典力力学学来来解解释释原原子子内内部部结结构构的的微微观观世世界界和和接接近近光光速速的的高高速速运运动动的的物物体体时时，发发现现与与实实际际情情况况有有很很大大的的出出入入，这这令令许许多多物物理理学学家家感感到到困困惑惑，成成为为“令人不安的令人不安的乌乌云云”故故选项选项B、C正确正确【答案答案】BC(单单选选)(2010年年高高考考北北京京卷卷)属属于于狭狭义义相相对对论论基本假基本假设设的是：在不同的的是：在不同的惯惯性系中性系中()A真空中光速不真空中光速不变变B时间间时间间隔具有相隔具有相对对性性C物体的物体的质质量不量不变变D物体的能量与物体的能量与质质量成正比量成正比狭义相对论的两个基本假设狭义相对论的两个基本假设类型二类型二例例例例2 2【精精讲讲精精析析】狭狭义义相相对对论论的的基基本本假假设设有有：(1)狭狭义义相相对对论论的的相相对对性性原原理理：一一切切彼彼此此做做匀匀速速直直线线运运动动的的惯惯性性参参考考系系，对对于于描描写写运运动动的的一一切切规规律律来来说说都都是是等等价价的的；(2)光光速速不不变变原原理理：对对任任一一惯惯性性参参考考系系，真真空中的光速都相等，所以只有空中的光速都相等，所以只有A项项正确正确【答案答案】A(单选单选)在日常生活中，我在日常生活中，我们们并没有并没有发现发现物物体的体的质质量随着物体运量随着物体运动动速度的速度的变变化而化而变变化，其原化，其原因是因是()A运运动动中的物体无法称量中的物体无法称量质质量量B物体的速度物体的速度远远小于光速，小于光速，质质量量变变化极小化极小C物体的物体的质质量太小量太小D物体的物体的质质量不随速度的量不随速度的变变化而化而变变化化相对论效应相对论效应类型三类型三例例例例3 3【精精讲讲精析精析】日常生活中日常生活中见见到的物体的速度到的物体的速度都很小，都很小，远远远远小于光速，所以小于光速，所以质质量量变变化很小，化很小，故故B选项选项正确正确【答案答案】B【方法方法总结总结】按照牛按照牛顿顿力学，物体的力学，物体的质质量是量是不不变变的，因此一定的力作用在物体上，的，因此一定的力作用在物体上，产产生的生的加速度也是一定的，加速度也是一定的，这样这样，经过经过足足够长够长的的时间时间以后物体就可以达到任意大的速度但是相以后物体就可以达到任意大的速度但是相对对论论告告诉诉我我们们，由于物体的，由于物体的质质量随速度的增大而量随速度的增大而增大，因此物体的运增大，因此物体的运动动速度不能无限增大速度不能无限增大