第6节 经典力学的局限性

把握热点考向课时跟踪训练应用创新演练第6节经典力学的局限性理解教材新知考向一考向二随堂基础巩固第六章万有引力与航天知识点一知识点二返回返回返回1.在经典力学中，物体的质量是固定不变的；狭义相对论中指出质量随速度的变化而变化，其关系式为m＝m01－v2c2。2．经典力学能精确地描述宏观物体的运动规律；量子力学能正确描述微观粒子的运动规律。3．经典力学不能解释水星旋进的情况，说明强引力情形下，经典力学不再适用。4．量子力学和相对论都没有否定过去的科学，而只认为过去的科学是自己在一定条件下的特殊情形。返回返回(1)经典力学的基础是，牛顿运动定律和万有引力定律在、、的广阔区域，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接近的速度运动时所遵从的规律。(3)在经典力学中，物体的质量是的，而狭义相对论指出，质量要随物体运动速度的增大而。牛顿运动定律宏观低速弱引力天体力学不变增大光返回科目一考试年科目一模拟考试题科目二考试年科目二考试技巧、考试内容、考试视频返回即m＝，两者在速度远小于光速的条件下是统一的。(4)经典力学认为和的测量与参考系无关，相对论认为，同一过程的和的测量与参考系有关，在不同的参考系中不同。位移时间位移时间m01－v2c2返回[重点诠释]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．速度对质量测量的影响在高速运动中，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，经典力学不再适用，需要用相对论知识来处理。返回[特别提醒]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。返回1．经典力学不能适用于下列哪些运动()A．火箭的发射B．宇宙飞船绕地球的运动C．“勇气号”宇宙探测器的运动D．以99%倍光速运行的电子束解析：经典力学在低速运动的广阔领域(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，但在高速领域不再适用，故选项A、B、C适用。答案：D返回(1)经典力学能够很精确地描述宏观物体的运动规律，但对微观粒子的波粒二象性无能为力，能够正确地描述微观粒子运动的规律性。(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，不适用于微观世界。量子力学低速高速宏观返回(3)从弱引力到强引力：①每一个天体都有一个，半径的大小由天体的。当天体间的距离远引力半径时，它们间的引力是；当天体间的距离引力半径时，它们间的引力就是。“引力半径”是爱因斯坦引力理论中天体表面引力场强度趋于无穷大时对应的天体半径。②1915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，牛顿引力理论。质量决定大于强引力弱引力小于不再适用引力半径返回(4)当物体的运动速度光速c(3×108m/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”(6.63×10－34J·s)可以忽略不计时，和经典力学的结论没有区别。远小于量子力学返回[重点诠释]经典力学与相对论、量子理论的关系(1)两种理论是历史发展的不同产物。我们对自然界的认识过程都是从肤浅到深刻，从片面到全面，一步步深入，一步步完善的，所以理论的完善也需要一个过程，在历史发展的不同阶段，人类建立了经典力学和相对论、量子力学两套物理学理论。经典力学理论不可能穷尽一切真理，必有其局限性，现在可认为经典力学理论是狭义相对论和量子理论的特例。返回(2)两种理论的适用范围不同。经典力学理论适用于弱引力作用下，低速运动的宏观物体。而它在强引力作用下，或高速运动或微观世界不适用。近期建立的相对论原理及量子力学是一种全新的时空与引力理论，它并没有否定经典力学理论，是在经典力学基础上加以完善，适用范围更广、更全面。返回(3)小船在河中顺流而下，在经典力学中，时间和空间互不相干，它们的存在和测量均与运动无关，故有v船岸＝v船水＋v水岸。但相对论认为，速度总与位移及时间间隔的测量相联系，因而上式不成立。(4)牛顿的万有引力定律认为：物体的半径减半，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，距离越小，这种差别就越大。返回2．继哥白尼提出“太阳中心说”、开普勒提出行星运动三定律后，牛顿站在前人的肩膀上，创立了经典力学，揭示了包括行星在内的宏观物体的运动规律；爱因斯坦既批判了牛顿力学的不足，又进一步发展了牛顿的经典力学，创立了相对论，这说明()返回A．世界无限扩大，人不可能认识世界，只能认识世界的一部分B．人的意识具有能动性，能够正确地反映客观世界C．人对世界的每一个正确认识都有局限性，需要发展和深化D．每一个认识都可能被后人推翻，人不可能获得正确的认识解析：发现总是来自于认识的过程，爱因斯坦的相对理论并没有否定经典力学，而是对牛顿力学理论的发展和深化，但也有人正在向爱因斯坦理论挑战，故A、D错误，B、C正确。答案：BC返回返回[例1]地球以3×104m/s的速度绕太阳公转时，它的质量增大到静止质量的多少倍？[思路点拨]本题应依据相对论中质量随速度的变化规律求解。[解析]根据狭义相对论的质量公式m＝m0/1－v2/c2，地球以3×104m/s的速度绕太阳公转时，它的质量为m地＝m地01－v2/c2＝m地01－3×104/3×1082≈1.000000005m地0。即增大到静止质量的1.000000005倍。[答案]1.000000005倍返回[借题发挥]低速运动的物体质量可以认为是不变的，但当物体的运动速度接近光速时，物体的运动质量m与静止质量m0可能存在较大差别。当物体运动速度为v时，其运动质量m＝m01－v2/c2。返回1．在日常生活中，我们并没有发现物体的质量随着物体运动速度的变化而变化，其原因是()A．运动中物体无法称量质量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返回[借题发挥]人们认识发现自然规律都要经过一个曲折的过程，新的理论的出现并不一定是对已知理论的全盘否定，如经典力学是狭义相对论力学在低速宏观情况下的近似。