2018-2019学年高中物理 第六章 万有引力与航天 6 经典力学的局限性习题 新人教版必修2

6．经典力学的局限性三维目标知识与技能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。

过程与方法通过阅读课文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。

情感、态度与价值观通过对牛顿力学适用范围的讨论，使学生知道物理中的结论和规律一般都有其适用范围，认识知识的变化性和无穷性，培养献身于科学的时代精神。

教学重点牛顿运动定律的适用范围。

教学难点高速运动的物体，速度和质量之间的关系。

教学方法探究、讲授、讨论、练习教具准备多媒体课件教学过程［新课导入］经典力学的基础是牛顿运动定律，万有引力定律更是树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颂道：“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”。

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。

［新课教学］一、从低速到高速请同学们阅读教材“从低速到高速”部分，回答低速与高速的概念、质速关系、速度合成的两个公式。

1．低速与高速（1）低速运动经典力学中各种物体的运动，速度都远小于真空中的光速。

第六节经典力学的局限性课时：一课时教师：教学重点了解经典力学的局限性．教学难点了解相对论、量子力学与经典力学的关系．三维目标知识与技能1．知道以牛顿运动定律为基础的经典力学的适用范围．2．知道相对论、量子力学和经典力学的关系．过程与方法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．情感态度与价值观1．了解科学理论的相对性，知道科学理论发展过程的继承与摒弃．2．通过时间与空间的问题，激励学生对未来的探索．教学过程导入新课情景导入情境 1 《原理》将成为一座永垂不朽的深邃智慧的纪念碑，它向我们揭示了最伟大的宇宙定律．这部著作是高于人类一切其他思想产物的杰作，这个简单而普遍的定律的发现，因为它囊括对象之巨大和多样性，给予人类智慧以光荣．——18、19世纪法国著名天文学家和天体力学家拉普拉斯拉普拉斯威廉·汤姆生情境2 “科学大厦已经基本建成”，“后辈物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了．”“在物理学晴朗天空的远处，还有两朵小小的令人不安的乌云．”——19世纪著名的英国物理学家威廉·汤姆生踌躇满志地宣告情境3 牛顿啊，请原谅我！你所发现的道路，在你那个时代，是一位具有最高思维能力和创造力的人所能发现的唯一的道路．你所创造的概念，甚至今天仍然指导着我们的物理学思想，虽然我们现在知道，如果要更加深入地理解各种联系，那就必须用另外一些离直接经验领域较远的概念来代替这些概念．——爱因斯坦情境4 科学总是从正确走向错误．——英国剧作家萧伯纳诙谐地说以上名人名言，对你有何启示？问题导入假如你驾驶一辆时速为100 km/h的越野车，一位乘客以相对你10 km/h的速度用弹弓射击前面的岩石，那么弹珠的实际速度就应该是110 km/h.可是，如果打开前车灯，按照常识，光速是1.079 145×109 km/h ，加上车的运动速度，光的实际速度应该大于1.079 145×109 km/h ，可实际测量光速还是1.079 145×109 km/h ，为什么同样的参考系光和实际物体得到的结果不同呢？学了本节内容后，你便知道其原因了．推进新课教师利用多媒体展示课件，使学生带着问题阅读课文，然后解决问题．问题：经典力学的成就有哪些？学生阅读课文，交流、讨论、回答．总结：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．4．18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．5．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．点评：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．教师引导学生领悟任何科学都不会穷尽一切真理，都有其局限性．经典力学也一样，从而引出经典力学的局限性．一、从低速到高速问题：1.在经典力学和狭义相对论中，物体的质量有何不同？2．狭义相对论中物体的质量表达式是怎样的？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？学生带着问题阅读课文，分组讨论、归纳．明确：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．m ＝m 01－v 2c 2 .m 0：物体静止时的质量，m ：物体速度为v 时的质量，c 是真空中的光速．3．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．练习1如果真空中的光速为c ＝3.0×108 m/s ，当一个物体的运动速度为v 1＝2.4×108 m/s时，质量为3 kg.当它的速度为1.8×108 m/s 时，质量为多少？解析：根据狭义相对论，m ＝m 01－v 2c2，由题意知： m 1＝m 01－v 1c 2，m 2＝m 01－v 2c 2，所以m 1m 2＝1－v 22c 21－v 21c 2＝4535＝43，所以m 2＝34m 1＝94 kg ＝2.25 kg. 答案：2.25 kg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( )．①世界无限广大，人不可能认识世界，只能认识世界的一部分 ②人的意识具有能动性，能够正确地反映客观世界 ③人对世界的每一个正确认识都有局限性，需要发展和深化④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 ．①②③④B ．①②③C ．①③④D ．②③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练习3．下列说法中正确的是( )．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解析：经典力学并不等于牛顿运动定律，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的问题．搞清牛顿运动定律和经典力学的隶属关系，明确经典力学的适用范围，才能正确解决此类问题．所以选B.答案：B二、从宏观到微观问题：经典力学的适用范围是什么？学生活动：阅读课文，寻找答案，回答问题．结论：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．三、从弱引力到强引力问题：(课件展示)1．经典力学与行星轨道的矛盾是什么？2．由经典力学与行星轨道的矛盾说明了什么？3．归纳牛顿万有引力定律与爱因斯坦引力理论的主要差异．4．经典力学和相对论及量子力学的关系如何？学生阅读课文，分组讨论，合作探究，代表发言．教师活动：点评学生的发言，因课本上内容并不全面，教师在点评过程中要补充一些内容．归纳：1.经典力学与行星轨道的矛盾按牛顿的万有引力理论，行星应该沿着一些椭圆或圆做周期性运动，而天文观测表明，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．实际观测到的水星的运动情况与爱因斯坦广义相对论的计算结果吻合得很好．2．经典力学只适用于弱引力，而不适用于强引力．3．牛顿万有引力定律与爱因斯坦引力理论的主要差异(1)牛顿的万有引力定律认为：物体的半径减小时，其表面上的万有引力与半径的二次方成反比地增大，对于半径接近于零的物体，其表面上的万有引力接近于无穷大．(2)爱因斯坦理论认为：物体的半径减小时，其表面上的万有引力比二次方成反比规律增大得快，引力趋于无穷大发生在接近一个“引力半径”的时候．(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，牛顿引力理论将不再适用．(4)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．4．经典力学和相对论及量子力学的关系经典力学是相对论及量子力学在一定条件下的特例，它包含于相对论和量子力学之中，相对论和量子力学的建立并没有否定经典力学．练习3、20世纪以来，人们发现了一些事实，而经典力学却无法解释，经典力学只适用于解决物体的______问题，不能用来处理______运动问题；只适用于______物体，一般不适用于______粒子．这说明人们对客观事物的具体认识在广度上是有______的，人们应当____________________________________．解析：人们对客观世界的认识要受到他所处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．答案：低速运动高速宏观微观局限性不断扩展认识，在更广阔的领域内掌握不同事物的本质与规律练习4、19世纪末和20世纪初以来，物理学的研究深入到________，发现______、______、______等微观粒子不仅有______，而且有______，它们的运动规律不能用经典力学来说明．练习5．对于经典力学理论，下列说法中正确的是( )．A．经典力学是物理学和天文学的基础，也是现代工程技术的理论基础B．经典力学的理论体系是经过几代科学家长期的探索，历经曲折才建立起来的C．经典力学具有丰富的理论成果，也建立了实证科学的方法体系D．当物体运动速度很大(v→c)、引力很强、活动空间很小(微观)时，经典力学理论所得的结果与实际结果之间出现了较大的偏差练习6．以下说法正确的是( )．A．在经典力学中，物体的质量不随运动状态而改变，在狭义相对论中，物体的质量也不随运动状态而改变B．在经典力学中，物体的质量随物体运动速度增大而减小，在狭义相对论中，物体的质量随物体速度的增大而增大C．在经典力学中，物体的质量是不变的，在狭义相对论中，物体的质量随物体速度增大而增大D．上述说法都是错误的练习7．关于经典力学和量子力学，下列说法中正确的是( )．A．不论是对宏观物体，还是微观粒子，经典力学和量子力学都是适用的B．量子力学适用于宏观物体的运动；经典力学适用于微观粒子的运动C．经典力学适用于宏观物体的运动；量子力学适用于微观粒子的运动D．上述说法都是错误的参考答案：1．微观世界电子质子中子粒子性波动性 2.ABCD 3.C 4.C课堂小结通过对万有引力定律的学习，我们了解了万有引力定律的辉煌成就，但是通过本节的学习，我们又了解到它并没有穷尽一切真理，在新的领域还有新的规律等待我们去发现．在本节的学习过程中，我们从三个方面体会经典力学的局限性：①从低速到高速；②从宏观到微观；③从弱引力到强引力．布置作业1．阅读教材科学足迹中牛顿的科学生涯．2．从网上查阅有关经典力学、量子力学、相对论的资料．板书设计6 经典力学的局限性1．从低速到高速：经典力学适用于低速2．从宏观到微观：经典力学适用于宏观物体3．从弱力到强力：万有引力定律适用于弱力。

第六节经典力学的局限性预习导航一、从低速到高速1．经典力学的基础是牛顿运动定律，牛顿运动定律和万有引力定律在宏观、低速、弱引力的广阔区域，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。

2．狭义相对论阐述物体以接近光的速度运动时所遵从的规律。

3．在经典力学中，物体的质量是不变的，而狭义相对论指出，质量要随物体运动速度的增大而增大。

即m＝m01－v2c2，两者在速度远小于光速的条件下是统一的。

4．经典力学认为位移和时间的测量与参考系无关，相对论认为，同一过程的位移和时间的测量与参考系有关。

特别提醒物体的质量是它的固有属性，是相对不变的，这一结论成立的前提是物体做低速运动，在高速运动中物体的质量要随运动速度的增大而增大。

二、从宏观到微观1．经典力学能够很精确地描述宏观物体的运动规律，但对微观粒子的波粒二象性无能为力，量子力学能够正确地描述微观粒子运动的规律性。

2．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。

三、从弱引力到强引力爱因斯坦的广义相对论说明：在强引力的作用下，牛顿引力理论将不再适用。

2019-2020学年高考物理模拟试卷一、单项选择题：本题共10小题，每小题3分，共30分．在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的1．甲、乙、丙、丁四辆小车从同一地点向同一方向运动的图象如图所示，下列说法中正确的是（）A．甲车做直线运动，乙车做曲线运动B．在0～t1时间内，甲车平均速度等于乙车平均速度C．在0～t2时间内，丙、丁两车在t2时刻相遇D．在0～t2时间内，丙、丁两车加速度总是不相同的2．起重机将静止在地面上的货物竖直向上吊起，货物由地面运动至最高点过程中的v－t图像如图所示，g=10m/s2，以下说法中正确的是（）A．0~3s内货物处于失重状态B．3~5s内货物的机械能守恒C．5~7s内货物受到向上的拉力为重力的0.3倍D．货物上升的总高度为27m3．如图所示，斜面体M的底面粗糙，斜面光滑，放在粗糙水平面上．弹簧的一端固定在墙面上，另一端与放在斜面上的物块m相连，弹簧的轴线与斜面平行．若物块在斜面上做简谐运动，斜面体保持静止，则地面对斜面体的摩擦力f与时间t的关系图象是图中的A．B．C．D．4．如图所示，正六边形的物体上受四个共点力的作用下保持平衡。