牛顿运动定律应用范围.doc

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
⑴ 宏观物体是指相对于电子、质子、中子等微观粒子而言。
⑵ 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
⑴ 爱因斯坦提出了狭义相对论，由此建立了相当论力学。
⑵ 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v≤c，所以m≈m0
2. 量子力学的建立解决了微观粒子运动的问题。
⑴ 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。
⑵ 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
⑴ 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。
⑵ 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。
⑶ 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。