高一下册物理 牛顿力学的局限性 逐字稿-3,281字
师:好,各位同学,大家好。在上一节课的学习中,我们学习了相对论时空观,了解了其伟大的物理意义。有同学私下问我:“老师,既然相对论时空观这么伟大,那经典力学还有存在的价值和意义吗?”带着这个问题,我们进入本节课的学习。
首先,我们来梳理一下经典力学发展史上的一些伟大物理事件及代表性人物。这是物理学发展史上一些伟大物理事件及其发生时间,大家看看,能发现什么规律?可以看到,这些伟大物理事件发生的时间间隔越来越短,这说明了什么呢?这充分表明物理学的发展是一个不断加速的过程,在前人的推动下,发展得越来越迅速。这是发展史上一些伟大物理学家及其主要成就。
从上述梳理中,我们可以将经典力学的发展主要分为三个阶段。第一阶段,在伽利略时代之前,人们对力学的研究大多直接反映在技术中,或者完全融合在哲学里,物理学整体而言,还没有成为一门独立的科学。在这一阶段,伟大物理学家阿基米德对力学研究做出了突出贡献。第二阶段,从伽利略到牛顿,是经典力学从基本概念、基本定律到建成理论体系的阶段。在这一阶段,一系列科学家为经典力学的发展奠定了坚实基础。最后一个阶段,牛顿之后,经典力学又有了新发展。这一阶段主要是后人对经典力学的表述形式和应用对象进行了拓展与完善。
我们梳理了经典力学发展的三个阶段,那经典力学到底有什么伟大成就呢?列宁说过:“如果说我看得远,那是因为我站在巨人的肩膀上。”从图中可以发现,物理科学的发展离不开前人打下的坚实基础。所以,现在物理学的伟大文明,离不开经典力学的发展与推动。
那么经典力学在哪些领域取得了巨大成就呢?经典力学在宏观低速弱引力的广阔领域,包括天体力学等研究中,经受住了实践的检验,取得了巨大成功。从自然现象到人工建筑,经典力学在如此广阔的领域都与实际非常符合。下面我们举例展示。
从天体运动、大气流动到地壳变动,都符合经典力学规律,比如星空、巨大的海浪、地壳运动形成的山体,我们建造的高架桥梁、发射的人造卫星、矗立的摩天大厦。这些现代文明的呈现,都离不开经典力学的贡献。有个故事,在美国登月过程中,阿波罗8号从月球返航时,地面控制中心问驾驶员是谁在驾驶飞船,指令长说:“我想是牛顿在驾驶。”这句话充分体现了经典力学的伟大意义。18世纪英国诗人Pope在牛顿的墓志铭上写道:“自然和自然的法则在黑暗中隐藏,上帝说让牛顿去,于是一切都被照亮。”接下来,我们通过一个视频来看一下经典力学的伟大物理意义。
鼎盛时期从17世纪中期开始,近代科学在一批巨人的推动下产生。在这批科学巨人当中,排在最中心位置的是妇孺皆知的牛顿。许多历史学家认为,从近代科学的角度看,正是牛顿开启了工业革命的大门。这里是牛顿的故乡,传说牛顿看到树上苹果落地受到启发。直到今天,这棵树上最大的苹果也不超过成人的一只拳头,但它丝毫没有妨碍剑桥大学的这位旷世奇才在17世纪带来一场科学革命。1687年,牛顿出版了自己最著名的著作《自然哲学的数学原理》。在这本深奥难懂的书中,牛顿用数学方法证明了万有引力定律和三大运动定律,这四大定律被认为是人类智慧史上最伟大的成就之一。运用这些定律,牛顿把星星、地球和自然界所有的力量都纳入他的理论体系,意味着可以依据这些原理对太阳系的任何部分进行计算,精确确定行星或其他天体的位置及运动方式。
“我们被放在这有如戏院的世界上,每个事件的起源和缘由却完全隐瞒不让我们知道。我们既没有足够的智慧预见未来,也没有能力防止那些使我们不断受伤害的不幸事件发生。我们悬挂在永恒的恐惧之中。”这是英国历史上著名哲学家休谟的一段话,真切描述了当时人们看待世界的被动心态。300年前,人类思想还充斥着迷信和恐惧。水为什么往低处流?太阳为什么升起落下?这些如今看来简单至极的问题,当时根本无法认识和把握。直到牛顿出现,人类才终于结束这种状态。牛顿通过自己的伟大著作宣告科学时代的来临,告诉世人自然界存在规律,而且规律是能够被认识的。牛顿的发现给人类带来了从未有过的自信,曾经匍匐在上帝脚下的人类,终于大胆地抬起头来,开始用自己理性的眼光看待世界。