PAGE5-6．經(jīng)典力學(xué)的局限性[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.[物理觀念]了解經(jīng)典力學(xué)的發(fā)展歷程和宏大成就．2.[物理觀念]知道經(jīng)典力學(xué)的局限性和適用范圍．(重點(diǎn))3.[科學(xué)思維]知道速度對(duì)質(zhì)量的影響及光速不變?cè)恚?難點(diǎn))4.[科學(xué)看法與責(zé)任]了解科學(xué)理論的相對(duì)性，體會(huì)科學(xué)理論是不斷發(fā)展和完善的．一、從低速到高速速度遠(yuǎn)小于光速接近光速運(yùn)動(dòng)物理理論經(jīng)典力學(xué)相對(duì)論質(zhì)量與速度的關(guān)系物體的質(zhì)量是不隨運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變更的物體的質(zhì)量隨著物體運(yùn)動(dòng)速度的增大而增大，m＝m0/eq\r(1－\f(v2,c2))位移、時(shí)間與參考系的關(guān)系位移的測(cè)量、時(shí)間的測(cè)量都與參考系無(wú)關(guān)同一過(guò)程的位移和時(shí)間的測(cè)量在不同參考系中是不同的二、從宏觀到微觀、從弱引力到強(qiáng)引力1．微觀世界電子、質(zhì)子、中子等微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律在許多狀況下不能用經(jīng)典力學(xué)來(lái)說(shuō)明，而量子力學(xué)能夠正確地描述微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律．2．經(jīng)典力學(xué)的適用范圍經(jīng)典力學(xué)適用于低速運(yùn)動(dòng)，不適用于高速運(yùn)動(dòng)，適用于宏觀世界，不適用于微觀世界．3．從弱引力到強(qiáng)引力(1)1915年，愛(ài)因斯坦創(chuàng)立了廣義相對(duì)論，這是一種新的時(shí)空與引力的理論．在強(qiáng)引力的狀況下，牛頓的引力理論不再適用．(2)當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)小于光速c(3×108m/s)時(shí)，相對(duì)論物理學(xué)與經(jīng)典物理學(xué)的結(jié)構(gòu)沒(méi)有區(qū)分．當(dāng)另一個(gè)重要常數(shù)即“普朗克常量”(6.63×10－34J·s)可以忽視不計(jì)時(shí)，量子力學(xué)和經(jīng)典力學(xué)的結(jié)論沒(méi)有區(qū)分．1．思索推斷(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)在經(jīng)典力學(xué)中，位移的測(cè)量與參考系的運(yùn)動(dòng)狀況無(wú)關(guān)． (√)(2)在相對(duì)論力學(xué)中，運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘和靜止的時(shí)鐘快慢相同． (×)(3)在相對(duì)論力學(xué)中，高速運(yùn)動(dòng)的物體質(zhì)量要變小． (×)(4)經(jīng)典力學(xué)一般不適用于微觀粒子． (√)(5)萬(wàn)有引力定律適用于中子星表面引力的計(jì)算． (×)2．下列物體的運(yùn)動(dòng)不能用經(jīng)典力學(xué)描述的是()A．飛機(jī)的飛行 B．人造衛(wèi)星的運(yùn)行C．小汽車(chē)的行駛 D．光子的運(yùn)動(dòng)D[經(jīng)典力學(xué)適用于低速宏觀的物體，A、B、C不符合題意，選項(xiàng)D符合題意．]3．關(guān)于經(jīng)典力學(xué)的局限性，下列說(shuō)法正確的是()A．火車(chē)提速后，有關(guān)速度問(wèn)題不能用經(jīng)典力學(xué)來(lái)處理B．由于經(jīng)典力學(xué)有局限性，所以一般力學(xué)問(wèn)題都用相對(duì)論力學(xué)來(lái)解決C．經(jīng)典力學(xué)適用于宏觀低速運(yùn)動(dòng)的物體D．經(jīng)典力學(xué)只適用于像地球和太陽(yáng)那樣大的宏觀物體C[經(jīng)典力學(xué)是有局限性，經(jīng)典力學(xué)適用于宏觀低速運(yùn)動(dòng)的物體，但對(duì)于一般力學(xué)問(wèn)題仍能用經(jīng)典力學(xué)來(lái)解決，所以即使在火車(chē)提速后，有關(guān)速度問(wèn)題仍能用經(jīng)典力學(xué)來(lái)處理，故A、B錯(cuò)誤，C正確；經(jīng)典力學(xué)不僅適用于像地球和太陽(yáng)那樣大的宏觀物體，也適用一般尺寸的宏觀物體，故D錯(cuò)誤．故選C.]物體速度對(duì)質(zhì)量的影響1．低速與高速的概念(1)低速：遠(yuǎn)小于光速的速度為低速，通常所見(jiàn)物體的運(yùn)動(dòng)，如行駛的汽車(chē)、放射的導(dǎo)彈、人造地球衛(wèi)星及宇宙飛船等物體的運(yùn)動(dòng)皆為低速運(yùn)動(dòng)．(2)高速：有些微觀粒子在肯定條件下其速度可以與光速相接近，這樣的速度稱為高速．2．速度對(duì)質(zhì)量的影響(1)在經(jīng)典力學(xué)中，物體的質(zhì)量不隨速度而變．依據(jù)牛頓其次定律F＝ma知，物體在力F作用下做勻變速運(yùn)動(dòng)，只要時(shí)間足夠長(zhǎng)，物體的運(yùn)動(dòng)速度就可以增加到甚至超過(guò)光速c.(2)愛(ài)因斯坦的狹義相對(duì)論指出，物體的質(zhì)量隨速度的增大而增大，即m＝eq\f(m0,\r(1－\f(v2,c2)))，其中m0為物體靜止時(shí)的質(zhì)量，m是物體速度為v時(shí)的質(zhì)量，c是真空中的光速．在高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，質(zhì)量的測(cè)量是與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)親密相關(guān)的．3．速度對(duì)物理規(guī)律的影響：對(duì)于低速運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，一般用經(jīng)典力學(xué)規(guī)律來(lái)處理．對(duì)于高速運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，經(jīng)典力學(xué)已不再適用，須要用狹義相對(duì)論學(xué)問(wèn)來(lái)處理．【例1】把電子從v1＝0.9c加速到v2＝0.97c時(shí)電子的質(zhì)量增加多少？(已知電子靜止質(zhì)量m0＝9.1×10－31kg)[解析]電子速度為v1時(shí)電子質(zhì)量為m1＝eq\f(m0,\r(1－\f(v1,c)2))＝eq\f(m0,\r(1－0.92))電子速度為v2時(shí)電子質(zhì)量為m2＝eq\f(m0,\r(1－\f(v2,c)2))＝eq\f(m0,\r(1－0.972))電子質(zhì)量增量為Δm＝m2－m1＝1.66×10－30kg.[答案]1.66×10－30kg物體的質(zhì)量與速度的關(guān)系從愛(ài)因斯坦的相對(duì)論可知：物體的速度越大，它的質(zhì)量就越大．當(dāng)物體的速度遠(yuǎn)小于光速時(shí)，其質(zhì)量的變更可以忽視；當(dāng)物體的速度接近光速時(shí)，質(zhì)量變更將很明顯，其質(zhì)量變更不行忽視．[跟進(jìn)訓(xùn)練]1．(多選)對(duì)于公式m＝eq\f(m0,\r(1－\f(v2,c2)))，下列說(shuō)法中正確的是()A．式中的m0是物體以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量B．當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)速度v＞0時(shí)，物體的質(zhì)量m＞m0，即物體的質(zhì)量變更了，故經(jīng)典力學(xué)不再適用C．當(dāng)物體以較小速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，質(zhì)量變更非常微小，經(jīng)典力學(xué)理論仍舊適用，只有當(dāng)物體以接近光速的速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，質(zhì)量變更才明顯，故經(jīng)典力學(xué)適用于低速運(yùn)動(dòng)，而不適用于高速運(yùn)動(dòng)D．通常由于物體的運(yùn)動(dòng)速度很小，故質(zhì)量的變更引不起我們的感覺(jué)，在分析地球上物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)，不必考慮質(zhì)量的變更CD[公式中m0是物體的靜止質(zhì)量，m是物體以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量，選項(xiàng)A錯(cuò)誤．由公式可知，只有當(dāng)v接近光速時(shí)，物體的質(zhì)量變更才明顯，一般狀況下物體的質(zhì)量變更非常微小，故經(jīng)典力學(xué)仍舊適用，選項(xiàng)C、D正確，B錯(cuò)誤．]狹義相對(duì)論、量子理論、廣義相對(duì)論的比較1．區(qū)分狹義相對(duì)論經(jīng)典力學(xué)適用于低速運(yùn)動(dòng)的物體；狹義相對(duì)論闡述物體在以接近光速運(yùn)動(dòng)時(shí)所遵循的規(guī)律量子力學(xué)經(jīng)典力學(xué)適用于宏觀世界；量子力學(xué)能夠正確描述微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律廣義相對(duì)論經(jīng)典力學(xué)在弱引力的狀況下與試驗(yàn)結(jié)果符合得很好；愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論能夠說(shuō)明強(qiáng)引力狀況下的作用規(guī)律2．聯(lián)系(1)當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)小于光速時(shí)，相對(duì)論物理學(xué)與經(jīng)典物理學(xué)的結(jié)論沒(méi)有區(qū)分．(2)當(dāng)另一個(gè)重要常數(shù)即“普朗克常量”可以忽視不計(jì)時(shí)，量子力學(xué)和經(jīng)典力學(xué)的結(jié)論沒(méi)有區(qū)分．【例2】(多選)關(guān)于經(jīng)典力學(xué)、相對(duì)論與量子論的說(shuō)法正確的是()A．當(dāng)物體的速度接近光速時(shí)，經(jīng)典力學(xué)就不適用了B．相對(duì)論和量子力學(xué)的出現(xiàn)，使經(jīng)典力學(xué)失去了意義C．量子力學(xué)能夠描述微觀粒子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律性D．萬(wàn)有引力定律也適用于強(qiáng)相互作用力AC[經(jīng)典力學(xué)只適用于低速宏觀的物體，故A正確；相對(duì)論和量子力學(xué)的出現(xiàn)，并沒(méi)有否定經(jīng)典力學(xué)，只是說(shuō)經(jīng)典力學(xué)有肯定的適用范圍，故B錯(cuò)誤；量子力學(xué)描述了微觀粒子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律性，故C正確；萬(wàn)有引力定律只適用于弱相互作用力，而對(duì)于強(qiáng)相互作用力是不適用的，故D錯(cuò)誤．][跟進(jìn)訓(xùn)練]2．(多選)關(guān)于經(jīng)典力學(xué)、狹義相對(duì)論和量子力學(xué)，下列說(shuō)法中正確的是()A．狹義相對(duì)論和經(jīng)典力學(xué)是相互對(duì)立的兩種理論B．在物體高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律聽(tīng)從狹義相對(duì)論理論，在低速運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律聽(tīng)從牛頓運(yùn)動(dòng)定律C．經(jīng)典力學(xué)適用于宏觀物體的運(yùn)動(dòng)，量子力學(xué)適用于微觀粒子的運(yùn)動(dòng)D．不論是宏觀物體，還是微觀粒子，經(jīng)典力學(xué)和量子力學(xué)都是適用的BC[相對(duì)論并沒(méi)有否定經(jīng)典力學(xué)，而是認(rèn)為經(jīng)典力學(xué)是相對(duì)論理論在肯定條件下的特別情形，A錯(cuò)誤；經(jīng)典力學(xué)適用于宏觀物體的低速運(yùn)動(dòng)，對(duì)于微觀粒子的高速運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，經(jīng)典力學(xué)不再適用，但相對(duì)論、量子力學(xué)適用，選項(xiàng)B、C正確，D錯(cuò)誤．]1．物理觀念：(1)經(jīng)典力學(xué)的局限性．(2)了解狹義相對(duì)論、量子理論．(3)光速不變?cè)恚?．科學(xué)思維：速度對(duì)質(zhì)量的影響．3．科學(xué)看法與責(zé)任：科學(xué)理論的相對(duì)性，科學(xué)理論不斷發(fā)展和完善．1．(多選)經(jīng)典力學(xué)規(guī)律適用于下列運(yùn)動(dòng)的是()A．子彈的飛行B．飛船繞地球的運(yùn)行C．列車(chē)的運(yùn)行D．粒子接近光速的運(yùn)動(dòng)ABC[經(jīng)典力學(xué)的適用范圍是宏觀、低速情形，子彈的飛行、飛船繞地球的運(yùn)行、列車(chē)的運(yùn)動(dòng)，經(jīng)典力學(xué)能適用，故A、B、C正確；對(duì)于微觀、高速的情形經(jīng)典力學(xué)不適用，故D錯(cuò)誤．]2．關(guān)于經(jīng)典力學(xué)，下列說(shuō)法正確的是()A．僅適用于微觀粒子的運(yùn)動(dòng)B．適用于宏觀物體的低速運(yùn)動(dòng)C．經(jīng)典力學(xué)中，物體的質(zhì)量與其運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)D．經(jīng)典力學(xué)中，物體的長(zhǎng)度與其運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)B[經(jīng)典力學(xué)運(yùn)用條件為：宏觀，低速．對(duì)微觀，高速度運(yùn)動(dòng)不再適用，故A錯(cuò)誤，B正確．在相對(duì)論力學(xué)中，物體的質(zhì)量、長(zhǎng)度與其運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)；經(jīng)典力學(xué)中，物體的質(zhì)量、長(zhǎng)度與其運(yùn)動(dòng)速度無(wú)關(guān)，故C、D錯(cuò)誤．故選B.]3．關(guān)于經(jīng)典力學(xué)和量子力學(xué)，下列說(shuō)法中正確的是()A．不論是對(duì)宏觀物體，還是微觀粒子，經(jīng)典力學(xué)和量子力學(xué)都是適用的B．量子力學(xué)適用于宏觀物體的運(yùn)動(dòng)；經(jīng)典力學(xué)適用于微觀粒子的運(yùn)動(dòng)C．經(jīng)典力學(xué)適用于宏觀物體的運(yùn)動(dòng)；量子力學(xué)適用于微觀粒子的運(yùn)動(dòng)D．上述說(shuō)法都是錯(cuò)誤的C[經(jīng)典力學(xué)適用于低速運(yùn)動(dòng)、宏觀物體，不適用于高速、微觀粒子．量子力學(xué)不適用于宏觀物體，適用于微觀粒子，故選項(xiàng)C正確．]4．日常生活中，我們并沒(méi)發(fā)覺(jué)物體的質(zhì)量