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第六章 万有引力与航天
第6节 经典力学的局限性
1 细梳理、基础巩固
2 提升练、课时跟踪
1 细梳理、基础巩固
牛顿运动定律
宏观
低速
弱引力
天体力学
接近光速
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第6节 经典力学的局限性
2 提升练、课时跟踪
一、选择题
1．在物理学发展的过程中，许多物理学家的科学发现推动了人类历史的进步．在对以下几位物理学家所作科学贡献的叙述中，正确的说法是( )
A．爱因斯坦创立了“日心说”
B．哥白尼提出了“地心说”
C．伽利略发现了行星运动定律
D．牛顿总结出了万有引力定律
解析：选D “日心说”由哥白尼提出，爱因斯坦创立了相对论理论，A、B错；行星运动定律是开普勒发现的，C错；万有引力定律是牛顿总结提出的，D对．
2．继哥白尼提出“太阳中心说”、开普勒提出行星运动三定律后，牛顿站在巨人的肩膀上，创立了经典力学，揭示了包括行星在内的宏观物体的运动规律；爱因斯坦既批判了牛顿力学的不足，又进一步发展了牛顿的经典力学，创立了相对论，这说明( )
A．世界无限扩大，人不可能认识世界，只能认识世界的一部分
B．人的认识具有能动性，都能够正确地反映客观世界
C．人对世界的每一个正确认识都有局限性，需要发展和深化
D．每一个认识都可能被后人推翻，人不可能获得正确的认识
解析：选C 发现总是来自于认识过程，观点总是为解释发现而提出的，主动认识世界，积极思考问题，追求解决(解释)问题，这是科学研究的基本轨迹．任何一个人对客观世界的认识都要受当时的客观条件和科学水平的制约，所以所形成的“正确理论”都有一定的局限性，爱因斯坦的相对论理论是对牛顿力学的理论的发展和深化，但也有人正在向爱因斯坦理论挑战．
3．(多选)20世纪以来，人们发现了一些新的事实，而经典力学却无法解释．经典力学只适用于解决物体的低速运动问题，不能用来处理高速运动问题；只适用于宏观物体，一般不适用于微观粒子．这说明( )
A．随着认识的发展，经典力学已成了过时的理论
B．人们对客观事物的具体认识，在广度上是有局限性的
C．不同领域的事物各有其本质与规律
D．人们应当不断地扩展认识，在更广阔的领域内掌握不同事物的本质与规律
解析：选BCD 人们对客观世界的认识，要受到他所处的时代的客观条件和科学水平的制约，所以形成的看法也都具有一定的局限性，人们只有不断地扩展自己的认识，才能掌握更广阔领域内的不同事物的本质与规律；新的科学的诞生，并不意味着对原来科学的全盘否定，只能认为过去的科学是新的科学在一定条件下的特殊情形．所以A错，B、C、D对．
4．(多选)关于经典力学、狭义相对论和量子力学，下列说法中正确的是( )
A．狭义相对论和经典力学是相互对立的、互不相容的两种理论
B．在物体高速运动时，物体的运动规律遵循狭义相对论，在低速运动时，物体的运动遵循牛顿运动定律
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：选BC 经典力学只适用于宏观物体的低速运动，相对论和量子力学并没有全盘否定经典力学理论．在弱引力作用下，低速运动的宏观世界中，两种理论是一致的．故B、C正确，A、D错误．
5．(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．爱因斯坦建立了狭义相对论，把物理学推到高速领域
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，把物理学推到高速领域，D对．
6．下列情境中，经典力学不适用的是( )
A．小朋友坐滑梯下滑 B．轮船在大海上航行
C．宇宙粒子接近光速运动 D．子弹在空中飞行
解析：选C 对于高速运动问题，经典力学已不再适用，故选C.
7．(多选)下列说法中正确的是( )
A．根据牛顿万有引力定律，当星球质量不变，半径变为原来的一半时，表面上的引力将变为原来的4倍
B．按照广义相对论，当星球质量不变，半径变为原来的一半时，表面上的引力将大于原来的4倍
C．当天体的实际半径远大于引力半径时，根据爱因斯坦的引力理论和牛顿理论计算出的力差别很大
D．当天体的实际半径接近引力半径时，根据爱因斯坦的引力理论和牛顿理论计算出的力差别不大
解析：选AB 爱因斯坦引力理论表明，当星球质量不变，半径变为原来的一半时，其表面上的引力将大于原来的4倍．天体半径越小，根据爱因斯坦引力理论和牛顿理论计算出的力的差别越大．
8．通过一个加速装置对电子加一很大的恒力，使电子从静止开始加速，则对这个加速过程，下列描述正确的是( )
A．根据牛顿第二定律，电子将不断做匀加速直线运动
B．电子先做加速运动，后以光速做匀速直线运动
C．电子开始先近似于匀加速运动，后来质量增大，牛顿运动定律不再适用
D．电子是微观粒子，整个加速过程根本就不能用牛顿运动定律解释
解析：选C 电子在加速装置中由静止开始加速，开始阶段速度较低，远低于光速，此时牛顿运动定律基本适用，可以认为在它被加速的最初阶段，它做匀加速运动．随着电子的速度越来越大，接近光速时，相对论效应越来越大，质量加大，它不再做匀加速直线运动，牛顿运动定律不再适用．
9．相对论告诉我们，物体运动时的质量与其静止时的质量相比( )
A．运动时的质量比静止时的质量大
B．运动时的质量比静止时的质量小
C．运动时的质量与静止时的质量相等
D．是两个不同的概念，无法比较
解析：选A 根据狭义相对论的质速关系m＝知，物体运动时的质量比静止时的质量大，A对，B、C、D错．
10．一个原来静止的电子，经电压加速后，获得的速度v＝6×106 m/s.关于电子的质量的变化，下列说法正确的是( )
A．不变 B．减少
C．增大了0.02% D．增大了0.2%
解析：选C 根据爱因斯坦的狭义相对论m＝得出运动后的质量增大了，m＝＝＝1.000 2m0，所以改变的百分比为×100%＝0.02%，C正确．
二、非选择题
11．地球以3×104 m/s的速度绕太阳公转时，它的质量增大到静止质量的多少倍？
解析：根据狭义相对论的质量公式m＝，地球以3×104 m/s的速度绕太阳公转时，它的质量为m地＝＝≈1.000 000 005m地0，即增大到静止质量的1.000 000 005倍．
答案：1.000 000 005倍
12．已知电子的静止质量为me，真空中的光速为c.现有一个观察者测出电子的质量为2me，则电子的速度为多大？
解析：由质量与速度的关系m＝，
得v＝c＝c≈0.87c.
答案：0.87c
13．微观粒子的速度很高，它的质量明显的大于静止质量．在研究制造回旋加速器时必须考虑相对论效应的影响.1988年中国第一座高能粒子加速器——北京正负电子对撞机首次对撞成功．在粒子对撞中，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？
解析：由m＝，
得m＝＝＝＝1.155m0.
答案：1.155m0
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