高中物理第六章万有引力与航天第六节经典力学的局限性课堂探究学案新人教必修.docx

第六节 经典力学的局限性课堂探究探究一 经典力学与相对论、量子理论的比较问题导引如图为设在美国伊利诺伊州费米实验室的圆形粒子加速器(或称同步回旋加速器)，电子经加速器加速后，能量可达到100 GeV，电子速度达到0.999 999 999 987倍的光速。这时经典力学的规律还适用吗？提示：经典力学在低速运动的广阔领域(包括天体力学的研究)中，经受了实践的检验，取得了巨大的成就，但在高速领域不再适用。名师精讲1经典力学适用于低速运动的物体，不适用于高速(接近光速)运动的物体，狭义相对论阐述物体在以接近光的速度运动时所遵从的规律。2经典力学适用于宏观世界，一般不适用于微观粒子，而量子力学则能够正确描述微观粒子的运动规律。3在弱引力的情况下，牛顿万有引力定律与实验结果符合的很好，而在强引力的情况下，万有引力定律不再适用。而爱因斯坦的广义相对论则能够解释强引力情况下的作用规律。4相对论和量子力学并没有否定经典力学，经典力学是二者在一定条件下的特殊情形。警示 经典力学的适用范围是宏观，低速，弱引力等，但对于微观、高速、强引力问题却不适用。量子力学则能够正确描述微观粒子的运动规律，而高速、强引力问题则要用相对论去解释。【例1】 (多选)关于经典力学和狭义相对论，以下说法中正确的是()A经典力学只适用于低速运动，不适用于高速运动(速度接近真空中的光速)B狭义相对论只适用于高速运动(速度接近真空中的光速)，不适用于低速运动C经典力学既适用于低速运动，也适用于高速运动(速度接近真空中的光速)D狭义相对论既适用于高速运动(速度接近真空中的光速)，也适用于低速运动解析：狭义相对论既适用于高速运动的物体，也适用于低速运动的物体，经典力学是狭义相对论在一定条件下的特殊情形，只适用于低速运动的物体。答案：AD题后反思 要比较经典力学和相对论的区别，关键不但要知道各自的适用范围，还要区分开两个速度：速度远小于真空中光速的，称为低速；速度接近于真空中光速的，称为高速。探究二 从低速到高速引起的变化问题导引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。但日常生活中，我们并没有发现物体的质量随物体运动速度的变化而变化，为什么呢？提示：在宏观物体的运动中，vc，所以质量变化不大，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。名师精讲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m，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低速运动问题，一般用经典力学规律来处理。对高速运动问题，经典力学已不再适用，需要用相对论知识来处理。【例2】 (多选)关于公式m，下列说法中正确的是()A公式中的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，即物体的质量改变了，故经典力学不适用C当物体以较小速度运动时，质量变化十分微弱，经典力学理论仍然适用，只有当物体以接近光速运动时，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太小，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解析：公式中的m0是物体静止时的质量，m是物体以速度v运动时的质量，故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