2020高中物理 第章 經(jīng)典力學(xué)的局限性教案 2

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精PAGE11-學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精6.經(jīng)典力學(xué)的局限性[學(xué)習(xí)目標(biāo)]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．（重點）3.知道速度對質(zhì)量的影響及光速不變原理．(難點)4.了解科學(xué)理論的相對性，體會科學(xué)理論是不斷發(fā)展和完善的．一、從低速到高速速度遠(yuǎn)小于光速接近光速運動物理理論經(jīng)典力學(xué)相對論質(zhì)量與速度的關(guān)系物體的質(zhì)量是不隨運動狀態(tài)改變的物體的質(zhì)量隨著物體運動速度的增大而增大，m＝m0/eq\r(1－\f(v2，c2））位移、時間與參考系的關(guān)系位移的測量、時間的測量都與參考系無關(guān)同一過程的位移和時間的測量在不同參考系中是不同的二、從宏觀到微觀、從弱引力到強引力1．微觀世界電子、質(zhì)子、中子等微觀粒子的運動規(guī)律在很多情況下不能用經(jīng)典力學(xué)來說明,而量子力學(xué)能夠正確地描述微觀粒子的運動規(guī)律．2．經(jīng)典力學(xué)的適用范圍經(jīng)典力學(xué)適用于低速運動，不適用于高速運動，適用于宏觀世界，不適用于微觀世界．3．從弱引力到強引力（1)1915年,愛因斯坦創(chuàng)立了廣義相對論,這是一種新的時空與引力的理論．在強引力的情況下，牛頓的引力理論不再適用．(2）當(dāng)物體的運動速度遠(yuǎn)小于光速c（3×108m/s)時，相對論物理學(xué)與經(jīng)典物理學(xué)的結(jié)構(gòu)沒有區(qū)別．當(dāng)另一個重要常數(shù)即“普朗克常量”（6.63×10－34J·s）可以忽略不計時，量子力學(xué)和經(jīng)典力學(xué)的結(jié)論沒有區(qū)別．1．思考判斷（正確的打“√”，錯誤的打“×”）(1)在經(jīng)典力學(xué)中,位移的測量與參考系的運動情況無關(guān)． (√）（2)在相對論力學(xué)中，運動的時鐘和靜止的時鐘快慢相同． (×）(3)在相對論力學(xué)中,高速運動的物體質(zhì)量要變?。?(×）(4）經(jīng)典力學(xué)一般不適用于微觀粒子． (√）（5）萬有引力定律適用于中子星表面引力的計算． （×）2．下列物體的運動不能用經(jīng)典力學(xué)描述的是()A．飛機的飛行 B．人造衛(wèi)星的運行C．小汽車的行駛 D．光子的運動D［經(jīng)典力學(xué)適用于低速宏觀的物體,A、B、C不符合題意，選項D符合題意．］3．關(guān)于經(jīng)典力學(xué)的局限性，下列說法正確的是()A．火車提速后,有關(guān)速度問題不能用經(jīng)典力學(xué)來處理B．由于經(jīng)典力學(xué)有局限性，所以一般力學(xué)問題都用相對論力學(xué)來解決C．經(jīng)典力學(xué)適用于宏觀低速運動的物體D．經(jīng)典力學(xué)只適用于像地球和太陽那樣大的宏觀物體C[經(jīng)典力學(xué)是有局限性，經(jīng)典力學(xué)適用于宏觀低速運動的物體,但對于一般力學(xué)問題仍能用經(jīng)典力學(xué)來解決，所以即使在火車提速后,有關(guān)速度問題仍能用經(jīng)典力學(xué)來處理，故A、B錯誤，C正確；經(jīng)典力學(xué)不僅適用于像地球和太陽那樣大的宏觀物體，也適用一般尺寸的宏觀物體，故D錯誤．故選C.]物體速度對質(zhì)量的影響1．低速與高速的概念(1）低速：遠(yuǎn)小于光速的速度為低速，通常所見物體的運動，如行駛的汽車、發(fā)射的導(dǎo)彈、人造地球衛(wèi)星及宇宙飛船等物體的運動皆為低速運動．(2）高速：有些微觀粒子在一定條件下其速度可以與光速相接近，這樣的速度稱為高速．2．速度對質(zhì)量的影響(1)在經(jīng)典力學(xué)中，物體的質(zhì)量不隨速度而變．根據(jù)牛頓第二定律F＝ma知,物體在力F作用下做勻變速運動，只要時間足夠長，物體的運動速度就可以增加到甚至超過光速c。(2)愛因斯坦的狹義相對論指出，物體的質(zhì)量隨速度的增大而增大，即m＝eq\f(m0，\r（1－\f(v2,c2))),其中m0為物體靜止時的質(zhì)量，m是物體速度為v時的質(zhì)量，c是真空中的光速．在高速運動時，質(zhì)量的測量是與運動狀態(tài)密切相關(guān)的．3．速度對物理規(guī)律的影響：對于低速運動問題,一般用經(jīng)典力學(xué)規(guī)律來處理．對于高速運動問題，經(jīng)典力學(xué)已不再適用，需要用狹義相對論知識來處理．【例1】把電子從v1＝0.9c加速到v2＝0。97c時電子的質(zhì)量增加多少？（已知電子靜止質(zhì)量m0＝9.1×10－31kg)[解析］電子速度為v1時電子質(zhì)量為m1＝eq\f(m0,\r（1－\f(v1,c）2））＝eq\f(m0,\r(1－0.92））電子速度為v2時電子質(zhì)量為m2＝eq\f（m0，\r（1－\f(v2，c）2）)＝eq\f(m0,\r（1－0。972)）電子質(zhì)量增量為Δm＝m2－m1＝1.66×10－30kg.[答案］1.66×10－30kg物體的質(zhì)量與速度的關(guān)系從愛因斯坦的相對論可知：物體的速度越大，它的質(zhì)量就越大．當(dāng)物體的速度遠(yuǎn)小于光速時，其質(zhì)量的變化可以忽略;當(dāng)物體的速度接近光速時，質(zhì)量變化將很明顯,其質(zhì)量變化不可忽略．1．（多選)對于公式m＝eq\f(m0,\r（1－\f(v2,c2))），下列說法中正確的是（）A．式中的m0是物體以速度v運動時的質(zhì)量B．當(dāng)物體的運動速度v＞0時,物體的質(zhì)量m＞m0，即物體的質(zhì)量改變了,故經(jīng)典力學(xué)不再適用C．當(dāng)物體以較小速度運動時，質(zhì)量變化十分微小,經(jīng)典力學(xué)理論仍然適用,只有當(dāng)物體以接近光速的速度運動時,質(zhì)量變化才明顯,故經(jīng)典力學(xué)適用于低速運動，而不適用于高速運動D．通常由于物體的運動速度很小,故質(zhì)量的變化引不起我們的感覺，在分析地球上物體的運動時,不必考慮質(zhì)量的變化CD[公式中m0是物體的靜止質(zhì)量，m是物體以速度v運動時的質(zhì)量，選項A錯誤．由公式可知，只有當(dāng)v接近光速時，物體的質(zhì)量變化才明顯，一般情況下物體的質(zhì)量變化十分微小,故經(jīng)典力學(xué)仍然適用，選項C、D正確，B錯誤．]狹義相對論、量子理論、廣義相對論的比較1．區(qū)別狹義相對論經(jīng)典力學(xué)適用于低速運動的物體;狹義相對論闡述物體在以接近光速運動時所遵循的規(guī)律量子力學(xué)經(jīng)典力學(xué)適用于宏觀世界;量子力學(xué)能夠正確描述微觀粒子的運動規(guī)律廣義相對論經(jīng)典力學(xué)在弱引力的情況下與實驗結(jié)果符合得很好；愛因斯坦的廣義相對論能夠解釋強引力情況下的作用規(guī)律2.聯(lián)系（1)當(dāng)物體的運動速度遠(yuǎn)小于光速時，相對論物理學(xué)與經(jīng)典物理學(xué)的結(jié)論沒有區(qū)別．(2）當(dāng)另一個重要常數(shù)即“普朗克常量”可以忽略不計時，量子力學(xué)和經(jīng)典力學(xué)的結(jié)論沒有區(qū)別．【例2】（多選）關(guān)于經(jīng)典力學(xué)、相對論與量子論的說法正確的是(）A．當(dāng)物體的速度接近光速時，經(jīng)典力學(xué)就不適用了B．相對論和量子力學(xué)的出現(xiàn)，使經(jīng)典力學(xué)失去了意義C．量子力學(xué)能夠描述微觀粒子運動的規(guī)律性D．萬有引力定律也適用于強相互作用力AC[經(jīng)典力學(xué)只適用于低速宏觀的物體，故A正確;相對論和量子力學(xué)的出現(xiàn)，并沒有否定經(jīng)典力學(xué)，只是說經(jīng)典力學(xué)有一定的適用范圍，故B錯誤；量子力學(xué)描述了微觀粒子運動的規(guī)律性,故C正確；萬有引力定律只適用于弱相互作用力，而對于強相互作用力是不適用的,故D錯誤．]2．（多選)關(guān)于經(jīng)典力學(xué)、狹義相對論和量子力學(xué)，下列說法中正確的是(）A．狹義相對論和經(jīng)典力學(xué)是相互對立的兩種理論B．在物體高速運動時，物體的運動規(guī)律服從狹義相對論理論，在低速運動時，物體的運動規(guī)律服從牛頓運動定律C．經(jīng)典力學(xué)適用于宏觀物體的運動,量子力學(xué)適用于微觀粒子的運動D．不論是宏觀物體，還是微觀粒子,經(jīng)典力學(xué)和量子力學(xué)都是適用的BC[相對論并沒有否定經(jīng)典力學(xué)，而是認(rèn)為經(jīng)典力學(xué)是相對論理論在一定條件下的特殊情形，A錯誤；經(jīng)典力學(xué)適用于宏觀物體的低速運動,對于微觀粒子的高速運動問題,經(jīng)典力學(xué)不再適用,但相對論、量子力學(xué)適用，選項B、C正確，D錯誤．］課堂小結(jié)1.在經(jīng)典力學(xué)中，物體的質(zhì)量是固定不變的；狹義相對論中指出質(zhì)量隨速度的變化而變化,其關(guān)系式為m＝eq\f(m0，\r（1－\f（v2,c2）))。2．經(jīng)典力學(xué)能精確地描述宏觀物體的運動規(guī)律;量子力學(xué)能正確描述微觀粒子的運動規(guī)律．3．量子力學(xué)和相對論都沒有否定過去的科學(xué),而只認(rèn)為過去的科學(xué)是自己在一定條件下的特殊情形。知識脈絡(luò)1．(多選）經(jīng)典力學(xué)規(guī)律適用于下列運動的是(）A．子彈的飛行B．飛船繞地球的運行C．列車的運行D．粒子接近光速的運動ABC[經(jīng)典力學(xué)的適用范圍是宏觀、低速情形，子彈的飛行、飛船繞地球的運行、列車的運動，經(jīng)典力學(xué)能適用，故A、B、C正確；對于微觀、高速的情形經(jīng)典力學(xué)不適用,故D錯誤．］2．關(guān)于經(jīng)典力學(xué)，下列說法正確的是(）A．僅適用于微觀粒子的運動B．適用于宏觀物體的低速運動C．經(jīng)典力學(xué)中,物體的質(zhì)量與其運動速度有關(guān)D．經(jīng)典力學(xué)中，物體的長度與其運動速度有關(guān)B[經(jīng)典力學(xué)使用條件為：宏觀,低速．對微觀,高速度運動不再適用，故A錯誤,B正確．在相對論力學(xué)中，物體的質(zhì)量、長度與其運動速度有關(guān)；經(jīng)典力學(xué)中,物體的質(zhì)量、長度與其運動速度無關(guān),故C、D錯誤．故選B。]3．關(guān)于經(jīng)典力學(xué)和量子力學(xué)，下列說法中正確的是（)A．不論是對宏觀物體,還是微觀粒子，經(jīng)典力學(xué)和量子力學(xué)都是適用的B．量子力學(xué)適用于宏觀物體的運動；經(jīng)典力學(xué)適用于微觀粒子的運動C．經(jīng)典力學(xué)適用于宏觀物體的運動;量子力學(xué)適用于微觀粒子的運動D．上述說法都是錯誤的C［經(jīng)典力學(xué)適用于低速運動、宏觀物體，不適用于高速、微觀粒子．量子力學(xué)不適用于宏觀物體,適用于微觀粒子，故選項C正確．］4．日常生活中，我們并沒發(fā)現(xiàn)