【课堂新坐标】(新课标)2015-2016学年高中物理 第6章 万有引力与航天 6 经典力学

自 主 学 习 · 基 础 知 识

6

经典力学的局限性

解 题 技 巧 · 素 养 培 优

合 作 探 究 · 重 难 疑 点

[学习目标]

1.了解经典力学的发展历程和伟大成就. 2. 3.知道速度对质量

知道经典力学的局限性和适用范围. (重点) 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.

经典力学及其局限性[先填空] 1.从低速到高速 (1)经典力学的基础是牛顿运动定律 _____________,牛顿运动定律和万 有引力定律在_____ ______的广阔区域，包括 宏观 、_____ 低速 、弱引力

天体力学 的研究中，经受了实践的检验，取得了巨大的成 ___________就.

光的速度 运动时所遵从 (2)狭义相对论阐述物体以接近__________的规律.

不变 的，而狭义相对论 (3)在经典力学中，物体的质量是 _____ 增大 ， 即 m = 指 出 ， 质 量 要 随 物 体 运 动 速 度 的 增 大 而 _____ m0 v2 1- 2 远小于光速 的条件下是统一的. ___________ ,两者在速度 ____________ c

2.从宏观到微观 (1)19 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

波动性 量子力学 ________ 世纪 20 年代， _________建 粒子性 ，同时还具有_______.20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.

低速 运动，不适用于 (2)经典力学的适用范围，只适用于______ 宏观 世界，不适用于_____ 微观 世界. 高速 运动；只适用于______ _____

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

没有区别 . 物理学与经典物理学的结论__________

[再思考] 1.牛顿第二定律属经典力学理论，它在高速世界还适用 吗？ 【提示】 在高速世界中，物体的质量随着速度的增加而 变大，物体的加速度不一定与它所受的外力成正比，牛顿第二 定律不再适用.2.相对论、量子力学否定了经典力学吗？

【提示】 相对论、量子力学没有否定经典力学，经典力 学是相对论、量子力学在一定条件下的特例.

[后判断] 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加而变 大.(√ )

预习完成后，请把你认为难以解决的问题记录在下面的表 格中问题1 问题2 问题3 问题4

学生分组探究一 速度对质量的影响 第1步探究——分层设问，破解疑难 1.

当物体的运动速度远小于真空中的光速时，经典力学 完全适用.20世纪初著名物理学家爱因斯坦创立了狭义相对 论，阐述了物体在以接近光速的速度运动时所遵循的规律，得 出了一些不同于经典力学的结论.那么，当物体的速度接近光 速时，物体的质量会怎样呢？【提示】 运动物体的质量会变大.

2.试由m=

m0

v 1- 2 c

2分析，物体的速度不可能达到光速.

【提示】 由m=

m0 v 1- 2 c2

可知，若某物体的运动速度达

到光速c,则它的质量应是无穷大，这显然不符合事实，所以 物体的速度不可能达到光速.

第2步结论——自我总结，素能培养 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= m0 v 1- 2 c2

,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，需要用相对论知识来处 理.

1.狭义相对论中，物体在静止时质量最小， 随着运动速度的增加，它的质量也在不断变大， 对于高速运动物体，牛顿定律已不再适用. 2.根据相对论的质速关系，若某物体的运 动速度达到光速 c,它的质量应是无穷大，这显 然不符合事实，光速 c 是所有物体的最大速度.

第3步例证——典例印证，思维深化 一个原来静止的电子，经电压加速后，获得的速 度v=6×106 m/s.关于电子的质量的变化，下列说法正确的是 ( ) A.不变 C.增大了0.02% B.减少 D.增大了0.2%

【思路点拨】 电子的速度6×106 m/s已接近光速，由爱 因斯坦狭义相对论可知，电子的质量将有所增加，越接近光速 越显著.