2019物理同步大讲堂人教必修二课件：6.6 经典力学的局限性2 .ppt

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1、6.经典力学的局限性,一、从低速到高速,增大,相对论,无关,不同的,二、从宏观到微观1.微观世界:(1)电子、质子、中子等微观粒子不仅具有粒子性,同时还具有波动性。(2)微观粒子的运动规律在很多情况下不能用_来说明。_能够描述微观粒子的运动规律。,经典力学,量子力学,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。,低速,高速,宏观,微观,【思考辨析】(1)洲际导弹的速度有时可达到6000m/s,这一速度属于相对论中的高速。()(2)质量是物体的固有属性,任何时候都不会变。()(3)对于高速物体,它的质量随着速度的增加而变大。(),(4)经典力学不适用于

2、高速运动的物体,但适用于微观世界。()(5)对于宏观物体的低速运动问题,相对论、量子力学与经典力学是一致的。(),提示:(1)。狭义相对论的高速是可以与光速相比较的速度,6000m/s的速度虽不小,但它远远小于光速,不属于相对论中的高速。(2)。经典力学中,一个物体的质量在任何时候都不变,但在相对论中,某物体的质量在高速运动状态下会发生改变。(3)。在狭义相对论中m=,即物体的质量随着速度的增加而变大。,(4)。经典力学不适用于高速运动的物体,也不适用于微观世界。(5)。经典力学在描述宏观物体的低速运动问题时非常成功,但对于微观世界、高速运动问题就无能为力了。而相对论、量子力学作为更为严谨的理

3、论,在描述低速、宏观运动问题上是一致的。,【生活链接】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,为什么?提示:物体的速度远小于光速,其质量变化很小。,知识点一物体的质量与速度的关系探究导入:质量是物体的固有属性,表示了物体所含物质的多少,现实生活当中,一个物体的质量不随它的空间位置、运动速度而发生改变。请思考以下问题:,(1)狭义相对论中,物体的质量与速度是什么关系?(2)物体的速度接近光速时,经典力学是否还适用?提示:(1)狭义相对论中,物体的质量随速度的增大而增大,m=(2)物体的速度接近光速时,物体的质量随着速度的增加而迅速增大,牛顿定律不再适用。,【归纳总结】1

4、.低速与高速的概念:(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的运动皆为低速运动。(2)高速:有些微观粒子在一定条件下速度可以接近光速,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,物体的质量不随速度而改变。根据牛顿第二定律F=ma知,物体在力F作用下做匀变速运动,只要时间足够长,物体的运动速度就可以增加到光速c。,(2)爱因斯坦的狭义相对论指出,物体的质量随速度的增大增大,即m=其中m0为物体静止时的质量,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,质量的测量是与运动状态密切相关的。,【典题通关】【典例】(多选)对于

5、公式m=,下列说法中正确的是世纪金榜导学号35684057()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v0时,物体的质量mm0,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,质量变化十分微小,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,【正确解答】选C、D。公式中m0是物体的静止质量,m是物体以速度v运动时的质量,选项A错误。由公式可知,只有当v接近光速时,物体的质量变化才明

6、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,选项C、D正确,B错误。,【过关训练】通过一个加速装置对电子施加很大的恒力,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()世纪金榜导学号35684058A.根据牛顿第二定律,电子将不断做匀加速直线运动B.电子先做匀加速直线运动,后以光速做匀速直线运动C.电子开始近似于做匀加速直线运动,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,它做匀加速直

7、线运动。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,C正确,A、B、D错误。,【补偿训练】1.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。,2.下列说法正确的是()A.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,物体的质量也不随运动状态而改变B.在经典力学中,物体的质量随运动

8、速度的增加而减小,在狭义相对论中,物体的质量随物体速度的增大而增大C.在经典力学中,物体的质量是不变的,在狭义相对论中,物体的质量随物体速度的增大而增大D.上述说法都是错误的,【解析】选C。在经典力学中,物体的质量是不变的,根据狭义相对论可知,物体的质量随物体速度的增大而增大,二者在速度远小于光速时是统一的,故选项C正确。,知识点二经典力学、相对论和量子理论的比较探究导入:如图甲,质子束被加速到接近光速;如图乙,中子星是质量、密度非常大的星体。请思考:,(1)经典力学是否适用于质子束的运动规律?如何研究质子束的运动规律?(2)经典力学是否适用于中子星的引力规律?如何研究中子星的引力规律?,提示

9、:(1)质子束的运动属于高速、微观范畴,经典力学不再适用,应该应用狭义相对论、量子力学进行研究。(2)中子星的引力属于强引力范畴,经典力学不再适用,应该应用广义相对论进行研究。,【归纳总结】1.区别:,2.联系:(1)当物体的运动速度远小于光速时,相对论物理学与经典物理学的结论没有区别。(2)当另一个重要常数即“普朗克常量”可以忽略不计时,量子力学和经典力学的结论没有区别。,【特别提醒】(1)经典力学与相对论、量子力学并不矛盾,相对论、量子力学也没有否定经典力学,经典力学是相对论、量子力学在低速、宏观、弱引力作用条件下的特殊情况。(2)科学理论都有它的相对性和局限性,科学理论是不断发展完善的。

10、,【典题通关】【典例】(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世纪金榜导学号35684059()A.狭义相对论和经典力学是相互对立的两种理论B.在物体高速运动时,物体的运动规律服从狭义相对论理论,在低速运动时,物体的运动规律服从牛顿运动定律,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,【正确解答】选B、C。相对论并没有否定经典力学,而是认为经典力学是相对论理论在一定条件下的特殊情形,A错;经典力学适用于宏观物体的低速运动,对于微观粒子的高速运动问题,经典力学不再适用,但相对论、量子力学适用,

11、选项B、C正确,D错误。,【过关训练】1.下列关于经典力学和相对论的说法,正确的是()A.经典力学和相对论的研究领域没有交集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,【解析】选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,选项A、B、C错误,D正确。,2.经典力学只适用于“宏观世界”,这里的“宏观世界”是指()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】选

12、D。根据中学物理中的规定,微观世界通常是指分子、原子等粒子层面的物质世界,而除微观世界以外的物质世界被称为宏观世界。故A、B、C错误,D正确。,【补偿训练】1.人类在探索自然规律的进程中总结了许多科学方法,如分析归纳法、演绎法、等效替代法、控制变量法、理想实验法等。在下列研究中,运用理想实验法进行研究的是(),A.牛顿发现了万有引力定律B.伽利略得出力不是维持物体运动的原因C.爱因斯坦提出相对论D.普朗克提出量子论,【解析】选B。牛顿发现了万有引力定律、爱因斯坦提出相对论、普朗克提出量子论都是可以通过科学实验验证的,所以A、C、D错;伽利略得出力不是维持物体运动的原因则无法通过科学实验验证,只

13、有运用理想实验法来推导,正确答案为B。,2.(多选)下面说法中正确的是()A.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B.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C.当普朗克常量h(6.6310-34Js)可以忽略不计时,量子力学和经典力学的结论没有区别,D.当普朗克常量h(6.6310-34Js)不能忽略不计时,量子力学和经典力学的结论没有区别【解析】选A、C。经典力学可以认为是相对论物理学和量子力学在低速、宏观状态下的特例,因此正确的选项为A、C。,【拓展例题】考查内容:光速不变原理的理解【典例】科学家预言,在遥远的将来,离子推进发动机驱动的宇宙飞船很可能会用于宇宙航行,这种飞船能以接近光速飞行。设想在以0.9c飞行的飞船上打开一个光源,则下列说法正确的是()A.飞船正前方的观察者看到的光速为1.9cB.飞船正后方的观察者看到的光速为0.1c,C.在垂直飞船前进方向上的观察者看到的光速是D.在任何地方的观察者看到的光速都是c【正确解答】选D。根据光速不变原理知,在任何惯性系中测得的真空中的光速都相同,都为c,故D正确。,