第六章 6牛顿定律的局限

玛丽莲梦兔
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2021年02月11日 06:10
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-

2021年2月11日发(作者:懦弱的拼音)


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


=


m


0


v


2


1


-


2


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


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,


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.


< p>
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



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


m


=


m


0


.


v


2


1

< p>
-


2


c


【例


3


】



一个原来静止的电子 ,


经电场加速后速度为


v


=

< p>
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

< p>
=


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


-


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