万有引力与航天6

1、第六章万有引力与航天 6经典力学的局限性一、从低速到高速1在经典力学中，物体的质量是不随运动的状态 的，而狭义相对论指出，质量要随着物体运动速度的 而 ，改变增大 增大即m ，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 ，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 的无关不同二、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

2、有 ，同时还具有 .20世纪20年代， 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粒子性波动性量子力学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 世界三、从弱引力到强引力爱因斯坦的广义相对论说明：在 的作用下，牛顿引力理论将不再适用低速高速宏观微观强引力1为什么说经典力学只适用于低速运动的物体，而不适用于高速运动的物体呢？处理宏观物体的低速运动(远小于光速)问题，经典力学是完全适用的.20世纪初，著名物理学家爱因斯坦建立了狭义相对论他指出，处理接近于光速的高速运动问题，必须用相对论力学，经典力学是相对论力学在低速时良好的近似

3、依上式计算，在低速运动中，如地球以3104 m/s的速度绕太阳公转时，它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c，如速度v0.8c时，物体的质量约增大到静止质量的1.7倍，这时，经典力学就不适用了 (2)位移和时间的测量 一条河流中的水以相对于河岸的速度v水岸流动，河中的船以相对于河水的速度v船水顺流而下在经典力学中，船相对于岸的速度为v船岸v船水v水岸经验告诉我们，这简直就是天经地义的但是，仔细一看，这个关系式涉及两个不同的惯性参考系，而速度总是与位移(空间长度)及时间间隔的测量相联系在牛顿看来，位移和时间的测量与参考系无关，正是在这种时空的观念下，上式才成立

4、然而，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，因而上式不能成立，经典力学也就不再适用了2为什么经典力学只适用于宏观世界，而不适用于微观世界？在经典力学中，物质的粒子性和波动性是对立的、不相容的，而微观粒子既具有粒子性又具有波动性，它们的运动规律不能用经典力学来说明，量子力学能正确地描述微观粒子的规律性实际上任何物质都具有波粒二象性，只不过宏观粒子的波动性十分微弱，研究运动时不予考虑3为什么万有引力定律只适用于弱引力？从爱因斯坦理论可推知，引力趋于无穷大发生在半径接近一个“引力半径”的时候，当天体的实际半径接近引力半径时，天体间的引力很强，由爱因斯坦理论和牛顿引力理论计算出

5、的力差异非常大，此时牛顿引力理论不再适用只有在天体的实际半径远大于它们的引力半径时，也就是在弱引力的情况下，由爱因斯坦理论和牛顿引力理论计算出的力差异很小，所以说在强引力的情况下，牛顿引力理论不适用，牛顿引力理论只适用于弱引力题型一经典力学和相对论、量子理论的关系【例1】关于经典力学和相对论，下列说法正确的是()A经典力学和相对论是各自独立的学说，互不相容B相对论是在否定了经典力学的基础上建立起来的C相对论和经典力学是两种不同的学说，二者没有联系D经典力学包含于相对论之中，经典力学是相对论的特例【解析】人们对客观世界的认识，要受到所处时代的客观条件和科学水平的制约，所以形成的看法也都具有一定的

6、局限性，人们只有不断地扩展自己的认识，才能掌握更广阔领域内的不同事物的本质与规律；新的科学的诞生，并不意味着对原来科学的全盘否定，只能认为过去的科学是新的科学在一定条件下的特殊情形【答案】D应用11关于经典力学和量子力学，下面说法中正确的是()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解析：准确理解和记住理论成立的条件答案：C 题型二质量的相对论效应 【例2】真空中的光速为c3.0108 m/s，如果一个物体运动的速度为v12.4108

7、 m/s时，质量为3 kg.当它的速度为v21.8108 m/s时，质量为多少？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是真空中的光速可见，当v0时，mm0；当v趋近于c时，m趋近于无穷大即当物体的速度远远小于光速时经典力学完全适用；当物体的速度接近于光速时，经典力学就不适用了应用21一个静止质量m01 kg的物体，与地球一起绕太阳公转的速度是30 km/s，在相应的惯性参考系中，观测者测得该物体的质量为多少？1.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的运动规律D万有引力定律也适用于强引力作用的情况解析：经

8、典力学适用于宏观、低速、弱引力的情况，不适用于微观、高速、强引力的情况狭义相对论的诞生并不意味着对经典力学的全盘否定，只能认为经典力学有一定的局限性量子力学很好地解释了微观粒子的运动规律，故选项C正确答案：C2经典力学不能适用于下列哪些运动()A火箭发射B宇宙飞船绕地球的运动C“勇气号”宇宙探测器D微观粒子的波动性解析：经典力学只适用于宏观、低速、弱引力，故选项D正确答案：D3在日常生活中，我们并没有发现物体的质量随着物体运动速度的变化而变化，其原因是()A运动中物体无法称量质量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答案：BA式中的m0是物体以速度

9、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，此时经典力学不适用，故它是不正确的C当物体以较小速度运动时，其质量变化十分微弱，经典力学理论仍然适用只有当物体接近光速运动时，其质量变化才明显，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，故质量的变化不能引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答案：CD5下列说法中正确的是()根据牛顿的万有引力定律可以知道，当星球质量不变，半径变为原来的一半时，其表面上的引力将变为原来的4倍；按照广义相对论可以知道，当星球质量不变，半径变为原来的一半时，其表面上的引力将大于原来的4倍；在天体的实际半径远大于引力半径时，根据爱因斯坦的相对论理论和牛顿的引力理论计算出的力差异很大；在天体的实际半径接近引力半径时，根据爱因斯坦的相对论理论和牛顿的引力理论计算出的力差异不大A BC D解析：根据万有引力定律计算得对；当星球半径变小，速度