课件39张PPT。6 经典力学的局限性1.牛顿第一定律：一切物体总保持_____________或_________，
除非_________________迫使它改变这种状态。
2.牛顿第二定律：物体加速度大小跟它受到的_______成正比，
跟它的_____成反比，加速度的方向跟_______的方向相同，其
表达式为_____。匀速直线运动静止状态作用在它上面的力作用力质量作用力F=ma3.牛顿第三定律：两个物体之间的作用力和反作用力总是
_________，_________,作用在同一条直线上。
4.万有引力定律:自然界中任何两个物体都相互吸引，引力
的大小与物体的质量m1和m2的_____成正比，与它们之间距
离r的_______成反比。大小相等方向相反乘积二次方一、从低速到高速
1.经典力学的基础是_____________,牛顿运动定律和万有引力
定律在_____、_____、_______的广阔领域,包括_________的
研究中,经受了实践的检验,取得了巨大的成就。
2.狭义相对论阐述的是物体以_______的速度运动时所遵从的
规律。牛顿运动定律宏观低速弱引力天体力学接近光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_____,即m=_________,两者在
_______________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_____,相对论认为,
同一过程的位移和时间的测量与参考系_____,在不同的参考系
中测量结果_____。 不变增大速度远小于光速无关有关不同二、从宏观到微观
1.电子、质子、中子等微观粒子不仅具有_______，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_________能够正确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_____运动，不适用于_____
运动；只适用于_____世界，不适用于_____世界。 粒子性量子力学低速高速宏观微观三、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_________。
2.当物体的运动速度远小于光速c(3×108 m/s)时,相对论物理
学与经典物理学的结论_________。当另一个重要常数即“普
朗克常量”(6.63×10-34 J·s)可以忽略不计时,量子力学和
经典力学的结论_________。不再适用没有区别没有区别【思考辨析】
1.判断正误:
(1)洲际导弹的速度有时可达到6 000 m/s，此速度在相对论中属于高速。( )
(2)质量是物体的固有属性，任何时候都不会变。( )
(3)对于高速运动的物体,它的质量随着速度的增加而变大。
( )
(4)光线经过任何物体附近时都是沿直线传播的。( )提示：(1)×。狭义相对论的高速是可以与光速相比较的速度，6 000 m/s的速度虽不小，但它远远小于光速，不属于相对论中的高速。
(2)×，(3)√。在经典力学中，一个物体的质量在任何时候都不变，但在相对论中，物体的质量随着速度的增加而变大。
(4)×。根据爱因斯坦的广义相对论，光线经过大质量的星体附近时，会发生偏转现象。2.问题思考:
(1)牛顿第二定律属经典力学理论，它在高速世界还适用吗？
提示：在高速世界中，物体的质量随着速度的增加而变大，物体的加速度不一定与它所受的外力成正比，牛顿第二定律不再适用。
(2)相对论、量子力学否定了经典力学吗？
提示：相对论、量子力学没有否定经典力学，经典力学是相对论、量子力学在一定条件下的特例。 一 速度对质量的影响
1.低速与高速的概念:
(1)低速：远小于光速的速度为低速，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的运动皆为低速运动。
(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,物体的质量不随速度而变。根据牛顿第二定
律F=ma知，物体在力F作用下做匀变速运动，只要时间足够
长，物体的运动速度就可以增加到甚至超过光速c。
(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 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。
【特别提醒】(1)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物体运动速度的增大而增大。
(2)光速c是所有物体的最大速度,根据相对论的质速关系，若某物体的运动速度达到光速c，它的质量应是无穷大，这显然不符合事实。 【典例1】(2013·济南高一检测)一个原来静止的电子,经高压
加速后速度为v=6×106 m/s。问电子的质量是增大了还是减小
了?改变了百分之几?
【解题探究】(1)物体的质量与速度有什么关系？
提示：物体做低速运动时，其质量由本身决定,与速度无关，物
体做高速运动时，物体的质量会随速度的增大而变大。
(2)关于狭义相对论的质速关系公式：
其中m为物体________________，m0为物体的_____
_____，c为真空中的光速。静止质量速度为v时的质量【标准解答】根据爱因斯坦的狭义相对论得,运动后的质量增
大了,且
所以改变的百分比为 ×100%=0.02%。
答案：增大了 0.02%【互动探究】典例1中，若电子的质量变为静止时质量的两倍,
求电子运动的速度大小。
【解析】由题意知m=2m0，代入 得
v=2.6×108 m/s。
答案：2.6×108 m/s【总结提升】物体的质量与速度的关系
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；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。 二 经典力学、相对论与量子力学的比较【特别提醒】经典力学与相对论、量子力学并不矛盾，相对论、量子力学也没有否定经典力学。经典力学是相对论、量子力学在低速、宏观、弱引力作用条件下的特殊情况。【典例2】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【解题探究】(1)经典力学的适用范围：_________________
_________。
(2)经典力学与相对论、量子力学的关系：经典力学是相对
论和量子力学的特殊情况，即___________________情况。
(3)物体的质量与速度的关系：物体低速运动时_____________，
物体高速运动时，___________________________。适用于宏观物体的低速运动宏观物体的低速运动质量保持不变质量随物体速度的增大而增大【标准解答】选B、C。经典力学理论只适用于宏观、低速运动的物体，故A错误；经典力学只适用于宏观、低速运动的物体，具有一定的局限性，故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，故C正确；相对论和量子力学并不否定经典力学，认为经典力学是相对论、量子力学在一定条件下的特殊情形，故D错误。【变式训练】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,牛顿运动定律只是经典力学的基础;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。因此只有B项正确。【变式备选】关于经典力学和狭义相对论，下列说法中正确的是( )
A．经典力学只适用于低速运动，不适用于高速运动
B．狭义相对论只适用于高速运动，不适用于低速运动
C．经典力学既适用于低速运动，也适用于高速运动
D．狭义相对论既适用于高速运动，也适用于低速运动
【解析】选A、D。经典力学的适用范围是低速运动、宏观物体，不适用于高速运动、微观物体，A对，C错；狭义相对论既适用于高速运动，也适用于低速运动，B错，D对。【典例】对于经典力学理论，下述说法中正确的是( )
A.由于相对论、量子理论的提出，经典力学已经失去了它的意义
B.经典力学在今天广泛应用，它的正确性无可怀疑，仍是普遍适用的
C.经典力学在历史上起了巨大的作用，随着物理学的发展而逐渐过时，成为一种古老的理论
D.经典力学在宏观低速运动中，引力不太大时适用【标准解答】选D。经典力学和其他任何理论一样，有其自身的局限性和适用范围，但对于低速宏观物体的运动，经典力学仍然适用，并仍将在它适用范围内大放异彩，所以D正确。光速不变原理的应用方法
1.光速不变原理：爱因斯坦的狭义相对论指出，在一切惯性参考系中，测量到的真空中的光速c都一样，即光在所有的惯性参考系中的传播速度均是光速。
2.速度合成的关系式v船岸=v船水+v水岸只适用于低速运动的惯性参考系，对于接近光速的高速运动物体，该关系式已不再适用，此时应根据光速不变原理去解决问题。【案例展示】设某人在以速度0.5c飞行的飞船上打开一个光源，则下列说法正确的是( )
A.飞船正前方地面上的观察者看到这一光速为1.5c
B.飞船正后方地面上的观察者看到这一光速为0.5c
C.在垂直飞船前进方向地面上的观察者看到这一光速是0.5c
D.在地面上任何地方的观察者看到的光速都是c
【标准解答】选D。根据光速不变原理知，在任何惯性系中测得的真空中的光速都相同，都为c，故D正确。【易错分析】本题易错选项及错误原因具体分析如下：1.(基础理论辨析题)下列说法正确的是( )
A.物体不发生变化，其质量就不发生变化
B.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
C.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
D.物体在高速运动时可以用狭义相对论研究其所遵循的规律
E.狭义相对论对低速运动物体不适用【解析】选D。狭义相对论告诉我们，物体的速度发生变化时，其质量会随之发生变化，A错误。经典力学适用于低速运动、宏观物体，不适用于高速运动、微观粒子。量子力学既适用于宏观物体，也适用于微观粒子，故选项B、C错误。狭义相对论既适用于高速运动物体，也适用于低速运动物体，主要是研究高速运动时物体所遵循的规律，D对，E错。2.(2013·海口高一检测)17世纪末，采用归纳与演绎、综合与分析的方法，建立了完整的经典力学体系，使物理学从此成为一门成熟的自然科学的科学家是( )
A.牛顿 B.开普勒
C.笛卡儿 D.伽利略
【解析】选A。牛顿创建了完整的经典力学体系，故A正确。3.属于狭义相对论基本假设的是：在不同的惯性系中( )
A.真空中光速不变
B.时间间隔具有相对性
C.物体的质量不变
D.物体的能量与质量成正比
【解析】选A。狭义相对论基本假设为：一是在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的；二是真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，即光速不变原理，由此可知A属于狭义相对论基本假设，故A正确，B、C、D皆错误。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”宇宙探测器在太空的运动
D.微观粒子的波动性
【解析】选D。经典力学在接近光速的高速运动情况下不能适用，火箭、宇宙飞船等物体虽然速度较大，但还远远小于光速，故在火箭的发射、太空飞行器的运动中，经典力学仍适用。经典力学不适用于微观物体,故选项D正确。5.某物体高速运动时的质量是其静止时质量的二倍，求该物
体的高速运动速度是光速c的多少倍。
【解析】由狭义相对论的质速关系
得
所以
答案： 倍温馨提示：
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课时提升卷(十三)
经典力学的局限性
(40分钟 50分)
一、选择题(本题包括6小题,每小题5分,共30分。每小题至少一个选项正确)
1.(2013·武汉高一检测)牛顿力学的适用范围是 ( )
A.适用于宏观物体的低速运动(与光速相比)
B.适用于微观粒子的运动
C.适用于宏观物体的高速(与光速相比)运动
D.适用于受到很强引力作用的物体
2.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.爱因斯坦建立了狭义相对论,把物理学推进到高速领域
3.(2013·东城高一检测)日常生活中,我们并没有发现物体的质量随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其质量
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
4.下面说法中正确的是 ( )
A.当物体运动速度远小于光速时,相对论物理学和经典物理学的结论没有区别
B.当物体运动速度接近光速时,相对论物理学和经典物理学的结论没有区别
C.当普朗克常量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
D.当普朗克常量h(6.63×10-34J·s)不能忽略不计时,量子力学和经典力学的结论没有区别
5.如图所示,强强乘坐速度为0.9c(c为光速)的宇宙飞船追赶正前方的壮壮,壮壮的飞行速度为0.5c,强强向壮壮发出一束光进行联络,则壮壮观测到该光束的传播速度为 ( )
A.0.4c B.0.5c
C.0.9c D.1.0c
6.对于时空观的认识,下列说法正确的是 ( )
A.相对论给出了物体在低速运动时所遵循的规律
B.相对论具有普遍性,经典物理学为它在低速运动时的特例
C.相对论的出现使经典物理学在自己的适用范围内不再继续发挥作用
D.经典物理学建立在实验的基础上,它的结论又受到无数次实验的检验,因此在任何情况下都适用
二、计算题(本大题共2小题,共20分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)
7.(8分)当物体的速度v=0.8c(c为光速)时,其质量增大到原质量的多少倍?
8.(12分)(能力挑战题)根据爱因斯坦的狭义相对论,质量要随着物体运动速度的增大而增大,即m=。请讨论:
(1)如果你使一个物体加速、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?
(2)光有静止质量吗?如果有,情况将会怎样?
答案解析
1.【解析】选A。牛顿力学属于经典力学,它只适用于低速、宏观物体的运动以及引力不太强时的情况。故A对,B、C、D错。
2.【解析】选A、D。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对、B错。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。狭义相对论的建立,是人类取得的重大成就,从而把物理学推进到高速领域,D对。
3.【解析】选B。根据狭义相对论m=可知,在宏观物体的运动中,由于v?c,所以质量变化不大,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,正确选项为B。
【变式备选】对于公式m=,下列说法中正确的是 ( )
A.式中的m0是物体以速度v运动时的质量
B.当物体的运动速度v>0时,物体的质量m>m0,即物体的质量改变了,故经典力学不适用、不正确
C.当物体以较小速度运动时,质量变化十分微弱,当物体以接近光速的速度运动时,质量变化明显
D.通常由于物体的运动速度太小,故质量的变化不能引起我们的感觉
【解析】选C、D。公式中m0是静止质量,m是物体以速度v运动时的质量,A错误。由公式可知,只有当v接近光速时,物体的质量变化才明显,一般情况下物体的质量变化十分微小,故经典力学仍然适用,故B错误,C、D正确。
4.【解析】选A、C。经典力学可以认为是相对论物理学在低速、宏观状态下的特例,因此正确的选项为A、C。
5.【解析】选D。根据光速不变原理,在一切惯性参考系中测量到真空中的光速c都一样,而壮壮所处参考系即为惯性参考系,因此壮壮观察到的光速为1.0c,选项D正确。
【总结提升】狭义相对论的两个基本假设
(1)在不同的惯性参考系中,一切物理定律都是相同的。
(2)光速不变原理:真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的,光速与光源、观测者间的相对运动没有关系。
6.【解析】选B。相对论给出了物体在高速运动时所遵循的规律,经典物理学为物体在低速运动时的特例,在自己的适用范围内还将继续发挥作用。经典物理学有简捷的优势,因此A、C、D错误,B正确。
7.【解析】根据质量与速度的关系,将v=0.8c代入求得
m==≈1.7m0
答案:1.7倍
8.【解题指南】解答本题应注意以下两点:
(1)当物体高速运动时,速度对质量的影响是:m=。
(2)当物体的速度接近光速时,其质量变为无穷大。
【解析】(1)由m=知:
当v=c时,m应是无穷大。随着质量的不断增大,产生加速度的力会随着不断增大,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。
(2)光没有静止质量。若光有静止质量,当光传播时速度为c,由m=,它传播时的质量会无穷大,光照射到物体上,如同一质量无穷大的物体以光速砸到被照物体上,后果不堪设想。
答案:见解析
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