高中物理第六章万有引力与航天6经典力学的局限性课件新人教版必修2.ppt

1、第六章,6经典力学的局限性,学习目标 1.了解经典力学的发展历程和伟大成就. 2.认识经典力学的局限性和适用范围. 3.初步了解微观和高速世界中的奇妙现象. 4.知道相对论、量子力学和经典力学的关系.,内容索引,自主预习梳理, 重点知识探究, 当堂达标检测,自主预习梳理,1.经典力学的基础是 ，牛顿运动定律和万有引力定律在 、 、 的广阔领域，包括 的研究中，经受了实践的检验，取得了巨大的成就. 2.狭义相对论阐述的是物体以 的速度运动时所遵从的规律. 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m ，两者在_ 的条件下是统一的.,一、从低速到高速

2、,牛顿运动定律,宏观 低速 弱引力 天体力学,不变,接近光,增大 速度远小,于光速,4.经典力学认为位移和时间的测量与参考系 ，相对论认为，同一过程的位移和时间的测量与参考系 ，在不同的参考系中测量结果 .,无关,有关,不同,二、从宏观到微观,1.电子、质子、中子等微观粒子不仅具有 ，同时还具有波动性，它们的运动规律在很多情况下不能用经典力学来说明，而 能够正确地描述微观粒子的运动规律. 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,1915年，爱因斯坦创立了广义相对论，这是一种新的时空与引力的理论.在强引力的情况下，牛顿的引力

3、理论 .,粒子性,量子力学,低速,高速,宏观,微观,不再适用,判断下列说法的正误. (1)洲际导弹的速度有时可达到6 000 m/s，此速度在相对论中属于高速.( ) (2)质量是物体的固有属性，任何时候都不会变.( ) (3)对于高速运动的物体，它的质量随着速度的增大而增大.( ) (4)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. ( ) (5)光线经过任何物体附近时都是沿直线传播的.( ),重点知识探究,答案地球公转速度属于低速，被加速器加速后的电子的速度属于高速.,一、从低速到高速,1.地球绕太阳公转的速度是3104 m/s，设在美国伊利诺斯州费米实验室的圆形粒子加

4、速器可以把电子加速到0.999 999 999 987倍光速的速度，请思考： (1)地球的公转速度在狭义相对论中属于低速还是高速？被加速器加速后的电子的速度呢？,答案,答案加速后电子的质量比电子的静止质量增大了.,(2)加速后电子的质量比电子的静止质量增大了还是减小了？,答案,答案在经典力学中，同一过程的位移和时间的测量结果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结果在不同参考系中是不同的.,2.在经典力学和狭义相对论中，位移和时间的测量结果在不同的参考系中有何区别？,答案,1.低速与高速 (1)低速：通常所见物体的运动，如行驶的汽车、发射的导弹、人造地球卫星及宇宙飞

5、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.,3.速度对物理规律的影响 对于低速运动问题，一般用经典力学规律来处理.对于高速运动问题，经典力学已不再适用，需要用相对论知识来处理. 4.位移、时间与参考系的关系 经典力学认为位移和时间的测量与参考系无关，相对论

6、认为，同一过程的位移和时间的测量与参考系有关，在不同的参考系中测量结果不同.,例1一个原来静止的电子，经电场加速后速度为v6106 m/s.问电子的质量增大了还是减小了？改变了百分之几？,答案,答案增大了0.02%,解析,例2根据爱因斯坦的狭义相对论，质量要随着物体运动速度的增大而 增大，即 请讨论： (1)如果你使一个物体加速、加速、再加速，它的速度会增加到等于光 速甚至大于光速吗？为什么？,答案,答案见解析,解析,解析由 知：当vc时，m应是无穷大.物体加速时，随着 速度的不断增大，物体质量不断增大，产生加速度所需要的力会随之不 断增大，使加速越来越困难，因此一个物体不管怎样加速，它的速度

7、不会等于甚至大于光速.,(2)光有静止质量吗？如果有，情况将会怎样？,答案,答案见解析,解析,解析光没有静止质量.若光有静止质量，当光传播时速度为c，由m 它传播时的质量会无穷大，光照射到物体上，如同一个质量无穷大的物体以光速砸到被照射物体上，后果不堪设想.,答案不适用.经典力学只适用于宏观低速运动，描述微观高速粒子的运动要用到量子力学.,二、从宏观到微观,1.粒子对撞机可以把质子加速到接近于光速.如图1，经典力学是否适用于质子束的运动规律？如何研究质子束的运动规律？,答案,图1,答案不适用.经典力学适用于弱引力问题，而“黑洞”问题属于强引力问题，经典力学不再适用，可以利用爱因斯坦的广义相对论

8、研究“黑洞”问题.,2.如图2所示，“黑洞”是爱因斯坦广义相对论中预言的一种特殊天体.它的密度极大，对周围的物质(包括光)有极强的吸引力，在研究“黑洞”时，经典力学还适用吗？如何研究“黑洞”问题？,答案,图2,经典力学与相对论、量子理论的比较 1.区别,2.联系 (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没有区别. (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没有区别. (3)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.,例3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 A.狭义相对论和经典力学是

9、相互对立、互不相容的两种理论 B.经典力学包含于相对论之中，经典力学是相对论的特例 C.经典力学只适用于宏观物体的运动，量子力学只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,答案,解析,解析相对论没有否定经典力学，经典力学是相对论在一定条件下的特殊情形，选项A错误，B正确. 经典力学适用于宏观、低速、弱引力的领域，选项C、D错误.,例4(多选)爱因斯坦的引力理论成就表现在 A.预言和发现了冥王星和海王星 B.水星近日点旋进存在每百年43的附加值 C.光线在经过大质量星体附近时会发生偏转现象 D.天体间的引力与半径的平方成反比,答案,解析,解析冥王星和海

10、王星的轨道是根据万有引力定律和牛顿运动定律计算得出的，天体间的引力与半径的平方成反比是万有引力定律的内容，故应选B、C,理解相对论和量子力学的两点注意： (1)相对论和量子力学不是科学家的主观臆想，是经过实验证实的，相对论和量子力学所描述的现象是高速世界、微观世界确定存在的事实. (2)理解相对论和量子力学需要增强对高速世界、微观世界的感性认识，跳出已有的对低速、宏观领域的固有思维和认识.,当堂达标检测,1.(经典力学的适用范围)以牛顿运动定律为基础的经典力学的适用范围是 A.低速宏观弱引力下的运动问题 B.高速微观弱引力下的运动问题 C.低速微观强引力下的运动问题 D.高速宏观强引力下的运动

11、问题,1,2,3,4,答案,2.(经典力学、量子力学和狭义相对论)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,答案,1,2,3,4,解析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； 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，故B项是错误的； 量子力学正确描述了微观粒子运动的规律性，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.,1,2,3,4,3.(相对论质速关系)(多选)对于公式m ，下列说法中正确的是 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很小，故质量的变化让我们感觉不到，在分 析地球上物体的运动时，不必考虑质量的变化,答案,解析,1,2,3,4,解析公式中m0是物体静止时的质量，m是物体以速度v运动时的质量，A错. 由公式可知，只有当v接近光速时，