2018_2019高中物理第六章万有引力与航天6.6经典力学的局限性课件新人教版必修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,无关,不同的,相对论,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,三、从弱引力到强引力 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_。 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_。 3.相对论和量子力学并_否

2、定经典力学,经典力学是 二者在一定条件下的特殊情形。,没有区别,没有区别,没有,【思考辨析】 (1)洲际导弹的速度有时可达到6 000 m/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, 6 000 m/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

3、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论,在描述低速、宏观运动问题上是一致的。,一 物体的质量与速度的关系 【典例】(多选)对于公式m= ,下列说法中正确的是 世纪金榜导学号38026055( ) 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

4、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。,【核心归纳】 1.低速与高速: (1)低速:通常所见物体的运动,

5、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皆为低速运动物体。 (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,物体的质量不随运动状态的改变而改变。,(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= ,其中m0是物体静止时的质量,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,质量的测量结果是与运动状态密切相关的。,【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( ) A.根据牛顿第二定律,电子将不断做匀加速直

6、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

7、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

8、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。,3.如果一粒子的质量为其静止时的质量的100倍,该粒子必须以多大的速率运动?(光速为c),【解析】根据质量与速度的关系:m= 得v=所以v= =0.999 95c。 答案:0.999 95c,4.为使电子的质量增加到静止质量的两倍,需要多大的速度?(光速c=3108 m/s),【解析】根据物体质量与其速度的关系得解得电子运动的速度应为v= 2.60108 m/s 答案:2.60108 m/s,二 经典力学、相对论和量子理论的比较 【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

9、 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,选项B、C正确,D错误。,【核心归纳】 1.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

10、光速运动时所遵循的规律。 2.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。,3.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。,【过关训练】 下列说法中正确的是 ( ) A.经典力学适用于任何情况下的任何物体 B.狭义相对论否定了经典力学 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,【解析】选C。经典力学只适用于宏观、低速、弱引力的情况,故A项是错误的;相对论与量子力学的出现,可以补充经典力学的不足,但不能替代经典力学的地位,选项B错误;量子力学正确描述了微观粒子运

11、动的规律性,故C项是正确的;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项是错误的。,【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1.9c,B.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。,