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1、6 6.经典力学的局限性经典力学的局限性自我检测自主阅读一、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、弱引力的广阔区域,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.狭义相对论阐述了物体在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 ,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结果都与参考系无关。相对论认为,同一过程的位移和时间的测量与参考系有关,在不同的参考系中是不同的。自我检测自主阅读二、从宏观到微观1.电子、质子、中子等
2、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,而量子力学能够很好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。三、从弱引力到强引力1.1915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。2.当物体的运动速度远小于光速c(3108 m/s)时,相对论物理学与经典物理学的结论没有区别。当另一个重要常数即“普朗克常量”(6.6310-34 Js)可以忽略不计时,量子力学和经典力学的结论没有区别。自我检测自主阅读1.正误辨析(
3、1)相对论和量子力学的出现,说明经典力学已失去意义。()解析:相对论与量子力学是对高速运动与微观世界的解释,经典力学对宏观物体的低速运动仍然具有意义。答案:(2)原子中电子的运动能用经典力学进行解释。()解析:电子属于微观粒子,它的运动规律不能用经典力学解释。答案:(3)牛顿运动定律适用于低速、宏观的研究领域。()答案:(4)空气中灰尘的运动能用经典力学进行解释。()答案:自我检测自主阅读2.洲际导弹的飞行速度可达6 000 m/s,此速度在狭义相对论中属于高速还是低速?答案:属于低速,狭义相对论的高速是可以与光速相比较的速度,6 000 m/s的速度远远小于光速,属于相对论中的低速。3.相对
4、论与量子力学的出现是否否定了经典力学?答案:相对论与量子力学的出现,说明人类对自然界的认识更加广泛和深入,而不表示经典力学已失去了意义,它只是使人们认识到经典力学有它的适用范围,经典力学是相对论与量子力学的特例。知识点一知识点二问题导引问题导引在经典力学和狭义相对论中,物体的质量有何不同?位移和时间的测量结果在不同参考系中有何区别?要点提示在经典力学中,物体的质量不随运动状态的改变而改变,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;而在狭义相对论中,质量要随着物体运动速度的增大而增大,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。知识点一知识点二知识归纳知识归纳1.低速与高速
5、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。(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,物体的质量不随速度而变。(2)爱因斯坦的狭义相对论指出, ,其中m0为物体静止时的质量,m是物体速度为v时的质量,c是真空中的光速。知识点一知识点二3.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,需要用狭义相对论知识来处理。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
6、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。知识点一知识点二典例剖析典例剖析【例1】一个原来静止的电子,经电场加速后速度为v=6106 m/s。问电子的质量增大了还是减小了?改变了百分之几?答案:增大了0.02%知识点一知识点二变式训练变式训练1如果真空中的光速为c=3.0108 m/s,当一个物体的运动速度为v1=2.4108 m/s时,质量为3 kg,当它的速度为1.8108 m/s时,质量为多少?答案:2.25 kg知识点一知识点二问题导引问题导引(1)19世纪末和20世纪初,物理学深入到微观世界,发现了电子、质子、中子等微观粒子,它
7、们的运动规律能完全用经典力学解释吗?(2)“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?要点提示(1)不能。因为这些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。(2)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。知识点一知识点二知识归纳知识归纳1.微观世界:电子、质子、中子等微观粒子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
8、运动;只适用于宏观世界,不适用于微观世界。知识点一知识点二3.经典力学与相对论、量子理论的比较(1)区别。知识点一知识点二(2)联系。当物体的运动速度远小于光速时,相对论物理学与经典物理学的结论没有区别。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没有区别。相对论和量子力学并没有否定经典力学,经典力学是二者在一定条件下的特殊情形。知识点一知识点二典例剖析典例剖析【例2】关于经典力学、狭义相对论和量子力学,下列说法正确的是()A.狭义相对论和经典力学是相互对立、互不相容的两种理论B.经典力学包含于相对论之中,经典力学是相对论的特例C.经典力学只适用于宏观物体的运动,量
9、子力学只适用于微观粒子的运动D.不论是宏观物体,还是微观粒子,经典力学和量子力学都是适用的解析:相对论没有否定经典力学,经典力学是相对论在一定条件下的特殊情形,选项A错误,B正确。经典力学适用于宏观、低速、弱引力的领域,量子力学适用于任何大小的物体系统,选项C、D错误。答案:B知识点一知识点二规律方法规律方法 理解相对论和量子力学的两点注意(1)相对论和量子力学不是科学家的主观臆想,是经过实验证实的,相对论和量子力学所描述的现象是高速世界、微观世界确实存在的事实。(2)理解相对论和量子力学需要增强对高速世界、微观世界的感性认识,跳出已有的对低速、宏观领域的固有思维和认识。知识点一知识点二变式训
10、练变式训练2(多选)以下说法正确的是()A.经典力学理论普遍适用,大到天体,小到微观粒子均适用B.经典力学理论具有一定的局限性C.在经典力学中,物体的质量不随运动状态改变而改变D.相对论和量子力学否定了经典力学理论解析:经典力学理论具有一定的局限性,它只适用于低速、宏观物体的运动,选项A错误,B正确;在经典力学中,物体的质量不随运动状态的改变而改变,即物体的质量和物体运动的速度无关,选项C正确;相对论和量子力学并没有否定过去的科学,而是认为经典力学理论是在一定条件下的特殊情形,选项D错误。答案:BC1234561.(多选)关于经典力学的伟大成就,下列论述正确的是()A.经典力学第一次实现了对自
11、然界认识的理论大综合B.经典力学第一次预言了宇宙中黑洞的存在C.经典力学第一次向人们展示了时间的相对性D.人们借助于经典力学中的研究方法,建立了完整的经典物理学体系解析:经典力学把天上物体和地面上物体的运动统一起来,从力学上证明了自然界的多样性的统一,第一次实现了人类对自然界认识的理论大综合。在研究方法上,人们把经典力学中行之有效的实验与数学相结合的方法推广到物理学的各个分支上,相继建立了热学、声学、光学、电磁学等,形成了完整的经典物理学体系。综上所述,应选AD。答案:AD1234562.下列说法正确的是()A.经典力学适用于任何情况下的任何物体B.狭义相对论否定了经典力学C.量子力学能够描述
12、微观粒子运动的规律性D.万有引力定律也适用于强相互作用力解析:经典力学只适用于宏观、低速、弱引力的情况,故A项是错误的;狭义相对论没有否定经典力学,在宏观低速情况下,相对论的结论与经典力学没有区别,故B项是错误的;量子力学正确描述了微观粒子运动的规律性,故C项是正确的;万有引力定律只适用于弱相互作用力,而对于强相互作用力是不适用的,故D项是错误的。答案:C1234563.(多选)物理学的发展丰富了人类对物质世界的认识,推动了科学技术的创新和革命,促进了物质生产的繁荣与人类文明的进步。下列表述正确的是()A.牛顿发现了万有引力定律B.牛顿通过实验证实了万有引力定律C.相对论的创立表明经典力学已不
13、再适用D.爱因斯坦建立了狭义相对论,把物理学推广到高速领域解析:万有引力定律是牛顿发现的,但在实验室里加以验证是卡文迪许进行的,A对,B错;相对论并没有否定经典力学,经典力学对于低速、宏观物体的运动仍适用,C错;狭义相对论的建立,是人类取得的重大成就,从而把物理学推广到高速领域,D对。答案:AD1234564.通过一个加速装置对电子施加一很大的恒力,使电子从静止开始加速,则对这个加速过程,下列描述正确的是()A.根据牛顿第二定律,电子将不断做匀加速直线运动B.电子先做匀加速直线运动,后以光速做匀速直线运动C.电子开始近似于匀加速直线运动,后来质量增大,牛顿运动定律不再适用D.电子是微观粒子,整
14、个加速过程根本就不能用牛顿运动定律解释解析:电子在加速装置中由静止开始加速,开始阶段速度较低,远低于光速,此时牛顿运动定律基本适用,可以认为在它被加速的最初阶段,它做匀加速直线运动。随着电子的速度越来越大,接近光速时,相对论效应越来越大,质量加大,它不再做匀加速直线运动,牛顿运动定律不再适用。答案:C1234565.(多选)爱因斯坦的引力理论成就表现在()A.预言和发现了冥王星和海王星B.水星近日点旋进存在每百年43的附加值C.光线在经过大质量星体附近时会发生偏转现象D.天体间的引力与半径的二次方成反比解析:冥王星和海王星的轨道是根据万有引力定律和牛顿运动定律计算得出的,天体间的引力与半径的二次方成反比是万有引力定律的内容,故应选BC。答案:BC1234566.在粒子对撞机中,有一个电子经过高电压加速,速度达到0.5c,则此时电子的质量变为静止时的倍。(结果保留三位小数)答案:1.155
