新高中物理第六章万有引力与航天第六节经典力学的局限性课堂探 究学案新人教版必修2 课堂探究 探究一经典力学与相对论、量子理论的比较 问题导引 如图为设在美国伊利诺伊州费米实验室的圆形粒子加速器(或称同步回旋加速器),电子 经加速器加速后,能量可达到100GeV,电子速度达到0.999999999987倍的光速。这时 经典力学的规律还适用吗 提示:经典力学在低速运动的广阔领域(包括天体力学的研究)中,经受了实践的检验 取得了巨大的成就,但在高速领域不再适用 名师精讲 1.经典力学适用于低速运动的物体,不适用于高速(接近光速)运动的物体,狭义相对 论阐述物体在以接近光的速度运动时所遵从的规律 2.经典力学适用于宏观世界,一般不适用于微观粒子,而量子力学则能够正确描述微 观粒子的运动规律。 3.在弱引力的情况下,牛顿万有引力定律与实验结果符合的很好,而在强引力的情况 下,万有引力定律不再适用。而爱因斯坦的广义相对论则能够解释强引力情况下的作用规律, 4.相对论和量子力学并没有否定经典力学,经典力学是二者在一定条件下的特殊情形。 警示经典力学的适用范围是宏观,低速,弱引力等,但对于微观、高速、强引力问题 却不适用。量子力学则能够正确描述微观粒子的运动规律,而高速、强引力问题则要用相对 论去解释。 【例1】(多选)关于经典力学和狭义相对论,以下说法中正确的是 A.经典力学只适用于低速运动,不适用于高速运动(速度接近真空中的光速) B.狭义相对论只适用于高速运动(速度接近真空中的光速),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(速度接近真空中的光速) 狭义相对论既适用于高速运动(速度接近真空中的光速),也适用于低速运动 解析:狭义相对论既适用于高速运动的物体,也适用于低速运动的物体,经典力学是狭 1/3
1 / 3 新高中物理第六章万有引力与航天第六节经典力学的局限性课堂探 究学案新人教版必修 2 课堂探究 探究一 经典力学与相对论、量子理论的比较 问题导引 如图为设在美国伊利诺伊州费米实验室的圆形粒子加速器(或称同步回旋加速器)，电子 经加速器加速后，能量可达到 100 GeV，电子速度达到 0.999 999 999 987 倍的光速。这时 经典力学的规律还适用吗？ 提示：经典力学在低速运动的广阔领域(包括天体力学的研究)中，经受了实践的检验， 取得了巨大的成就，但在高速领域不再适用。 名师精讲 1．经典力学适用于低速运动的物体，不适用于高速(接近光速)运动的物体，狭义相对 论阐述物体在以接近光的速度运动时所遵从的规律。 2．经典力学适用于宏观世界，一般不适用于微观粒子，而量子力学则能够正确描述微 观粒子的运动规律。 3．在弱引力的情况下，牛顿万有引力定律与实验结果符合的很好，而在强引力的情况 下，万有引力定律不再适用。而爱因斯坦的广义相对论则能够解释强引力情况下的作用规律。 4．相对论和量子力学并没有否定经典力学，经典力学是二者在一定条件下的特殊情形。 警示 经典力学的适用范围是宏观，低速，弱引力等，但对于微观、高速、强引力问题 却不适用。量子力学则能够正确描述微观粒子的运动规律，而高速、强引力问题则要用相对 论去解释。 【例 1】 (多选)关于经典力学和狭义相对论，以下说法中正确的是( ) A．经典力学只适用于低速运动，不适用于高速运动(速度接近真空中的光速) B．狭义相对论只适用于高速运动(速度接近真空中的光速)，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(速度接近真空中的光速) D．狭义相对论既适用于高速运动(速度接近真空中的光速)，也适用于低速运动 解析：狭义相对论既适用于高速运动的物体，也适用于低速运动的物体，经典力学是狭
义相对论在一定条件下的特殊情形,只适用于低速运动的物体 答案:AD 题后反思要比较经典力学和相对论的区别,关键不但要知道各自的适用范围,还要区 分开两个速度:速度远小于真空中光速的,称为低速;速度接近于真空中光速的,称为高速。 探究二从低速到高速引起的变化 问题导引 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 m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。但日常生活中, 我们并没有发现物体的质量随物体运动速度的变化而变化,为什么呢? 提示:在宏观物体的运动中,Kc,所以质量变化不大,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 名师精讲 1.低速与高速的概念 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。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。 速度对质量的影响 在经典力学中,物体的质量是不变的,但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= 其中属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 对低速运动问题,一般用经典力学规律来处理。对高速运动问题,经典力学已不再适用, 需要用相对论知识来处理 【例2】(多选)关于公式mF= 下列说法中正确的是() A.公式中的m是物体以速度v运动时的质量 B.当物体的运动速度p>0时,物体的质量m>m,即物体的质量改变了,故经典力学 不适用 C.当物体以较小速度运动时,质量变化十分微弱,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,故经典力学适用于低速运动,而不适用于高速运动 D.通常由于物体的运动速度太小,故质量的变化引不起我们的感觉。在分析地球上物 2/3
2 / 3 义相对论在一定条件下的特殊情形，只适用于低速运动的物体。 答案：AD 题后反思 要比较经典力学和相对论的区别，关键不但要知道各自的适用范围，还要区 分开两个速度：速度远小于真空中光速的，称为低速；速度接近于真空中光速的，称为高速。 探究二 从低速到高速引起的变化 问题导引 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 1－ v 2 c 2 ，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。但日常生活中， 我们并没有发现物体的质量随物体运动速度的变化而变化，为什么呢？ 提示：在宏观物体的运动中，v≪c，所以质量变化不大，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。 名师精讲 1．低速与高速的概念 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。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 在经典力学中，物体的质量是不变的，但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 1－ v 2 c 2 ，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 对低速运动问题，一般用经典力学规律来处理。对高速运动问题，经典力学已不再适用， 需要用相对论知识来处理。 【例 2】 (多选)关于公式 m＝ m0 1－ v 2 c 2 ，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．当物体的运动速度 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．当物体以较小速度运动时，质量变化十分微弱，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，故经典力学适用于低速运动，而不适用于高速运动 D．通常由于物体的运动速度太小，故质量的变化引不起我们的感觉。在分析地球上物
体的运动时,不必考虑质量的变化 解析:公式中的踢是物体静止时的质量,m是物体以速度v运动时的质量,故A错误 由公式可知,只有当v接近光速时,物体的质量变化才明显,一般情况下物体的质量变化十 分微小,故经典力学仍然适用,B错误,CD正确。 答案:CD 题后反思低速运动的物体质量可以认为不发生变化,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m就会存在较大差别 3/3
3 / 3 体的运动时，不必考虑质量的变化 解析：公式中的 m0 是物体静止时的质量，m 是物体以速度 v 运动时的质量，故 A 错误； 由公式可知，只有当 v 接近光速时，物体的质量变化才明显，一般情况下物体的质量变化十 分微小，故经典力学仍然适用，B 错误，CD 正确。 答案：CD 题后反思 低速运动的物体质量可以认为不发生变化，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 就会存在较大差别