1、第六章万有引力与航天6经典力学的局限性学习目标1.知道经典力学的局限性和适用范围.2.了解经典力学在科学研究和生产技术中的广泛应用.3.知道质量与速度的关系,知道高速运动中物体的质量随速度的增大而增大.4.了解相对论、量子力学的建立对人类深入认识客观世界的作用,知道物理学改变人们世界观的作用.自主探究1.经典力学的基础是,牛顿运动定律和万有引力定律在、的广阔区域,包括的研究中,经受了实践的检验,取得了巨大的成就.2.狭义相对论阐述物体时所遵从的规律.3.在经典力学中,物体的质量是的,而狭义相对论指出,质量要随物体运动速度的增大而,即.4.经典力学认为位移和时间的测量与参考系,相对论认为,同一过
2、程的位移和时间的测量与参考系,在不同的参考系中是.5.经典力学有它的适用范围:只适用于运动,不适用于运动;只适用于世界,不适用于世界.6.1915年,爱因斯坦创立了,这是一种新的时空与引力的理论.在强引力的情况下,牛顿引力理论.当物体的运动速度远小于光速c(3108m/s)时,相对论物理学与经典物理学的结论.当另一个重要常数即“普朗克常数”(6.6310-34Js)可以忽略不计时,量子力学和经典力学的结论,相对论与量子力学都没有否定经典力学,而是认为经典力学是自己在一定条件下的特殊情形.合作探究一、从低速到高速【自主探究1】阅读教材,思考:1.在经典力学和狭义相对论中,物体的质量有何不同?2.
3、狭义相对论中物体的质量表达式是怎样的?3.在经典力学和狭义相对论中,位移和时间的测量在不同参考系中有何区别?4.从物体运动速度的方面看,经典力学的适用范围是什么?结论:经典力学只适用于运动,不适用于运动.【例】如果真空中的光速为c=3.0108m/s,当一个物体的运动速度为v1=2.4108m/s时,质量m1=3kg.当它的速度为v2=1.8108m/s时,质量m2为多少?二、从宏观到微观【自主探究2】阅读教材,思考:1.微观世界里面有哪些微观粒子?2.经典力学能否解释微观粒子的运动规律?3.哪种科学能很好地解释微观粒子的运动规律?4.相对论和量子力学的出现否定了经典力学吗?5.经典力学的适用
4、范围是什么?结论:经典力学只适用于运动,不适用于运动;只适用于世界,不适用于世界.三、从弱引力到强引力【自主探究3】阅读教材,思考:1.经典力学与行星轨道的矛盾是什么?2.由经典力学与行星轨道的矛盾说明了什么?3.归纳牛顿万有引力定律与爱因斯坦引力理论的主要差异.4.经典力学和相对论及量子力学的关系如何?结论:经典力学只适用于,而不适用于.【课堂小结】经典力学的局限性1.从低速到高速:经典力学只适用于,不适用于;2.从宏观到微观:经典力学只适用于,不适用于;3.从弱引力到强引力:经典力学只适用于,不适用于.课堂检测1.19世纪末和20世纪初,物理学的研究深入到,发现、等微观粒子不仅有,而且有,
5、它们的运动规律不能用经典力学来说明.2.对于经典力学理论,下列说法中正确的是()A.经典力学是物理学和天文学的基础,也是现代工程技术的理论基础B.经典力学的理论体系是经过几代科学家长期的探索,历经曲折才建立起来的C.经典力学具有丰富的理论成果,也建立了实证科学的方法体系D.当物体运动速度很大(vc)、引力很强、活动空间很小(微观)时,经典力学理论所得的结果与实际结果之间偏差不大3.以下说法正确的是()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,物体的质量随物体运动速度增大而减小,在狭义相对论中,物体的质量随物体速度的增大而增大
6、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增大而增大D.上述说法都是错误的4.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5.以下说法正确的是()A.经典力学理论普遍适用,大到天体,小到微观粒子均适用B.经典力学理论的成立具有一定的局限性C.在经典力学中,物体的质量不随运动状态而改变D.相对论与量子力学否定了经典力学理论参考答案自主探究1.牛顿运动定律宏
7、观低速弱引力天体力学2.在以接近光的速度运动3.不随运动状态改变增大m=m01-v2c24.无关有关不同的5.低速高速宏观微观6.相对论不适用了没有区别没有区别合作探究一、从低速到高速【自主探究1】1.在经典力学中,物体的质量不随运动状态而改变,而在狭义相对论中,质量要随着物体运动速度的增大而增大.2.m=m01-v2c2.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.3.在经典力学中,同一过程的位移和时间的测量在不同参考系中是相同的;在狭义相对论中,同一过程的位移和时间的测量在不同参考系中是不同的.4.经典力学只适用于低速运动,不适用于高速运动.结论:低速高速【例】解:
8、根据狭义相对论中质量与速度的关系m=m01-v2c2得:m1=m01-v12c2,m2=m01-v22c2解得m2=2.25kg.二、从宏观到微观【自主探究2】1.19世纪末到20世纪初,人们相继发现了电子、质子、中子等微观粒子.2.微观粒子的运动规律不能用经典力学解释.3.量子力学能够正确地解释微观粒子运动的规律性,并在现代科技中发挥了重要作用.4.相对论和量子力学的出现,说明人类对自然的认识更加广泛和深入,而不表示经典力学失去了意义.5.经典力学的适用范围: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.结论:低速高速宏观微观三、从弱引力到强引力【自主探究3】1.经
9、典力学与行星轨道的矛盾按牛顿的万有引力理论,行星应该沿着一些椭圆或圆做周期性运动,而天文观测表明,行星的轨道并不是严格闭合的,它们的近日点在不断地旋进,如水星的运动.实际观测到的水星的运动情况与爱因斯坦广义相对论的计算结果吻合得很好.2.经典力学只适用于弱引力,而不适用于强引力.3.牛顿万有引力定律与爱因斯坦引力理论的主要差异(1)牛顿的万有引力定律认为:物体的半径减小时,其表面上的万有引力与半径的二次方成反比地增大,对于半径接近于零质点的物体,其表面上的万有引力接近于无穷大.(2)爱因斯坦理论认为:物体的半径减小时,其表面上的万有引力比二次方反比规律增大得快,引力趋于无穷大发生在接近一个“引
10、力半径”的时候.(3)只要天体的实际半径远大于它们的引力半径,那么由爱因斯坦和牛顿引力理论计算出的力的差异并不很大,但当天体的半径接近引力半径时,这种差异将急剧增大,这就是说,在强引力的情况下,牛顿万有引力理论将不再适用.(4)行星的运动,在近日点和远日点,引力的变化规律不完全相同,导致轨道不闭合,近日点旋进.4.经典力学和相对论及量子力学的关系经典力学是相对论及量子力学在一定条件下的特例,它包含于相对论和量子力学之中,相对论和量子力学的建立并没有否定经典力学.结论:弱引力强引力【课堂小结】1.低速运动高速运动2.宏观世界微观世界3.弱引力强引力课堂检测1.微观世界电子质子中子粒子性波动性2.ABC3.C4.C5.BC
