第6节经典力学的局限性 核心素养关键词 知识体系 20世纪初,著名物理学家爱因斯坦建立了 狭义相对论 2.在经典力学中,物体的质量是固定不变的 狭义相对论中指出质量随速度的变化而变 化,其关系式为m= 低速与高速的认识 速度与质量的关系 3经典力学能精确地描述宏观物体的运动规|经典力学 律:量子力学能正确描述微观粒子的运动规/的局限性宏观现象与微观现象的认识 经典力学的适用范围 了解相对论初步与量子力学」 4.经典力学不能解释水星旋进的情况,说明 强引力情形下,经典力学不再适用 5.量子力学和相对论都没有否定过去的科 学,而只认为过去的科学是自己在一定条件 下的特殊情形. 础矧谀自流狸一 课前预习自主学 经典力学的适用范围 1.经典力学是指以生顿三大定律为核心的矢量力学,有时也泛指描述宏观、低速物体机 械运动的经典力学体系 2.经典力学适用于宏观、低速、弱引力 狭义相对论 1.狭义相对论阐述了物体在以接近光速的速度运动时遵循的规律. 2.速度的影响
第 6 节 经典力学的局限性 核心素养关键词 知识体系 1.20 世纪初，著名物理学家爱因斯坦建立了 狭义相对论. 2.在经典力学中，物体的质量是固定不变的； 狭义相对论中指出质量随速度的变化而变 化，其关系式为 m＝ m0 1－ v 2 c 2 . 3.经典力学能精确地描述宏观物体的运动规 律；量子力学能正确描述微观粒子的运动规 律. 4.经典力学不能解释水星旋进的情况，说明 强引力情形下，经典力学不再适用. 5.量子力学和相对论都没有否定过去的科 学，而只认为过去的科学是自己在一定条件 下的特殊情形. 一、经典力学的适用范围 1.经典力学是指以牛顿三大定律为核心的矢量力学，有时也泛指描述宏观、低速物体机 械运动的经典力学体系. 2.经典力学适用于宏观、低速、弱引力. 二、狭义相对论 1.狭义相对论阐述了物体在以接近光速的速度运动时遵循的规律. 2.速度的影响
()一个物体静止时的质量为m,当它以速度v运动时,质量为m= (2)对于时间而言,运动时钟变慢. (3)对于空间而言,运动直尺变短 一物理观念视彩成一知识得出桃合 合作探究找规律 考点一从低速到高速 地球绕太阳公转的速度是3×10m/s,设在美国伊利诺伊州费米实验室的圆形粒子加速 器可以把电子加速到0.999999999987倍光速的速度,请思考 1.地球的公转速度在狭义相对论中属于低速还是高速?被加速器加速后的电子的速度 呢? 2.加速后电子的质量比电子的静止质量增大了还是减小了? 答:1.地球公转速度属于低速,被加速器加速后的电子的速度属于高速 2.加速后电子的质量比电子的静止质量大 考点二从宏观到微观,从弱引力到强引力 如图所示,“黑洞”是爱因斯坦广义相对论中预言的一种特殊天体.它的密度极大,对周 围的物质(包括光)有极强的吸引力,在研究“黑洞”时,经典力学还适用吗?如何研究“黑 洞”问题? 答:不适用.经典力学适用于弱引力问题,而“黑洞”问题属于强引力问题,经典力学 不再适用,可以利用爱因斯坦的广义相对论研究“黑洞”问题. 理解概念做判断 1.在经典力学中,位移的测量与参考系的运动情况无关.(√)
(1)一个物体静止时的质量为 m0，当它以速度 v 运动时，质量为 m＝ m0 1－ v 2 c 2 . (2)对于时间而言，运动时钟变慢. (3)对于空间而言，运动直尺变短. 一、合作探究找规律 考点一 从低速到高速 地球绕太阳公转的速度是 3×104 m/s，设在美国伊利诺伊州费米实验室的圆形粒子加速 器可以把电子加速到 0.999 999 999 987 倍光速的速度，请思考： 1.地球的公转速度在狭义相对论中属于低速还是高速？被加速器加速后的电子的速度 呢？ 2.加速后电子的质量比电子的静止质量增大了还是减小了？ 答：1.地球公转速度属于低速，被加速器加速后的电子的速度属于高速. 2.加速后电子的质量比电子的静止质量大. 考点二 从宏观到微观，从弱引力到强引力 如图所示，“黑洞”是爱因斯坦广义相对论中预言的一种特殊天体.它的密度极大，对周 围的物质(包括光)有极强的吸引力，在研究“黑洞”时，经典力学还适用吗？如何研究“黑 洞”问题？ 答：不适用.经典力学适用于弱引力问题，而“黑洞”问题属于强引力问题，经典力学 不再适用，可以利用爱因斯坦的广义相对论研究“黑洞”问题. 二、理解概念做判断 1.在经典力学中，位移的测量与参考系的运动情况无关.(√)
2.牛顿定律在物体速度达到几千米每秒时就不再适用了.(×) 3.光速不变原理是指在不同的惯性参考系中,测得的真空中的光速是不变的.(√) 4在狭义相对论中,物体的质量不会随物体的速度的变化而变化.(×) 5.量子力学不能描述微观粒子的运动规律.(×) 科学思维析要点一要点姓评易错 要点1经典力学的成就 1.发展历程 亚里士 爵圈 以实验为基 多德和 形成」础、以数学 阿基米 德的理论 的力学科学 2.经典力学的伟大成就 (1)经典力学和天文学相结合,建立了天体力学:经典力学和工程材料相结合,建立了 各种应用力学,如流体力学、材料力学、结构力学等. (2)自然界中关于宏观物体的运动问题,都服从经典力学的规律.从行星的运动到地面上 各种物体的运动,从人力车、马车的运动到汽车、火车、飞机的运动,从抛出石块到发射导 弹、人造卫星,都服从经典力学的规律 3.经典力学与相对论、量子理论的关系 (1)两种理论是历史发展的不同产物 我们对自然界的认识过程都是从肤浅到深刻,从片面到全面,一步步深入,一步步完善 的,所以理论的完善也需要一个过程.在历史发展的不同阶段,人类建立了经典力学和相对 论、量子力学两套物理学理论.经典力学理论不可能穷尽一切真理,必有其局限性,现在可 认为经典力学理论是狭义相对论和量子理论的特例 (2)两种理论的适用范围不同 经典力学理论适用于弱引力作用下,低速运动的宏观物体.而它在强引力作用下,或高
2.牛顿定律在物体速度达到几千米每秒时就不再适用了.(×) 3.光速不变原理是指在不同的惯性参考系中，测得的真空中的光速是不变的.(√) 4.在狭义相对论中，物体的质量不会随物体的速度的变化而变化.(×) 5.量子力学不能描述微观粒子的运动规律.(×) 要点 1|经典力学的成就 1.发展历程 2.经典力学的伟大成就 (1)经典力学和天文学相结合，建立了天体力学；经典力学和工程材料相结合，建立了 各种应用力学，如流体力学、材料力学、结构力学等. (2)自然界中关于宏观物体的运动问题，都服从经典力学的规律.从行星的运动到地面上 各种物体的运动，从人力车、马车的运动到汽车、火车、飞机的运动，从抛出石块到发射导 弹、人造卫星，都服从经典力学的规律. 3.经典力学与相对论、量子理论的关系 (1)两种理论是历史发展的不同产物 我们对自然界的认识过程都是从肤浅到深刻，从片面到全面，一步步深入，一步步完善 的，所以理论的完善也需要一个过程.在历史发展的不同阶段，人类建立了经典力学和相对 论、量子力学两套物理学理论.经典力学理论不可能穷尽一切真理，必有其局限性，现在可 认为经典力学理论是狭义相对论和量子理论的特例. (2)两种理论的适用范围不同 经典力学理论适用于弱引力作用下，低速运动的宏观物体.而它在强引力作用下，或高
速运动或微观世界不适用.近期建立的相对论原理及量子力学是一种全新的时空与引力理论, 它并没有否定经典力学理论,是在经典力学基础上加以完善,适用范围更广、更全面 (3)小船在河中顺流而下,在经典力学中,时间和空间互不相干,它们的存在和测量均 与运动无关,故有v=V水十v水,但相对论认为,速度总与位移及时间间隔的测量相联 系,因而上式不成立 (4)牛顿的万有引力定律认为:物体的半径减半,引力增大到原来的四倍,即符合“平 方反比”规律.爱因斯坦引力理论表明:物体间的距离减小时,它们间的引力比“平方反比” 规律增加得更快,距离越小,这种差别就越大 了典例1多选)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 【思路点拨】经典力学适用于宏观低速问题,而相对论主要应用于微观高速问题,但 在低速问题中也同样成立,两者并不矛盾 【解析】经典力学理论只适用于宏观、低速运动的物体,具有一定的局限性,A错误, B正确:在经典力学中,物体的速度κc,所以物体的质量不随运动状态的改变而改变,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 【答案】BC 区变式训练1-1 (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
速运动或微观世界不适用.近期建立的相对论原理及量子力学是一种全新的时空与引力理论， 它并没有否定经典力学理论，是在经典力学基础上加以完善，适用范围更广、更全面. (3)小船在河中顺流而下，在经典力学中，时间和空间互不相干，它们的存在和测量均 与运动无关，故有 v 船岸＝v 船水＋v 水岸.但相对论认为，速度总与位移及时间间隔的测量相联 系，因而上式不成立. (4)牛顿的万有引力定律认为：物体的半径减半，引力增大到原来的四倍，即符合“平 方反比”规律.爱因斯坦引力理论表明：物体间的距离减小时，它们间的引力比“平方反比” 规律增加得更快，距离越小，这种差别就越大. 典例 1 (多选)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 【思路点拨】 经典力学适用于宏观低速问题，而相对论主要应用于微观高速问题，但 在低速问题中也同样成立，两者并不矛盾. 【解析】 经典力学理论只适用于宏观、低速运动的物体，具有一定的局限性，A 错误， B 正确；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的改变而改变，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. 【答案】 BC (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: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 答案:BCD 名师方法总结 (1)经典力学不能用来解决微观物体和高速运动中的一些问题,取而代之的是爱因斯坦 的相对论和量子力学 (2)爱因斯坦相对论和量子力学在用于解决宏观物体和低速运动问题时,所得到的结论 与经典力学是一致的; 3)历史的科学成就,不会被新的科学成就所否定,它只能是新的科学在一定条件下的 特殊情况. 名师点易错 相对论及量子力学的发展并未否定经典力学理论.经典力学主要研究宏观、低速问题 要点2经典力学的局限性 1.从低速到高速 (1)低速与高速的概念 通常所见物体的运动皆为低速运动,如行驶的汽车、发射的导弹、人造卫星及宇宙飞船 等.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)速度对物理规律的影响 对低速运动问题,一般用经典力学规律来处理.对高速运动问题,经典力学已不再适用, 需要用相对论知识来处理 (3)狭义相对论的一些观点和结论 ①质速关系 在经典力学中,物体的质量是不变的,但爱因斯坦的狭义相对论指出,物体的质量随速
解析：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. 答案：BCD 名师方法总结 (1)经典力学不能用来解决微观物体和高速运动中的一些问题，取而代之的是爱因斯坦 的相对论和量子力学； (2)爱因斯坦相对论和量子力学在用于解决宏观物体和低速运动问题时，所得到的结论 与经典力学是一致的； (3)历史的科学成就，不会被新的科学成就所否定，它只能是新的科学在一定条件下的 特殊情况. 名师点易错 相对论及量子力学的发展并未否定经典力学理论.经典力学主要研究宏观、低速问题. 要点 2|经典力学的局限性 1.从低速到高速 (1)低速与高速的概念 通常所见物体的运动皆为低速运动，如行驶的汽车、发射的导弹、人造卫星及宇宙飞船 等.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)速度对物理规律的影响 对低速运动问题，一般用经典力学规律来处理.对高速运动问题，经典力学已不再适用， 需要用相对论知识来处理. (3)狭义相对论的一些观点和结论 ①质速关系 在经典力学中，物体的质量是不变的，但爱因斯坦的狭义相对论指出，物体的质量随速