万有引力与航天
导入新课：
自从17世纪以来，以牛顿定律为基础的经典力学不断发展，取得了巨大的成就，经典力学在科学研究和生产技术中有了广泛的应用，从而证明了牛顿运动定律的正确性。
但是，经典力学也不是万能的，向其它科学一样，它也有一定的适用范围，有自己的局限性。那么经典力学在什么范围内适用呢？有怎样的局限性呢？这节课我们就来了解这方面的知识。
新课教学：
※ 思考1：经典力学取得了哪些辉煌的成就？
⑴、牛顿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，是人类认识史上的第一次重大飞跃。
⑵、经典力学和以经典力学为基础发展起来的天体力学、材料力学和结构力学等得到了广泛应用，并取得了巨大成就。
⑶、18世纪60年代，力学和热力学的发展及其与生产的结合，使机器和蒸汽机得到改进和推广，引发了第一次工业革命.
⑷、由牛顿力学导出的动量守恒定律、机械能守恒定律等，是航空航天技术的理论基础。火箭、人造卫星、航天飞机、宇宙飞船、行星探测器等航天器的发射，都是牛顿力学规律的应用范例。
※思考2：经典力学的绝对时空观是什么？
以牛顿运动定律为基础的经典力学中，空间间隔（长度）s、时间t和质量m这三个物理量都与物体的运动速度无关。一根尺子静止时这样长，当它运动时还是这样长；一分钟不论处于静止状态还是处于运动状态，其快慢保持不变；一个物体静止时的质量和运动时的质量一样。这就是经典力学的绝对时空观。
※思考3：经典力学在哪些领域不能适用？
经典力学在微观领域和高速运动领域不再适用；在不同参考系中不能适用；在强引力的情况下，经典的引力理论也是不适用的。
※思考4：何为低速？何为高速？
通常所见的物体的运动皆为低速运动，如行驶的汽车，发射的导弹、人造卫星及宇宙飞船等。有些微观粒子在一定条件下其速度可以与光速相接近，这样的速度称为高速。
※思考5：何为弱引力？何为强引力？
万有引力属于弱引力。利用万有引力定律可以解释天体的运动，并预言和发现了海王星和冥王星，首次把天上的星体运动规律与地面物体的运动规律统一起来。爱因斯坦引力理论表明，当天体半径减小到一定程度时（太阳的引力半径为3 km，地球的引力半径为1m），天体间的引力就趋于无穷大。
※思考6：为什么经典力学在微观领域不适用？
因为微观粒子（如电子、质子、中子）在运动时不仅具有粒子性，而且还具有波动性，经典力学不能说明这种现象，所以它不适用。
※思考7：为什么经典力学在高速运动领域不适用？
在高速运动领域，由于物体运动速度太快，要导致质量发生变化，而经典力学认为质量是不变的，所以经典力学在高速运动领域不适用。
※思考8：为什么经典力学在不同参考系中不适用？
在牛顿看来，位移和时间的测量与参考系无关。然而，相对论认为，同一过程的位移和时间的测量在不同的参考系中是不同的，因而经典力学不适用。
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；经典力学只适用于解决弱引力问题，不能用来处理强引力问题。
※思考10：对经典力学不适用的领域应用什么理论进行研究呢？
应用相对论和量子力学进行研究。
※思考9：经典力学的适用范围是什么？
到了19世纪末，面对高速运动的微观粒子发生的现象，经典力学遇到了困难。在新事物面前，爱因斯坦打破了传统的时空观，于1905年发表了题为《论运动物体的电动力学》的论文，提出了狭义相对性原理和光速不变原理，创建了狭义相对论。狭义相对论指出：长度、时间和质量都是随物体的运动速度而变化的。长度、时间和质量随速度的变化关系可以用下列方程表达式：
上式中，各式里的v都是物体的运动速度，c是真空中的光速，l0和l分别为在相对静止和运动系统中沿速度方向测得的物体的长度；t和t0分别为在相对静止和运动的系统中测得的时间；m0和m分别为在相对静止和运动系统中测得的物体质量。
但是，当宏观物体的运动速度远小于光速时（v<继狭义相对论之后，1915年爱因斯坦又建立了广义相对论，指出空间----时间不可能离开物质而独立存在，空间的结构和性质取决于物质的分布，使人类对于时间、空间和引力现象的认识大大深化了。“狭义相对论”和“广义相对论”统称为相对论。
20世纪20年代，建立了量子力学，它能够正确地描述微观粒子运动的规律性，并在现代科学技术中发挥了重要作用。
实例探究：
1、20世纪初，著名物理学家爱因斯坦提出了 　 ，改变了经典力学的一些结论。在经典力学中，物体的质量是 　 的，而相对论指出质量随着速度变化而 　　 。
狭义相对论
固定不变
变化
2、20世纪初期，建立了 　　 ，它能够正确地描述微观粒子的运动规律。
量子力学
3、经典力学只适用于解决　　　　 　　　　 　　　　 　　 问题，不能用来处理　　　　 问题，经典力学只适用于　　　　 物体，一般不适用于　　　　 。
低速运动
高速运动
宏观
微观粒子
4、微观粒子的运动不仅具有 性。同时具有波动性。它们的运动规律很多情况下不能用经典力学来说明。要正确描述微观粒子的运动规律，需要用 　　　 。
粒子
量子力学
5、牛顿运动规律只适用于 　　　
物体的运动，狭义相对论阐述物体在以
的速度运动时所遵从的规律。
宏观、低速
接近光速
经典力学
狭义相对论
广义相对论
量子力学
互为补充，互不矛盾，互不否定共同支撑起物理学科的骨架。
宏观低速
高速
微观世界
强引力