2020学年高中物理 第六章 万有引力与航天 6 经典力学的局限性学案 新人教版必修2 6页

‎6　经典力学的局限性 学习目标 ‎1.了解经典力学的发展历程和伟大成就.‎ ‎2.认识经典力学的局限性和适用范围.‎ ‎3.初步了解微观和高速世界中的奇妙现象.‎ ‎4.了解相对论、量子力学和经典力学的关系.‎ 考试要求 学考 选考 a a 一、从低速到高速 ‎1.经典力学的基础是牛顿运动定律，牛顿运动定律和万有引力定律在宏观、低速、弱引力的广阔领域，包括天体力学的研究中，经受了实践的检验，取得了巨大的成就.‎ ‎2.狭义相对论阐述的是物体以接近光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增大，即m＝，两者在速度远小于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无关，相对论认为，同一过程的位移和时间的测量与参考系有关，在不同的参考系中测量结果不同.‎ 二、从宏观到微观 ‎1.电子、质子、中子等微观粒子不仅具有粒子性，同时还具有波动性，它们的运动规律在很多情况下不能用经典力学来说明，而量子力学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：只适用于低速运动，不适用于高速运动；只适用于宏观世界，不适用于微观世界.‎ 6‎ 三、从弱引力到强引力 ‎1915年，爱因斯坦创立了广义相对论，这是一种新的时空与引力的理论.在强引力的情况下，牛顿的引力理论不再适用.‎ 判断下列说法的正误.‎ ‎(1)洲际导弹的速度有时可达到6 ‎000 m/s，此速度在相对论中属于高速.(×)‎ ‎(2)质量是物体的固有属性，任何时候都不会变.(×)‎ ‎(3)对于高速运动的物体，它的质量随着速度的增大而增大.(√)‎ ‎(4)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.(√)‎ ‎(5)光线经过任何物体附近时都是沿直线传播的.(×)‎ 一、从低速到高速 ‎1.地球绕太阳公转的速度是3×‎104 m/s，设在美国伊利诺斯州费米实验室的圆形粒子加速器可以把电子加速到0.999 999 999 987倍光速的速度，请思考：‎ ‎(1)地球的公转速度在狭义相对论中属于低速还是高速？被加速器加速后的电子的速度呢？‎ ‎(2)加速后电子的质量比电子的静止质量增大了还是减小了？‎ 答案　(1)地球公转速度属于低速，被加速器加速后的电子的速度属于高速.‎ ‎(2)加速后电子的质量比电子的静止质量增大了.‎ ‎2.在经典力学和狭义相对论中，位移和时间的测量结果在不同的参考系中有何区别？‎ 答案　在经典力学中，同一过程的位移和时间的测量结果在不同参考系中是相同的；在狭义相对论中，同一过程的位移和时间的测量结果在不同参考系中是不同的.‎ ‎1.低速与高速 ‎(1)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.‎ ‎2.速度对质量的影响 ‎(1)在经典力学中，物体的质量不随运动状态的改变而改变.‎ 6‎ ‎(2)爱因斯坦的狭义相对论指出，物体的质量随速度的增大而增大，即m＝，其中m0是物体静止时的质量，m是物体速度为v时的质量，c是真空中的光速.在高速运动时，质量的测量结果是与运动状态密切相关的.‎ ‎3.速度对物理规律的影响 对于低速运动问题，一般用经典力学规律来处理.对于高速运动问题，经典力学已不再适用，需要用相对论知识来处理.‎ ‎4.位移、时间与参考系的关系 经典力学认为位移和时间的测量与参考系无关，相对论认为，同一过程的位移和时间的测量与参考系有关，在不同的参考系中测量结果不同.‎ 例1　关于物体的质量，下列说法不正确的是(　　)‎ A.在经典力学中，物体的质量是保持不变的 B.在经典力学中，物体的质量随物体的速度变化而变化 C.在狭义相对论中，物体静止时的质量最小 D.在狭义相对论中，物体的质量随物体速度的增大而增大 答案　B 解析　在经典力学中，物体的质量是保持不变的，故选项A正确，B错误；在狭义相对论中，由于物体的速度v不可能达到光速c，所以v0时，物体的质量m>m0，即物体的质量改变了，故经典力学不再适用 C.当物体以较小速度运动时，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.由于宏观物体的运动速度很小，故我们感觉不到质量的变化，在分析地球上物体的运动时，不必考虑质量的变化 答案　CD ‎【考点】速度对质量的影响 ‎【题点】速度对质量的影响 6‎