1、1 新情境激趣引航经典力学的基础是牛顿运动定律，万有引力定律更是树立了人们对牛顿物理学的尊敬著名物理学家杨振宁曾赞颂到：“如果一定要举出某个人、某一天作为近代科学诞生的标志，我选牛顿自然哲学的数学原理在 1687 年出版的那一天”像一切科学一样，它没有也不会穷尽一切真理，它也有自己的局限性它像一切科学理论一样，是一部“未完成的交响曲”那么经典力学在什么范围内适用呢？有怎样的局限性呢？2 新知识预习探索学习目标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3.了解高速和微观世界中的物理奇妙现象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新知预习一、从低速到高速
2、1在经典力学中，物体的质量是不随运动的状态改变的，而狭义相对论指出，质量要随着物体运动速度的增大而增大，即 mm01v2c2，式中 m0 是物体静止时的质量，m 是物体速度为 v 时的质量，c 是真空中的光速在低速运动中，物体的质量增大十分微小，可以忽略，经典力学完全适用但如果物体的速度接近光速，物体的质量明显增大，经典力学就不适用了2在牛顿看来，位移和时间的测量与参考系无关，相对论认为，同一过程的位移和时间的测量在不同参考系中是不同的二、从宏观到微观119 世纪末 20 世纪初，物理学研究深入到微观世界，发现了电子、质子、中子等微观粒子，而且发现它们不仅具有粒子性，同时还具有波动性.20 世
3、纪 20 年代，量子力学建立，它能够正确地描述微观粒子运动的规律性，并在现代科学技术中发挥了重要作用2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，不适用于微观世界三、从弱引力到强引力爱因斯坦的广义相对论说明：在强引力的作用下，牛顿引力理论将不再适用问题探索想一想问题 牛顿和爱因斯坦的时空观不同，对于两种时空观你是如何认识的？提示(1)牛顿认为时间和空间都是独立于物体及其运动而存在的，这是一种经典时空观(2)爱因斯坦认为在研究物体的高速运动(速度接近真空中的光速)时，物体的长度即物体占有的空间，以及物理过程、化学过程，甚至还有生命过程的持续时间，都与它们的运动状态有
4、关，空间与时间不再与物体及其运动无关，不再独立存在，这是一种崭新的时空观.3 新课堂互动探究 知识点一经典力学的局限性重点聚焦我们应该认识到人类对自然界的认识过程都是从肤浅到深刻，从片面到全面，一步步深入，一步步完善的，所以理论的完善也需要一个过程，经典力学理论不可能穷尽一切真理，必有其局限性，现在可认为经典理论是狭义相对论和量子理论的特例1宏观物体与微观粒子行为的差异(1)宏观物体具有粒子性(2)微观粒子不仅具有粒子性，同时还具有波动性，又称波粒二象性2经典力学理论的适用范围弱相互作用下的低速运动的宏观物体特别提醒相对论与量子力学的出现，并不说明经典力学失去了意义，只是说明各有一定的适用范围
5、典例精析 物理学的发展丰富了人类对物质世界的认识，推动了科学技术的创新和革命，促进了物质生产的繁荣与人类文明的进步，下列表述正确的是()A牛顿发现了万有引力定律B牛顿通过实验证实了万有引力定律C相对论的创立表明经典力学已不再适用D爱因斯坦建立了狭义相对论，把物理学推进到高速领域【解析】万有引力定律是牛顿发现的，但在实验室里加以验证是卡文迪许进行的，A 对、B 错相对论并没有否定经典力学，经典力学对于低速、宏观运动仍适用，C 错狭义相对论的建立，是人类取得的重大成就，从而把物理学推到更高领域，D 对【答案】AD【方法归纳】知道经典力学的适用范围和相对论的适用范围，会很容易判断出正确选项跟踪练习1
6、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引力【解析】经典力学只适用于宏观、低速、弱引力的情况，A 错误；狭义相对论没有否定经典力学，在宏观、低速情况下，相对论的结论与经典力学没有区别，B 错误；量子力学更正确地描述了微观粒子运动的规律性，C 正确；万有引力定律只适用于弱引力，而对于强引力是不适用的，D 错误【答案】C知识点二从低速到高速引起的变化重点聚焦1低速与高速的概念通常所见物体的运动皆为低速运动，如行驶的汽车、发射的导弹、人造地球卫星及宇宙飞船等有些微观粒子在一定条件下其速度可以与光
7、速相接近，这样的速度称为高速2速度对质量的影响：在经典力学中，物体的质量是不变的，但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 mm01v2c2，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速度合成与两个假设：在经典力学中，时间和空间互不相干，它们的存在和测量均与运动无关，故有 v 船岸v 船水v 水岸，但在两个不同参考系中，速度总与位移及时间间隔的测量相联系，因而上式不成立.1905 年，爱因斯坦提出了两个假设(狭义相对论的基础)：(1)相对性原理：物理规律在一切惯性参考系中都具有相同的形式
8、(2)光速不变原理：在一切惯性参考中，测量到的真空中的光速 c都一样典例精析 一个原来静止的电子，经电压加速后，获得的速度为 v6106 m/s.问电子的质量增大了还是减小了？改变了百分之几？【解析】根据爱因斯坦的狭义相对论 mm01v2c2得出运动后的质量增大了mm01v2c2m016210623210821.0002m0所以改变的百分比为mm0m0100%0.02%.【答案】增大了 0.02%【方法归纳】只有在速度非常大的情况下，相对论效应才明显；在低速时，相对论效应很不明显，可忽略不计跟踪练习2在电子对撞机中，有一个电子经过高压加速，速度达到光速的0.5 倍试求此时电子的质量变为静止时的
9、多少倍？【解析】由于电子的速度接近光速，所以质量变化明显，根据爱因斯坦狭义相对论中运动质量与静止质量的关系得 mm01v2c2m0114 m0342m03 1.155m0.【答案】1.155 倍4 思维随堂自测1.下列说法正确的是()A牛顿运动定律就是经典力学B经典力学的基础是牛顿运动定律C牛顿运动定律可以解决自然界中所有的问题D经典力学可以解决自然界中所有的问题【答案】B217 世纪末，采用归纳与演绎、综合与分析的方法，建立了完整的经典力学体系，使物理学从此成为一门成熟的自然科学的科学家是()A牛顿B开普勒C笛卡儿 D伽利略【答案】A3以下说法正确的是()A经典力学理论普遍适用，大到天体，小
10、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【解析】经典力学理论只适用于宏观、低速运动的物体，A 错，B 对在经典力学中，物体的速度 vc，所以物体的质量不随运动状态而改变，但相对论和量子力学并不否定经典力学，认为它是在一定条件下的特殊情形，C 错误，D 错误【答案】B4关于经典力学的建立，下列描述错误的是()A标志着近代自然科学的诞生B实现了人类对自然界认识的第一次理论大综合C确立了一切自然科学理论应有的基本特征D成为量子力学的基础【答案】D5 新视点名师讲座对光速不变认识不清导致错误 如图所示，强强乘坐速度为 0.9c(c 为光速)的宇宙飞船追赶正前方的壮壮，壮壮的飞行速度为 0.5c，强强向壮壮发出一束光进行联络，则壮壮观测到该光束的传播速度为()A0.4c B0.5cC0.9c D1.0c【错答】A、C【错因分析】A 项认为两飞船相对速度即为观测到的光束的传播速度，实际在一切惯性参考系中真空中的光速 c 都一样C 项认为强强乘坐的宇宙飞船的速度即为观测到的光速的传播速度【正确思路】根据光速不变原理，在一切惯性参考系中测量到真空中的光速 c 都一样，而壮壮所处参考系即为惯性参考系，因此壮壮观察到的光速为 1.0c，D 项正确【答案】D
