高中物理人教版必修1教案《用牛顿运动定律解决问题（二）》3

111牛顿运动定律的适用范围一、 教学目标1.知道牛顿运动定律的适用范围。2.知道质量与速度的关系，知道在高速运动中必须考虑质量随速度而变化。二、教学重点 牛顿运动定律的适用范围。三、教学难点 物体的质量随速度的变化。教学过程以牛顿定律为基础的经典力学在很广阔的领域里与实际相符合，但在研究变速运动的物体和微观粒子时遇到了困难，这说明牛顿运动定律与一切物理定律一样，有它实用的范围。（一） 牛顿运动定律具有极其广泛的应用1. 牛顿运动定律基于广泛的生活实践，大量的科学实验，是对客观现实的反映。2. 牛顿运动定律是解决大量实际问题的基础。随着人类对自然界认识的深入和科研水平的进一步提高，以牛顿定律为基础的经典力学已不能适应新的要求。（二） 牛顿运动定律的适用范围1.牛顿运动定律只在惯性系中成立2.牛顿运动定律只适用于宏观低速运动的物体 宏观物体是指相对于电子、质子、中子等微观粒子而言。 低速运动是指相对光速而言。对于微观高速运动的问题，经典力学出现了困难。为此，20世纪以来，科学家创立了相当论和量子力学。（三） 相对论和量子力学1. 相对论解决高速运动的问题 爱因斯坦提出了狭义相对论，由此建立了相当论力学。 物体的质量m随物体的速度v增大而增大。 其中：m0是指物体静止时的质量（简称静质量），c是真空中的光速。 对于一般物体的运动vc，所以mm02. 量子力学的建立解决了微观粒子运动的问题。 微观粒子（电子、质子、中子等）不仅具有粒子性，同时具有波动性。 量子力学正确地描述了微观粒子的规律性，而经典力学不适用于微观粒子。3. 相对论、量子力学与经典力学的关系 说明人类认识自然界更加深入，它是科学的进步，并不表示经典力学失去意义。 不同的物理规律有不同的适用范围，在各自的适用范围内，我们可以充分发挥物理规律的应用。 启发我民主遇到新的问题时，只要不断探索，就可以找到新的解决方法，鼓励青年人树立远大志向，勇攀科学的新高峰。（四） 牛顿三个运动定律的关系牛顿提出的三个运动定律是一个整体，它回答了力与物体运动的关系这一最基本、最重要的问题。第一定律解决了物体在不受外力作用条件下的运动状态问题，同时指出物体具有惯性，确定了力的概念，是后两个运动定律的基础。第二定律在第一定律的基础上，进一步研究了物体在受力作用条件下的物体运动状态，确定了力、质量以及加速度的瞬时对应关系，是牛顿三个运动定律的核心。 第三定律则反映了物体作用的相互性，阐明了物体在作用过程中的相互联系问题，使人们能够更加全面地分析、认识物体的力的作用与运动的关系问题。【例1】有人认为“牛顿第一定律是牛顿第二定律的特例，即合外力为零的情况，所以牛顿第一定律意义不大”这个说法是否正确？【解析】这种设法不对。牛顿的三个运动定律，各有它们内在物理意义，是互相独立的。虽然从牛顿第二定律F=ma可以得出当物体受到F合=0时a=0的结论，但牛顿第一定律提出“一切物体在没有受到外力作用的时候，总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止”，从这里可以看出牛顿第一定律有它自身的物理意义和地位，首先牛顿第一定律阐明了物体不受外力作用时的运动规律，同时还引出了物体的惯性的概念，即物体具有保持原来运动状态的性质， 同时牛顿第一定律还引入了力的概念，但是定律虽然引入了力的概念，却没有说明力是怎样改变物体的运动状态的，而牛顿第二定律却说明了物体受力手，力和物体加速度之间的关系。所以说牛顿第一定律是用来阐明物体不受外力作用时的运动规律，而牛顿第二定律是用来阐明物体受到外力作用时的运动规律，一者是不能相互替代。【小结】经典力学只适用低速运动的宏观物体，不能用来处理高速运动的问题，一般不适用于微观粒子，按相对论力学，物体的质量随速度的增大而增大。111