教案-全国-2019_2019年高中物理 第六章 第6节 经典力学的局限性讲义（含解析）新人教版必修2.doc

7经典力学的局限性一、从低速到高速┄┄┄┄┄┄┄┄①1．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m是不随运动状态改变的，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＝eq\f(m0,\r(1－\f(v2,c2)))，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，在不同的参考系中不同。[说明](1)洲际导弹的飞行速度可达6000m/s，远远小于光速，此速度在狭义相对论中属于低速。(2)物体的质量是它的固有属性，是相对不变的，这一结论成立的前提是物体做低速运动，在高速运动中物体的质量要随运动速度的增大而增大。二、从宏观到微观┄┄┄┄┄┄┄┄②经典力学能够很精确地描述宏观物体的运动规律，但对微观粒子的粒子性和波动性无能为力，量子力学能够正确地描述微观粒子运动的规律性。以上事实说明，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。[说明]经典力学只对宏观、低速物体适用，微观粒子的运动规律不遵循牛顿运动定律。三、从弱引力到强引力┄┄┄┄┄┄┄┄③1915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。牛顿的万有引力定律认为：若物体的总质量不变，物体的半径减小到原来的二分之一，引力增到原来的四倍，即符合“平方反比”规律。爱因斯坦引力理论表明：物体间的距离减小时，它们间的引力比“平方反比”规律增加得更快，半径越小，这种差别就越大。[说明]由经典力学与行星轨道的矛盾说明了经典力学只适用于弱引力，而不适用于强引力。①[判一判]1．质量是物体的固有属性，速度对质量没有影响(×)2．当物体的速度可以和光速相比较时，它的质量随着速度的增加而变大(√)3．相对论和量子力学的出现，说明经典力学已失去意义(×)4．原子中电子的运动能用经典力学进行解释(×)5．空气中灰尘的运动能用经典力学进行解释(√)1.低速与高速的概念通常所见物体的运动皆为低速运动，如行驶的汽车、发射的导弹、人造地球卫星及宇宙飞船等。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．速度对质量的影响在经典力学中，物体的质量是不变的，但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＝eq\f(m0,\r(1－\f(v2,c2)))，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。3．速度对物理规律的影响对低速运动问题，一般用经典力学规律来处理。对高速运动问题，经典力学已不再适用，需要用相对论知识来处理。[典型例题]例1.一个原来静止的电子，经高压加速后速度为v＝6×106m/s。则电子的质量增大了还是减小了？改变了百分之几？(光速c＝3×108m/s)[解析]根据爱因斯坦的狭义相对论m＝eq\f(m0,\r(1－\f(v2,c2)))得，运动后电子的质量增大了，且m＝eq\f(m0,\r(1－\f(v2,c2)))＝eq\f(m0,\r(1－\f(6×1062,3×1082)))≈1.0002m0所以质量改变的百分比为eq\f(m－m0,m0)×100%＝0.02%[答案]增大了0.02%[点评]速度对物体的质量的影响从爱因斯坦的相对论可知：物体的速度越大，它的质量就越大。当物体的速度远小于光速时，其质量的变化可以忽略，可以认为速度对质量没有影响；当物体的速度接近光速时，质量变化将很明显，其质量变化不可忽略。[即时巩固]1．日常生活中，我们并没有发现物体的质量随物体的运动的变化而变化，其原因是()A．运动物体无法称质量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变化而变化解析：选B根据爱因斯坦狭义相对论观点，物体的质量随速度的增加而增加，其具体关系为m＝eq\f(m0,\r(1－\f(v2,c2)))，通常情况下在日常生活中所观察到的物体速度v≪c，所以m＝m0，即质量随速度的变化极其微小，B正确。经典力学与相对论、量子力学的比较比较项经典力学相对论、量子力学形成时期受历史发展限制，理论较肤浅、片面理论较完善、科学适用范围低速运动、宏观世界、弱引力作用任何情况都适用速度对质量的影响物体的质量不随其速度的变化而变化物体的质量随其速度的增加而变大速度的合成v船岸＝v船水＋v水岸v船岸＝v船水＋v水岸成立v船岸＝v船水＋v水岸不成立引力规律牛顿的万有引力定律认为物体间的引力符