1、第六章 万有引力与航天 第六节 经典力学的局限性人教版必修人教版必修2教学目标：1.知道牛顿运动定律的适用范围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了解经典力学在科学研究和生产技术中的广泛应用术中的广泛应用 3.知道质量与速度的关系知道质量与速度的关系.4.通过阅读课文体会一切科学都有自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补充旧的理论，人类对科学的认识是无止境的无止境的静力学（描述静止物体）静力学（描述静止物体）运动学（描述物体运动）运动学（描述物体运动）动力学（描述物体受力作动力
2、学（描述物体受力作 用下的运动）用下的运动）经典力学经典力学（牛顿力学）（牛顿力学）一、经典力学模块分类：经典力学模块分类：牛顿牛顿万有引力定律万有引力定律牛顿三大定律牛顿三大定律二、牛顿主要贡献二、牛顿主要贡献牛顿牛顿伽利略、第谷伽利略、第谷哥白尼、亚里士多德哥白尼、亚里士多德笛卡尔、胡笛卡尔、胡克、哈雷等克、哈雷等牛顿所说：牛顿所说：“如果说我看得远，那是因为我站在巨人们的肩上。如果说我看得远，那是因为我站在巨人们的肩上。”经经典典力力学学金金字字塔塔的的建建立立开普勒开普勒 经典力学的基础是经典力学的基础是牛顿运动定律牛顿运动定律，万有引力万有引力定律定律更确立了牛顿的地位，牛顿运动定律
3、和万有引更确立了牛顿的地位，牛顿运动定律和万有引力定律在力定律在宏观、低速、弱引力宏观、低速、弱引力的广阔领域，经受实的广阔领域，经受实践检验。践检验。低速世界低速世界(经典力学经典力学)高速世界（相对论）高速世界（相对论）三、经典力学的困境：三、经典力学的困境：在宏观低速的世界：一切都理所当然？在宏观低速的世界：一切都理所当然？宏观物体低速运动（远小于光速），经典力学完全适用。宏观物体低速运动（远小于光速），经典力学完全适用。时间和空间没有联系，相互独立，与物体及其运动状态都没有关系。时间和空间没有联系，相互独立，与物体及其运动状态都没有关系。当一些问题当一些问题(如微观领域的深入如微观领域
4、的深入)牛顿解释不了时，它就只好用上帝的牛顿解释不了时，它就只好用上帝的万能来解释，为此牛顿花费了后半生的心血，这正是牛顿的悲剧。万能来解释，为此牛顿花费了后半生的心血，这正是牛顿的悲剧。物体的相关物理量（位移、质量、大小等）与物体的运动状态都无关。物体的相关物理量（位移、质量、大小等）与物体的运动状态都无关。例如：船在水中流，水速例如：船在水中流，水速2m/s，船相对于水顺流而下，船相对于水顺流而下1m/s，则船相对于岸，则船相对于岸3m/s.例如：生活经验：空间如大房间，提供运动舞台，但不干例如：生活经验：空间如大房间，提供运动舞台，但不干扰演出，空间独立于物体及其运动存在。扰演出，空间独
5、立于物体及其运动存在。例如：生活经验：时间如长河，均匀流逝，任何都影例如：生活经验：时间如长河，均匀流逝，任何都影响不了它，时间也是独立的。响不了它，时间也是独立的。所以：不管选什么参考系，不管物体怎么运动，物所以：不管选什么参考系，不管物体怎么运动，物体的位移、时间、长度、质量等等的测量结果肯定体的位移、时间、长度、质量等等的测量结果肯定是一样的，这是天经地义的。是一样的，这是天经地义的。高速世界（接近光速）高速世界（接近光速）随着物体速度的加快随着物体速度的加快，时间会变慢时间会变慢。将一。将一个钟表留在地面上，个钟表留在地面上，而携带另一个以很快而携带另一个以很快速度移动，随后进行速度移
6、动，随后进行比较，地上的钟表总比较，地上的钟表总比快速移动的快。比快速移动的快。物体以接近光速运行时物体以接近光速运行时所表现出的所表现出的长度会比它长度会比它静止时更短。静止时更短。爱因斯坦指出，任何物爱因斯坦指出，任何物体以光速运动时，其长体以光速运动时，其长度将会缩短为零。度将会缩短为零。物体的物体的质量随速度的增大而增大质量随速度的增大而增大1905年，爱因斯坦提出，物体高速时（接近光年，爱因斯坦提出，物体高速时（接近光速），物体所占空间（如长度），物理、化学过速），物体所占空间（如长度），物理、化学过程，生命持续时间，都与运动状态有关，时空都程，生命持续时间，都与运动状态有关，时空都
7、与运动相关联了与运动相关联了-狭义相对论狭义相对论不敢相信图中的横线是平行的，不过它就是平行的不敢相信图中的横线是平行的，不过它就是平行的 两个位于中心的圆哪个大？其实一样大的！两个位于中心的圆哪个大？其实一样大的！四、从宏观到微观四、从宏观到微观19世纪末世纪末-20世纪初，深入到微观领域，世纪初，深入到微观领域，发现电子、质子、中子等微观粒子不仅发现电子、质子、中子等微观粒子不仅具有具有粒子性粒子性，同时还具有，同时还具有波动性波动性，很多，很多情况下经典力学说明不了。情况下经典力学说明不了。量子力学量子力学五、从弱引力到强引力五、从弱引力到强引力物体间的万有引力是弱引力，经典力学适用物体
8、间的万有引力是弱引力，经典力学适用天体半径减小到一定程度时天体半径减小到一定程度时(太阳的引力半径为太阳的引力半径为3 km，地球的引力半，地球的引力半径为径为1 m,如白矮星如白矮星)，天体间的引力就趋于无穷大，天体间的引力就趋于无穷大，强引力。，强引力。爱因斯坦广义相对论爱因斯坦广义相对论经典力学与相对论互为补充，互不矛盾，互经典力学与相对论互为补充，互不矛盾，互不否定共同支撑起物理学科的骨架。不否定共同支撑起物理学科的骨架。宏观低速宏观低速高速高速微观世界微观世界强引力强引力（1）对证据的质疑：）对证据的质疑：水星旋进数据水星旋进数据观测值：观测值：43秒秒/百年百年爱因斯坦计算相对论值
9、：爱因斯坦计算相对论值：43.03秒秒/百年百年最新相对论值（太阳非正球体）：最新相对论值（太阳非正球体）：39.6秒秒/百年百年（2）对共设的质疑：）对共设的质疑：光速不可超越吗？光速不可超越吗？哲学：光速是否只是某一时空层次的极限速度？随着目前认哲学：光速是否只是某一时空层次的极限速度？随着目前认识的宇观世界更大结构层次的发现，光速是否会被超越？识的宇观世界更大结构层次的发现，光速是否会被超越？例如：例如：相对论是一定正确的吗？相对论是一定正确的吗？例如：例如：量子力学就不会错吗？量子力学就不会错吗？新的理论会代替量子力学吗？新的理论会代替量子力学吗？科学的发展是在曲折中不断上升的科学的发展是在曲折中不断上升的
