2019-2020学年高中物理 第6章 6 经典力学的局限性课件 新人教版必修2

第六章万有引力与航天6.经典力学的局限性[学习目标]1.了解经典力学的发展历程和伟大成就．2.知道经典力学的局限性和适用范围．(重点)3.知道速度对质量的影响及光速不变原理．(难点)4.了解科学理论的相对性，体会科学理论是不断发展和完善的．自主探新知预习一、从低速到高速速度远小于光速接近光速运动物理理论经典力学______相对论质量与速度的关系物体的质量是不随运动状态改变的物体的质量随着物体运动速度的增大而____，m＝m0/1－v2c2位移、时间与参考系的关系位移的测量、时间的测量都与参考系____同一过程的位移和时间的测量在不同参考系中是______增大无关不同的二、从宏观到微观、从弱引力到强引力1．微观世界电子、质子、中子等微观粒子的运动规律在很多情况下不能用经典力学来说明，而________能够正确地描述微观粒子的运动规律．2．经典力学的适用范围经典力学适用于____运动，不适用于____运动，适用于____世界，不适用于____世界．量子力学低速高速宏观微观3．从弱引力到强引力(1)1915年，爱因斯坦创立了广义相对论，这是一种新的时空与引力的理论．在强引力的情况下，牛顿的引力理论________．(2)当物体的运动速度远小于光速c(3×108m/s)时，相对论物理学与经典物理学的结构________．当另一个重要常数即“普朗克常量”(6.63×10－34J·s)可以忽略不计时，量子力学和经典力学的结论________．不再适用没有区别没有区别1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)在经典力学中，位移的测量与参考系的运动情况无关．()(2)在相对论力学中，运动的时钟和静止的时钟快慢相同．()(3)在相对论力学中，高速运动的物体质量要变小．()(4)经典力学一般不适用于微观粒子．()(5)万有引力定律适用于中子星表面引力的计算．()√××√×2．下列物体的运动不能用经典力学描述的是()A．飞机的飞行B．人造卫星的运行C．小汽车的行驶D．光子的运动D[经典力学适用于低速宏观的物体，A、B、C不符合题意，选项D符合题意．]3．关于经典力学的局限性，下列说法正确的是()A．火车提速后，有关速度问题不能用经典力学来处理B．由于经典力学有局限性，所以一般力学问题都用相对论力学来解决C．经典力学适用于宏观低速运动的物体D．经典力学只适用于像地球和太阳那样大的宏观物体C[经典力学是有局限性，经典力学适用于宏观低速运动的物体，但对于一般力学问题仍能用经典力学来解决，所以即使在火车提速后，有关速度问题仍能用经典力学来处理，故A、B错误，C正确；经典力学不仅适用于像地球和太阳那样大的宏观物体，也适用一般尺寸的宏观物体，故D错误．故选C.]合作攻重难探究物体速度对质量的影响1．低速与高速的概念(1)低速：远小于光速的速度为低速，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其速度可以与光速相接近，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甚至超过光速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而增大，即m＝m01－v2c2，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．3．速度对物理规律的影响：对于低速运动问题，一般用经典力学规律来处理．对于高速运动问题，经典力学已不再适用，需要用狭义相对论知识来处理．【例1】把电子从v1＝0.9c加速到v2＝0.97c时电子的质量增加多少？(已知电子静止质量m0＝9.1×10－31kg)[解析]电子速度为v1时电子质量为m1＝m01－v1c2＝m01－0.92电子速度为v2时电子质量为m2＝m01－v2c2＝m01－0.972电子质量增量为Δm＝m2－m1＝1.66×10－30kg.[答案]1.66×10－30kg物体的质量与速度的关系从爱因斯坦的相对论可知：物体的速度越大，它的质量就越大．当物体的速度远小于光速时，其质量的变化可以忽略；当物体的速度接近光速时，质量变化将很明显，其质量变化不可忽略．1．(多选)对于公式m＝m01－v2c2，下列说法中正确的是()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v＞0时，物体的质量m＞m0，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CD[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．]狭义相对论、量子理论、广义相对论的比较1．区别狭义相对论经典力学适用于低速运动的物体；狭义相对论阐述物体在以接近光速运动时所遵循的规律量子力学经典力学适用于宏观世界；量子力学能够正确描述微观粒子的运动规律广义相对论经典力学在弱引力的情况下与实验结果符合得很好；爱因斯坦的广义相对论能够解释强引力情况下的作用规律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．【例2】(多选)关于经典力学、相对论与量子论的说法正确的是()A．当物体的速度接近光速时，经典力学就不适用了B．相对论和量子力学的出现，使经典力学失去了意义C．量子力学能够描述微观粒子运动的规律性D．万有引力定律也适用于强相互作用力AC[经典力学只适用于低速宏观的物体，故A正确；相对论和量子力学的出现，并没有否定经典力学，只是说经典力学有一定的适用范围，故B错误；量子力学描述了微观粒子运动的规律性，故C正确；万有引力定律只适用于弱相互作用力，而对于强相互作用力是不适用的，故D错误．]2．(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()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BC[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错误；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，选项B、C正确，D错误．]课堂小结1.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＝m01－v2c2.2．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．3．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.知识脉络当堂固双基达标1．(多选)经典力学规律适用于下列运动的是()A．子弹的飞行B．飞船绕地球的运行C．列车的运行D．粒子接近光速的运动ABC[经典力学的适用范围是宏观、低速情形，子弹的飞行、飞船绕地球的运行、列车的运动，经典力学能适用，故A、B、C正确；对于微观、高速的情形经典力学不适用，故D错误．]2．关于经典力学，下列说法正确的是()A．仅适用于微观粒子的运动B．适用于宏观物体的低速运动C．经典力学中，物体的质量与其运动速度有关D．经典力学中，物体的长度与其运动速度有关B[经典力学使用条件为：宏观，低速．对微观，高速度运动不再适用，故A错误，B正确．在相对论力学中，物体的质量、长度与其运动速度有关；经典力学中，物体的质量、长度与其运动速度无关，故C、D错误．故选B.]3．关于经典力学和量子力学，下列说法中正确的是()A．不论是对宏观物体，还是微观粒子，经典力学和量子力学都是适用的B．量子力学适用于宏观物体的运动；经典力学适用于微观粒子的运动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．上述说法都是错误的C[经典力学适用于低速运动、宏观物体，不适用于高速、微观粒子．量子力学不适用于宏观物体，适用于微观粒子，故选项C正确．]4．日常生活中，我们并没发现物体的质量随物体运动的速度变化而变化，其原因是()A．运动中的物体无法称量质量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B[根据狭义相对论质速关系m＝m01－v2c2可知，在宏观物体的运动中，v≪c，所以m变化不大．而不是因为物体的质量太大或无法测量，也不是因为质量不随速度的变化而变化，正确选项为B.]