高中物理 6[1].1《经典力学的巨大成就和局限性》学案1 沪科版必修2

【课题】
§6.1 经典力学的巨大成就和局限性
【学习目标】
1、知识与技能：
①了解经典力学发展历程中有哪些物理学家作出了突出贡献；
②了解经典力学所取得的伟大成就及其对当时自然科学、社会发展的影响；
③认识经典力学的局限性和适用范围。

2、过程与方法：
①通过收集对经典力学建立作出重要贡献的物理学家的故事，了解科学家是如何在前人的基础上进
行求索的，学习将科学家的成果放在特定的历史背景下去评说，从而让学生认识到历史的发有承接，科学的发展也一样；
②通过收集和交流具体实例，了解经典力学所取得的伟大成就，培养学生就某一观点或结论收集例
证的能力，培养学生获取和评价信息的能力；
③通过对比亚里士多德、伽利略、牛顿所采用的科学的研究方法，了解科学研究方法不断发展的过
程，学习科学实验研究方法的思想；
3、情感、态度与价值观：
①领悟和感受科学研究方法的正确使用对科学发展的重要意义，体会经典力学在人类认识自然以作
用及物理学发展中的重要影响和作用；
②感受物理学家充满着艰巨性创造性的科学探究过程，体会科学家们忘我的献身精神和刻意追求的
严谨作风，从而更好地把握科学探究的本质；
③感受物理学所揭示的自然规律中蕴藏着和谐、有序、简单、统一的科学美，培养培养学生对科学
的审美能力，领悟自然界的内在秩序与和谐，唤起人的真、善、美的自然天性，达到认识和情感的完美统一。

【学习重点】
1、让学生从多种途径了解经典力学的发展过程和相关的物理学家以及他们的思想；
2、让学生了解经典力学的伟大成就和它的局限性，体会历史与逻辑、继承与发展的统一，领悟科学
精神和体会科学研究的思想方法。

【知识点导学】
※本章知识背景
1、经典力学：也叫牛顿力学，主要研究宏观物体机械运动的规律。

牛顿在伽利略等人工作的基础上，把地面上的物体的运动和行星的运动综合起来进行了深入地研究，发现了机械运动的基本规律——牛顿运动三定律和万有引力定律。

其不朽名著《自然哲学的数学原理》，为经典力学奠定了基础。

2、“两朵小小的乌云”
19世纪末，在经典力学基础上发展起来的经典物理学，似乎到了尽善尽美的程度。

著名物理学家威廉·汤姆生踌躇满志地宣布：“科学大厦已经基本建成”，“后辈物理学家做一些零碎的修补工作就行了”，不过还有令他担忧的问题，他说：“在物理学晴朗太空的远处，还有两朵小小的令人不安的乌云。

”
这两朵“乌云”是指：
i、迈克尔逊—莫雷实验的“以太漂移的零结果”，动摇了以太假设，使牛顿的绝对时空观遇到了严重的困难
ii、经典物理学在解释黑体辐射实验结果时，经典理论在紫外区出现了荒谬的结论。

这被人们称为“紫外灾难”。

3、相对论和量子力学的建立
在20世纪初的几十年里，科学家们发现经典物理学在微观、高速领域不再适用，对与两朵“乌云”相关问题的深入研究，又建立了新的时空观念，创立了新的物理理论——相对论和量子力学。

《自然哲学的数学原理》——一座永垂不朽的纪念碑
1、牛顿的《自然哲学的数学原理》，是一部奠定了经典力学基础的划时代的著作。

它对近现代科学和科学哲学的发展产生了无与伦比的影响，是自然科学史上的一座伟大的丰碑。

2、《自然哲学的数学原理》简介
第一部分：“定义和注释”、“运动的基本定律和定理”（包括三个运动定律）。

第二部分：是这些定律、定理的应用，共三卷：
卷Ⅰ：讨论万有引力定律和行星的运动
卷Ⅱ：对流体力学的开创性研究
卷Ⅲ：总题目是“论宇宙系统”，是天体力学和宇宙系统的开拓性研究
3、法国著名天文学家、天体力学家拉普拉斯对《自然哲学的数学原理》的评价
《自然哲学的数学原理》将成为一座永垂不朽的深邃智慧的纪念碑，它向我们展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，因它囊括对象之巨大和多样，给予人类智慧乙以光荣。

经典力学的巨大成就
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、作为经典力学的基础，在建立后的200多年里，几乎统治了物理学的各个领域。

并取得了巨大成就。

3、经典力学是最早形成的物理理论，后来的许多理论，无不受到经典力学的影响，包括相对论和量子力学。

经典力学方法论的意义
1、经典力学方法的典型就是伽利略和牛顿的研究方法。

2、伽利略的方法：开创了将实验、逻辑（数学）相结合的方法，即“自然数学化”的方法。

他不仅
通过实验进行观察和测量，而且用理想实验的方法进行推理
3、牛顿的方法：是指“归纳—演绎法”。

第一个大量使用数学方法系统地整理物理学理论的，就是牛顿。

他的方法与一般演绎法的不同之处在于：演绎的结果必须诉诸实验验证。

牛顿的《自然哲学的数学原理》为以后物理理论的建立树立了一个典范，极大地促进了物理学的发展。

经典力学的局限性
1、机械决定论：经典力学的巨大成就，促使人们用力学观点去理解自然，把一切自然现象都归结为“机械决定论”。

一切形式的运动都是机械位移和碰撞的结果（包括生命运动）。

主张自然界是由完全相同的微粒组成的，自然界的千差万别，只是微粒的数量和空间排列不同。

牛顿曾说：“自然界的一切现象，全都可以根据力学的原理，用相似的推理一一演绎出来。

”
2、经典力学的时空观：即机械论的时空观，牛顿认为空间和时间是不依赖人大意识而存在，即认为时间和空间是绝对的。

具体讲，就是时间和空间是互不相干，而且与物质的运动无关。

这种时空观也称“绝对时空观。

”
3、绝对时空观，在宏观物体的低速运动领域是足够精确的，但在微观与高速领域就不对了。

正因为这个原因，经典力学的适用范围是“宏观（物体）”“低速（运动）”领域。

4、相对论的相关结论，在物体速度远小于光速的情况下正好与经典力学的结论一致。

【典例引路】
【例1】牛顿定律能适用于下列哪些情况【】
A.研究原子中电子的运动
B.研究“神州”五号的高速发射
C.研究地球绕太阳的运动
D.研究飞机从深圳飞往北京的航线
【解析】经典力学只适用于解决低速运动问题；不能用来处理高速运动问题，经典力学只适用于宏观物体，一般不适用于微观粒子。

故答案为BCD。

［例2］以牛顿运动定律为基础的经典力学，在科学研究和生产技术中有哪些应用?
【解析】经典力学在科学研究和生产技术中有广泛的应用.经典力学与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，建立了应用力学，如水利学、材料力学、结构力学等从地面上各种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、卫星、宇宙飞船，等等，所有这些都服从经典力学规律.
【课后检测】
1、19世纪的力学、光学、热学、电磁学取得了光辉的成果，但威廉·汤姆生说的“在物理学晴朗天空的远处，尚有两朵小小的令人不安的乌云。

”正是这两朵小小的乌云及科学家对与之相关的问题的深入研究引来了20世纪物理学革命，并使整个自然科学进入了一个崭新的
阶段。

在当时，所谓“两朵小小的乌云”是指
【】
A．与光电效应实验相关的光的粒子性问题
B．热辐射实验相关的各种现象
C．迈克尔逊—莫雷实验的结果：“以太漂移的零结果”
D．经典物理学解释黑体辐射实验结果时出现了荒谬的理论结果
2．经典力学方法的典型就是伽利略和牛顿的研究方法，关于伽利略和牛顿的研究方法，的下列说法正确的是【】A．他们与以往的科学家一样，通过观察后直接得出结论
B．伽利略开创了实验、逻辑（数学）相结合的方法，也就是“自然数学化”的方法
C．伽利略不仅通过实验进行观察测量而且用理想实验的方法进行推理
D．牛顿只是套用了伽利略的方法
3、关于牛顿对时间和空间的观点，下列说法错误的是【】
A．牛顿认为时间和空间不依赖于人的意识而存在
B．牛顿认为时间和空间是互不相干的，也与物质的运动无关
C．牛顿的时空观在低速宏观领域对物体运动的描述很不精确
D．牛顿的时空观在微观与高速领域就不对了
4．在蓝天翱翔的飞机，高耸的大厦其设计与制造的原理基础就是经典力学，而如果经典力学是有局限性的，那么是否意味着制造出来的飞机，制造出来的高楼是不安全的，你对此有何见解？
5．在19世纪末，由经典力学发展起来的经典物理学遇到了无法解释的新问题，当时称“两朵小小的令人不安的乌云”，对这两朵小小的乌云的进一步研究促使物理学家建立了什么新的理论？
【课后检测参考答案】
1．CD 2．BC 3．C
4．不是，经典力学对宏观、低速的物体还是很精确的。

5．相对论和量子力学。