高中物理人教版必修2 导学案6.6 经典力学的局限性 Word版含解析
文档属性
| 名称 | 高中物理人教版必修2 导学案6.6 经典力学的局限性 Word版含解析 |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 236.0KB | ||
| 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 | 2020-11-25 09:04:07 | ||
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文档简介
6 经典力学的局限性
【例1】 (多选)关于经典力学的成就，下列说法正确的是( )
A．经典力学把天体的运动与地球上物体的运动统一起来，是人类对自然界认识的第一次大综合，是人类认识史上的一次重大飞跃
B．18世纪60年代，力学与热学的发展及其与生产的结合，引发了第一次工业革命
C．火箭、人造地球卫星、航天飞机、宇宙飞船、行星探测器等航天器的发射，都是牛顿力学规律的应用范例
D．经典力学是最早形成的物理理论，对后来的理论有重要影响
解答本题时应把握以下两点：
(1)经典力学的发展历程．
(2)经典力学的成就．
【解析】 经典力学把天体的运动与地球上物体的运动统一起来，是人类认识史上的一次重大飞跃，力学与热学的发展引发了第一次工业革命，选项A、B正确；航天器的发射与运行是宏观世界物体的运动，是牛顿力学规律的应用范例，选项C正确；经典力学对近代自然科学的发展产生了重要影响，选项D正确．
【答案】 ABCD
总结提能 经典力学建立之前，人们对力学现象的研究一般只是反映在科技之中或完全融合在哲学之内，经典力学的建立标志着近代自然科学的诞生，成为人类科学史上的重要变革，因此我们要了解经典力学所取得的重大成就．
解答此类问题时，应在理解的基础上记忆经典力学的成就和适用范围，以及经典力学与相对论和量子力学的关系．
下列说法中正确的是( B )
A．牛顿运动定律就是经典力学
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的所有问题
D．经典力学可以解释自然界中的所有问题
解析：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，经典力学也存在两个基本假定，并不能解决自然界中的所有问题，没有哪个理论可以解决自然界中的所有问题．
考点二 从低速到高速
1．低速与高速的概念
(1)通常所见的物体运动皆为低速运动，如行驶的汽车和发射的导弹、人造卫星及宇宙飞船等．
(2)有些微观粒子在一定条件下的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m是不随其运动状态改变的，但爱因斯坦的狭义相对论指出，物体的质量随物体运动速度的增大而增大，即m＝.
式中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．
可见，当v?c时，m≈m0；当v趋近于c时，m趋近于无穷大．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2】 一个静止质量m0＝1 kg的物体，与地球一起绕太阳公转的速度是v＝30 km/s，在相应的惯性系中的观测者测得物体的质量为多大？
由相对论质量公式进行解答．其实，物体的速度v＝30 km/s，仍可以认为是低速运动，其质量仍认为等于静止质量．
【解析】 根据狭义相对论中质量与运动速度的关系得
m＝＝kg≈1 kg.
【答案】 1 kg
总结提能 低速运动的物体的质量可以认为不发生变化，但当物体的速度接近光速时，物体的运动质量m与静止质量m0可能存在较大差别．当物体运动的速度为v时，其运动质量m＝.
在日常生活中，我们并没有发现物体的质量随着物体运动速度的变化而变化，其原因是( B )
A．运动中物体无法称量质量
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
解析：日常生活中见到的物体的速度都较小，由m＝可知，当v?c时，m＝m0，故选项B正确．
考点三 从宏观到微观
1．宏观世界质点的运动特点：质点具有确定的运动轨迹，根据质点的运动规律，应用牛顿力学可以准确预测质点在某时刻的位置．
2．微观世界粒子的运动特点：就单个粒子而言，没有确定的运动轨迹．微观粒子既有粒子性，又有波动性．
3．在微观世界，粒子具有波粒二象性，无法用经典力学的规律去研究，解决这类问题要用相对论和量子力学．
【例3】 下列运动经典力学不适用的是( )
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
D．微观粒子的波动性
解题时要熟记经典力学的适用范围是宏观、低速、弱引力．
【解析】 经典力学适用于宏观、低速、弱引力的范围，而研究微观粒子的波动性时，经典力学不再适用．
【答案】 D
总结提能 经典力学适用于低速运动，不适用于高速运动；适用于宏观世界，不适用于微观世界；适用于弱引力作用，不适用于强引力作用．
关于经典力学和量子力学，下面说法中正确的是( C )
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．上述说法都是错误的
解析：准确理解和记住理论成立的条件．
考点四 从弱引力到强引力
1．从弱引力到强引力
(1)每一个天体都有一个引力半径，半径的大小由天体的质量决定．当天体间的距离远大于引力半径时，它们间的引力就是弱引力；当天体间的距离接近引力半径时，它们间的引力就是强引力．
(2)经典力学与行星轨道的矛盾：按牛顿的万有引力理论，行星应该沿着一些椭圆或圆做周期性变化，而天文观测表明，行星的轨道并不是严格闭合的，它们的近日点在不断旋进．例如，水星的公转运动，实际观测到的水星的公转运动情况与爱因斯坦相对论的计算结果吻合得很好．
2．牛顿万有引力定律与爱因斯坦引力理论的差异
(1)牛顿万有引力定律认为：物体的半径减小时，其表面上的万有引力与半径的二次方成反比例增大，对于半径接近于0、可以看成质点的物体，其表面上的万有引力趋于无穷大．
(2)爱因斯坦理论认为：物体的半径减小时，其表面上的万有引力比按半径二次方规律增大得快，引力趋于无穷大发生在物体的半径接近一个“引力半径”的时候．
(3)当天体的实际半径远大于它的引力半径时，由爱因斯坦和牛顿引力理论计算出的力的差异并不是很大，但当天体的半径接近引力半径时，这种差异将急剧增大，也就是说，在强引力的情况下，牛顿引力理论将不再适用．
(4)在近日点和远日点，行星所受引力的变化规律不完全相同，导致轨道不闭合，近日点旋进．
【例4】 下列说法中正确的是( )
①根据牛顿的万有引力定律可以知道，当天体质量不变、半径变为原来的时，引力将变为原来的4倍
②按照广义相对论可以知道，当天体质量不变、半径变为原来的时，引力将大于原来的4倍
③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的引力理论计算出的力差异较大
④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的引力理论计算出的力差异不大
A．①② B．③④ C．①③ D．②④
当天体的实际半径远大于引力半径时，可以用牛顿的引力理论计算引力大小，当天体的实际半径接近引力半径时，必须用爱因斯坦的引力理论计算引力大小．
【解析】 当天体的实际半径远大于其引力半径时，由爱因斯坦的引力理论和牛顿的引力理论计算出的力的差异并不是很大；但当天体的实际半径接近其引力半径时，根据爱因斯坦的引力理论和牛顿的引力理论计算出的力的差异将急剧增大．
【答案】 A
总结提能 求解本题关键在于搞清经典力学的适用范围，在弱引力的情况下，牛顿引力理论适用；在强引力的情况下，牛顿引力理论不再适用．
(多选)继哥白尼提出“太阳中心说”、开普勒提出行星运动三定律后，牛顿站在前人的肩膀上，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( BC )
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．人的意识具有能动性，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：发现总是来自于认识的过程，爱因斯坦的相对理论并没有否定经典力学，而是对牛顿力学理论的发展和深化，但也有人正在向爱因斯坦理论挑战，故A、D错误，B、C正确．
1．(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( AD )
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
解析：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，从而把物理学推到高速领域，D对．
2．(多选)以下说法正确的是( BC )
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，B对；在经典力学中，物体的速度v?c，所以物体的质量不随运动状态而改变，但相对论和量子力学并不否定经典力学，认为它是在一定条件下的特殊情形，C正确，D错误．
3．经典力学只适用于“宏观世界”，这里的“宏观世界”是指( D )
A．行星、恒星、星系等巨大的物质领域
B．地球表面上的物质世界
C．人眼能看到的物质世界
D．不涉及分子、原子、电子等微观粒子的物质世界
解析：A、B、C三个选项说的当然都属于“宏观世界”，但都很片面，没有全面描述，本题应选D.
4．下列说法中正确的是( A )
①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；
②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；
③当普朗克常量h(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没有区别；
④当普朗克常量h(6.63×10－34 J·s)不能忽略不计时，量子力学和经典力学的结论没有区别．
A．①③ B．②④ C．①④ D．②③
5．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．
解析：由于电子的速度可与光速相比，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.
答案：1.155
【例1】 (多选)关于经典力学的成就，下列说法正确的是( )
A．经典力学把天体的运动与地球上物体的运动统一起来，是人类对自然界认识的第一次大综合，是人类认识史上的一次重大飞跃
B．18世纪60年代，力学与热学的发展及其与生产的结合，引发了第一次工业革命
C．火箭、人造地球卫星、航天飞机、宇宙飞船、行星探测器等航天器的发射，都是牛顿力学规律的应用范例
D．经典力学是最早形成的物理理论，对后来的理论有重要影响
解答本题时应把握以下两点：
(1)经典力学的发展历程．
(2)经典力学的成就．
【解析】 经典力学把天体的运动与地球上物体的运动统一起来，是人类认识史上的一次重大飞跃，力学与热学的发展引发了第一次工业革命，选项A、B正确；航天器的发射与运行是宏观世界物体的运动，是牛顿力学规律的应用范例，选项C正确；经典力学对近代自然科学的发展产生了重要影响，选项D正确．
【答案】 ABCD
总结提能 经典力学建立之前，人们对力学现象的研究一般只是反映在科技之中或完全融合在哲学之内，经典力学的建立标志着近代自然科学的诞生，成为人类科学史上的重要变革，因此我们要了解经典力学所取得的重大成就．
解答此类问题时，应在理解的基础上记忆经典力学的成就和适用范围，以及经典力学与相对论和量子力学的关系．
下列说法中正确的是( B )
A．牛顿运动定律就是经典力学
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的所有问题
D．经典力学可以解释自然界中的所有问题
解析：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，经典力学也存在两个基本假定，并不能解决自然界中的所有问题，没有哪个理论可以解决自然界中的所有问题．
考点二 从低速到高速
1．低速与高速的概念
(1)通常所见的物体运动皆为低速运动，如行驶的汽车和发射的导弹、人造卫星及宇宙飞船等．
(2)有些微观粒子在一定条件下的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m是不随其运动状态改变的，但爱因斯坦的狭义相对论指出，物体的质量随物体运动速度的增大而增大，即m＝.
式中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．
可见，当v?c时，m≈m0；当v趋近于c时，m趋近于无穷大．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2】 一个静止质量m0＝1 kg的物体，与地球一起绕太阳公转的速度是v＝30 km/s，在相应的惯性系中的观测者测得物体的质量为多大？
由相对论质量公式进行解答．其实，物体的速度v＝30 km/s，仍可以认为是低速运动，其质量仍认为等于静止质量．
【解析】 根据狭义相对论中质量与运动速度的关系得
m＝＝kg≈1 kg.
【答案】 1 kg
总结提能 低速运动的物体的质量可以认为不发生变化，但当物体的速度接近光速时，物体的运动质量m与静止质量m0可能存在较大差别．当物体运动的速度为v时，其运动质量m＝.
在日常生活中，我们并没有发现物体的质量随着物体运动速度的变化而变化，其原因是( B )
A．运动中物体无法称量质量
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
解析：日常生活中见到的物体的速度都较小，由m＝可知，当v?c时，m＝m0，故选项B正确．
考点三 从宏观到微观
1．宏观世界质点的运动特点：质点具有确定的运动轨迹，根据质点的运动规律，应用牛顿力学可以准确预测质点在某时刻的位置．
2．微观世界粒子的运动特点：就单个粒子而言，没有确定的运动轨迹．微观粒子既有粒子性，又有波动性．
3．在微观世界，粒子具有波粒二象性，无法用经典力学的规律去研究，解决这类问题要用相对论和量子力学．
【例3】 下列运动经典力学不适用的是( )
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
D．微观粒子的波动性
解题时要熟记经典力学的适用范围是宏观、低速、弱引力．
【解析】 经典力学适用于宏观、低速、弱引力的范围，而研究微观粒子的波动性时，经典力学不再适用．
【答案】 D
总结提能 经典力学适用于低速运动，不适用于高速运动；适用于宏观世界，不适用于微观世界；适用于弱引力作用，不适用于强引力作用．
关于经典力学和量子力学，下面说法中正确的是( C )
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．上述说法都是错误的
解析：准确理解和记住理论成立的条件．
考点四 从弱引力到强引力
1．从弱引力到强引力
(1)每一个天体都有一个引力半径，半径的大小由天体的质量决定．当天体间的距离远大于引力半径时，它们间的引力就是弱引力；当天体间的距离接近引力半径时，它们间的引力就是强引力．
(2)经典力学与行星轨道的矛盾：按牛顿的万有引力理论，行星应该沿着一些椭圆或圆做周期性变化，而天文观测表明，行星的轨道并不是严格闭合的，它们的近日点在不断旋进．例如，水星的公转运动，实际观测到的水星的公转运动情况与爱因斯坦相对论的计算结果吻合得很好．
2．牛顿万有引力定律与爱因斯坦引力理论的差异
(1)牛顿万有引力定律认为：物体的半径减小时，其表面上的万有引力与半径的二次方成反比例增大，对于半径接近于0、可以看成质点的物体，其表面上的万有引力趋于无穷大．
(2)爱因斯坦理论认为：物体的半径减小时，其表面上的万有引力比按半径二次方规律增大得快，引力趋于无穷大发生在物体的半径接近一个“引力半径”的时候．
(3)当天体的实际半径远大于它的引力半径时，由爱因斯坦和牛顿引力理论计算出的力的差异并不是很大，但当天体的半径接近引力半径时，这种差异将急剧增大，也就是说，在强引力的情况下，牛顿引力理论将不再适用．
(4)在近日点和远日点，行星所受引力的变化规律不完全相同，导致轨道不闭合，近日点旋进．
【例4】 下列说法中正确的是( )
①根据牛顿的万有引力定律可以知道，当天体质量不变、半径变为原来的时，引力将变为原来的4倍
②按照广义相对论可以知道，当天体质量不变、半径变为原来的时，引力将大于原来的4倍
③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的引力理论计算出的力差异较大
④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的引力理论计算出的力差异不大
A．①② B．③④ C．①③ D．②④
当天体的实际半径远大于引力半径时，可以用牛顿的引力理论计算引力大小，当天体的实际半径接近引力半径时，必须用爱因斯坦的引力理论计算引力大小．
【解析】 当天体的实际半径远大于其引力半径时，由爱因斯坦的引力理论和牛顿的引力理论计算出的力的差异并不是很大；但当天体的实际半径接近其引力半径时，根据爱因斯坦的引力理论和牛顿的引力理论计算出的力的差异将急剧增大．
【答案】 A
总结提能 求解本题关键在于搞清经典力学的适用范围，在弱引力的情况下，牛顿引力理论适用；在强引力的情况下，牛顿引力理论不再适用．
(多选)继哥白尼提出“太阳中心说”、开普勒提出行星运动三定律后，牛顿站在前人的肩膀上，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( BC )
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．人的意识具有能动性，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：发现总是来自于认识的过程，爱因斯坦的相对理论并没有否定经典力学，而是对牛顿力学理论的发展和深化，但也有人正在向爱因斯坦理论挑战，故A、D错误，B、C正确．
1．(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( AD )
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
解析：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，从而把物理学推到高速领域，D对．
2．(多选)以下说法正确的是( BC )
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，B对；在经典力学中，物体的速度v?c，所以物体的质量不随运动状态而改变，但相对论和量子力学并不否定经典力学，认为它是在一定条件下的特殊情形，C正确，D错误．
3．经典力学只适用于“宏观世界”，这里的“宏观世界”是指( D )
A．行星、恒星、星系等巨大的物质领域
B．地球表面上的物质世界
C．人眼能看到的物质世界
D．不涉及分子、原子、电子等微观粒子的物质世界
解析：A、B、C三个选项说的当然都属于“宏观世界”，但都很片面，没有全面描述，本题应选D.
4．下列说法中正确的是( A )
①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；
②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；
③当普朗克常量h(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没有区别；
④当普朗克常量h(6.63×10－34 J·s)不能忽略不计时，量子力学和经典力学的结论没有区别．
A．①③ B．②④ C．①④ D．②③
5．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．
解析：由于电子的速度可与光速相比，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.
答案：1.155