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1、经典力学的局限性经典力学的局限性 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，两者在速度远小于光速的条件下是统一的。 m0 1v 2 c2 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 6 000 m/s，
2、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 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 1915 年，爱因斯坦创立了广义相对论，这是一种新的时空与
3、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。 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()
4、 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， 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 m0 1v 2 c2 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
5、1.一个原来静止的电子，经高压加速后速度为v6106 m/s。则电子的质量增大了 还是减小了？改变了百分之几？(光速c3108 m/s) 解析 根据爱因斯坦的狭义相对论m得，运动后电子的质量增大了，且m m0 1v 2 c2 1.000 2m0 m0 1v 2 c2 m0 16 10 62 3 1082 所以质量改变的百分比为100%0.02% mm0 m0 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，
6、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，通常情况下在日常生活中所观察到的物体速度vc，所以mm0，即质 m0 1v 2 c2 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
7、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爱因斯坦相对论认为物体间 体间的引力符合“平方反比” 规律 的引力不完全符合“平方反 比”规律 联系 (1)以下两种情况，相对论与经典力学的结论没有区别：物 体的速度远小于光速c(3108 m/s)时 ； 普朗克常 h(6.63 1034 Js)可以忽略不计时 (2)相对论和量子力学都没有否定经典力学，经典力学是相对 论、量子力学的特殊情况 典型例题 例 2.多选
8、以下说法正确的是( ) A经典力学理论普遍适用，大到天体，小到微观粒子均适用 B经典力学理论的成立具有一定的局限性 C在经典力学中，物体的质量不随运动状态的改变而改变 D相对论与量子力学否定了经典力学理论 解析 经典力学理论只适用于宏观、低速运动的物体，A 错误；经典力学只在一定条 件下适用，具有一定局限性，B 正确；经典力学研究的是低速运动问题，物体的质量变化很 小，可以认为不变，C 正确；相对论和量子力学并没有否定经典力学，认为经典力学是在一 定条件下的特殊情形，D 错误。 答案 BC 即时巩固 2下列说法正确的是( ) A牛顿定律就是经典力学 B经典力学的基础是牛顿运动定律 C牛顿运动定
9、律可以解决自然界中所有的问题 D经典力学可以解决自然界中所有的问题 解析：选 B 经典力学并不等于牛顿运动定律，牛顿运动定律是经典力学的基础；经典 力学并非万能，也有其适用范围，并不能解决自然界中所有的问题，没有哪个理论可以解决 自然界中所有的问题，B 正确。 1牛顿定律不适用于下列哪些情况( ) A研究原子中电子的运动 B研究“神舟十号”飞船的高速发射 C研究地球绕太阳的运动 D研究飞机从北京飞往纽约的航线 解析：选 A 牛顿定律属于经典力学的研究范畴，适用于宏观、低速运动的物体，低速 和高速的标准是相对于光速，可判定牛顿定律适用于 B、C、D 项中描述的运动，而 A 项不适 用。 2关于经
10、典力学和量子力学，下列说法正确的是( ) A不论是对宏观物体，还是微观粒子，经典力学和量子力学都是适用的 B量子力学适用于宏观物体的运动，经典力学适用于微观粒子的运动 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上述说法均错误 解析 ： 选 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， C 正确。 3 多选物理学的发展丰富了人类对物质世界的认识， 推动了科学技术的创新和革命， 促进了物质生产的繁荣与人类文明的进步，下列表述正确的是( ) A牛顿发现了万有引力定律 B牛顿通过实验证实了万有引力定律 C相对论的创立表明经典力学已不再适用 D爱因斯坦建立了狭
11、义相对论，把物理学推到更高领域 解析 ： 选 AD 万有引力定律是牛顿发现的， 但在实验室里加以验证是卡文迪许进行的， A 正确，B 错误；相对论并没有否定经典力学，经典力学对于低速、宏观运动仍适用，C 错误； 狭义相对论的建立，是人类取得的重大成就，从而把物理学推到更高领域，D 正确。 4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：选 D 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，A、B、C 项适用。 5根据爱因斯坦的相对论，质量要随物体运动速度的增大而增大。请讨论：如果使一 个物体加速、加速、再加速，它的速度会增加到等于光速甚至大于光速吗？为什么？ 解析：由m知：当vc时，m应是无穷大。随着质量的不断增大，产生加速度 m0 1v 2 c2 的力会随之不断增大，使加速越来越困难。因此一个物体不管怎样加速，它的速度不会等于 甚至超过光速。 答案：见解析