第六章 6牛顿定律的局限
-
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、
p>
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
=
m
0
v
2
1
-
2
p>
c
,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<
/p>
.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
p>
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
×
10
8
m/s)
时,
p>
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
< br>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.
< br>
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
】
<
/p>
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
p>
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
m
0
可能存在较大差别.当物
体
运动的速度为
v
时,其运动质量
p>
m
=
m
0
.
v
2
1
-
2
c
【例
3
】
一个原来静止的电子
,
经电场加速后速度为
v
=
6
×
10
6
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
0.5
c
,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
×
10
8
m/s
,当一个物
体的运动速度为
v
1
=
2.4
×
10
8
m/s
时,
质量为
3 kg.
当它的速度为
1.8
×
10
8
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