专题6.6 经典力学的局限性 巩固练习 word版含解析

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名称 专题6.6 经典力学的局限性 巩固练习 word版含解析
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资源类型 教案
版本资源 人教版(新课程标准)
科目 物理
更新时间 2019-10-26 12:55:46

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文档简介

第六章 万有引力与航天
第6节 经典力学的局限性
知识
一、经典力学的成就
牛顿运动定律和万有引力定律在______、______、______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。
二、经典力学的局限性
1.牛顿力学即经典力学,它只适用于_______、_______运动的物体,不适用于_______、_______运动的物体。
2.狭义相对论阐述了物体以接近光速运动时遵从的规律,得出了一些不同于经典力学的结论,如质量要随物体运动速度的增大而_______。
3.20世纪20年代,建立了量子力学,它很好地描述了__________的运动规律,并在现代科学技术中发挥了重要作用。
4.爱因斯坦的广义相对论说明在________的作用下,牛顿的引力理论将不再适用。
宏观 低速 弱引力
宏观 低速 微观 高速 增大 微观粒子 强引力
重点
一、经典时空观和相对论时空观
经典时空观
狭义相对论时空观
光速
相对的
绝对的(不变)
同时
绝对的
相对的
时间与空间
与运动无关,绝对的
与运动有关,相对的
质量
与运动无关,不变的
随速度增大而增大
【例题1】关于经典时空观和相对论时空观,下列说法错误的是
A.经典时空观认为时间和空间是独立于物体及其运动而存在的
B.相对论时空观认为时间和空间与物体及其运动有关系
C.经典力学只适用于宏观物体、低速运动问题,不适用于高速运动的问题
D.当物体的运动速度远小于光速时,相对论和经典力学的结论仍有很大的区别
参考答案:D
试题解析:经典时空观认为时间和空间是独立于物体及其运动而存在的,而相对论时空观认为时间和空间与物体及其运动有关系,AB正确;经典力学只适用于宏观物体、低速运动问题,不适用于高速运动(相对于光速)问题,C正确;当物体的运动速度远小于光速时,相对论和经典力学的结论相差不大,故经典力学是适用的,D错误。
二、 物体的质量与运动速度有关
在经典力学中,物体的质量是不随运动状态改变的。20世纪初,著名物理学家爱因斯坦建立了狭义相对论,指出质量要随物体运动速度的增大而增大。
物体的质量与运动速度的关系是m=
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
可见,当v远小于c时,m≈m0;当v→c时,m→∞。因此,当物体的速度远小于真空中的光速时,经典力学完全适用;当物体的速度接近光速时,经典力学就不适用了。
【例题2】如果真空中的光速c=3×108 m/s,当一个物体的运动速度为v1=2.4×108 m/s时,质量为3 kg,当它的速度为v2=1.8×108 m/s时,质量为多大?
参考答案:2.25 kg
试题解析:根据狭义相对论:m=,由题意知m1=,m2=
可得===,所以m2=m1=2.25 kg
基础训练
1.(2019·云南省广南县一中高一下学期月考)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
2.(2019·云南省江川二中高二学业水平达标测试)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
3.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.当物体运动速度很大(接近光速)时,经典力学理论所得的结果与实际结果之间出现了较大的偏差
C.在经典力学中,物体的质量是不变的,在狹义相对论中,物体的质量随物体速度增大而减小
D.牛顿的引力理论不能用于中子星表面
4.经典力学的适用范围是
A.高速、微观运动的物体
B.高速、宏观运动的物体
C.低速、宏观运动的物体
D.低速、微观运动的物体
5.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
6.(2019·云南省玉溪市易门一中高一下学期3月月考)经典力学的基础是牛顿运动定律,万有引力定律更是建立了人们对牛顿物理学的尊敬。20世纪以来,人们发现了一些新的事实,用经典力学无法解释。下列说法正确的是
A.由于经典力学有局限性,所以它是错误的
B.当物体的速度接近光速时,经典力学仍成立
C.狭义相对论能描述微观粒子运动的规律
D.量子力学能描述微观粒子运动的规律
7.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.运动中的物体无法称量质量
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
8.(2019·四川省绵阳市高一下学期期末考试)经典力学有一定的局限性和适用范围。下列运动适合用经典力学研究和解释的是
A.氢原子内电子的运动
B.飞船绕月球做圆周运动
C.密度很大的中子星附近物体的运动
D.宇宙探测器以接近光速远离地球的运动
9.对于经典力学理论,下列说法正确的是
A.经典力学能够解释微观粒子的规律性
B.经典力学取得了巨大成就,是普遍适用的
C.由于相对论与量子力学的提出,经典力学已失去意义
D.经典力学适用于宏观物体的低速运动问题,不适用于高速运动的问题
10.(2019·山西省太原市高一下学期期末考试)2017年6月16 日,来自中国的“墨子号”量子卫星从太空发出两道红色的光射向青海德令哈站与千里外的云南丽江高美古站,首次实现了人类历史上第一次距离达千里级的量子密钥分发。下列说法正确的是
A.经典力学适用于“量子号”绕地球运动的规律
B.经典力学适用于光子的运动规律
C.量子力学可以描述“量子号”发出“两道红光”的运动规律
D.量子密钥分发的发现说明经典力学已经失去了使用价值
11.关于经典力学的局限性,下列说法正确的是
A.经典力学适用于宏观低速运动的物体
B.经典力学只适用于像地球和太阳这样大的宏观物体
C.火车提速后,有关速度问题就不能用经典力学来处理
D.由于经典力学有局限性,所以一切力学问题只能用相对论力学来解决
12.如图所示,宽度为l的宇宙飞船沿其长度方向以0.9c(c为真空中的光速)远离地球,地球上的人看到宇宙飞船宽度________(填“大于”“等于”或“小于”)l。飞船和地面上各有一只铯原子钟,地球上的人观察到________(填“飞船上钟较快”“地面上钟较快”或“两只钟一样快”)。
13.狭义相对论认为时间和空间与物质的_________(填“质量”或“速度”)有关;在高速前进中的列车的中点处,某乘客突然按下手电筒,使其发出一道闪光,该乘客认为闪光向前、向后传播的速度相等,都为c,站在铁轨旁边地面上的观察者认为闪光向前、向后传播的速度_________(填“相等”或“不等”)。
能力提升
14.经典力学有一定的适用范围和局限性,不适合用经典力学描述的运动是
A.以300 m/s飞行的子弹
B.以接近光速运动的电子
C.以300 km/h高速运行的列车
D.以7.8 km/s绕地球运行的
15.对于公式,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的速度运动时,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,故质量的变化引不起我们的感觉,在分析地球上物体的运动时,不必考虑质量的变化
16.(2019·甘肃省张掖二中高一第二学期期中考试)下列说法正确的是
A.经典力学适用于任何领域
B.经典力学只适用于宏观、低速物体的运动,对于微观、高速运动不适用
C.在经典力学中,物体的质量不随运动状态而改变,在狭义相对论中,物体的质量随速度的增大而增大
D.相对论与量子力学并没有否定经典力学,而认为经典力学是自己在一定条件下的特殊情形
17.我国计划在南京建立国际领先的大科学工程装置——“强流高亮度超导质子源”。超导直线加速器将质子加速至0.9倍光速以上,加速过程中,质子的能量增加,则质子的质量________(填“增加”“不变”或“减小”),其物质波波长________(填“增加”“不变”或“减小”)。
18.在粒子对撞机中,有一个电子经过高压加速,速度达到光速的0.5倍,试求此时电子的质量变为静止时的多少倍。
参考答案
1.ABD【解析】自行车、汽车、火车、飞机、导弹、卫星、宇宙飞船和地壳的运动均属于宏观、低速的问题,经典力学能适用,故ABD正确。而接近光速时,根据爱因斯坦相对论,会出现时间延长、空间缩短、质量增加等效应,不能用经典物理去解释。
2.B【解析】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否定,故选项B正确,AC错误。经典力学不能用于处理高速运行的物体,故D错误。故选B。
3.BD【解析】A、经典力学的使用范围是宏观、低速的物体,不适用微观、高速的物体,故A错误;B、当物体运动速度很大(v→c)、引力很强、活动空间很小(微观)时,经典力学理论所得的结果与实验结果之间出现了较大的偏差,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否定,故B正确;C、在经典力学中,物体的质量是不变的,在狹义相对论中,物体的质量随物体速度增大而增大,故选项C错误;D、密度越大的天体表面引力越强,中子星密度非常大,其表面的引力比常见的引力强得多,为强引力,牛顿的引力理论已经不能正确解决了,故D正确。
4.C【解析】经典力学的适用条件为,宏观世界,低速运动,而在微观,高速情况下不再适用;因为高速运动的物体时间、空间、质量会发生变化,故选C。
【点睛】了解经典力学(牛顿、牛顿的三大运动定律)和相对论(爱因斯坦、狭义相对论和广义相对论)的观点以及适用范围。
5.B【解析】物体在运动中,我们可以运用弹簧秤结合物理规律称量物体的质量,故A错误;物体的运动速度远小于光速,质量变化极小,故B正确;根据狭义相对论的基本结论可知,质量、长度、时间的测量结果都随物体与观察者的相对状态而改变,经典力学不再适用,故CD错误。所以B正确,ACD错误。
6.D【解析】相对论和量子力学的出现,并没有否定经典力学,经典力学是相对论和量子力学在低速、宏观条件下的特殊情形,故A错误。当物体的速度接近光速时,经典力学不成立,故B错误。量子力学能够描述微观粒子运动的规律,故C错误,D正确。故选D。
7.B【解析】根据狭义相对论,可得m=,宏观物体的运动速度v一般远小于真空中的光速c,则m≈m0,变化不大,B正确。
8.B【解析】经典力学的基础是牛顿定律和万有引力定律,适用于宏观(>10-10m)、低速的()弱引力场(例如地球附近)。A、氢原子内电子已经不属于宏观物体,所以不适用与经典力学,故A错误。B、飞船绕月球做圆周运动是在弱引力场中的运动且运动速度远小于光速,所以适用于经典力学,故B正确。C、密度很大的中子星附近产生了强引力场,故不适用与经典力学,故C错误。D、宇宙探测器以接近光速远离地球的运动,符合速度接近光速,所以不适用于经典力学,故D错误。故选B。
9.D【解析】经典力学的主要内容是牛顿运动定律,所研究的对象是宏观物体的低速运动问题,而爱因斯坦的相对论则研究的是宏观物体的高速运动问题,量子力学则研究微观粒子的运动问题,三者都有其存在的意义,ABC错误,D正确。
10.AC【解析】A、经典力学适用于宏观低速的物体运动,卫星的运动相对微观粒子的运动速度小很多,属于宏观低速,故A正确。B、量子力学适用于微观高速的物体运动,如光子的运动,故B错误。CD、量子力学和经典力学的适用范围不同,各自在自己的范围内是有价值的,并不会失去用处,故C正确,D错误。故选AC。
11.A【解析】AB.经典力学适用于宏观低速运动的物体,宏观物体是相对于微观粒子而言的,所以经典力学不仅仅适用于像地球和太阳这样大的宏观物体,还适用于体积较小的一些宏观物体,故A正确,B错误;C.火车提速后,速度仍远远小于光速,有关速度问题还可以用经典力学来处理,故C错误;D.经典力学在低速、宏观状态下仍然可以使用,对于高速、微观的情形经典力学不适用,故D错误。故选A。
12.等于 地面上钟较快
【解析】根据爱因斯坦相对论的第二个基本假设,真空中光速不变原理,所以地球上的人看到宇宙飞船宽度等于l,根据爱因斯坦相对论可知,地面上的人观察到的地面上钟较快。
13.速度 相等
【解析】狭义相对论认为真空中光速均为c,地面上的人认为闪光速度也都为c。
14.B【解析】飞行的子弹、高速运行的列车及绕地球运行的“天宫一号”,属于宏观运动的物体,且速度都远小于真空中的光速,使用经典力学就可较精确地描述它们的运动;对于接近光速运动的电子,属于高速运动的微观粒子,经典力学不再适用,选B。
15.CD【解析】对于公式,式中的m0是物体静止时的质量,故A错误;当物体运动速度v>0时,物体质量m>m0,但是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,故B错误,C正确;根据公式,通常物体的运动速度太小,故质量的变化引不起我们的感觉,在分析地球上物体的运动时,不必考虑质量的变化,故D正确。故选CD。
16.BCD【解析】经典力学只适用于宏观、低速物体的运动,对于微观、高速运动不适用,选项A错误,B正确;在经典力学中,物体的质量不随运动状态而改变,在狭义相对论中,物体的质量随速度的增大而增大,选项C正确;相对论与量子力学并没有否定经典力学,而认为经典力学是在一定条件下的特殊情形,选项D正确;故选BCD。
17.增加 减小
【解析】根据爱因斯坦的狭义相对论质量公式:,可知接近光速运动的物体的质量会变大;因为动量变大,根据,可知物质波波长减小。
18.【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有m=,
====1.155