高中物理 第6章 经典力学与现代物理 6.1 经典力学的巨大成就和局限性学案 沪科版必修2

6.1 经典力学的巨大成就和局限性思维激活 科学的理论对实践有巨大的指导作用，请你从经典物理中找到一例加以论证. 提示 牛顿的万有引力定律在人类认识自然指导实践的过程中起到过巨大的作用，1781年3月3日，英国天文学家威廉赫歇耳发现天王星以后，世界上一些天文学家根据牛顿引力理论计算天王星轨道时，发现计算的结果总与实际观测位置不符合.这就引起人们思索：是牛顿理论有问题，还是另外有一个天体引力施加在天王星上？1845年，一位年仅26岁的英国剑桥大学青年教师亚当斯，通过计算研究认为在天王星轨道外还有一颗大行星，正是这颗未知的大行星的引力，才使理论计算和实际观测的位置不符合，他通过计算预报了这颗未知大行星在天空中的位置.然而，他的预报没有引起有关天文学家的重视.同样，1845年夏季，法国天文工作者勒威烈，也独立地通过计算预报了天王星轨道外这颗未知大行星在天空中的位置.德国柏林天文台长伽勒，根据勒威烈的预报位置，于1846年9月23日果然发现了这颗大行星.海王星的发现又使太阳系的边界向外延展了约17亿公里.海王星的发现是牛顿奠定的天体力学的辉煌成果，是理论指导实践的典范.自主整理一、一座永垂不朽的纪念碑1.自然哲学的数学原理的产生：英国科学家牛顿的代表作.成书于1687年.2.自然哲学的数学原理介绍：全书共分两个部分.第一部分是“定义和注释”“运动的基本原理”.第二部分是定律的应用，其内容包括：万有引力定律和行星的运动；流体力学的开创性研究；天体力学和宇宙系统的开拓性研究（行星的运动、卫星的运动、地面上的落体运动、抛体运动、彗星轨道、岁差以及潮汐现象等）.全书贯穿了牛顿和莱布尼兹分别独立发明的数学方法微积分.它在科学史上占有非常重要的地位，因为它标志着经典力学的建立.二、经典力学的巨大成就1.把天体运动与地上物体的运动统一起来了.2.以经典力学为基础发展起来了天体力学、材料力学.3.力学与热学结合引发了第一次工业革命.4.经典力学是航天的理论基础.三、经典力学方法论的意义经典力学的研究方法以伽利略和牛顿最为典型.伽利略：理想实验法.牛顿：归纳演绎法，建立理论体系.四、经典力学的局限性1.经典力学对时间和空间的认识（1）把一切自然现象都归结为机械决定论.（2）把时间、空间割裂开来，认为它们与物质运动无关.2.经典力学的适用范围（1）只适用于低速运动，不适用于高速运动.（2）只适用于宏观世界，不适用于微观世界.（3）只适用于弱引力环境，不适用于强引力环境.高手笔记亚里士多德、伽利略、牛顿的科学研究方法比较：科学家简介方法论意义科学成就亚里士多德Aristotle384322世界古代史上最伟大的古希腊哲学家、科学家和教育家以人的感觉经验和逻辑理性来研究物体的运动开辟了探索自然界奥秘的一条新路观察提出力的合成概念，创建了视觉、色彩视觉和虹等原始学说，尝试从物质本身来说明自然，把科学从宗教和神话中解放出来，推断地球是一个球体伽利略Galilei15641642意大利物理学家，开创近代自然科学研究方法的第一位学者观察提问、合理假设、数学变换、实验验证提出了新的研究方法数学推理和科学实验建立了摆的定律、惯性定律、自由落体定律，提出伽利略相对性原理，奠定了牛顿第一定律和第二定律的基本思想和经典力学的基础，他的工作使物理学成为独立的知识体系并从哲学中分化出来牛顿Newton16421727英国科学家，17世纪最伟大的科学巨匠重在分析与综合、归纳与演绎，强调论证要用实验验证更为深刻地实现了科学方法的丰富、发展与变革澄清了力和运动的观念，总结出万有引力定律和牛顿运动三定律，建立起完整的经典力学体系，从伽利略时代以来一个世纪的物理学工作，在牛顿手里得到了综合名师解惑1.经典力学有哪些成就？剖析：（1）把人类对整个自然界的认识推进到一个新水平，牛顿把天上的运动和地上的运动统一起来，实现了天上力学和地上力学的综合，从力学上证明了自然界的统一性，这是人类认识自然历史的第一次大飞跃和理论大综合，它开辟了一个新时代，并对学科发展的进程以及后代科学家们都产生了极其深刻的影响.（结合学生已学过的运动学动力学情况介绍）（2）经典力学的建立首次明确了一切自然科学理论应有的基本特征，这标志着近代理论自然科学的诞生，也成为其他各门自然科学的典范.牛顿运用归纳与演绎、综合与分析的方法，极其明晰地得出了完善的力学体系，被后人称为科学美的典范，显示出物理学家在研究物理时，都倾向于选择和谐与融洽的体系，追求最简洁、最理想的形式.（3）经典力学的建立对自然科学和科技的发展、社会进步具有深远影响.一是科学的研究方法推广应用到物理学的各个分支学科上，对经典物理学的建立意义重大；二是经典力学与其他基础科学相结合产生了许多交叉学科，促进了自然科学的进一步发展.三是经典力学在科学技术上有广泛的应用，促进了社会文明的发展.2.如何理解经典力学的局限性？剖析：（1）从低速到高速当物体运动速度远小于真空中光速时，经典力学处理这些运动完全适用.物体的质量m不随运动状态改变.而根据狭义相对论的观点，质量要随着物体运动速度的增大而增大.若物体的速度接近光速，物体的质量增大比较显著，不能忽略，经典力学不再适用.（2）由宏观到微观19世纪末和20世纪初，物理学研究深入到微观世界，发现了电子、质子、中子等微观粒子，而且发现它们不仅具有粒子性，同时还具有波动性，它们的运动规律在很多情况下不能用经典力学来说明.这说明经典力学一般不适用于微观粒子.3