2020高中物理第六章万有引力与航天第6节经典力学的局限性课件 人教版必修2 26页

物　理 必修② · 人教版 新课标导学 第六章 万有引力与航天 第六节　经典力学的局限性 素养目标定位 ※ 了解经典力学的适用范围 ※ 了解相对论和量子力学理论 ※ 认识到知识的变化性与无穷性，培养献身于科学的时代精神 素养思维脉络 课前预习反馈 1 ．经典力学的基础是 ________________ ，牛顿运动定律和万有引力定律在 ________ 、 ________ 、弱引力的广阔领域，包括 ____________ 的研究中，经受了实践的检验，取得了巨大的成就。 2 ．狭义相对论阐述物体以 __________ 的速度运动时所遵从的规律。 3 ．在经典力学中，物体的质量是不变的，而狭义相对论指出，质量要随物体运动速度的增大而 ________ ，两者在速度 __________ 光速的条件下是统一的。 4 ．经典力学认为位移和时间的测量与参考系 ________ ，相对论认为，同一过程的位移和时间的测量与参考系 ________ 。 知识点 1 从低速到高速 牛顿运动定律　 宏观　 低速　 天体力学　 接近光　 增大　 远小于　 无关　 有关　 1 ．电子、质子、中子等微观粒子不仅具有 __________ ，同时还具有波动性，它们的运动规律有很多情况下不能用经典力学来说明，而 ____________ 能够正确地描述微观粒子的运动规律。 2 ．经典力学的适用范围：只适用于 ________ 运动，不适用于 ________ 运动；只适用于 ________ 世界，不适用于 ________ 世界。 知识点 2 从宏观到微观 粒子性　 量子力学　 低速　 高速　 宏观　 微观　 1915 年，爱因斯坦创立了 ______________ ，这是一种新的时空与引力的理论。在强引力的情况下，牛顿引力理论不再适用。当物体的运动速度远小于光速 c (3×10 8 m/s) 时，相对论物理学与经典物理学的结论 ____________ ，当另一个重要常数即 “ 普朗克常量 ” 可以忽略不计时，量子力学和经典力学的结论 ____________ 。 知识点 3 从弱引力到强引力 广义相对论　 没有区别　 没有区别　 『 判一判 』 (1) 洲际导弹的速度有时可达到 6 000 m/s ，这一速度属于相对论中的高速。 ( 　　 ) (2) 质量是物体的固有属性，任何时候都不会变。 ( 　　 ) (3) 对于高速物体，它的质量随着速度的增加而变大。 ( 　　 ) (4) 经典力学不适用于高速运动的物体，但适用于微观世界。 ( 　　 ) (5) 对于宏观物体的低速运动问题，相对论、量子力学与经典力学是一致的。 ( 　　 ) 辨析思考 × 　 × 　 √　 × 　 √　 『 选一选 』 牛顿力学的适用范围是 ( 　　 ) A ．适用于宏观物体的低速运动 ( 与光速相比 ) B ．适用于微观粒子的运动 C ．适用于宏观物体的高速 ( 与光速相比 ) 运动 D ．适用于受到很强引力作用的物体 解析： 牛顿力学属于经典力学，它只适用于低速、宏观物体的运动以及引力不太强时的情况。故 A 对， B 、 C 、 D 错。 A 　 『 想一想 』 “ 黑洞 ” 是爱因斯坦广义相对论中预言的一种特殊天体。它的密度极大，对周围的物质 ( 包括光 ) 有极强的吸引力，在研究 “ 黑洞 ” 时，经典力学还适用吗？ 答案： 不适用，经典力学适用于弱引力问题，而 “ 黑洞 ” 问题属于强引力问题，经典力学不再适用。 课内互动探究 探究一　从低速到高速 为什么在物体高速运动时，牛顿的经典力学不再适用？ 提示： 牛顿的经典力学理论认为质量是不变的，而物体高速运动时，质量将随速度的增大而增大。 1 1 ．低速与高速的概念 (1) 低速：远小于光速的速度为低速，通常所见物体的运动，如行驶的汽车、发射的导弹、人造地球卫星及宇宙飞船等物体的运动皆为低速运动物体。 (2) 高速：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。 特别提醒： (1) 狭义相对论中，物体在静止时质量最小，随着运动速度的增加，它的质量也在不断变大，对于高速运动物体，牛顿定律已不再适用。 (2) 根据相对论的质速关系，若某物体的运动速度达到光速 c ，它的质量应是无穷大，这显然不符合事实，光速 c 是所有物体的最大速度。 CD 　 典例 1 C ．当物体以较小的速度运动时，质量变化十分微弱，经典力学理论仍然适用，只有当物体以接近光速运动时，质量变化才明显，故经典力学适用于低速运动，而不适用于高速运动 D ．通常由于物体的运动速度太小，故质量的变化引不起我们的感觉，在分析地球上物体的运动时，不必考虑质量的变化 解题指导： 深刻理解速度对质量的影响是解题关键。 解析： 公式中 m 0 是静止质量， m 是物体以速度 v 运动时的质量， A 不对。由公式可知，只有当 v 接近光速时，物体的质量变化才明显，一般情况下物体的质量变化十分微小，故经典力学仍然适用，故 B 不对， C 、 D 正确。 〔 对点训练 1〕 　日常生活中，我们并没有发现物体的质量随物体运动速度的变化而变化，其原因是 ( 　　 ) A ．运动中物体无法称量其质量 B ．物体的速度远小于光速，质量变化极小 C ．物体的质量太大 D ．物体的质量不随速度的变化而变化 B 　 探究二　从宏观世界到微观世界，从弱引力到强引力 19 世纪末和 20 世纪初，物理学研究深入到微观世界，发现了电子、质子、中子等微观粒子，而且发现它们不仅具有粒子性，同时还具有波动性，它们的运动规律能完全用经典力学来解释吗？ 提示： 不能 2 1 ．从宏观到微观 (1) 宏观世界粒子的运动特点 粒子具有确定的运动轨迹，根据质点的运动规律，应用牛顿力学可以准确地预测质点在某时刻的位置。 (2) 微观粒子的运动特点 就单个粒子来说，运动没有确定的运动轨迹，微观粒子既有粒子性，又有波动性。 (3) 适用范围 经典力学只适用于宏观世界不适用于微观世界。 2 ．从弱引力到强引力 (1) 经典力学与行星轨道的矛盾 按牛顿的万有引力理论，行星应该沿着一些椭圆或圆做周期性运动，而天文观测表明，行星的轨道并不是严格闭合的，它们的近日点在不断地旋进，如水星的运动。 实际观测到的水星的运动情况与爱因斯坦广义相对论的计算结果吻合的很好。 (2) 适用范围 经典力学只适用于弱引力，而不适用于强引力。 3 ．经典力学和相对论及量子力学的关系 经典力学是相对论及量子力学在一定条件下的特例，它包含于相对论和量子力学之中，相对论和量子力学的建立并没有否定经典力学。 　　　 　 ( 多选 )20 世纪以来，人们发现了一些新的事实，而经典力学却无法解释。经典力学只适用于解决物体的低速运动问题，不能用来处理高速运动问题；只适用于宏观物体，一般不适用于微观粒子。这说明 ( 　　　 ) A ．随着认识的发展，经典力学已成了过时的理论 B ．人们对客观事物的具体认识在广度上是有局限性的 C ．不同领域的事物各有其本质与规律 D ．人们应当不断扩展认识，在更广阔的领域内掌握不同事物的本质与规律 BCD 　 典例 2 解题指导： 相对论和量子力学的出现，说明人类对自然界的认识更加广阔和深入，但并不表示经典力学失去了意义。历史上的科学成就不会被新的科学成就完全否定，而是作为某些条件下的特殊情形，被包括在新的科学成就之中。 解析： 人们对客观世界的认识要受到所处的时代的客观条件和科学水平的制约，所以形成的看法也都具有一定的局限性，人们只有不断扩展自己的认识，才能掌握更广阔领域内的不同事物的本质与规律；新的科学的诞生并不意味着对原来科学的全盘否定，只能认为过去的科学是新的科学在一定条件下的特殊情形。　　 〔 对点训练 2〕 　 (2019 · 广东佛山一中高一下学期期中 ) 经典力学不适用于下列哪些运动 ( 　　 ) A ．火箭的发射 B ．速度接近光速的物体的运动 C ． “ 墨子号 ” 在太空的运动 D ．宇宙飞船绕地球的运动 解析： 经典力学适用于宏观、低速物体的运动，而不适用于微观、高速物体的运动，故选 B 。 B