第六章 学案7精要.docx

学案7　经典力学的局限性[学习目标定位]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.知道相对论、量子力学和经典力学的关系．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．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(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h(6.63×10－34J·s)”可以忽略不计时，量子力学和经典力学的结论没有区别.一、经典力学的成就1．牛顿运动三定律和万有引力定律把天体的运动与地面上物体的运动统一起来，是人类对自然界认识的第一次大综合，是人类认识史上的一次重大飞跃．2．经典力学和以经典力学为基础发展起来的天体力学、材料力学和结构力学等得到了广泛的应用，并取得了巨大的成就．二、从低速到高速[问题设计]1．在经典力学和狭义相对论中，物体的质量有何不同？答案　在经典力学中，物体的质量不随运动状态的改变而改变，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．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．[要点提炼]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．(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．三、从宏观到微观[问题设计]经典力学的适用范围是什么？答案　适用于宏观世界、低速运动．[要点提炼]1．在经典力学中，物体的粒子性和波动性是对立的、不相容的，而微观粒子既具有粒子性又具有波动性，它们的运动规律不能用经典力学来说明，量子力学能很好地描述微观粒子的运动规律．2．相对论和量子力学的出现，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：只适用于宏观世界，不适用于微观世界，只适用于低速运动，不适用于高速运动．四、从弱引力到强引力[问题设计]1．经典力学与行星轨道的矛盾是什么？答案　按牛顿的万有引力定律推算，行星应该沿着一些椭圆做周期性运动，而天文观测表明，行星的轨道并不是严格闭合的，它们的近日点在不断地旋进，如水星的运动．2．由经典力学与行星轨道的矛盾说明了什么？答案　经典力学只适用于弱引力场，而不适用于强引力场．3．归纳牛顿万有引力定律与爱因斯坦引力理论的主要差异．答案　牛顿万有引力定律与爱因斯坦引力理论的主要差异：(1)行星的运动，在近日点和远日点，引力的变化规律不完全相同，导致轨道不闭合、近日点旋进．(2)牛顿的万有引力定律认为：物体的半径减小时，其表面上的万有引力与半径的二次方成反比地增大，对于半径接近于零的物体，其表面上的万有引力接近于无穷大．爱因斯坦引力理论认为：物体的半径减小时，其表面上的万有引力比“平方反比”规律增大得快，引力趋于无穷大发生在接近一个“引力半径”的时候．只要天体的实际半径远大于它们的引力半径，那么由爱因斯坦引力理论和牛顿引力理论计算出的引力的差异并不很大，但当天体的半径接近引力半径时，这种差异将急剧