第7節(jié)經(jīng)典力學的局限性[學考報告]知識內(nèi)容經(jīng)典力學的局限性考試要求必考加試a基本要求1.了解經(jīng)典力學的發(fā)展歷程和偉大成就2．認識經(jīng)典力學的局限性和適用范圍3．體會科學理論總是在不斷發(fā)展的發(fā)展要求1.初步了解微觀和高速世界中的奇妙現(xiàn)象2．初步了解相對論、量子論的建立對人類深入認識客觀世界的作用說明1.不要求用相對論中質(zhì)量隨速度變化的公式進行計算2．不要求識記證明經(jīng)典力學局限性的有關(guān)事實知識點一從低速到高速[基礎梳理]1．經(jīng)典力學的基礎是牛頓運動定律。牛頓運動定律和萬有引力定律在宏觀、低速、弱引力的廣闊區(qū)域，包括天體力學的研究中，經(jīng)受了實踐的檢驗，取得了巨大的成就。2．牛頓運動三定律和萬有引力定律把天體的運動與地面上物體的運動統(tǒng)一起來，是人類對自然界認識的第一次大綜合，是人類認識史上的一次重大飛躍。3．低速與高速的概念(1)低速：通常所見物體的運動，如行駛的汽車、發(fā)射的導彈、人造地球衛(wèi)星及宇宙飛船等物體皆為低速運動物體。(2)高速：有些微觀粒子在一定條件下其速度可以與光速相接近，這樣的速度稱為高速。4．速度對質(zhì)量的影響(1)在經(jīng)典力學中，物體的質(zhì)量不隨運動狀態(tài)的改變而改變。(2)愛因斯坦的狹義相對論指出，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是物體靜止時的質(zhì)量，m是物體速度為v時的質(zhì)量，c是真空中的光速。在高速運動時，質(zhì)量的測量結(jié)果是與運動狀態(tài)密切相關(guān)的。5．速度對物理規(guī)律的影響(1)經(jīng)典力學認為位移和時間的測量結(jié)果都與參考系無關(guān)。相對論認為，同一過程的位移和時間的測量與參考系有關(guān)，在不同的參考系中是不同的。(2)對于低速運動問題，一般用經(jīng)典力學規(guī)律來處理。對于高速運動問題，經(jīng)典力學已不再適用，需要用相對論知識來處理。[典例精析]【例1】日常生活中，我們并沒發(fā)現(xiàn)物體的質(zhì)量隨物體運動的速度變化而變化，其原因是()A．運動中物體無法稱量質(zhì)量B．物體的速度遠小于光速，質(zhì)量變化極小C．物體的質(zhì)量太大D．物體的質(zhì)量不隨速度的變化而變化解析根據(jù)狹義相對論m＝eq\f(m0,\r(1－\f(v2,c2)))可知，在宏觀物體的運動中，v?c，所以m變化不大，而不是因為物體的質(zhì)量太大或無法測量，也不是因為質(zhì)量不隨速度的變化而變化，正確選項是B。答案B[即學即練]1．經(jīng)典力學不能適用于下列哪些運動()A．火箭的發(fā)射B．宇宙飛船繞地球的運動C．“勇氣號”宇宙探測器的運動D．以0.99倍光速運行的電子束解析經(jīng)典力學在宏觀、低速運動的廣闊領地(包括天體力學的研究)中，經(jīng)受了實踐的檢驗，取得了巨大的成就，但在高速領域不再適用，故選項A、B、C適用。答案D知識點二從宏觀到微觀[基礎梳理]1．在經(jīng)典力學中，物體的粒子性和波動性是對立的、不相容的，而電子、質(zhì)子、中子等微觀粒子不僅具有粒子性同時還具有波動性，它們的運動規(guī)律不能用經(jīng)典力學來說明，量子力學能很好地描述微觀粒子的運動規(guī)律。2．相對論和量子力學的出現(xiàn)，說明人類對自然界的認識更加廣泛和深入，而不表示經(jīng)典力學失去了意義。它只是使人們認識到經(jīng)典力學有它的適用范圍：只適用于宏觀世界，不適用于微觀世界，只適用于低速運動，不適用于高速運動。知識點三從弱引力到強引力[基礎梳理]1．1915年，愛因斯坦創(chuàng)立了廣義相對論，這是一種新的時空與引力的理論。在強引力的情況下，牛頓的引力理論不再適用。2．經(jīng)典力學的適用范圍(1)經(jīng)典力學有它的適用范圍：只適用于低速運動，不適用于高速運動；只適用于宏觀世界，不適用于微觀世界；只適用于弱引力情況，不適用于強引力情況。(2)對于高速運動(速度接近真空中的光速)，需要應用愛因斯坦的相對論。當物體的運動速度遠小于真空中的光速時，相對論物理學與經(jīng)典物理學的結(jié)論沒有區(qū)別。(3)對于微觀世界，需要應用量子力學。當普朗克常量可以忽略不計時，量子力學和經(jīng)典力學的結(jié)論沒有區(qū)別。(4)對于強引力情況，需要應用愛因斯坦引力理論。當天體的實際半徑遠大于它們的引力半徑時，愛因斯坦引力理論和牛頓萬有引力定律計算出的力的差異并不很大。[典例精析]【例2】關(guān)于經(jīng)典力學、狹義相對論和量子力學，下面說法中正確的是()A．狹義相對論和經(jīng)典力學是相互對立、互不相容的兩種理論B．不管物體做高速運動還是低速運動時，物體的運動均服從牛頓運動定律C．經(jīng)典力學適用于宏觀物體的運動，量子力學適用于微觀粒子的運動D．不論是宏觀物體，還是微觀粒子，經(jīng)典力學和量子力學都是適用的解析相對論并沒有否定經(jīng)典力學，而是認為經(jīng)典力學是相對論理論在一定條件下的特殊情況，選項A錯誤；經(jīng)典力學適用于宏觀物體的低速運動，對于微觀粒子的高速運動問題經(jīng)典力學不再適用，但相對論、量子力學適用，故選項C正確，選項B、D錯誤。答案C1．下列說法正確的是()A．牛頓運動定律就是經(jīng)典力學B．經(jīng)典力學的基礎是牛頓運動定律C．牛頓運動定律可以解決自然界中所有的問題D．經(jīng)典力學可以解決自然界中所有的問題解析經(jīng)典力學并不等于牛頓運動定律，牛頓運動定律只是經(jīng)典力學的基礎；經(jīng)典力學并非萬能，也有其適用范圍，并不能解決自然界中所有的問題，沒有哪個理論可以解決自然界中所有的問題．因此只有搞清牛頓運動定律和經(jīng)典力學的隸屬關(guān)系，明確經(jīng)典力學的適用范圍，才能正確解決此類問題，所以選B。答案B2．電子的靜止質(zhì)量為me，加速后的電子相對實驗室的速度是eq\f(4,5)c(c為光速)，在實驗室中觀察到的加速后電子的質(zhì)量是多大？解析m＝eq\f(m0,\r(1－\f(v2,c2)))＝eq\f(me,\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(4c,5c)))2))≈1.67me，即以eq\f(4,5)c運動的電子的質(zhì)量約是電子靜止質(zhì)量的1.67倍。答案1.67me1．下列關(guān)于經(jīng)典力學說法不正確的是()A．按照經(jīng)典力學，只要知道初始條件，就可以準確地確定體系已往和未來的運動狀態(tài)B．按照經(jīng)典力學，運動只存在一種方式，那就是連續(xù)變化C．能量可以不連續(xù)變化D．一切自然現(xiàn)象都服從力學原理，都只能按力學的規(guī)律以嚴格的確定性發(fā)生和演化解析按照經(jīng)典力學，能量一定連續(xù)變化的，所以C錯。答案C2．下列說法正確的是()A．經(jīng)典力學中物體的質(zhì)量也是改變的B．經(jīng)典力學中的時間和空間是獨立于物體及其運動的C．萬有引力定律適用于強作用力D．物體的速度可以是任意值解析經(jīng)典力學認為物體的質(zhì)量是不變的，A項錯誤；時間和空間是獨立于物體及其運動的，B項正確；萬有引力定律適用于弱作用力，C項錯誤；物體最大的速度為光速，D項錯誤。答案B3．對于經(jīng)典力學理論，下述說法中正確的是()A．由于相對論、量子論的提出，經(jīng)典力學已經(jīng)失去了它的意義B．經(jīng)典力學在今天廣泛應用，它的正確性無可懷疑，仍是普遍適用的C．經(jīng)典力學在歷史上起了巨大的作用，隨著物理學的發(fā)展而逐漸過時，成為一種古老的理論D．經(jīng)典力學在宏觀低速運動中，引力不太大時適用解析經(jīng)典力學和其他任何理論一樣，有其自身的局限性和適用范圍，但對于低速宏觀物體的運動，經(jīng)典力學仍然適用，并仍將在它適用范圍內(nèi)大放異彩，所以D正確。答案D4．牛頓運動定律不適用于下列哪些情況()A．研究原子中電子的運動B．研究“神舟”十號飛船的高速發(fā)射C．研究地球繞太陽的運動D．研究飛機從北京飛往紐約的航線解析牛頓力學屬于經(jīng)典力學的范疇，適用于宏觀、低速運動的物體，要注意到低速和高速的標準是相對于光速而言的，則可判定牛頓運動定律適用于B、C、D中描述的運動，而A不適用。答案A5．相對論告訴我們，物體運動時的質(zhì)量與其靜止時的質(zhì)量相比()A．運動時的質(zhì)量比靜止時的質(zhì)量大B．運動時的質(zhì)量比靜止時的質(zhì)量小C．運動時的質(zhì)量與靜止時的質(zhì)量相等D．是兩個不同的概念，無法比較解析根據(jù)狹義相對論的質(zhì)速關(guān)系m＝eq\f(m0,\r(1－\f(v2,c2)))知，物體運動時的質(zhì)量比靜止時的質(zhì)量大，A正確，B、C、D錯誤。答案A6．關(guān)于經(jīng)典力學和相對論，下列說法正確的是()A．經(jīng)典力學和相對論是各自獨立的學說，互不相容B．相對論是在否定了經(jīng)典力學的基礎上建立起來的C．相對論和經(jīng)典力學是兩種不同的學說，二者沒有聯(lián)系D．經(jīng)典力學包含于相對論之中，經(jīng)典力學是相對論的特例解析當物體的運動速度遠小于光速c(3×108m/s)時，相對論物理學與經(jīng)典物理學的結(jié)論沒有區(qū)別，而當接近光速時，經(jīng)典力學不再適用，相對論不是對經(jīng)典力學的否定，而只是認為經(jīng)典力學是相對論在一定條件下的特殊情形。所以選項A、B、C錯誤。答案D7．下面說法中正確的是()①當物體的運動速度遠小于光速時，相對論物理學和經(jīng)典力學的結(jié)論沒有區(qū)別②當物體的運動速度接近光速時，相對論物理學和經(jīng)典力學的結(jié)論沒有區(qū)別③當普朗克常量h(6.63×10－34J·s)可以忽略不計時，量子力學和經(jīng)典力學的結(jié)論沒有區(qū)別④當普朗克常量h不能忽略不計時，量子力學和經(jīng)典力學的結(jié)論沒有區(qū)別A．①③ B．②④C．①④ D．② ③解析普朗克常量是聯(lián)系宏觀粒子與微觀粒子的紐帶。對宏觀粒子，普朗克常量可忽略不計；在運動速度遠小于光速的情況下，相對論物理學和經(jīng)典力學的結(jié)論沒有區(qū)別，A正確。答案A8．對于公式m＝eq\f(m0,\r(1－\f(v2,c2)))，下列說法中正確的是()A．式中的m0是物體以速度v運動時的質(zhì)量B．當物體的運動速度v>0時，物體的質(zhì)量m>m0，即物體的質(zhì)量改變了，故經(jīng)典力學不適用、不正確C．當物體以較小速度運動時，質(zhì)量變化十分微弱，當物體以接近光速的速度運動時，質(zhì)量變化明顯D．即使通常物體的運動速度不太大，質(zhì)量的變化也能引起我們的感覺解析公式中m0是靜止質(zhì)量，m是物體以速度v運動時的質(zhì)量，A錯誤；由公式可知，只有當v接近光速時，物體的質(zhì)量變化才明顯，一般情況下物體的質(zhì)量變化十分微小，故經(jīng)典力學仍然適用，故B、D錯誤，C正確。答案C9．通過一個加速裝置對電子施加一個很大的恒力，使電子從靜止開始加速，則對這個加速過程，下列描述正確的是()A．根據(jù)牛頓第二定律，電子將不斷做