第五章 第一节 牛顿力学的成就与局限性-（课件PPT+Word教案）【步步高】2024-2025学年高一物理必修第二册教师用书（粤教版2019）

第一节　牛顿力学的成就与局限性 ［学习目标］　1.了解惯性参考系和非惯性参考系，知道什么是绝对时空观。2.了解牛顿力学的成就与局限性。 一、绝对时空观　牛顿力学的成就 如图所示，在匀速直线前进的车厢顶部，有一个白色小球和一个黑色小球同时开始自由落下。甲同学相对于车厢保持静止，而乙同学相对于地面保持静止，则： (1)白球相对于甲同学做的是什么运动？ (2)白球相对于乙同学做的是什么运动？ (3)白球相对于黑球做的是什么运动？ 在上述三种参考系中，白球的运动都能够应用牛顿运动定律来描述吗？ 答案　(1)自由落体运动　(2)平抛运动　(3)静止。前两种参考系能够用牛顿运动定律进行描述，最后一种参考系不能用牛顿运动定律描述。 1.绝对时空观 (1)惯性参考系：在牛顿力学体系中，如果牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个参考系就被称为惯性参考系。 (2)非惯性参考系：牛顿运动定律不成立的参考系称为非惯性参考系。 (3)伽利略相对性原理：在所有的惯性参考系中，力学规律具有相同的形式。 (4)绝对时空观：时间和空间彼此独立、互不关联，且不受物质或运动的影响。 2.牛顿力学的成就 (1)牛顿力学把宇宙中的天体和地面上的物体的运动统一起来，从力学上证明了自然界多样性的统一，实现了人类对自然界认识的第一次理论大综合。 (2)告诉人们以现象观察和实验研究为基础是自然科学理论的基本特征。 (3)建立了以实验和数学相结合的研究方法。 (4)推动了其他学科的发展，与其他基础科学相结合产生了一些交叉性的分支学科。 (1)牛顿运动定律适用于任何参考系。(　×　) (2)绝对时空观认为时间间隔是绝对的。(　√　) (3)牛顿力学只适用于世界上普通的物体，研究天体的运动经典力学就无能为力了。(　×　) 例1　下列说法正确的是(　　) A.牛顿运动定律就是牛顿力学 B.牛顿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.牛顿力学推动舰船、车辆、机械、土木、能源各行各业的进步，但对航空航天业无能为力 答案　B 解析　牛顿运动定律并不等于牛顿力学，牛顿力学通常指以牛顿运动定律为核心的矢量力学，牛顿力学并非万能，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问题，A、C错误，B正确；导弹、卫星、飞船、飞机的运动都遵循牛顿运动规律，D错误。 例2　(多选)下列说法正确的是(　　) A.牛顿运动定律只适用于相对静止的参考系 B.在任何惯性系中，物体的加速度都具有不变性 C.按照绝对时空理论，物体的长度、质量和运动时间都与参考系的运动无关 D.伽利略相对性原理表明，在惯性运动的范围内不存在绝对空间和绝对运动 答案　BCD 二、牛顿力学的局限性和适用范围 对于运动速度为104 m/s数量级的人造卫星，用牛顿力学研究它们的运动规律，所得结果与实际情况基本一致。当质子被加速到2.9×108 m/s时，牛顿力学的计算结果与实验结果的偏差可达到15倍。牛顿力学对高速运动的粒子还适用吗？它有怎样的局限性？ 答案　不适用，牛顿力学适用于宏观低速运动的物体，不适用于高速微观的粒子。 1.牛顿力学的局限性： (1)牛顿力学的应用受到物体运动速度大小的限制。当物体运动的速率接近于真空中的光速时，牛顿力学不再适用。 (2)牛顿运动定律不适用于微观领域物质结构和能量不连续的现象。 (3)牛顿运动定律和万有引力定律对于受到强引力作用的物体的运动也不适用。 2.牛顿力学的适用范围：适用于低速(远小于光速)、宏观(人类可感知尺度)、弱引力场(如地球附近)和计量精度要求不高(如全球定位系统需要用相对论进行修正)的情况。 (1)洲际导弹的速度可达到6 000 m/s，在这种高速运动状态下，牛顿力学不适用。(　×　) (2)对于质子、电子的运动情况，牛顿力学同样适用。(　×　) (3)牛顿力学只适用于低速、宏观、弱引力场的情况，说明牛顿力学失去了存在的价值。(　×　) 例3　牛顿力学规律有其局限性。物体以下列哪个速度运动时，牛顿力学规律不适用(　　) A.2.5×10-5 m/s B.2.5×102 m/s C.3.5×103 m/s D.2.5×108 m/s 答案　D 例4　(2023·茂名市高一期末)下列物理现象，用牛顿力学无法解释的是(　　) A.高速运动的μ子寿命变长 B.人造卫星绕地球做匀速圆周运动 C.汽车转弯时发生的侧滑现象 D.随瀑布自由下落的物体不受浮力作用 答案　A 解析　高速运动的μ子寿命变长涉及到高速微观领域，牛顿力学对于高速微观领域不适用，无法解释；人造卫星绕地球做匀速圆周运动、汽车转弯时发生的侧滑现象、随瀑布自由下落的物体不受浮力作用均属于低速宏观领域，用牛顿力学可以解释，故选A。 学科网（北京）股份有限公司 $$ DIWUZHANG 第五章 第一节　牛顿力学的成就 与局限性 1 1.了解惯性参考系和非惯性参考系，知道什么是绝对时空观。 2.了解牛顿力学的成就与局限性。 学习目标 2 一、绝对时空观　牛顿力学的成就 二、牛顿力学的局限性和适用范围 内容索引 3 绝对时空观　牛顿力学的成就 一 4 如图所示，在匀速直线前进的车厢顶部，有一个白色小球和一个黑色小球同时开始自由落下。甲同学相对于车厢保持静止，而乙同学相对于地面保持静止，则： (1)白球相对于甲同学做的是什么运动？ (2)白球相对于乙同学做的是什么运动？ (3)白球相对于黑球做的是什么运动？ 在上述三种参考系中，白球的运动都能够应用牛顿运动定律来描述吗？ 答案　(1)自由落体运动 (2)平抛运动 (3)静止。前两种参考系能够用牛顿运动定律进行描述，最后一种参考系不能用牛顿运动定律描述。 1.绝对时空观 (1)惯性参考系：在牛顿力学体系中，如果 在某个参考系中成立，这个参考系就被称为惯性参考系。 (2)非惯性参考系：牛顿运动定律不成立的参考系称为非惯性参考系。 (3)伽利略相对性原理：在所有的惯性参考系中，力学规律具有________ ______。 (4)绝对时空观：时间和空间 、 ，且不受物质或运动的影响。 梳理与总结 牛顿运动定律 相同的 形式 彼此独立 互不关联 2.牛顿力学的成就 (1)牛顿力学把宇宙中的天体和地面上的物体的运动统一起来，从力学上证明了自然界多样性的统一，实现了人类对自然界认识的 理论大综合。 (2)告诉人们以现象观察和 为基础是自然科学理论的基本特征。 (3)建立了以实验和数学相结合的研究方法。 (4)推动了其他学科的发展，与其他基础科学相结合产生了一些交叉性的分支学科。 第一次 实验研究 (1)牛顿运动定律适用于任何参考系。(　　) (2)绝对时空观认为时间间隔是绝对的。(　　) (3)牛顿力学只适用于世界上普通的物体，研究天体的运动经典力学就无能为力了。(　　) √ × × 易错辨析 　下列说法正确的是 A.牛顿运动定律就是牛顿力学 B.牛顿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.牛顿力学推动舰船、车辆、机械、土木、能源各行各业的进步，但对 航空航天业无能为力 例1 √ 牛顿运动定律并不等于牛顿力学，牛顿力学通常指以牛顿运动定律为核心的矢量力学，牛顿力学并非万能，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问题，A、C错误，B正确； 导弹、卫星、飞船、飞机的运动都遵循牛顿运动规律，D错误。 　(多选)下列说法正确的是 A.牛顿运动定律只适用于相对静止的参考系 B.在任何惯性系中，物体的加速度都具有不变性 C.按照绝对时空理论，物体的长度、质量和运动时间都与参考系的运动 无关 D.伽利略相对性原理表明，在惯性运动的范围内不存在绝对空间和绝对 运动 例2 √ √ √ 返回 牛顿力学的局限性和适用范围 二 12 对于运动速度为104 m/s数量级的人造卫星，用牛顿力学研究它们的运动规律，所得结果与实际情况基本一致。当质子被加速到2.9×108 m/s时，牛顿力学的计算结果与实验结果的偏差可达到15倍。牛顿力学对高速运动的粒子还适用吗？它有怎样的局限性？ 答案　不适用，牛顿力学适用于宏观低速运动的物体，不适用于高速微观的粒子。 1.牛顿力学的局限性： (1)牛顿力学的应用受到物体运动 的限制。当物体运动的速率接近于真空中的光速时，牛顿力学不再适用。 (2)牛顿运动定律不适用于 领域物质结构和能量不连续的现象。 (3)牛顿运动定律和万有引力定律对于受到 作用的物体的运动也不适用。 2.牛顿力学的适用范围：适用于 (远小于光速)、 (人类可感知尺度)、 场(如地球附近)和计量精度要求不高(如全球定位系统需要用相对论进行修正)的情况。 梳理与总结 速度大小 微观 强引力 低速 宏观 弱引力 (1)洲际导弹的速度可达到6 000 m/s，在这种高速运动状态下，牛顿力学不适用。(　　) (2)对于质子、电子的运动情况，牛顿力学同样适用。(　　) (3)牛顿力学只适用于低速、宏观、弱引力场的情况，说明牛顿力学失去了存在的价值。(　　) × × × 易错辨析 　牛顿力学规律有其局限性。物体以下列哪个速度运动时，牛顿力学规律不适用 A.2.5×10-5 m/s B.2.5×102 m/s C.3.5×103 m/s D.2.5×108 m/s 例3 √ 　(2023·茂名市高一期末)下列物理现象，用牛顿力学无法解释的是 A.高速运动的μ子寿命变长 B.人造卫星绕地球做匀速圆周运动 C.汽车转弯时发生的侧滑现象 D.随瀑布自由下落的物体不受浮力作用 例4 √ 高速运动的μ子寿命变长涉及到高速微观领域，牛顿力学对于高速微观领域不适用，无法解释；人造卫星绕地球做匀速圆周运动、汽车转弯时发生的侧滑现象、随瀑布自由下落的物体不受浮力作用均属于低速宏观领域，用牛顿力学可以解释，故选A。 返回 BENKEJIESHU 本课结束 $$