【配套K12】通用版2018_2019版高考物理总复习主题二相互作用与运动定律2.2.8经典力学的局

2.2.8 经典力学的局限性

1.从低速到高速

2.从宏观到微观

(1)微观世界：电子、质子、中子等微观粒子的运动规律在很多情况下不能用经典力学来说明，而量子力学能够正确地描述微观粒子的运动规律。

(2)经典力学的适用范围：只适用于低速运动，不适用于高速运动；只适用于宏观世界，不适用于微观世界。

3.从弱引力到强引力

(1)1915年，爱因斯坦创立了广义相对论，这是一种新的时空与引力的理论。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(3×108m/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”(6.63×10－34J·s)可以忽略不计时，量子力学和经典力学的结论没有区别。

思考判断

(1)洲际导弹的速度有时可达到6 000 m/s，这一速度属于相对论中的高速。(×)

(2)质量是物体的固有属性，任何时候都不会变。(×)

(3)对于高速物体，它的质量随着速度的增加而变大。(√) (4)经典力学不适用于高速运动的物体，但适用于微观世界。(×)

(5)对于宏观物体的低速运动问题，相对论、量子力学与经典力学是一致的。(√)

经典力学的局限性

[要点归纳] 1.低速与高速的概念

(1)低速：通常所见物体的运动，如行驶的汽车、发射的导弹、人造地球卫星及宇宙飞船等物体的运动皆为低速运动。

(2)高速：有些微观粒子在一定条件下速度可以接近光速，这样的速度称为高速。 2.速度对质量的影响

(1)在经典力学中，物体的质量不随速度而改变。根据牛顿第二定律F ＝ma 知，物体在力F 作用下做匀变速运动，只要时间足够长，物体的运动速度就可以增加到光速c 。 (2)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 ＝

m 01－v 2c

2

。其中

m 0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：对于低速运动问题，一般用经典力学规律来处理。对于高速运动问题，经典力学已不再适用，需要用相对论知识来处理。 [精典示例]

[例1] 如果真空中的光速为c ＝3×108

m/s ，当一个物体的运动速度为v 1＝2.4×108

m/s 时，质量为3 kg ，当它的速度为v 2＝1.8×108 m/s 时，质量为多少？ 思路探究

(1)在高速运动问题中，物体的质量还是恒定不变的吗？ (2)相对论中，物体的质量与速度的关系式：m ＝______。 答案 (1)不是，物体的质量随速度的增大而变大。 (2)

m 0

1－⎝ ⎛⎭

⎪

⎫v c 2

解析 根据m ＝

m 0

1－

v 2c 2

得m 1m 2

＝

1－v 22c

2

1－v 21c

2

，代入数据得m 2＝2.25 kg 。 答案 2.25 kg

[针对训练1] 下列说法正确的是( )

A.在经典力学中，物体的质量不随运动状态而改变，在狭义相对论中，物体的质量也不随运动状态而改变

B.在经典力学中，物体的质量随运动速度的增加而减小，在狭义相对论中，物体的质量随物体速度的增大而增大

C.在经典力学中，物体的质量是不变的，

在狭义相对论中，物体的质量随物体速度的增大而增大

D.上述说法都是错误的

解析 在经典力学中，物体的质量是不变的，根据狭义相对论可知，物体的质量随物体速度的增大而增大，二者在速度远小于光速时是统一的，故选项C 正确。 答案 C

经典力学与相对论、量子理论的关系

[要点归纳]

1.两种理论是历史发展的不同产物

我们对自然界的认识过程都是从肤浅到深刻，从片面到全面，一步步深入，一步步完善的，所以理论的完善也需要一个过程，在历史发展的不同阶段，人类建立了经典力学和相对论、量子力学两套物理学理论，经典力学理论不可能穷尽一切真理，必有其局限性，现在可认为经典力学理论是狭义相对论和量子理论的特例。 2.经典力学面临困难的解决 (1)高速问题——狭义相对论解决。 (2)强引力场问题——广义相对论解决。 (3)微观问题——量子论解决。 3.解题模型

(1)宏观低速型：经典力学处理。 (2)高速型(接近光速)：相对论处理。 (3)微观世界：量子理论处理。

[精典示例]

[例2] (多选)关于经典力学、狭义相对论和量子力学，下面说法中正确的是( )

A.狭义相对论和经典力学是相互对立、互不相容的两种理论

B.在物体高速运动时，物体的运动规律服从狭义相对论理论，在低速运动时，物体的运动服从牛顿运动定律

C.经典力学适用于宏观物体的运动，量子力学适用于微观粒子的运动

D.不论是宏观物体，还是微观粒子，经典力学和量子力学都是适用的

解析相对论并没有否定经典力学，而是认为经典力学是相对论理论在一定条件下的特殊情况，选项A错误；经典力学适用于宏观物体的低速运动，对于微观粒子的高速运动问题经典力学不再适用，但相对论、量子力学适用，故选项B、C正确，选项D错误。

答案BC

[针对训练2] 关于经典时空观和相对论时空观，下列说法错误的是( )

A.经典时空观认为时间和空间是独立于物体及其运动而存在的

B.相对论时空观认为时间和空间与物体及其运动有关系

C.经典力学只适用于宏观世界、低速运动问题，不适用于高速运动的问题

D.当物体的运动速度远小于光速时，相对论和经典力学的结论仍有很大的区别

解析经典时空观认为时间和空间是独立于物体及其运动而存在的，而相对论时空观认为时间和空间与物体及其运动有关系，故A、B正确；经典力学只适用于宏观世界、低速运动问题，不适用于微观世界高速(相对于光速)运动的问题，故C正确；物体的运动速度远小于光速时，相对论和经典力学的结论相差不大，故经典力学适用于宏观、低速问题，故D错误。答案 D

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

解析经典力学并不等于牛顿运动定律，牛顿运动定律只是经典力学的基础；经典力学并非万能，也有其适用范围，并不能解决自然界中所有的问题，没有哪个理论可以解决自然界中