高中物理《经典力学的局限性》必威体育精装版精品导学案设计.docVIP

第6节 经典力学的局限性 【学习目标】 1．知道牛顿运动定律的适用范围． 2．了解经典力学在科学研究和生产技术中的广泛应用． 【学习过程】 1. 物体的质量与运动速度有关 物体的质量与运动速度的关系是_____________________ (式中m0是 ____________ 时的质量，m是__________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。 2.经典力学中速度叠加原理不再成立 设河流中的水相对于河岸的速度为V水岸，船相对于水的速度为 V船水 则在经典力学中，船相对于岸的速度为 这似乎是天经地义的。但是，这个关系式涉及两个不同的惯性参考系，而速度总是与位移（空间长度）及时间间隔的测量相联系。相对论认为，同一过程的位移和时间的测量在不同参考系中是不同的，因而上式不能成立。 3.两种不同的时空观 牛顿认为：空间是独立于物体及其运动而存在的，时间也是独立于物体及其运动而存在的，这是一种经典时空观。 爱因斯坦则认为：在研究物体的高速运动（速度接近真空中的光速）时，物体的长度即物体占有的空间，以及物理过程、化学过程，甚至还有生命过程的持续时间，都与它们的运动状态有关，空间与时间不再与物体及其运动无关而独立存在。这是一种崭新的时空观。 4.经典力学难以解释微观粒子的运动 科学家们发现，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，它们的运动在很多情况下不能用经典力学来说明。20世纪20 年代量子力学的出现，才很好地揭示了微观世界的基本规律。 5.强引力作用下出现的问题 牛顿的万有引力定律取得了巨大的成就，但在一些问题上也遇到了困难。例如：水星的公转轨道在不断旋进，其实际观察值要比经典力学的预言值多。1915年，爱因斯坦创立的广义相对论对此则能作出很好的解释，同时还预言光线经过大质量星体附近时会发生偏转，且已被观测证实。 另外，根据牛顿的理论，当天体被压缩成半径几乎为0的一个点时，引力趋于无穷大；而爱因斯坦的理论则认为，引力趋于无穷大发生在半径接近一个“引力半径”的时候，这个引力半径的值由天体的质量决定。当天体的实际半径接近引力半径时，由爱因斯坦和牛顿引力理论计算出的力的差异急剧增大，在强引力情况下牛顿引力理论不再适用。 6.经典力学的适用范围 经典力学有它的适用范围：只适用于低速运动，不适用于高速运动；只适用于宏观世界，不适用于微观世界；只适用于弱引力情况，不适用于强引力情况。 对于高速运动（速度接近真空中的光速），需要应用爱因斯坦的相对论。当物体的运动速度远小于真空中的光速时，相对论物理学与经典物理学的结论没有区别。 对于微观世界，需要应用量子力学。当普朗克常数可以忽略不计时，量子力学和经典力学的结论没有区别。 对于强引力情况，需要应用爱因斯坦引力理论。当天体的实际半径远大于它们的引力半径时，爱因斯坦引力理论和牛顿引力理论计算出的力的差异并不很大。 7.牛顿的科学方法 重视实验：重视实验，从归纳入手，这是牛顿科学方法论的基础。 逻辑推论：为了归纳成功，不仅需要大量可靠资料与广博的知识，而且要有清晰的逻辑头脑。 数学归纳：事物间的本质联系只有通过数学才能归纳为能够测量、应用和检验的公式和定律。 ［例题解析］ 例1怎样看待经典力学和相对论、量子力学的关系？ 例2一个静止质量mo=1kg的物体，与地球一起绕太阳公转的速度是v=30km/s，在相应的惯性系的观测者测得物体的质量为多大？ 【经典习题】 1.经典力学不能适用下列哪些运动（ ） 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 2.对于下列说法正确的是（ ） A．经典力学的质量是不变的 B．经典力学的时间和空间是独立于物体运动的 C．万有引力定律适用于强作用力 D．物体的速度可以是任意值[] 3.日常生活我们并没发现物体的质量随物体的运动的速度变化而变化，其原因是（ ） 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