经典力学的局限性(刘玉兵)

经典力学的局限性 教材分析（一）经典力学的成就自从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广泛的应用.经典力学和天文学相结合，建立了天体力学；经典力学和工程实际相结合，建立了各种应用力学，如水力学、材料力学、结构力学等等.从行星的运动到地面上各种物体的运动；从大气的流动到地壳的变动；从设计各种机械到拦河筑坝、修建桥梁和高楼大厦；从人力车、马车的运动到汽车、火车、飞机等现代交通工具的运动；从抛出石块到发射导弹、人造卫星和航天飞机——所有这些关于宏观物体的运动问题，都服从经典力学的规律.但是，牛顿定律和一切物理定律一样，也有它的适用范围.（二）从低速到高速处理宏观物体的低速运动（远小于光速）问题，经典力学是完全适用的.20世纪初，著名物理学家爱因斯坦（1879年~1955年）建立了狭义相对论.他指出，处理接近于光速的高速运动问题，必须用相对论力学，经典力学是相对论力学在低速时良好的近似.1.从低速到高速时质量的变化在后面的学习中，我们还会知道质量与物体的能量紧密相关.在经典力学中，物体的质量m 是不随运动状态改变的，而狭义相对论指出，质量要随着物体运动速度的增大而增大，即m =2201c vm式中m 0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.依上式计算，在低速运动中，如地球以3×104 m/s 的速度绕太阳公转时，它的质量增大十分微小，可以忽略，经典力学完全适用.但如果物体的速度接近光速c ，如速度v =0.8c 时，物体的质量约增大到静止质量的1.7倍.这时，经典力学就不适用了.2.位移和时间的测量一条河流中的水以相对于河岸的速度v 水岸流动，河中的船以相对于河水的速度v 船水顺流而下.在经典力学中，船相对于岸的速度即为v 船岸=v 船水+v 水岸经验告诉我们，这简直就是天经地义的.但是，仔细一看，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.在牛顿看来，位移和时间的测量与参考系无关，正是在这种时空的观念下，上式才成立.然而，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，经典力学也就不再适用了.（三）从宏观到微观1.经典力学一般也不适用于微观粒子19世纪末和20世纪初以来，人们对物质世界的研究深入到原子内部，发现了电子、质子、中子等微观粒子的运动规律一般不能用牛顿运动定律来说明.20世纪初期，人们建立了量子力学，用来描述微观粒子的规律性.2.经典力学的适用范围相对论和量子力学的出现，说明人类对自然界的认识更加广泛和深入，而不表示经典力学失去了意义.它只是使人们认识到经典力学有它的适用范围：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.（四）从弱引力到强引力1.在强引力情况下，牛顿引力理论将不再适用.2.相对论和量子力学不否定经典力学，认为它是自己在一定条件下的特殊情形.。

经典力学的局限性教材分析
本节是高中物理必修课本最后一节，带有小结牛顿力学的性质，同时又负有开拓学生眼界、提高学生认知水平和能力的任务。

讲经典力学的局限性，首先要肯定经典力学的伟大成就，并且到目前为止，经典力学仍然是用得最多的，即使在航天领域，人们主要也是应用经典力学解决问题。

但是，当人们的探索进入高速度和微观领域后，逐渐发现经典力学有其局限性。

到了20世纪初，科学已经发展到更多地关注高速运动的问题，爱因斯坦建立了狭义相对论，指出经典力学只是在低速、宏观情况下的一种近似，这样，传统经典的时空观被打破，崭新的时空观使人们眼睛一亮，原来未知的世界还这么广阔。

而到了微观领域，量子化的现象又与经典理论相矛盾，量子力学也在20世纪得以建立。

人类对物质世界的认识发展到了一个前所未有的水平，并且这种认识还远没有到顶，未知的世界总是大于已知世界，这恐怕永远是真理。

这一节在学生辩证唯物主义世界观的形成中所起的作用是不容低估的，要充分利用好这节教材。

经典力学的局限性教学目标知识与技能：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.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。

4.提升自主学习能力、合作探究学习能力和明辨是非能力。

过程与方法：1.通过阅读教材，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．2.通过自主学习，合作交流与探讨，在“对话性”“合作性”“探究性”的课堂教学氛围中，使学生学会学习，乐于学习，在学习中认识团队精神的重要性，感知探索物理知识的科学思维方法和素养。

3.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.情感态度价值观：1. 通过对物理学家探究物理知识的过程和科学思想方法的学习，使学生感知物理学家科学、严谨、乐观的求知态度，谦虚而博大精深的思想情怀.培养学生献身于科学的价值观和时代精神。

2.通过国籍观的批判认识向学生渗透思想品德素养和爱国情怀的教育。

3.通过对牛顿、爱因斯坦的名言赏析，对学生进行人格提升教育，人生观、价值观教育，“立德树人”。

4.通过感知物理学家对知识的认知经由正确走向错误，再接近真理的认知体会，渗透辩证唯物主义世界观教育，认识科学理论的相对性，知道科学理论发展过程的继承与摒弃。

教材分析：本节课是本章最后一节的内容，在本节课的教学之前，学生已经对经典力学的内容有了初步的认识和了解，只是没有形成整体认知，故教材在设置本节课内容时，首先帮助学生构建对经典力学的整体认知，概括性地点明经典力学的成就，再从低速与高速、宏观与微观、弱引力到强引力三个方面介绍了经典力学的局限性，教材对教学内容难易程度的设置合理，易于接受，适于有自学能力的学生自学，学过本节之后，学生会知道尽管前面已经体会到了万有引力的辉煌成就，但它没有穷尽一切真理，在新的领域还有新的规律等待我们去发现，文中“未完成的交响曲”“相对论和量子力学是哪一种广泛的理论的特殊情形呢？我们现在还不知道……”，这些内容安排的着眼点都在情感态度与价值观、学科素养培养及立德树人等方面的教育功能上。

第六章6经典力学的局限性经典力学的基础是牛顿运动定律，万有引力定律更是建立了人们对牛顿物理学的尊敬。

牛顿运动定律和万有引力定律在宏观、低速、弱引力的广阔领域，包括天体力学的研究中，经受了实践的检验，取得了巨大的成就。

著名物理学家杨振宁曾赞颁道：“如果一定要举出某个人、某一天作为近代科学诞生的标志，我选牛顿《自然哲学的数学原理》在1687年出版的那一天。

”是的，从地面上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、人造卫星、宇宙飞船……所有这些都服从经典力学的规律。

经典力学在如此广阔的领域里与实际相符合，显示了牛顿运动定律的正确性和经典力学的魅力。

但是，像一切科学一样，经典力学没有也不会穷尽一切真理，它也有自己的局限性。

它像一切科学理论一样，是一部“未完成的交响曲”。

从低速到高速上面提到的各种物体的运动，速度都远小于真空中的光速。

处理这些运动，经典力学完全适用。

20世纪初，著名物理学家爱因斯坦建立了狭义相对论。

狭义相对论阐述物体在以接近光的速度运动时所遵从的规律，得出了一些不同于经典力学的观念和结论。

例如，在经典力学中，物体的质量机是不随运动状态改变的，而狭义相对论指出，质量要随着物体运动速度的增大而增大，即式中砂）是物体静止时的质量，机是物体速度为V时的质量，。

是真空中的光速。

依上式计算，在低速运动中，如地球以3X1（）4m∕s的速度绕太阳公转时，它的质量增大十分微小，可以忽略，经典力学完全适用。

但是如果物体的速度接近光速c,例如速度U=0.8C时，物体的质量约增大到静止质量的1.7倍。

这时，经典力学就不适用了。

又如，一条河流中的水以相对于河岸的速度V水岸流动，河中的船以相对于河水的速度-第水顺流而下.在经典力学中，船相对于岸的速度为V舱岸=V船水+v水快经验告诉我们，这简直就是天经地义的。

论经典力学的局限性摘要：人类从愚蠢走向文化，从神学走向科学，在认识自我的过程中，物理学起到了绝对重要的作用。

而物理学的第一次推翻时辰就是经典力学的树立。

但发明历史的人们总是不可防止地要遭到历史的限制，重点阐述了经典力学的局限性。

在高中阶段，我们所学习的力学知识主要是以牛顿运动定律为根底的经典力学。

那么经典力学是如何构成的、它的局限性表如今哪些方面？让我们逐个解答。

一、经典力学的构成17世纪牛顿力学构成了体系，能够说，这是物理学的第一次巨大综合。

牛顿树立了两个定律，一个是运动定律，一个是万有引力定律，并开展了变量数学微积分，具有理解决实践问题的才能。

他创始了天膂力学这一科学，海王星和冥王星的发现就充沛证明了这一点。

二、经典力学的主要观念牛顿力学三定律构成了近代力学的根底，也是近代物理学的重要支柱。

牛顿关于力学最重要的奉献则是万有引力的发现。

牛顿的力学三定律和万有引力定律把天体运动定律与地上物体运动定律统一同来，树立起经典力学的理论大厦。

牛顿把他的力学理论应用于太阳系，处理了天膂力学中的一系列问题。

他拿出了计算太阳质量和行星质量的办法，证明了地球是一个赤道凸出的扁球，解释了岁差现象，阐明了潮汐的涨落，剖析了彗星运动的轨迹和天体摄动现象等。

18世纪及以后的一系列事实，证明了牛顿力学的谬误性，从而得到了普遍的供认。

对证明牛顿万有引力定律有重要意义的事实，一是哈雷彗星的发现，二是地球外形的证明，三是关于行星摄动现象的证明。

此外，如关于引力常数G的测定等，也都证明了万有引力定律。

三、经典力学的局限性发明历史的人们总是不可防止地要遭到历史的限制，牛顿当然也不例外。

由于遭到时期的局限，牛顿创建的经典力学的根本概念和根本原理存在着固有的局限性，主要表如今以下几个方面：1.引入了绝对时间、绝对空间等根本概念依照牛顿的说法，绝对的、真正的和数学的时间本身在流逝着，而且由于其本性平均地、与任何其他外界事物无关地流逝着。

6.6经典⼒学的局限性6.6 经典⼒学的局限性教学⽬标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间的变化。

引⼊新课⾃从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。

⼀、经典⼒学的成就1、⽜顿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，是⼈类认识史上的第⼀次重⼤飞跃。

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应⽤，并取得了巨⼤成就。

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、经典⼒学的局限和任何理论⼀样，经典⼒学也有它的局限性，有它的适⽤范围。

1、从低速到⾼速——狭义相对论：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）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。

当物体运动的速度⽐真空中的光速⼩得多时，质量、时间和长度的变化很⼩，可以忽略，经典⼒学完全适⽤。

但如果物体运动速度可以和光速相⽐较时，质量、时间和长度的变化就很⼤，经典⼒学就不再适⽤，狭义相对论阐述了物体在以接近光速运动时所遵循的规律。

高一下册物理教学设计：经典力学的局限性背景经典力学自诞生以来一直是物理学的重要分支，对于人类社会的发展起了巨大的作用。

然而，随着科学技术的发展，经典力学的一些局限性也逐渐显现出来，引发了科学界的一系列思考和研究。

本文将围绕经典力学的局限性，针对高一下册物理教学进行设计。

学习目标本课的学习目标主要包括以下几个方面：1.了解经典力学的基本概念和原理；2.掌握经典力学在宏观世界中的应用；3.探究经典力学在微观世界中的局限性；4.了解现代物理学的发展和相关研究成果；5.培养学生科学探究和思辨的能力。

教学过程导入（5分钟）在导入环节，教师可以通过图片或视频等方式，展示经典力学在日常生活中的应用，引起学生的兴趣和好奇心。

可以使用以下问题引导学生思考：•在日常生活中，有哪些场景体现出了经典力学的应用？•经典力学的基本概念和原理是什么？知识讲解（20分钟）在知识讲解环节，教师可以结合经典力学的基本概念和原理，分别对宏观世界和微观世界中的经典力学进行介绍和讲解，重点强调其应用和局限性。

对于宏观世界中的经典力学，可以从牛顿三定律、质点运动学和万有引力定律等方面进行讲解，通过实际问题的分析和解决，引导学生深入理解和掌握相关概念。

而在微观世界中的经典力学，教师可以从经典力学在原子和分子领域的应用开始讲解，介绍经典力学与量子力学的区别，以及量子力学对于经典力学的否定和修正。

引导学生了解现代物理学的发展，探究科学研究的特点和方法。

拓展学习（30分钟）在拓展学习环节，教师可以针对经典力学的局限性，提供相关的科学研究成果和案例，引导学生深入探究和思考。

例如，可以介绍爱因斯坦的相对论和量子力学的基本概念，分别对经典力学的时间和空间的局限性进行讲解和探究，从而引导学生深入理解和思考经典力学在微观领域的局限性。

此外，教师还可以通过讲解科学者的经典实验，如双缝实验等，帮助学生深入理解经典力学在微观领域的不足。

总结归纳（10分钟）在总结归纳环节，教师可以对本节课内容进行回顾和总结，强调学习重点和难点，关注学生的学习效果和学习收获。