高中物理人教版必修1教案《用牛頓運動定律解決問題（二）》3

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111 牛頓運動定律的適用范圍 一、 教學(xué)目標 1.知道牛頓運動定律的適用范圍。 2.知道質(zhì)量與速度的關(guān)系，知道在高速運動中必須考慮質(zhì)量隨速度而變化。 二、教學(xué)重點 牛頓運動定律的適用范圍。 三、教學(xué)難點 物體的質(zhì)量隨速度的變化。 教學(xué)過程 以牛頓定律為基礎(chǔ)的經(jīng)典力學(xué)在很廣闊的領(lǐng)域里與實際相符合，但在研究變速運動的物體和微觀粒子時遇到了困難，這說明牛頓運動定律與一切物理定律一樣，有它實用的范圍。 （一） 牛頓運動定律具有極其廣泛的應(yīng)用 1. 牛頓運動定律基于廣泛的生活實踐，大量的科學(xué)實驗，是對客觀現(xiàn)實的反映。 2. 牛頓運動定律是解決大量實際問題的基礎(chǔ)。 隨著人類對自然界認識的深入和科研水平的進一步提高，以牛頓定律為基礎(chǔ)的經(jīng)典 力學(xué)已不能適應(yīng)新的要求。 （二） 牛頓運動定律的適用范圍 1.牛頓運動定律只在慣性系中成立 2.牛頓運動定律只適用于宏觀低速運動的物體 ⑴ 宏觀物體是指相對于電子、質(zhì)子、中子等微觀粒子而言。 ⑵ 低速運動是指相對光速而言。 對于微觀高速運動的問題，經(jīng)典力學(xué)出現(xiàn)了困難。為此，20世紀以來，科學(xué)家創(chuàng)立 了相當(dāng)論和量子力學(xué)。 （三） 相對論和量子力學(xué) 1. 相對論解決高速運動的問題 ⑴ 愛因斯坦提出了狹義相對論，由此建立了相當(dāng)論力學(xué)。 ⑵ 物體的質(zhì)量m隨物體的速度v增大而增大。 其中：m0是指物體靜止時的質(zhì)量（簡稱靜質(zhì)量），c是真空中的光速。 對于一般物體的運動v≤c，所以m≈m0 2. 量子力學(xué)的建立解決了微觀粒子運動的問題。 ⑴ 微觀粒子（電子、質(zhì)子、中子等）不僅具有粒子性，同時具有波動性。 ⑵ 量子力學(xué)正確地描述了微觀粒子的規(guī)律性，而經(jīng)典力學(xué)不適用于微觀粒子。 3. 相對論、量子力學(xué)與經(jīng)典力學(xué)的關(guān)系 ⑴ 說明人類認識自然界更加深入，它是科學(xué)的進步，并不表示經(jīng)典力學(xué)失去意義。 ⑵ 不同的物理規(guī)律有不同的適用范圍，在各自的適用范圍內(nèi)，我們可以充分發(fā)揮物 理規(guī)律的應(yīng)用。 ⑶ 啟發(fā)我民主遇到新的問題時，只要不斷探索，就可以找到新的解決方法，鼓勵青 年人樹立遠大志向，勇攀科學(xué)的新高峰。 （四） 牛頓三個運動定律的關(guān)系 牛頓提出的三個運動定律是一個整體，它回答了力與物體運動的關(guān)系這一最基本、最 重要的問題。 第一定律解決了物體在不受外力作用條件下的運動狀態(tài)問題，同時指出物體具有慣 性，確定了力的概念，是后兩個運動定律的基礎(chǔ)。 第二定律在第一定律的基礎(chǔ)上，進一步研究了物體在受力作用條件下的物體運動狀 態(tài)，確定了力、質(zhì)量以及加速度的瞬時對應(yīng)關(guān)系，是牛頓三個運動定律的核心。 第三定律則反映了物體作用的相互性，闡明了物體在作用過程中的相互聯(lián)系問題，使人們能夠更加全面地分析、認識物體的力的作用與運動的關(guān)系問題。 【例1】有人認為“牛頓第一定律是牛頓第二定律的特例，即合外力為零的情況，所以牛頓第一定律意義不大”這個說法是否正確？ 【解析】這種設(shè)法不對。牛頓的三個運動定律，各有它們內(nèi)在物理意義，是互相獨立的。雖然從牛頓第二定律F=ma可以得出當(dāng)物體受到F合=0時a=0的結(jié)論，但牛頓第一定律提出“一切物體在沒有受到外力作用的時候，總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止”，從這里可以看出牛頓第一定律有它自身的物理意義和地位，首先牛頓第一定律闡明了物體不受外力作用時的運動規(guī)律，同時還引出了物體的慣性的概念，即物體具有保持原來運動狀態(tài)的性質(zhì)， 同時牛頓第一定律還引入了力的概念，但是定律雖然引入了力的概念，卻沒有說明力是怎樣改變物體的運動狀態(tài)的，而牛頓第二定律卻說明了物體受力手，力和物體加速度之間的關(guān)系。所以說牛頓第一定律是用來闡明物體不受外力作用時的運動規(guī)律，而牛頓第二定律是用來闡明物體受到外力作用時的運動規(guī)律，一者是不能相互替代。 【小結(jié)】經(jīng)典力學(xué)只適用低速運動的宏觀物體，不能用來處理高速運動的問題，一般不適用于微觀粒子，按相對論力學(xué)，物體的質(zhì)量隨速度的增大而增大。 111