第六章6牛顿定律局限

　 6　经典力学的局限性一、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宏观、低速、弱引力的广阔领域，包括天体力学的研究中，取得了巨大的成就．2．狭义相对论阐述的是物体以接近光的速度运动时所遵从的规律．3．在经典力学中，物体的质量是不变的，而狭义相对论指出，质量要随物体运动速度的增大而增大，即m＝，两者在速度远小于光速的条件下是统一的．4．经典力学认为位移和时间的测量与参考系无(填“有”或“无”)关，相对论认为，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．想一想　对于高速运动的物体，它的质量随着速度的增加怎样变化？答案　在经典力学中，一个物体的质量在任何时候都不变，但在相对论中，某物体的质量随着速度的增加而变大．二、从宏观到微观1．电子、质子、中子等微观粒子不仅具有粒子性，同时还具有波动性，量子力学能够正确地描述微观粒子的运动规律．2．经典力学只适用于宏观、低速运动，不适用于微观、高速运动．想一想　牛顿第二定律属经典力学理论，它在高速世界还适用吗？答案　不再适用．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．三、从弱引力到强引力1．1915年，爱因斯坦创立了广义相对论．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论没有区别；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．想一想　相对论与量子力学的出现是否否定了经典力学？答案　相对论与量子力学的出现，说明人类对自然界的认识更加广泛和深入，而不表示经典力学已失去了意义，它只是使人们认识到经典力学有它的适用范围，经典力学是相对论与量子力学的特例．一、对经典力学的认识1．成就：

　　经典力学是以牛顿运动定律为核心的矢量力学，有时也泛指描述低速、宏观物体机械运动的经典力学体系．经典力学的建立标志着近代自然科学的诞生，形成了一个以实验为基础，以数学为表达形式的力学科学体系．2．运用范围：在弱引力的情况下，牛顿引力理论适用；在强引力的情况下，牛顿引力理论不再适用．低速运动的宏观物体，经典力学适用；而高速微观领域，经典力学不再适用，需要用相对论知识来处理．3．低速与高速：通常所见物体的运动皆为低速运动，如行驶的汽车、发射的导弹、人造地球卫星及宇宙飞船等，速度可以与光速相接近的速度称为高速．【例1】　20世纪以来，人们发现了一些新的事实，而经典力学却无法解释．经典力学只适用于解决物体的低速运动问题，不能用来处理高速运动问题；只适用于宏观物体，一般不适用于微观粒子，这说明(

　)A．随着认识的发展，经典力学已成了过时的理论B．人们对客观事物的具体认识在广度上是有局限性的C．不同领域的事物各有其本质与规律D．人们应当不断扩展认识，在更广阔的领域内掌握不同事物的本质与规律【例2】　以下说法正确的是(

　)A．经典力学理论普遍适用，大到天体，小到微观粒子均适用B．经典力学理论具有一定的局限性C．在经典力学中，物体的质量不随运动状态改变而改变D．相对论和量子力学否定了经典力学理论二、对质量和速度关系的认识质量是物体的固有属性，是相对不变的，这一结论成立的前提是物体做低速运动，但当物体的速度接近光速时，物体的运动质量m与静止质量m0可能存在较大差别．当物体运动的速度为v时，其运动质量m＝.【例3】　一个原来静止的电子，经电场加速后速度为v＝6×106 m/s.问电子的质量增大了还是减小了？改变了百分之几？针对训练　在粒子对撞机中，有一个电子经过高电压加速，速度达到0.5c，则此时电子的质量变为静止时的________倍．巩固练习1．下列说法中正确的是(

　)A．牛顿运动定律就是经典力学B．经典力学的基础是牛顿运动定律C．牛顿运动定律可以解决自然界中所有的问题D．经典力学可以解决自然界中所有的问题2．牛顿定律不适用于下列哪些情况(

　)A．研究原子中电子的运动B．研究“神舟”七号飞船的高速发射C．研究地球绕太阳的运动D．研究飞机从北京飞往纽约的航线3．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4．如果真空中的光速为c＝3.0×108 m/s，当一个物体的运动速度为v1＝2.4×108 m/s时，质量为3 kg.当它的速度为1.8×108 m/s时，质量为多少？5．关于经典力学的伟大成就，下列论述正确的是(

　)A．经典力学第一次实现了对自然界认识的理论大综合B．经典力学第一次预言了宇宙中黑洞的存在C．经典力学第一次向人们展示了时间的相对性D．人们借助于经典力学中的研究方法，建立了完整的经典物理学体系6．关于经典力学的局限性，下列说法正确的是(

　)A．经典力学没有局限性B．经典力学的应用受到物体运动速度的限制，当物体运动的速度接近于真空中的光速时，经典力学就不适用了C．经典力学不适用于微观领域中物质结构和能量不连续的现象D．经典力学的时间和空间分离的观点不对7．经典力学不能适用于下列哪些运动(

　)A．火箭的发射B．宇宙飞船绕地球的运动C．“勇气号”宇宙探测器的运动D．以99%倍光速运行的电子束8．继哥白尼提出“太阳中心说”、开普勒提出行星运动三定律后，牛顿站在前人的肩膀上，创立了经典力学，揭示了包括行星在内的宏观物体的运动规律；爱因斯坦既批判了牛顿力学的不足，又进一步发展了牛顿的经典力学，创立了相对论，这说明(

　)A．世界无限扩大，人不可能认识世界，只能认识世界的一部分B．人的意识具有能动性，能够正确地反映客观世界C．人对世界的每一个正确认识都有局限性，需要发展和深化D．每一个认识都可能被后人推翻，人不可能获得正确的认识9．下列说法正确的是(

　)A．经典力学中物体的质量是不变的B．经典力学中的时间和空间是独立于物体及其运动的C．万有引力定律适用于强作用力D．物体的速度可以是任意值10．通过一个加速装置对电子加一很大的恒力，使电子从静止开始加速，则对这个加速过程，下列描述正确的是(

　)A．根据牛顿第二定律，电子将不断做匀加速直线运动B．电子先做匀加速直线运动，后以光速做匀速直线运动C．电子开始近似于匀加速直线运动，后来质量增大，牛顿运动定律不再适用D．电子是微观粒子，整个加速过程根本就不能用牛顿运动定律解释11．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，把物理学推广到高速领域12．关于经典力学和狭义相对论，下列说法中正确的是(

　)A．经典力学只适用于低速运动，不适用于高速运动(速度接近于真空中的光速)B．狭义相对论只适用于高速运动(速度接近于真空中的光速)，不适用于低速运动C．经典力学既适用于低速运动，也适用于高速运动(速度接近于真空中的光速)D．狭义相对论既适用于高速运动(速度接近于真空中的光速)，也适用于低速运动13．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14．对于公式m＝，下列说法中正确的是(

　)A．公式中的m0是物体以速度v运动时的质量B．当物体运动速度v>0时，物体的质量m>m0，即物体的质量改变了，故经典力学不适用C．当物体以较小的速度运动时，质量变化十分微小，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，故经典力学仅适用于低速运动，而不适用于高速运动D．通常由于物体的速度太小，质量的变化不能引起我们的感觉，在分析地球上物体的运动时，不必考虑质量变化15．电子的静止质量为me，加速后的电子相对实验室的速度是c(c为光速)，在实验室中观察到的电子的质量是多大？16．一个静止质量m0＝1 kg的物体，与地球一起绕太阳公转的速度为30 m/s，在相应的惯性参考系中，观测者测得该物体的质量为多少？