《物理同步大讲堂人教必修二课件：6.6 经典力学的局限性2》由会员分享，可在线阅读，更多相关《物理同步大讲堂人教必修二课件：6.6 经典力学的局限性2（46页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、6.经典力学的局限性一、从低速到高速速度远小于光速速度远小于光速接近光速运动接近光速运动物理理论物理理论经典力学经典力学_质量与速质量与速度的关系度的关系物体的质量是不物体的质量是不随运动状态改变随运动状态改变的的物体的质量随着物体运物体的质量随着物体运动速度的增大而动速度的增大而_,_,m=_ m=_ 增大相对论速度远小于光速速度远小于光速接近光速运动接近光速运动位移、时位移、时间间与参考系与参考系的关系的关系位移的测量、时位移的测量、时间的测量都与参间的测量都与参考系考系_同一过程的位移和时间同一过程的位移和时间的测量在不同参考系中的测量在不同参考系中是是_无关不同的二、从宏观到微观1.微
2、观世界:(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。(2)微观粒子的运动规律在很多情况下不能用_来说明。_能够描述微观粒子的运动规律。经典力学量子力学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。低速高速宏观微观【思考辨析】(1)洲际导弹的速度有时可达到6000m/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。
3、()提示:(1)。狭义相对论的高速是可以与光速相比较的速度,6000m/s的速度虽不小,但它远远小于光速,不属于相对论中的高速。(2)。经典力学中,一个物体的质量在任何时候都不变,但在相对论中,某物体的质量在高速运动状态下会发生改变。(3)。在狭义相对论中m= ,即物体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,也不适用于微观世界。(5)。经典力学在描述宏观物体的低速运动问题时非常成功,但对于微观世界、高速运动问题就无能为力了。而相对论、量子力学作为更为严谨的理论,在描述低速、宏观运动问题上是一致的。【生活链接】日常生活中,我们并没有发现物体的质量随着物体运动速度的变化
4、而变化,为什么?提示:物体的速度远小于光速,其质量变化很小。知识点一物体的质量与速度的关系探究导入:质量是物体的固有属性,表示了物体所含物质的多少,现实生活当中,一个物体的质量不随它的空间位置、运动速度而发生改变。请思考以下问题:(1)狭义相对论中,物体的质量与速度是什么关系?(2)物体的速度接近光速时,经典力学是否还适用?提示:(1)狭义相对论中,物体的质量随速度的增大而增大,m= (2)物体的速度接近光速时,物体的质量随着速度的增加而迅速增大,牛顿定律不再适用。【归纳总结】1.低速与高速的概念:(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的运动皆为
5、低速运动。(2)高速:有些微观粒子在一定条件下速度可以接近光速,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改变。根据牛顿第二定律F=ma知,物体在力F作用下做匀变速运动,只要时间足够长,物体的运动速度就可以增加到光速c。(2)爱因斯坦的狭义相对论指出,物体的质量随速度的增大增大,即m=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。在高速运动时,质量的测量是与运动状态密切相关的。【典题通关】【典例】(多选)对于公式m=,下列说法中正确的是世纪金榜导学号35684057()A.式中的m0是物体以速度v运动时的质量B.当物体的运动速度
6、v0时,物体的质量mm0,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,质量变化十分微小,经典力学理论仍然适用,只有当物体以接近光速的速度运动时,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很小,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【正确解答】选C、D。公式中m0是物体的静止质量,m是物体以速度v运动时的质量,选项A错误。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,选项C、D正确,B错误。【过关训练】通过一个加速装置对电子施加很大的
7、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()世纪金榜导学号35684058A.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.电子开始近似于做匀加速直线运动,后来质量增大,牛顿运动定律不再适用D.电子是微观粒子,整个加速过程根本就不能用牛顿运动定律解释【解析】选C。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,C正确,A、
8、B、D错误。【补偿训练】1.相对论告诉我们,物体运动时的质量与其静止时的质量相比()A.运动时的质量比静止时的质量大B.运动时的质量比静止时的质量小C.运动时的质量与静止时的质量相等D.是两个不同的概念无法比较【解析】选A。根据狭义相对论的质速关系m=知,物体运动时的质量比静止时的质量大,A对,B、C、D错。2.下列说法正确的是()A.在经典力学中,物体的质量不随运动状态而改变,在狭义相对论中,物体的质量也不随运动状态而改变B.在经典力学中,物体的质量随运动速度的增加而减小,在狭义相对论中,物体的质量随物体速度的增大而增大C.在经典力学中,物体的质量是不变的,在狭义相对论中,物体的质量随物体速
9、度的增大而增大D.上述说法都是错误的【解析】选C。在经典力学中,物体的质量是不变的,根据狭义相对论可知,物体的质量随物体速度的增大而增大,二者在速度远小于光速时是统一的,故选项C正确。知识点二经典力学、相对论和量子理论的比较探究导入:如图甲,质子束被加速到接近光速;如图乙,中子星是质量、密度非常大的星体。请思考:(1)经典力学是否适用于质子束的运动规律?如何研究质子束的运动规律?(2)经典力学是否适用于中子星的引力规律?如何研究中子星的引力规律?提示:(1)质子束的运动属于高速、微观范畴,经典力学不再适用,应该应用狭义相对论、量子力学进行研究。(2)中子星的引力属于强引力范畴,经典力学不再适用
10、,应该应用广义相对论进行研究。【归纳总结】1.区别:狭义狭义相对相对论论经典力学适用于低速运动的物体经典力学适用于低速运动的物体; ;狭义相对论狭义相对论阐述物体在以接近光速运动时所遵循的规律阐述物体在以接近光速运动时所遵循的规律量子量子力学力学经典力学适用于宏观世界经典力学适用于宏观世界; ;量子力学能够正确量子力学能够正确描述微观粒子的运动规律描述微观粒子的运动规律广义广义相对相对论论经典力学在弱引力的情况下与实验结果符合经典力学在弱引力的情况下与实验结果符合得很好得很好; ;爱因斯坦的广义相对论能够解释强引爱因斯坦的广义相对论能够解释强引力情况下的作用规律力情况下的作用规律2.联系:(1
11、)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。(2)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。【特别提醒】(1)经典力学与相对论、量子力学并不矛盾,相对论、量子力学也没有否定经典力学,经典力学是相对论、量子力学在低速、宏观、弱引力作用条件下的特殊情况。(2)科学理论都有它的相对性和局限性,科学理论是不断发展完善的。【典题通关】【典例】(多选)关于经典力学、狭义相对论和量子力学,下列说法中正确的是世纪金榜导学号35684059()A.狭义相对论和经典力学是相互对立的两种理论B.在物体高速运动时,物体的运动规律服从狭义相对论理论,在
12、低速运动时,物体的运动规律服从牛顿运动定律C.经典力学适用于宏观物体的运动,量子力学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【正确解答】选B、C。相对论并没有否定经典力学,而是认为经典力学是相对论理论在一定条件下的特殊情形,A错;经典力学适用于宏观物体的低速运动,对于微观粒子的高速运动问题,经典力学不再适用,但相对论、量子力学适用,选项B、C正确,D错误。【过关训练】1.下列关于经典力学和相对论的说法,正确的是()A.经典力学和相对论的研究领域没有交集B.相对论是在否定了经典力学的基础上建立起来的C.相对论和经典力学是两种不同的学说,二者没有联系D.经
13、典力学包含于相对论之中,经典力学是相对论的特例【解析】选D。相对论的建立并没有否定经典力学,而是认为经典力学是相对论在一定条件下的特殊情形,选项A、B、C错误,D正确。2.经典力学只适用于“宏观世界”,这里的“宏观世界”是指()A.行星、恒星、星系等巨大的物质领域B.地球表面上的物质世界C.人眼能看到的物质世界D.不涉及分子、原子、电子等微观粒子的物质世界【解析】选D。根据中学物理中的规定,微观世界通常是指分子、原子等粒子层面的物质世界,而除微观世界以外的物质世界被称为宏观世界。故A、B、C错误,D正确。【补偿训练】1.人类在探索自然规律的进程中总结了许多科学方法,如分析归纳法、演绎法、等效替
14、代法、控制变量法、理想实验法等。在下列研究中,运用理想实验法进行研究的是()A.牛顿发现了万有引力定律B.伽利略得出力不是维持物体运动的原因C.爱因斯坦提出相对论D.普朗克提出量子论【解析】选B。牛顿发现了万有引力定律、爱因斯坦提出相对论、普朗克提出量子论都是可以通过科学实验验证的,所以A、C、D错;伽利略得出力不是维持物体运动的原因则无法通过科学实验验证,只有运用理想实验法来推导,正确答案为B。2.(多选)下面说法中正确的是()A.当物体运动速度远小于光速时,相对论物理学和经典物理学的结论没有区别B.当物体运动速度接近光速时,相对论物理学和经典物理学的结论没有区别C.当普朗克常量h(6.63
15、10-34Js)可以忽略不计时,量子力学和经典力学的结论没有区别D.当普朗克常量h(6.6310-34Js)不能忽略不计时,量子力学和经典力学的结论没有区别【解析】选A、C。经典力学可以认为是相对论物理学和量子力学在低速、宏观状态下的特例,因此正确的选项为A、C。【拓展例题】考查内容:光速不变原理的理解【典例】科学家预言,在遥远的将来,离子推进发动机驱动的宇宙飞船很可能会用于宇宙航行,这种飞船能以接近光速飞行。设想在以0.9c飞行的飞船上打开一个光源,则下列说法正确的是()A.飞船正前方的观察者看到的光速为1.9cB.飞船正后方的观察者看到的光速为0.1cC.在垂直飞船前进方向上的观察者看到的光速是D.在任何地方的观察者看到的光速都是c【正确解答】选D。根据光速不变原理知,在任何惯性系中测得的真空中的光速都相同,都为c,故D正确。
