人教版 (新课标)必修26.经典力学的局限性精品教案

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6.经典力学的局限性学 习 目 标知 识 脉 络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．(重点)3.知道速度对质量的影响及光速不变原理．(难点)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. 　　　　　　　　　　　从 低 速 到 高 速  速度远小于光速接近光速运动物理理论经典力学相对论质量与速度的关系物体的质量是不随运动状态改变的物体的质量随着物体运动速度的增大而增大．m＝m0/位移、时间与参考系的关系位移的测量、时间的测量都与参考系无关同一过程的位移和时间的测量在不同参考系中是不同的1．在经典力学中，位移的测量与参考系的运动情况无关．(√)2．在相对论力学中，运动的时钟和静止的时钟快慢相同．(×)3．在相对论力学中，高速运动的物体质量要变小．(×)　洲际导弹的飞行速度可达6 000 m/s，此速度在狭义相对论中属于高速还是低速？【提示】　属于低速，狭义相对论的高速是可以与光速相比拟的速度，6 000 m/s 的速度远远小于光速，属于相对论中的低速．地球绕太阳公转的速度是3×104 m/s；设在美国伊利诺伊州费米实验室的圆形粒子加速器可以把电子加速到0.999 999 999 987 倍光速的速度．请思考：图6­6­1探讨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？【提示】　地球公转的速度在狭义相对论中属于低速，被加速器加速后的电子速度属于高速．探讨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？【提示】　增大了．1．低速与高速的概念(1)低速：远小于光速的速度为低速，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船等物体的运动皆为低速运动．(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，物体的质量不随速度而变．根据牛顿第二定律F＝ma知，物体在力F作用下做匀变速运动，只要时间足够长，物体的运动速度就可以增加到甚至超过光速c.(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，需要用狭义相对论知识来处理．1．(多选)经典力学规律适用于下列运动的是(　　) 【导学号：50152083】A．子弹的飞行B．飞船绕地球的运行C．列车的运行D．粒子接近光速的运动【解析】　经典力学的适用范围是宏观、低速情形，子弹的飞行、飞船绕地球的运行、列车的运动，经典力学能适用，故A、B、C正确；对于微观的情形经典力学不适用，故D错误．故选：ABC.【答案】　ABC2．日常生活中，我们并没发现物体的质量随物体运动的速度变化而变化，其原因是(　　)A．运动中的物体无法称量质量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【解析】　根据狭义相对论质速关系m＝可知，在宏观物体的运动中，v≪c，所以m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，正确选项为B.【答案】　B3．把电子从v1＝0.9c加速到v2＝0.97c时电子的质量增加多少？(已知电子静止质量m0＝9.1×10－31 kg)【解析】　电子速度为v1时电子质量为m1＝＝电子速度为v2时电子质量为m2＝＝电子质量增量为Δm＝m2－m1＝1.66×10－30 kg.【答案】　1.66×10－30 kg物体的质量与速度的关系从爱因斯坦的相对论可知：物体的速度越大，它的质量就越大．当物体的速度远小于光速时，其质量的变化可以忽略；当物体的速度接近光速时，质量变化将很明显，其质量变化不可忽略．从 宏 观 到 微 观、从 弱 引 力 到 强 引 力1．微观世界电子、质子、中子等微观粒子的运动规律在很多情况下不能用经典力学来说明，而量子力学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经典力学适用于低速运动，不适用于高速运动，适用于宏观世界，不适用于微观世界．3．从弱引力到强引力(1)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，牛顿的引力理论不再适用．(2)当物体的运动速度远小于光速c(3×108 m/s)时，相对论物理学与经典物理学的结构没有区别．当另一个重要常数即“普朗克常量”(6.63×10－34 J·s)可以忽略不计时，量子力学和经典力学的结论没有区别．1．经典力学一般不适用于微观粒子．(√)2．量子力学不能描述微观粒子的运动规律．(×)3．万有引力定律适用于中子星表面引力的计算．(×)“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？图6­6­2【提示】　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．如图6­6­3甲，质子束被加速到接近光速；如图乙，中子星是质量、密度非常大的星体．请思考：甲　　　　　　　　　　乙图6­6­3探讨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？【提示】　不适用．可以用量子力学研究质子束的运动规律．探讨2：经典力学是否适用于中子星的引力规律？如何研究中子星的引力规律？【提示】　不适用．可以用相对论力学研究中子星的引力规律．狭义相对论经典力学适用于低速运动的物体；狭义相对论阐述物体在以接近光速运动时所遵循的规律量子力学经典力学适用于宏观世界；量子力学能够正确描述微观粒子的运动规律广义相对论经典力学在弱引力的情况下与实验结果符合得很好；爱因斯坦的广义相对论能够解释强引力情况下的作用规律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【解析】　经典力学适用于低速运动、宏观物体，不适用于高速、微观粒子．量子力学不适用于宏观物体，适用于微观粒子，故选项C正确．【答案】　C5．(多选)关于经典力学、相对论与量子论的说法正确的是 (　　)A．当物体的速度接近光速时，经典力学就不适用了B．相对论和量子力学的出现，使经典力学失去了意义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】　经典力学只适用于低速宏观的物体，故A正确；相对论和量子力学的出现，并没有否定经典力学，只是说经典力学有一定的适用范围，故B错误；量子力学描述了微观粒子运动的规律性，故C正确；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错误．【答案】　AC6．(多选)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科学是不断发展和完善的一切科学的发展都是人们主动认识世界的过程，而每个人的研究又都是建立在前人的基础上，通过自己的努力去发展和提高．科学的成就总是在某些条件下的局部形成，在新的科学成就形成后，它将被包括在其中．爱因斯坦的相对论并没有否定牛顿力学的理论，而是把它看成是在一定条件下的特殊情形．