經(jīng)典力學(xué)的局限性同步測(cè)試

6經(jīng)典力學(xué)的局限性[目標(biāo)定位]1.了解經(jīng)典力學(xué)的發(fā)展歷程和偉大成就．2．知道經(jīng)典力學(xué)的局限性和適用范圍．3．知道質(zhì)量與速度的關(guān)系，知道高速運(yùn)動(dòng)中物體的質(zhì)量不再是恒定的．一、從低速到高速1．經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)是牛頓運(yùn)動(dòng)定律，牛頓運(yùn)動(dòng)定律和萬有引力定律在宏觀、低速、弱引力的廣闊領(lǐng)域，包括天體力學(xué)的研究中，取得了巨大的成就．2．狹義相對(duì)論闡述的是物體以接近光的速度運(yùn)動(dòng)時(shí)所遵從的規(guī)律．3．在經(jīng)典力學(xué)中，物體的質(zhì)量是不變的，而狹義相對(duì)論指出，質(zhì)量要隨物體運(yùn)動(dòng)速度的增大而增大，即m＝eq\f(m0,\r(1－\f(v2,c2)))，兩者在速度遠(yuǎn)小于光速的條件下是統(tǒng)一的．4．經(jīng)典力學(xué)認(rèn)為位移和時(shí)間的測(cè)量與參考系無(填“有”或“無”)關(guān)，相對(duì)論認(rèn)為，同一過程的位移和時(shí)間的測(cè)量與參考系有關(guān)，在不同的參考系中測(cè)量結(jié)果不同．想一想對(duì)于高速運(yùn)動(dòng)的物體，它的質(zhì)量隨著速度的增加怎樣變化？答案在經(jīng)典力學(xué)中，一個(gè)物體的質(zhì)量在任何時(shí)候都不變，但在相對(duì)論中，某物體的質(zhì)量隨著速度的增加而變大．二、從宏觀到微觀1．電子、質(zhì)子、中子等微觀粒子不僅具有粒子性，同時(shí)還具有波動(dòng)性，量子力學(xué)能夠正確地描述微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律．2．經(jīng)典力學(xué)只適用于宏觀、低速運(yùn)動(dòng)，不適用于微觀、高速運(yùn)動(dòng)．想一想牛頓第二定律屬經(jīng)典力學(xué)理論，它在高速世界還適用嗎？答案不再適用．在高速世界中，物體的質(zhì)量隨著速度的增加而變大，物體的加速度不一定與它所受的外力成正比，牛頓第二定律不再適用．三、從弱引力到強(qiáng)引力1．1915年，愛因斯坦創(chuàng)立了廣義相對(duì)論．在強(qiáng)引力的情況下，牛頓的引力理論不再適用．2．當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)小于光速c(3×108m/s)時(shí)，相對(duì)論物理學(xué)與經(jīng)典物理學(xué)的結(jié)論沒有區(qū)別；當(dāng)另一個(gè)重要常數(shù)即“普朗克常量”×10－34J·s)可以忽略不計(jì)時(shí)，量子力學(xué)和經(jīng)典力學(xué)的結(jié)論沒有區(qū)別．想一想相對(duì)論與量子力學(xué)的出現(xiàn)是否否定了經(jīng)典力學(xué)？答案相對(duì)論與量子力學(xué)的出現(xiàn)，說明人類對(duì)自然界的認(rèn)識(shí)更加廣泛和深入，而不表示經(jīng)典力學(xué)已失去了意義，它只是使人們認(rèn)識(shí)到經(jīng)典力學(xué)有它的適用范圍，經(jīng)典力學(xué)是相對(duì)論與量子力學(xué)的特例．一、對(duì)經(jīng)典力學(xué)的認(rèn)識(shí)1．成就：經(jīng)典力學(xué)是以牛頓運(yùn)動(dòng)定律為核心的矢量力學(xué)，有時(shí)也泛指描述低速、宏觀物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)的經(jīng)典力學(xué)體系．經(jīng)典力學(xué)的建立標(biāo)志著近代自然科學(xué)的誕生，形成了一個(gè)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，以數(shù)學(xué)為表達(dá)形式的力學(xué)科學(xué)體系．2．運(yùn)用范圍：在弱引力的情況下，牛頓引力理論適用；在強(qiáng)引力的情況下，牛頓引力理論不再適用．低速運(yùn)動(dòng)的宏觀物體，經(jīng)典力學(xué)適用；而高速微觀領(lǐng)域，經(jīng)典力學(xué)不再適用，需要用相對(duì)論知識(shí)來處理．3．低速與高速：通常所見物體的運(yùn)動(dòng)皆為低速運(yùn)動(dòng)，如行駛的汽車、發(fā)射的導(dǎo)彈、人造地球衛(wèi)星及宇宙飛船等，速度可以與光速相接近的速度稱為高速．【例1】20世紀(jì)以來，人們發(fā)現(xiàn)了一些新的事實(shí)，而經(jīng)典力學(xué)卻無法解釋．經(jīng)典力學(xué)只適用于解決物體的低速運(yùn)動(dòng)問題，不能用來處理高速運(yùn)動(dòng)問題；只適用于宏觀物體，一般不適用于微觀粒子，這說明()A．隨著認(rèn)識(shí)的發(fā)展，經(jīng)典力學(xué)已成了過時(shí)的理論B．人們對(duì)客觀事物的具體認(rèn)識(shí)在廣度上是有局限性的C．不同領(lǐng)域的事物各有其本質(zhì)與規(guī)律D．人們應(yīng)當(dāng)不斷擴(kuò)展認(rèn)識(shí)，在更廣闊的領(lǐng)域內(nèi)掌握不同事物的本質(zhì)與規(guī)律答案BCD解析人們對(duì)客觀世界的認(rèn)識(shí)要受到所處的時(shí)代的客觀條件和科學(xué)水平的制約，所以形成的看法也都具有一定的局限性，人們只有不斷擴(kuò)展自己的認(rèn)識(shí)，才能掌握更廣闊領(lǐng)域內(nèi)的不同事物的本質(zhì)與規(guī)律；新的科學(xué)的誕生并不意味著對(duì)原來科學(xué)的全盤否定，只能認(rèn)為過去的科學(xué)是新的科學(xué)在一定條件下的特殊情形．【例2】以下說法正確的是()A．經(jīng)典力學(xué)理論普遍適用，大到天體，小到微觀粒子均適用B．經(jīng)典力學(xué)理論具有一定的局限性C．在經(jīng)典力學(xué)中，物體的質(zhì)量不隨運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變而改變D．相對(duì)論和量子力學(xué)否定了經(jīng)典力學(xué)理論答案BC解析經(jīng)典力學(xué)理論具有一定的局限性，它只適用于低速、宏觀物體的運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；在經(jīng)典力學(xué)中，物體的質(zhì)量不隨運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變而改變，即物體的質(zhì)量和物體運(yùn)動(dòng)的速度無關(guān)，選項(xiàng)C正確；相對(duì)論和量子力學(xué)并沒有否定過去的科學(xué)，而是認(rèn)為經(jīng)典力學(xué)理論是在一定條件下的特殊情形，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．二、對(duì)質(zhì)量和速度關(guān)系的認(rèn)識(shí)質(zhì)量是物體的固有屬性，是相對(duì)不變的，這一結(jié)論成立的前提是物體做低速運(yùn)動(dòng)，但當(dāng)物體的速度接近光速時(shí)，物體的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量m與靜止質(zhì)量m0可能存在較大差別．當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)的速度為v時(shí)，其運(yùn)動(dòng)質(zhì)量m＝eq\f(m0,\r(1－\f(v2,c2))).【例3】一個(gè)原來靜止的電子，經(jīng)電場(chǎng)加速后速度為v＝6×106m/s.問電子的質(zhì)量增大了還是減小了？改變了百分之幾？答案增大了%解析根據(jù)愛因斯坦的狹義相對(duì)論m＝eq\f(m0,\r(1－\f(v2,c2)))得，運(yùn)動(dòng)后的質(zhì)量增大了，且m＝eq\f(m0,\r(1－\f(v2,c2)))＝eq\f(m0,\r(1－\f(（6×106）2,（3×108）2)))≈2m0，所以改變的百分比為eq\f(m－m0,m0)×100%＝%.針對(duì)訓(xùn)練在粒子對(duì)撞機(jī)中，有一個(gè)電子經(jīng)過高電壓加速，速度達(dá)到，則此時(shí)電子的質(zhì)量變?yōu)殪o止時(shí)的________倍．答案解析由于電子的速度接近光速，所以質(zhì)量變化明顯，根據(jù)愛因斯坦狹義相對(duì)論中運(yùn)動(dòng)質(zhì)量與靜止質(zhì)量的關(guān)系得m＝eq\f(m0,\r(1－\f(v2,c2)))＝eq\f(m0,\r(1－\f(1,4)))≈.1．下列說法中正確的是()A．牛頓運(yùn)動(dòng)定律就是經(jīng)典力學(xué)B．經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)是牛頓運(yùn)動(dòng)定律C．牛頓運(yùn)動(dòng)定律可以解決自然界中所有的問題D．經(jīng)典力學(xué)可以解決自然界中所有的問題答案B解析經(jīng)典力學(xué)并不等于牛頓運(yùn)動(dòng)定律，牛頓運(yùn)動(dòng)定律只是經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)；經(jīng)典力學(xué)并非萬能，也有其適用范圍，并不能解決自然界中所有的問題，沒有哪個(gè)理論可以解決自然界中所有的問題．因此只有搞清牛頓運(yùn)動(dòng)定律和經(jīng)典力學(xué)的隸屬關(guān)系，明確經(jīng)典力學(xué)的適用范圍，才能正確解決此類問題，所以選B.2．牛頓定律不適用于下列哪些情況()A．研究原子中電子的運(yùn)動(dòng)B．研究“神舟”七號(hào)飛船的高速發(fā)射C．研究地球繞太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)D．研究飛機(jī)從北京飛往紐約的航線答案A解析牛頓力學(xué)屬于經(jīng)典力學(xué)的研究范疇，適用于宏觀、低速運(yùn)動(dòng)的物體，并注意到低速和高速的標(biāo)準(zhǔn)是相對(duì)于光速，可判定牛頓定律適用于B、C、D中描述的運(yùn)動(dòng)，而A不適用．對(duì)質(zhì)量和速度關(guān)系的認(rèn)識(shí)3．日常生活中，我們并沒發(fā)現(xiàn)物體的質(zhì)量隨物體運(yùn)動(dòng)的速度變化而變化，其原因是()A．運(yùn)動(dòng)中物體無法稱量質(zhì)量B．物體的速度遠(yuǎn)小于光速，質(zhì)量變化極小C．物體的質(zhì)量太大D．物體的質(zhì)量不隨速度的變化而變化答案B解析根據(jù)狹義相對(duì)論m＝eq\f(m0,\r(1－\f(v2,c2)))可知，在宏觀物體的運(yùn)動(dòng)中，v?c，所以m變化不大，而不是因?yàn)槲矬w的質(zhì)量太大或無法測(cè)量，也不是因?yàn)橘|(zhì)量不隨速度的變化而變化，正確選項(xiàng)是B.4．如果真空中的光速為c＝×108m/s，當(dāng)一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)速度為v1＝×108m/s時(shí)，質(zhì)量為3kg.當(dāng)它的速度為×108m/s時(shí)，質(zhì)量為多少？答案kg解析根據(jù)狹義相對(duì)論，m＝eq\f(m0,\r(1－\f(v2,c2)))，由題意知m1＝eq\f(m0,\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v1,c)))\s\up12(2)))，m2＝eq\f(m0,\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v2,c)))\s\up12(2)))所以eq\f(m1,m2)＝eq\f(\r(1－\f(veq\o\al(2,2),c2)),\r(1－\f(veq\o\al(2,1),c2)))＝eq\f(\f(4,5),\f(3,5))＝eq\f(4,3)，所以m2＝eq\f(3,4)m1＝kg.(時(shí)間：60分鐘)題組一對(duì)經(jīng)典力學(xué)的認(rèn)識(shí)1．關(guān)于經(jīng)典力學(xué)的偉大成就，下列論述正確的是()A．經(jīng)典力學(xué)第一次實(shí)現(xiàn)了對(duì)自然界認(rèn)識(shí)的理論大綜合B．經(jīng)典力學(xué)第一次預(yù)言了宇宙中黑洞的存在C．經(jīng)典力學(xué)第一次向人們展示了時(shí)間的相對(duì)性D．人們借助于經(jīng)典力學(xué)中的研究方法，建立了完整的經(jīng)典物理學(xué)體系答案AD解析經(jīng)典力學(xué)把天上物體和地面上物體的運(yùn)動(dòng)統(tǒng)一起來，從力學(xué)上證明了自然界的多樣性的統(tǒng)一，第一次實(shí)現(xiàn)了人類對(duì)自然界認(rèn)識(shí)的理論大綜合．在研究方法上，人們把經(jīng)典力學(xué)中行之有效的實(shí)驗(yàn)與數(shù)學(xué)相結(jié)合的方法推廣到物理學(xué)的各個(gè)分支上，相繼建立了熱學(xué)、聲學(xué)、光學(xué)、電磁學(xué)等，形成了完整的經(jīng)典物理學(xué)體系．綜上所述，應(yīng)選A、D.2．關(guān)于經(jīng)典力學(xué)的局限性，下列說法正確的是()A．經(jīng)典力學(xué)沒有局限性B．經(jīng)典力學(xué)的應(yīng)用受到物體運(yùn)動(dòng)速度的限制，當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)的速度接近于真空中的光速時(shí)，經(jīng)典力學(xué)就不適用了C．經(jīng)典力學(xué)不適用于微觀領(lǐng)域中物質(zhì)結(jié)構(gòu)和能量不連續(xù)的現(xiàn)象D．經(jīng)典力學(xué)的時(shí)間和空間分離的觀點(diǎn)不對(duì)答案BCD解析經(jīng)典力學(xué)僅適用于宏觀、低速運(yùn)動(dòng)的物體，當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)的速度接近于真空中的光速時(shí)，經(jīng)典力學(xué)就不再適用了，B對(duì)；經(jīng)典力學(xué)無法解釋微觀領(lǐng)域中物質(zhì)結(jié)構(gòu)和能量不連續(xù)的現(xiàn)象，C對(duì)；同樣D也對(duì)．3．經(jīng)典力學(xué)不能適用于下列哪些運(yùn)動(dòng)()A．火箭的發(fā)射B．宇宙飛船繞地球的運(yùn)動(dòng)C．“勇氣號(hào)”宇宙探測(cè)器的運(yùn)動(dòng)D．以99%倍光速運(yùn)行的電子束答案D解析經(jīng)典力學(xué)在低速運(yùn)動(dòng)的廣闊領(lǐng)域(包括天體力學(xué)的研究)中，經(jīng)受了實(shí)踐的檢驗(yàn)，取得了巨大的成就，但在高速領(lǐng)域不再適用，故選項(xiàng)A、B、C適用．4．繼哥白尼提出“太陽(yáng)中心說”、開普勒提出行星運(yùn)動(dòng)三定律后，牛頓站在前人的肩膀上，創(chuàng)立了經(jīng)典力學(xué)，揭示了包括行星在內(nèi)的宏觀物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；愛因斯坦既批判了牛頓力學(xué)的不足，又進(jìn)一步發(fā)展了牛頓的經(jīng)典力學(xué)，創(chuàng)立了相對(duì)論，這說明()A．世界無限擴(kuò)大，人不可能認(rèn)識(shí)世界，只能認(rèn)識(shí)世界的一部分B．人的意識(shí)具有能動(dòng)性，能夠正確地反映客觀世界C．人對(duì)世界的每一個(gè)正確認(rèn)識(shí)都有局限性，需要發(fā)展和深化D．每一個(gè)認(rèn)識(shí)都可能被后人推翻，人不可能獲得正確的認(rèn)識(shí)答案BC解析發(fā)現(xiàn)總是來自于認(rèn)識(shí)的過程，愛因斯坦的相對(duì)理論并沒有否定經(jīng)典力學(xué)，而是對(duì)牛頓力學(xué)理論的發(fā)展和深化，但也有人正在向愛因斯坦理論挑戰(zhàn)，故A、D錯(cuò)誤，B、C正確．5．下列說法正確的是()A．經(jīng)典力學(xué)中物體的質(zhì)量是不變的B．經(jīng)典力學(xué)中的時(shí)間和空間是獨(dú)立于物體及其運(yùn)動(dòng)的C．萬有引力定律適用于強(qiáng)作用力D．物體的速度可以是任意值答案AB6．通過一個(gè)加速裝置對(duì)電子加一很大的恒力，使電子從靜止開始加速，則對(duì)這個(gè)加速過程，下列描述正確的是()A．根據(jù)牛頓第二定律，電子將不斷做勻加速直線運(yùn)動(dòng)B．電子先做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，后以光速做勻速直線運(yùn)動(dòng)C．電子開始近似于勻加速直線運(yùn)動(dòng)，后來質(zhì)量增大，牛頓運(yùn)動(dòng)定律不再適用D．電子是微觀粒子，整個(gè)加速過程根本就不能用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解釋答案C解析電子在加速裝置中由靜止開始加速，開始階段速度較低，遠(yuǎn)低于光速，此時(shí)牛頓運(yùn)動(dòng)定律基本適用，可以認(rèn)為在它被加速的最初階段，它做勻加速直線運(yùn)動(dòng)．隨著電子的速度越來越大，接近光速時(shí)，相對(duì)論效應(yīng)越來越大，質(zhì)量加大，它不再做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，牛頓運(yùn)動(dòng)定律不再適用．題組二對(duì)經(jīng)典力學(xué)與狹義相對(duì)論、量子力學(xué)關(guān)系的認(rèn)識(shí)7．物理學(xué)的發(fā)展豐富了人類對(duì)物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)，推動(dòng)了科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新和革命，促進(jìn)了物質(zhì)生產(chǎn)的繁榮與人類文明的進(jìn)步．下列表述正確的是()A．牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律B．牛頓通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了萬有引力定律C．相對(duì)論的創(chuàng)立表明經(jīng)典力學(xué)已不再適用D．愛因斯坦建立了狹義相對(duì)論，把物理學(xué)推廣到高速領(lǐng)域答案AD解析萬有引力定律是牛頓發(fā)現(xiàn)的，但在實(shí)驗(yàn)室里加以驗(yàn)證是卡文迪許進(jìn)行的，A對(duì)，B錯(cuò)；相對(duì)論并沒有否定經(jīng)典力學(xué)，經(jīng)典力學(xué)對(duì)于低速、宏觀物體的運(yùn)動(dòng)仍適用，C錯(cuò)；狹義相對(duì)論的建立，是人類取得的重大成就，從而把物理學(xué)推廣到高速領(lǐng)域，D對(duì)．8．關(guān)于經(jīng)典力學(xué)和狹義相對(duì)論，下列說法中正確的是()A．經(jīng)典力學(xué)只適用于低速運(yùn)動(dòng)，不適用于高速運(yùn)動(dòng)(速度接近于真空中的光速)B．狹義相對(duì)論只適用于高速運(yùn)動(dòng)(速度接近于真空中的光速)，不適用于低速運(yùn)動(dòng)C．經(jīng)典力學(xué)既適用于低速運(yùn)動(dòng)，也適用于高速運(yùn)動(dòng)(速度接近于真空中的光速)D．狹義相對(duì)論既適用于高速運(yùn)動(dòng)(速度接近于真空中的光速)，也適用于低速運(yùn)動(dòng)答案AD解析經(jīng)典力學(xué)只適用于低速運(yùn)動(dòng)，不適用于高速運(yùn)動(dòng)，狹義相對(duì)論是普遍適用的，故A、D項(xiàng)正確．9．下列說法中正確的是()A．經(jīng)典力學(xué)適用于任何情況下的任何物體B．狹義相對(duì)論否定了經(jīng)典力學(xué)C．量子力學(xué)能夠描述微觀粒子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律性D．萬有引力定律也適用于強(qiáng)相互作用力答案C解析經(jīng)典力學(xué)只適用于宏觀、低速、弱引力的情況，故A項(xiàng)是錯(cuò)誤的；狹義相對(duì)論沒有否定經(jīng)典力學(xué)，在宏觀低速情況下，相對(duì)論的結(jié)論與經(jīng)典力學(xué)沒有區(qū)別，故B項(xiàng)是錯(cuò)誤的；量子力學(xué)正確描述了微觀粒子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律性，故C項(xiàng)是正確的；萬有引力定律只適用于弱相互作用力，而對(duì)于強(qiáng)相互作用力是不適用的，故D項(xiàng)是錯(cuò)誤的．題組三對(duì)質(zhì)量和速度關(guān)系的認(rèn)識(shí)10．對(duì)于公式m＝eq\f(m0,\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))\s\up12(2