2017-2018学年物理人教版必修2讲义第6章万有引力与航天第7节.doc

第7节经典力学的局限性

[学考报告]

知识内容

经典力学的局限性

考试要求

必考

加试

a

基本要求

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．体会科学理论总是在不断发展的

发展要求

1.初步了解微观和高速世界中的奇妙现象

2．初步了解相对论、量子论的建立对人类深入认识客观世界的作用

说明

1.不要求用相对论中质量随速度变化的公式进行计算

2．不要求识记证明经典力学局限性的有关事实

知识点一从低速到高速

[基础梳理]

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．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。

3．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。

4．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＝eq\f(m0,\r(1－\f(v2,c2)))，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。

5．速度对物理规律的影响

(1)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。

(2)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。

[典例精析]

【例1】日常生活中，我们并没发现物体的质量随物体运动的速度变化而变化，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

解析根据狭义相对论m＝eq\f(m0,\r(1－\f(v2,c2)))可知，在宏观物体的运动中，v?c，所以m变化不大，而不是因为物体的质量太大或无法测量，也不是因为质量不随速度的变化而变化，正确选项是B。

答案B

[即学即练]

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0.99倍光速运行的电子束

解析经典力学在宏观、低速运动的广阔领地(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

知识点二从宏观到微观

[基础梳理]

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。

知识点三从弱引力到强引力

[基础梳理]

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．经典力学的适用范围

(1)经典力学有它的适用范围：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；只适用于弱引力情况，不适用于强引力情况。

(2)对于高速运动(速度接近真空中的光速)，需要应用爱因斯坦的相对论。当物体的运动速度远小于真空中的光速时，相对论物理学与经典物理学的结论没有区别。

(3)对于微观世界，需要应用量子力学。当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。

(4)对于强引力情况，需要应用爱因斯坦引力理论。当天体的实际半径远大于它们的引力半径时，爱因斯坦引力理论和牛顿万有引力定律计算出的力的差异并不很大。

[典例精析]

【例2】关于经典力学、狭义相对论和量子力学，下面说法中正确的是()

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．不管物体做高速运动还是低速运动时，物体的运动均服从牛顿运动定律

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

解析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况，选项A错误；经典力学适用于宏观物