6.6经典力学的局限性 学案

6.6经典力学的局限性
【学习目标】
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．
【知识探究】
一、从低速到高速
[导学探究]　(1)在经典力学和狭义相对论中，物体的质量有何不同？
(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？
(3)速度对物体的质量有影响吗？
　
　
　
　
[知识梳理]
1．低速与高速
(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．21cnjy.com
(2)高速：有些微观粒子在一定条件下其速度可以与________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____________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________，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．21*cnjy*com
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．
[即学即用]　在日常生活中，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．运动中的物体，其质量无法测量
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．物体质量并不随速度变化而变化
二、从宏观到微观
[导学探究]　经典力学的适用范围是什么？
[知识梳理]　经典力学的适用范围．
(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____________能够很好地描述微观粒子的运动规律．www.21-cn-jy.com
(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．2-1-c-n-j-y
[即学即用]　(多选)关于经典力学的局限性，下列说法正确的是(　　)
A．经典力学没有局限性
B．经典力学的应用受到物体运动速度的限制，当物体运动的速度接近于真空中的光速时，经典力学就不适用了
C．经典力学不适用于微观领域中的物质结构和能量不连续的现象
D．经典力学中的“时间和空间分离”的观点不对
【典例精析】
一、对经典力学和狭义相对论的认识
例1　下列说法正确的是(　　)
A．以牛顿运动定律为基础的经典力学因其局限性而没有存在的价值
B．物理学的发展，使人们认识到经典力学有它的适用范围
C．相对论和量子力学的出现，是对经典力学的全盘否定
D．经典力学对处理高速运动的宏观物体具有相当高的实用价值
例2　下列关于经典力学和相对论的说法，正确的是(　　)
A．经典力学和相对论是各自独立的学说，互不相容
B．相对论是在否定了经典力学的基础上建立起来的
C．相对论和经典力学是两种不同的学说，二者没有联系
D．经典力学包含于相对论之中，经典力学是相对论的特例
二、对质量和速度关系的认识
例3　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？
　
　
　
【达标检测】
1．以牛顿运动定律为基础的经典力学的适用范围是(　　)
A．低速宏观弱引力下的运动问题
B．高速微观弱引力下的运动问题
C．低速微观强引力下的运动问题
D．高速宏观强引力下的运动问题
2．(多选)下列服从经典力学规律的是(　　)
A．自行车、汽车、火车、飞机等交通工具的运动
B．发射导弹、人造卫星、宇宙飞船
C．物体运动的速率接近于真空中的光速
D．地壳的变动
3．(多选)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(速度接近于真空中的光速)
B．狭义相对论只适用于高速运动(速度接近于真空中的光速)，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(速度接近于真空中的光速)
D．狭义相对论既适用于高速运动(速度接近于真空中的光速)，也适用于低速运动
4．(多选)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，故经典力学不再适用
C．当物体以较小速度运动时，质量变化十分微弱，经典力学理论仍然适用，只有当物体以接近光速运动时，质量变化才明显，故经典力学适用于低速运动，而不适用于高速运动
D．通常由于物体的运动速度很小，故质量的变化让我们感觉不到，在分析地球上物体的运动时，不必考虑质量的变化21世纪教育网版权所有
5．在粒子对撞机中，有一个电子经过高电压加速，速度达到0.5c，则此时电子的质量变为静止时的多少倍．21教育网
　

答案精析
知识探究
一、
导学探究　(1)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．21·世纪*教育网
(2)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．
(3)物体在低速时，质量的变化不明显，当在高速时，质量随速度的增大而增大．
知识梳理
1．(2)光速
2．(1)运动状态　(2)增大
即学即用　B　[根据狭义相对论m＝可知，在宏观物体的运动中，v?c，所以m变化不大，而不是因为质量太大或无法测量．]2·1·c·n·j·y
二、
导学探究　适用于宏观世界、低速运动．
知识梳理　(1)粒子性　量子力学　(2)低速　高速　宏观　微观
即学即用　BCD　[经典力学仅适用于宏观、低速运动的物体，当物体运动的速度接近于真空中的光速时，经典力学就不再适用了，B对；经典力学无法解释微观领域中的物质结构和能量不连续的现象，C对；同样D也对．]21·cn·jy·com
典例精析
例1　B　[牛顿运动定律能够解决宏观物体的低速运动问题，在生产、生活及科技方面起着重要作用；解决问题时虽然有一定误差，但误差极其微小，可以忽略不计；故经典力学仍可在一定范围内适用．虽然相对论和量子力学更加深入科学地认识自然规律，它是科学的进步，但并不表示对经典力学的全盘否定，故选项B正确．A、C错误；经典力学不能用于处理高速运行的物体；故D错误．]www-2-1-cnjy-com
例2　D　[相对论的建立并没有否定经典力学，而是认为经典力学是相对论在一定条件下的特殊情形．所以A、B、C错误，D正确．]21*cnjy*com
例3　见解析
解析　(1)由m＝ 知：当v＝c时，m应是无穷大．物体加速时，随着速度的不断增大，物体质量不断增大，产生加速度所需要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大于光速．【来源：21cnj*y.co*m】
(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射物体上，后果不堪设想．【出处：21教育名师】
达标检测
1．A　[经典力学是狭义相对论在低速(v?c)条件下的近似，牛顿经典力学只考虑了空间，而狭义相对论既考虑了空间，也考虑了时间，牛顿经典力学只适用于宏观低速物体，而微观、高速物体适用于狭义相对论，经典力学的基础是牛顿运动定律，经典力学只适用于宏观世界、低速运动和弱引力下．]【版权所有：21教育】
2．ABD　[经典力学适用于宏观、低速运动的物体，所以A、B、D正确；当物体的运动速率接近于光速时，经典力学就不适用了，故C错误．]【来源：21·世纪·教育·网】
3．AD　[经典力学只适用于低速运动，不适用于高速运动，狭义相对论是普遍适用的，故A、D项正确．]
4．CD　[公式中m0是物体静止时的质量，m是物体以速度v运动时的质量，A错．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，C、D正确．]21教育名师原创作品
5．1.155
解析　由于电子的速度接近光速，所以质量变化明显，根据爱因斯坦狭义相对论中运动质量与静止质量的关系得m＝＝≈1.155m0.