6-6经典力学的局限
人教版高中物理必修二6-6 经典力学的局限性
11．为使电子的质量增加到静止质量的两倍，需要多大的速度？
12．微观粒子的速度很高，它的质量明显的大于静止质量．在研究制造回旋加速器时必须考虑相对论效应的影响.1988年中国第一座高能粒子加速器——北京正负电子对撞机首次对撞成功．
图664
在粒子对撞中，有一个电子经过高压加速，速度达到光速的0.5倍．试求此时电子的质量变为静止时的多少倍？
答案
1 D
2 BC
3 D
4 C
5 B
6 A 7C
8 根据质量与速度的关系：m＝
m0
1－
⎝
⎛
⎭
⎪
⎫v
c
2
得v＝c1－
⎝
⎛
⎭
⎪
⎫
m0
m
2
，所以v＝
c1－
⎝
⎛
⎭
⎪
⎫
m0
100m0
2
＝0.99995c.
【答案】0.99995c
9 A 10 B
11 根据物体质量与其速度的关系
m＝
m0
1－
v2
c2
，有2m0＝
m0
1－
v2
c2
解得电子运动的速度应为：。
高中物理人教版必修2课件：6-6 经典力学的局限性
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 ������0 指出,物体的质量随速度的增大而增大,即 m = , 其中������0 为物
1- 2 ������
������2
体静止时的质量 , ������是物体速度为������时的质量, ������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。
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一 二 三 四
UBIAODAOHANG
Z 知识梳理
HISHI SHULI
Z 重难聚焦
HONGNAN JVJIAO
D典例透析
IANLI TOUXI
四、对两种时空观的认识 时空是对物质存在及运动的描述。其中,时间描述物质运动的持 续性,空间描述物质存在的广延性。 1.经典力学的时空观认为时间就其本质而言,是永远均匀地流逝, 与任何外界无关。空间就其本质而言是与任何外界事物无关的,它 从不运动,并且永远不变。也称为绝对时空观。 2.相对论时空观认为时间和空间是相互联系、相互影响的,并且 与物质的存在及运动密切相关。例如: (1)运动的时钟变慢; (2)运动的尺子变短;
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一、从低速到高速
1.在经典力学中,物体的质量是不随运动状态改变的,而狭义相 ������0 对论指出,质量要随着物体运动速度的增大而增大,即 m = ,
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6.6经典力学的局限性
经典力学的局限性：
只适用于低速运动，不适用 于高速运动(接近光速)； 只适用于宏观世界，不适用 于微观世界(物质结构和能量不连 续的现象)； 只适用于弱引力情况，不适 用于强引力情况。
经典时空观与相对论时空观
一、经典时空观（绝对时空观）：
（1）同时的绝对性 （2）时间间隔的绝对性 （3）空间距离的绝对性 时间、长度和质量这三者都与参考系 的运动无关。
P
(2)卫星在轨道1上经过Q点 (1)卫星在轨道 3 上的速 的加速度 等于 卫星在轨道 率 小于 轨道1上的速率 2上经过Q点加速度。
1
Q
2 3
6.某行星的质量是M，半径为R. 在行 星表面上，有一质量为m的物体， （1）行星对它的万有引力多大？ （2）已知该行星的自转周期为T， 求它的同步卫星离行星的高度？ (万有引力常量G已知）。
r
2
r
④ N=0
R ⑤ N m 2 g r
2
R N⑥ m g r
例4 如地球自转速度达到使赤 道上的物体“飘”起来，那么， 地球上一天等于______h. （地球半径取6.4×103 Km）
例5.发射地球同步卫星时，先将卫星 发射至近地圆轨道1，然后经点火， 使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点 火，将卫星送入同步圆轨道3，如图， 则卫星分别在1、2、3轨道上正常运 行时：
经典时空观与相对论时空观 二、相对论时空观:
1、两条基本假设：
（1）不同惯性参考系，物理规律相同 （2）任何惯性系，光速不变
2、狭义相对论结论：
（1）同时是相对的 （2）动钟变慢 （3）动尺变短 （4）运动的物体质量变大
时间、长度和质量这三者都与参考系的运动有关。
1 .物体的质量与运动速度有关
高中物理必修2人教版6.6经典力学的局限性
， 爱 因 斯 坦 于
为 了 解 决 这 一
产 生 尖 锐 的 矛
一 些 相 关 现 象 ，
典 物 理 的 理 论
光 的 问 题 时 ，
发 现 ， 当 研 究
世 纪 末 科 学
阿尔伯特·爱因斯坦
第二次革命的导
火索，是物理学史上
的三大发现：伦琴发
汤姆生
现 X 射线、汤姆生发
现、贝克勒耳发现天
伦琴
然放射线，使物理学
时间
公元前三世纪 1609，1619 1632 1638 1653 1663 1678 1687
亚里士多德 伽利略 笛卡尔 惠更斯
牛顿
主要 科学 研究 方法
视察、思 维、推理
视察实验、 实验视 假设、数 察、数 学推理三 学推理 者相结合
实验、数 学推理
归纳与演绎、 综合与分析、 实验视察
力学 方面 的主 要成
不矛盾。牛顿力学规律只在惯性参考系中成立。
实际观测到的水星的运动情况，与爱因斯坦广义相 对论的计算结果吻合的很好。 2. 经典力学只适用于弱引力，而不适用于强引力。
1. 经典力学只适用于物体的低速运动( v << c )。 2. 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。 3. 经典力学规律只在惯性参考系中成立
——经典力学规律只能用于宏观、低速（与光速相 比）的情形，且只在惯性参考系中成立。
的基础是牛顿运动定律，万有引力定律更是
树立了人们对牛顿物理学的尊敬。
著名物理学家杨振 宁曾赞颂到：“如 果一定要举出某个 人、某一天作为近 代科学产生的标志， 我选牛顿《自然哲 学的数学原理》在 1687年出版的那一 天。”
性又范经交一学性也尽它像 呢有围典响部理。有一没一 ？怎内力曲“论它自切有切
高一物理6.6 经典力学的局限性
牛顿力学的绝对时空观 绝对的、真正的和数学的时间自身在流逝着，而且由于其本性 而在均匀地，与任何其他外界事物无关地流逝着，它又可以名之日 “延续性”。绝对的空间，就其本性而言，是与任何事物无关而永 远是相同和不动的。――摘自《牛顿自然哲学著作选》
牛顿──伟大的科学家，经典物理学理论体
系的建立者──正是在欧洲出现政治、经济和科 学文化新变革的时代诞生的。
17 世纪牛顿力学 构成了体系 ，可以说， 这是物理学第一次伟 大的综合。牛顿建立 了两个定律，一个是 运动定律，一个是万 有引力定律，并发展 了变量数学微积分， 具有解决实际问题的 能力。他开拓了天体 力学这一科学，海王 星和冥王星的发现就 充分显示了这一点 。
经典力学的局限性和适用范围
⑴经典力学只适用于处理物体的低速运动（v <<c）
⑵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
⑶经典力学规律只在惯性参考系中成立
——经典力学规律只能用于宏观、低速（与光
速相比）的情形，且只在惯性参考系中成立。
科学与神学 牛顿活了80岁，但他40年用于科学研究，另外40年他居然沉 迷于神学。他用许多“科学现象”来证明上帝的存在，甚至在研究 地球有多少岁时，他居然用《圣经》推算出6000年。这样鲜明的对 比，很难让人们把这些事与这个科学巨人联系起来。 唯一的遗憾 牛顿一生科学贡献卓越， 智商290的他是近代科学的鼻祖， 他开拓了向科学进军的新纪元， 但却因羞于向女孩表白而白白失去 结婚的机会， 然后终生未婚也未育， 便没有他的后人。
诗人亚历山大· 波普(Alexander Pope）为牛顿写下了以下这段 墓志铭：Nature and Nature' law lay hid in night ; God said,"Let Newton be," and all was light。自然与自然的定律，都隐藏在黑暗 之中；上帝说"让牛顿来吧！"于是，一切变为光明。
学案6：6.6经典力学的局限性
6.6经典力学的局限性【学习目标】（1）知道牛顿运动定律的适用范围；（2）了解经典力学在科学研究和生产技术中的广泛应用；（3）知道质量与速度的关系，知道高速运动中必须考虑速度随时间的变化；【重点难点突破】重难点一、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，经受了实践的检验，取得了巨大的成就。
2．狭义相对论阐述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，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。
【要点归纳】1．低速与高速的概念(1)低速：远小于光速的速度为低速，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(1)在经典力学中，物体的质量不随速度而变．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甚至超过光速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．特别提醒(1)狭义相对论中，物体在静止时质量最小，随着运动速度的增加，它的质量也在不断变大，对于高速运动物体，牛顿定律已不再适用。
(2)根据相对论的质速关系，若某物体的运动速度达到光速c，它的质量应是无穷大，这显然不符合事实，光速c是所有物体的最大速度。
6-6 经典力学的局限性
伽利略、第谷 伽利略、
哥白尼、 哥白尼、亚里士多德
08:56
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退 出
经典力学的基础是牛顿运动定律， 经典力学的基础是牛顿运动定律， 牛顿运动定律 万有引力定律更确立了牛顿的地位 更确立了牛顿的地位， 万有引力定律更确立了牛顿的地位，牛 顿运动定律和万有引力定律在宏观 宏观、 顿运动定律和万有引力定律在宏观、低 弱引力的广阔领域 经受实践检验。 的广阔领域， 速、弱引力的广阔领域，经受实践检验。
08:56
A
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退 出
惯性系
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非惯性系
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Einstein 对相对论的解释 对相对论的解释:
当你和一个漂亮 姑娘在一起坐一小 时,你感觉只坐了一 分钟, 分钟,当你坐在火炉 旁一分钟, 旁一分钟,就好象坐 了一小时, 了一小时,这就是相 对论。 对论。
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Albert Einstein
世纪伟人
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爱因斯坦
相对质量
相对时间
相对空间
狭义相对 论
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选择的参考系不同，对运动的描述就不同： 选择的参考系不同，对运动的描述就不同：
例如：让两小球从同一高度同时自由下落。 例如：让两小球从同一高度同时自由下落。
不符合牛顿运动定律
符合牛顿运动定律
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6
经典力学的局限性
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进 入
退 出
牛顿主要贡献牛顿三大Fra bibliotek律 牛顿万有引力定律
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6.6经典力学的局限性
著名的薛定谔方程。这个方程既描述了电子的 物质波的行为，又含有电子的粒子性的特征。 量子力学出现以后，在说明原子结构方面迅 速取得了巨大的成功，很快地被物理学家所接 受。现在它的应用已远远超出原子结构的范围， 成为物理学家研究微观世界的基本理论工具。 本节知识的应用主要涉及经典力学的局限性， 以及对相对论与量子力学的初步了解。
m =
m0 v2 1− 2 c
式中m0是物体静止时的质量，m是物体速度为v时的质量，c 是真空中的光速 。
可见，当v＜＜c时，m≈m0；当v趋近于c时，m趋近于无穷大。 因此，当物体的速度远小于真空中的光速时，经典力学完全适 用；当物体的速度接近光速时，经典力学就不适用了。
2.经典力学中速度叠加原理不再成立 2.经典力学中速度叠加原理不再成立 设河流中的水相对于河岸的速度为 船相对于水的速度为 v 船水 , 则在经典力学中，船相对于岸的速度为
v水岸 ,
v船岸 = v船水 + v水岸
（矢量和）
这似乎是天经地义的。但是，这个关系式涉及两 个不同的惯性参考系，而速度总是与位移（空间 长度）及时间间隔的测量相联系。相对论认为， 同一过程的位移和时间的测量在不同参考系中是 不同的，因而上式不能成立。
3.两种不同的时空观 两种不同的时空观 本节教材在“科学漫步”栏目《时间和空 间是什么？》一文中提到了牛顿和爱因斯坦的 两种不同的时空观。 牛顿认为：空间是独立于物体及其运动而 存在的，时间也是独立于物体及其运动而存在 的，这是一种经典时空观。 爱因斯坦则认为：在研究物体的高速运动（速 度接近真空中的光速）时，物体的长度即物体占 有的空间，以及物理过程、化学过程，甚至还有 生命过程的持续时间，都与它们的运动状态有关， 空间与时间不再与物体及其运动无关而独立存在。 这是一种崭新的时空观。
物理必修Ⅱ人教新课标6.6经典力学的局限性1
2、相对时间
狭义相对论认为时间不是绝对的（即 固定不变的）。爱因斯坦指出，随着物体 （观察者所见到的）线性运动速度的加快， 时间会变慢。使用同步原子钟已证实了这 个结论的正确性，将一个钟表留在地面上， 而携带另一个以很快速度移动（如在喷气 式飞机上），随后进行比较，静止的钟表 总比另一个稍微快一点。
经典力学的局限性
1
提出问题：
1、速度有无极限。 2、微观粒子的行为与宏观物体是否遵循相同的规律。 3、时间和空间是否是绝对一成不变的。 4、牛顿建立的经典力学已相当完善，爱因斯坦为什 么还要提出相对论？相对论是否全盘否定了牛顿的 经典力学理论？
2
古希腊的灿烂文化在漫长的黑暗中世纪中埋没 风尘，黯然失色。15世纪，文艺复兴的大旗飘 扬在欧洲大陆上，自然科学获得新的生命，蓬 勃成长。科学巨匠N.哥白尼、第谷、J.开普勒、 伽利略以及R.笛卡儿等先后驰名于欧洲。一场 科学革命冲破了中世纪封建势力和经院哲学的 层层罗网，不断取得胜利。
18
时钟变慢1
t
t0 v 1 c
2
19
3、相对长度
爱尔兰物理学家乔治· 佛兹杰拉德（18511901）提出，物质会在运动的方向上收缩（缩 小），这意味着根据一个静止观察者的观点， 一枚以接近光线运行的火箭所表现出的长度会 比它静止时更短，尽管乘坐火箭的人看来并没 有什么两样。爱因斯坦指出，任何物体以光速 运动时，其长度将会缩短为零。3
牛顿──伟大的科学家，经典物理学理论体
系的建立者──正是在欧洲出现政治、经济和 科学文化新变革的时代诞生的。
3
17 世纪牛顿力学 构成了体系 . 可以说， 这是物理学第一次 伟大的综合。牛顿 建立了两个定律， 一个是运动定律， 一个是万有引力定 律，并发展了变量 数学微积分，具有 解决实际问题的能 力。他开拓了天体 力学这一科学，海 王星和冥王星的发 现就充分显示了这 一点 。
6-6第6节 经典力学的局限性
特别提示：相对论和量子力学的出现，并不说明经典力学失去了 意义．只是说明各有一定的适用范围．
二、从低速到高速引起的变化 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 v 1－ 2 c 的．
出，质量要随物体运动速度的增大而 7 ______，即 m＝
(4)经典力学认为位移和时间的测量与参考系 8 ______，相对论认 为，同一过程的位移和时间的测量与参考系 9 ______，在不同的参考 系中 10 ______.
二、从宏观到微观 经典力学有它的适用范围：只适用于 11 ______运动，不适用于 12 ______运动；只适用于 13 ______世界，不适用于 14 ______世界． 三、从弱引力到强引力 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 15 ______的情况下，牛顿引力理论不再适用．当物体的运 动速度远小于 16 ____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 时，量子力学和经典力学的结论没有区别．
解： 人们对客观世界的认识，要受到他所处的时代的客观条件和 科学水平的制约，所以形成的看法也都具有一定的局限性，人们 只有不断地扩展自己的认识，才能掌握更广阔领域内的不同事物 的本质与规律；新的科学的诞生，并不意味着对原来科学的全盘 否定，只能认为过去的科学是新的科学在一定条件下的特殊情 形．故选B、C、D. 答案：BCD
6.6经典力学的局限性(简)
§6.6 经典力学的局限性VS经典物理学体系：经典力学，热学、声学、光学、电磁学。
伽利略伽利略发现：惯性定律、自由落体规律、力学相对性原理。
伽利略开创了“观察实验、科学思维、与数学相结合的研究方法”。
第一次比较完整表述了惯性定律解决了完全弹性碰撞问题发现了行星运动规律笛卡尔惠更斯开普勒17世纪牛顿创立了完整的经典力学体系。
这是物理学第一次伟大的综合。
牛顿建立了两个定律，一个是运动定律，一个是万有引力定律，并发展了变量数学微积分，具有解决实际问题的能力。
他还经典力学之父开拓了天体力学。
牛顿阅读材料：著名物理学家杨振宁曾赞颂道：“如果一定要举出某个人、某一天作为近代科学诞生的标志，我选牛顿《自然哲学的数学原理》在1687年出版的那一天。
”经典力学力动量能量生物力学热弹性力学磁流体力学化学流体动力学等离子体动力学地质力学天体力学塑性力学流体力学弹性力学刚体力学天地四方，古往今来发生的一切现象都能够用力学来描述？？？在高速情况下（相对光速而言），牛顿经典力学理论不再适用。
1905年，出生于德国的美籍物理学家阿尔伯特·爱因斯坦发表了狭义相对论。
他指出：宇宙中唯一不变的是光在真空中的速度，其它任何事物──速度、长度、质量和经过的时间，都随观察者的参考系变化阿尔伯特·爱因斯坦而变化。
相对质量21m m v c =⎛⎫- ⎪⎝⎭爱因斯坦曾预言，两个校准好的钟，当一个沿闭合路线运动返回原地时，它记录的时间比原地不动的钟会慢一些。
这已被高精度的铯原子钟超音速环球飞行实验所证实。
相对论预言慢(184±23)×10 -9s 实测慢(203±10) ×10 -9s 时间延缓（动钟变慢）021t t v c =⎛⎫- ⎪⎝⎭S ′O′ X ′Y′A 'B 'O S X Y u1x ●l '斐克小伙剑术精，出刺迅捷如流星，由于空间收缩性，长剑变成小铁钉.狭义相对论的基本原理空间收缩（动尺变短）201v L L c ⎛⎫=∙- ⎪⎝⎭相对论认为：经典力学认为：河水相对河岸速度为v 水岸，船相对河水的速度为v 船水，则船相对岸的速度v 船岸为：v 船岸= v 船水+ v 水岸同一过程的位移和时间的测量在不同参考系中是不同的，因而上式不成立。
6.6 经典力学的局限性
一、经典力学受参考系限制
惯性系非惯性系swf
宏观物体、低速运动、惯性系。
惯性参考系：
凡是牛顿定律成立的参考系，称为惯性参考系，简称惯性系。
①所有相对于惯性系作匀速直线运动的参考系都是惯性系。 ②所有相对于惯性系作变速运动的参考系都是非惯性系。
二、相对论的基本原理
1、相对性原理
t
t0 v 1 c
2
（1）相对时间 （2）相对长度
先到B点 B A点 再到
中点
K’系
C
K系 D 火车上的观测者说:光源在AB的中点,应同时到达A、B两点.
地面上的人看见先到达B点，后到A点。
（1）相对时间
t
t0 v 1 c
2
（2）相对长度
爱尔兰物理学家佛兹杰拉德(1851─1901)提 出，物质会在运动的方向上收缩（缩小）， 这意味着根据一个静止观察者的观点，一 枚以接近光线运行的火箭所表现出的长度 会比它静止时更短，尽管乘坐火箭的人看 来并没有什么两样。 爱因斯坦指出，任何物体 以光速运动时，其长度将会缩短为零。
1905年，爱因斯坦 （1879─1955）发表了狭 义相对论:
在宇宙中唯一不变的 是光在真空中的速度，其 它任何事物─速度、长度、 质量和经过的时间，都随 观察者的参考系（特定观 察）而变化。
三 、 狭 义 相 对 论 的 基 本 原 理
爱因斯坦火车: B 中点 A
同时到达A、B
人教版高中物理必修二6-6经典力学的局限性.docx
高中物理学习材料桑水制作第6章第6节经典力学的局限性基础夯实1．(2011·南京六中高一检测)关于经典力学的局限性，下列说法正确的是( ) A．经典力学适用于宏观低速运动的物体B．由于经典力学有局限性，所以一般力学问题都用相对论力学来解决C．火车提速后，有关速度问题不能用经典力学来处理D．经典力学只适用于像地球和太阳那样大的宏观物体答案：A2．2005年被联合国定为“世界物理年”，以表彰爱因斯坦对科学的贡献．爱因斯坦对物理学的贡献有( )A．创立“相对论”B．发现“X射线”C．提出“光子说”D．建立“原子核式模型”答案：AC解析：所列的选项中，发现“X射线”的是伦琴，建立“原子核式模型”的是卢瑟福．“相对论”由爱因斯坦创立，“光子说”由爱因斯坦提出．故选A、C.3．(广州高一检测)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，把物理学推进到高速领域答案：AD解析：万有引力定律是牛顿发现的，但在实验室里加以验证是卡文迪许进行的，A对、B错．相对论并没有否定经典力学，经典力学对于低速、宏观运动仍适用，C错．狭义相对论的建立，是人类取得的重大成就，从而把物理学推到更高领域，D对．4．对于经典力学理论，下列说法中正确的是( )A ．经典力学是物理学和天文学的基础，也是现代工程技术的理论基础B ．经典力学的理论体系是经过几代科学家长期的探索，历经曲折才建立起来的C ．经典力学具有丰富的理论成果，也建立了验证科学的方法体系D ．当物体运动速度很大(v →c )、引力很强、活动空间很小(微观)时，经典力学理论所得的结果与实验结果之间出现了较大的偏差答案：ABCD解析：经典力学理论的历程曲折、成果显著、但也存在一些局限性．5．以下说法正确的是( )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，物体的质量随物体运动速度增大而减小，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增大而增大D ．上述说法都是错误的答案：C6．对于时空观的认识，下列说法正确的是( )A ．相对论给出了物体在高速运动时所遵循的规律B ．相对论具有普遍性，经典物理学为它在低速运动时的特例C ．经典物理学在自己的适用范围内还将继续发挥作用D ．经典物理学建立在实验的基础上，它的结论又受到无数次实验的检验答案：ABCD解析：相对论给出了物体在高速运动时所遵循的规律，经典物理学为它在低速运动时的特例，在自己的适用范围内还将继续发挥作用．7．一条河流中的水以相对于河岸的速度v 水岸流动，河中的船以相对于河水的速度v 船水顺流而下．在经典力学中，船相对于岸的速度为v 船岸＝________.答案：v 船水＋v 水岸8．如果观察者测出一个高速运动的电子质量为2m 0，问电子速度为多大？(m 0为电子的静止质量)答案：0.866c解析：将m ＝2m 0，代入m ＝m 01－(v c )2得v ＝0.866c .能力提升1．(福建厦门六中高一检测)假设地面上有一火车以接近光速的速度运行，其内站立着一个中等身材的人，站在路旁的人观察车里的人，观察的结果是( )A．这个人是一个矮胖子B．这个人是一个瘦高个子C．这个人矮但不胖D．这个人瘦但不高答案：D2．人类在探索自然规律的进程中总结了许多科学方法，如分析归纳法、演绎法、等效替代法、控制变量法、理想实验法等．在下列研究中，运用理想实验法进行研究的是( ) A．牛顿发现了万有引力定律B．伽利略得出力不是维持物体运动的原因C．爱因斯坦提出相对论D．普朗克提出量子论答案：B解析：“牛顿发现了万有引力定律、爱因斯坦提出相对论、普朗克提出量子论”都是可以通过科学实验验证的，所以ACD错；“伽利略得出力不是维持物体运动的原因”则无法通过科学实验验证，只有运用理想实验法来推导，正确答案为B.3．下列关于经典力学说法正确的是( )A．按照经典力学，只要知道初始条件，就可以准确地确定体系已往和未来的运动状态B．按照经典力学，运动只存在一种方式，那就是连续变化C．能量可以不连续变化D．一切自然现象都服从力学原理，都只能按力学的规律以严格的确定性发生和演化答案：ABD解析：按照经典力学，能量一定连续变化的，所以C错，正确答案为ABD.4．下列关于经典力学说法正确的是( )A．观察、实验、假说、验证等是物理学科的基本研究方法B．分析、综合、抽象、概括、归纳、演绎等是物理学科中常用的思维方法C．近代自然科学建立起实证科学的方法论传统，其主要特点是实验与数学结合：从实验事实出发，通过数学推演建立理论体系，然后，再用实验或观测去验证理论的正确性D．实证科学方法的建立，使人们判别真理的标准从盲目的信仰转向理性与实践，使科学在整个文化中的地位不断提高答案：ABCD解析：物理学科的基本研究方法是观察、实验、假说、验证等，物理学科常用的思维方法是分析、综合、抽象、概括、归纳、演绎等，实证科学方法的主要特点是实验与数学结合，改变了人们的世界观．5．通常我们把相对地面静止或匀速运动的参考系看成是惯性系，若以下列系统为参考系，则属于非惯性系的有( )A ．停在地面上的汽车B ．绕地球做圆周运动的飞船C ．在大海上匀速直线航行的轮船D ．进站时减速行驶的火车答案：BD解析：“绕地球做匀速圆周运动的飞船”、“进站时减速行驶的火车”不属于静止或匀速直线运动．6．________和________把天体的运动与地上物体的运动统一起来，是人类对自然界认识的第一次大综合，是人类认识史上的一次重大飞跃．答案：牛顿运动定律 万有引力定律解析：在1687年出版的《自然哲学的数学原理》中，牛顿运动定律和万有引力定律把天体的运动和地上物体的运动统一起来，是人类对自然界认识的第一次大综合．7．微观粒子的速度很高，它的质量明显的大于静止质量．在研究制造回旋加速器时必须考虑相对论效应的影响．如图所示，1988年中国第一座高能粒子加速器——北京正负电子对撞机首次对撞成功．在粒子对撞中，有一个电子经过高压加速，速度达到光速的0.5倍．试求此时电子的质量变为静止时的多少倍？答案：1.155m 0解析：m ＝m 01－v2c 2得m ＝m 01－14＝m 034＝2m 03＝1.155m 0. 8．如果真空中的光速为c ＝3.0×108m/s ，一个物体当其运动速度为v 1＝2.4×108m/s时质量为3kg.当它的速度为v 2＝1.8×108m/s 时，质量为多少？答案：2.25kg解析：m 1＝m 01－(v 1c )2，m 2＝m 01－(v 2c )2所以m 1m 2＝1－v 22c 21－v 12c2＝4535＝43 所以m 2＝34m 1＝94kg ＝2.25kg。
6-6 经典力学的局限性
“但是，虽然有着这一切，我们的商 品的生产和分配是完全无组织的，人们必 须生活在忧虑中，担心被人从经济生活中 抛出，失去一切。除此之外，生活在不同 国家中的人们每隔一个长短不等的时间就 要进行互相杀戮，因此，每一个想到未来 的人必然都生活在经常的忧虑中。”
“我相信，我们的后人将怀着一种理 所当然的优越感读上面这几行文字吧。”
例如：生活经验：空间如大房间，提供运动舞台，但不 干扰演出，空间独立于物体及其运动存在。
例如：生活经验：时间如长河，均匀流逝，任何都影 响不了它，时间也是独立的。
所以：不管选什么参考系，不管物体怎么运动，物 体的位移、时间、长度、质量等等的测量结果肯定 是一样的，这是天经地义的。
高速世界（接近光速）
天体半径减小到一定程度时(太阳的引力半径为3 km，地球的引力半 径为1 m,如白矮星)，天体间的引力就趋于无穷大 ，强引力。
爱因斯坦广义相对论
经典力学与相对论互为补充，互不矛盾，互 不否定共同支撑起物理学科的骨架。
高速
狭义相对论
广义相对论
经典力学
宏观低速
量子力学
微观世界
强引力
科
随着物体速度的加 快，时间会变慢。 将一个钟表留在地 面上，而携带另一 个以很快速度移动 ，随后进行比较， 地上的钟表总比快 速移动的快。
物体以接近光速运行时 所表现出的长度会比它 静止时更短。
爱因斯坦指出，任何物 体以光速运动时，其长 度将会缩短为零。
1905年，爱因斯坦提出，物体高速时（接近光 速），物体所占空间（如长度），物理、化学过 程，生命持续时间，都与运动状态有关，时空都 与运动相关联了------------狭义相对论
时间和空间没有联系，相互独立，与物体及其运动状态都没有关系。
6.6经典力学的局限性
6.6经典⼒学的局限性6.6 经典⼒学的局限性教学⽬标1、知道⽜顿运动定律的适⽤范围。
2、了解经典⼒学在科学研究和⽣产技术中的⼴泛应⽤。
3、知道质量与速度的关系，知道⾼速运动中必须考虑速度随时间的变化。
引⼊新课⾃从17世纪以来，以⽜顿定律为基础的经典⼒学不断发展，取得了巨⼤的成就，经典⼒学在科学研究和⽣产技术中有了⼴泛的应⽤，从⽽证明了⽜顿运动定律的正确性。
但是，经典⼒学也不是万能的，向其它科学⼀样，它也有⼀定的适⽤范围，有⾃⼰的局限性。
那么经典⼒学在什么范围内适⽤呢？有怎样的局限性呢？这节课我们就来了解这⽅⾯的知识。
⼀、经典⼒学的成就1、⽜顿三定律和万有引⼒定律把天体的运动与地上物体的运动统⼀起来，是⼈类对⾃然界认识的第⼀次⼤综合，是⼈类认识史上的第⼀次重⼤飞跃。
2、经典⼒学和以经典⼒学为基础发展起来的天体⼒学、材料⼒学和结构⼒学等得到了⼴泛应⽤，并取得了巨⼤成就。
3、18世纪60年代，⼒学和热⼒学的发展及其与⽣产的结合，使机器和蒸汽机得到改进和推⼴，引发了第⼀次⼯业⾰命。
4、由⽜顿⼒学导出的动量守恒定律、机械能守恒定律等，是航空航天技术的理论基础。
⽕箭、⼈造卫星、航天飞机、宇宙飞船、⾏星探测器等航天器的发射，都是⽜顿⼒学规律的应⽤范例。
⼆、经典⼒学的局限和任何理论⼀样，经典⼒学也有它的局限性，有它的适⽤范围。
1、从低速到⾼速——狭义相对论：1)在经典⼒学中，物体的质量不随运动状态⽽改变，⽽在狭义相对论中，质量要随着物体运动速度的增⼤⽽增⼤。
2）在经典⼒学中，同⼀过程的位移和时间的测量在不同参考系中是相同的；在狭义相对论中，同⼀过程的位移和时间的测量在不同参考系中是不同的。
当物体运动的速度⽐真空中的光速⼩得多时，质量、时间和长度的变化很⼩，可以忽略，经典⼒学完全适⽤。
但如果物体运动速度可以和光速相⽐较时，质量、时间和长度的变化就很⼤，经典⼒学就不再适⽤，狭义相对论阐述了物体在以接近光速运动时所遵循的规律。
6.6经典力学的局限性(双星)
双星问题： 双星系统是由两颗恒星组 成，相对于其他恒星来说， 位置看起来非常靠近 。
天狼星A是炽热的恒星， 伴星天狼星B
基本观点：相互吸引，绕共同的圆心做匀速圆周运动 特点： 1）角速度相同 2）万有引力（向心力）相同 3）轨道半径之和为双星间距； 半径与星体质量成反比
m1m2 2 2 G m r m r2 1 1 2 2 (r1 r2 )
3．如图所示，一双星A、B，绕它们连线上 的一点做匀速圆周运动，其运行周期为T，A、B v1 间的距离为L，它们的线速度之比 v2 2 ， 试求两颗星的质量
m1
m2
_____________________，
__________________。
根据： r1+r2=L 解得： v1 v2 w= = r1 r2 A、B做匀速圆周运动
强引力现象： 爱因斯坦---广义相对论
总结
以牛顿运动定律为基础的经典力学是错误 的么？
当物体的速度远小于光速c时,相对论物理学 和经典物理学的结论没有区别。 当另一个重要的常数即"普朗克常量"可以忽 略不计时,量子力学和经典力学的结论没有区别。 经典力学是相对论、量子力学的一定条件下的特殊形式 应用经典力学有局限性
宏观： 灰尘、汽车、天体的运动 低速： 自行车、汽车、飞机、 行星等的运动 弱引力： 物体间吸引、磁铁吸引、 电荷间吸引、地球对卫星 的吸引力等 微观： 质子、中子、电子等 高速： 光速、 射线中的粒子速度 强引力： 中子星、白矮星
一、从低速到高速
爱因斯坦-----狭义相对论
1、质量问题
A:经典力学中，物体的质量 是不随运动状态改变的
2
2L r1 = 3 L r2 = 3
6.6经典力学的局限性 教案
6.6经典力学的局限性引言：经典力学就是牛顿力学,由伽利略、牛顿等科学家在17世纪创立的，在18、19世纪得到全面、迅速的发展，经典物理学的各个分支如研究热现象、光现象、电磁现象的理论相继进入鼎盛时期，至19世纪末达到了完整、成熟的阶段，许多人陶醉于经典物理学的巨大成功之中，似乎完善的理论和技术的进步给人们这样一种感觉：物理学这座庄严雄伟、动人心弦的美丽殿堂已经建成了。
英国著名物理学家开尔文踌躇满志地宣告，在已经基本建成的科学大厦中，除了在物理学晴朗天空的远处，还有两朵小小的令人不安的乌云外，已经尽善尽美了，后辈物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。
然而，正是这两朵小小的乌云，不久以后酿成了物理学中一场巨大变革。
在19、20世纪之交，科学家们却发现了许多经典物理学无法解释的实验事实，这些事实与经典物理学的基本概念以及一系列基本规律产生了尖锐的矛盾，解决这些矛盾引发了物理学的革命，导致了现代物理学的诞生，使人类对自然的认识由宏观领域进入微观领域，由低速运动领域进入高速运动领域，从更深的层次上揭示了物质的基本性质和运动的规律，本节课我们将在领略经典力学取得的伟大成就和科学家严谨的科学思想的同时，认识经典力学的局限性，从辩证的角度认识科学的发展历程。
6.6 经典力学的局限性一经典力学发展的三个阶段：第一阶段是在伽利略、牛顿时代之前，人们对力学现象的研究大多直接反映在技术之中或完全融合在哲学之内，物理学就整体而言还没有成为独立的科学；第二阶段是从伽利略到牛顿，是经典力学从基本要领、基本定律到建成理论体系的阶段，在这一阶段有一系列的科学家为经典力学打下重要基础。
如伽利略、笛卡儿对惯性的研究发现了惯性定律和重力作用下的匀加速运动，奠定了牛顿第一定律和第二定律的基本思想，开普勒对天体运动的研究发现了行星运动三定律，为万有引力定律奠定基础。
，惠更斯对碰撞问题的研究等。
第三阶段是牛顿之后经典力学的新发展，后人对经典力学的表述形式和应用对象进行了拓展和完善。
高一下学期物理人教版6.6经典力学的局限性
普朗克 创立 量子力学
经典力学仅适用于宏观世界； 微观世界用量子力学解释。
普朗克常量： h=6.63×10-34J.s
二、经典物理学的困境
——困境三、从弱引力到强引力
牛顿的万有引力定律取得了巨大的成就，但在一些问题 上也遇到了困难。例如：水星的公转轨道在不断旋进（参见 教材图6.6-1），其实际观察值要比经典力学的预言值多。 1915年，爱因斯坦创立的广义相对论对此则能作出很好的解 释，同时还预言光线经过大质量星体附近时会发生偏转，且 已被观测证实。
他剖析自己的科学感受时说：
“人只有献身社会,才能找出那实 际上是短暂而又有风险的生命的意 义”!
“照亮我的道路,并不断给我新 的勇气去愉快地正视生活理想的 是善、是美、是真”。
“ 科学的头脑就是去怀疑,
去证实,
去发现的精神! ”
Albert Einstein
世纪伟人
经典时空观与相对论时空观：
经自典然时和空自观然的法 狭义相对论时空观
借助于这一实例可以清楚地知道不会有 独立存在的轨线（“路程——曲线”）； 而只有相对于特定的参考物体的轨线．
经典力学受速度限制的分析
牛顿的绝对时空观认为，同一物体运动的时间 和长度（位移）在不同的参考系中，测量结果 是相同的。
牛顿力学的绝对时空观 绝对的，真正的和数学的时间自己流逝着，
并由于它的本性而均匀的与任何外界对象无关的 流逝着。——牛顿
则在黑暗中隐藏；
光速
上相帝对说的，让牛顿 绝对的（不变）
同时
去绝吧对！的于是一切 相对的
都被照亮。魔鬼
时间与空间 与运动说无，关让，爱绝对因的斯坦与运动有关，相对的
去吧！于是一切
质量 与运动又无回关到，黑不变暗的中。随速度增加而增大
人教版高一物理必修二第六章6.6经典力学的局限性
量子物理的建立
量子概念最初是普朗克在研究黑体辐射时提出来的。
一、热辐射 任何物体在任何温度下都在不断向周围辐射着电磁
波，且辐射的能量与温度有关。 1、热辐射的电磁波是物体内部微观粒子的热运动状 态改变时激发出来的。 2、只要物体的温度高于“绝对零度”，物体总是不 断地把热能变为辐射能，向外发出热辐射。
3.当谐振子从一个能量状态变化到另一个状态时, 辐
射和吸取的能量是hν的整数倍:
hν为能量子。
普朗克的量子假说
M0 (,T )
理论曲线
实验曲线
一维谐振子的能量 取分立值
实验值与理论值符 合的很好
普朗克的量子假说
氢原子能级
量子物理
1、量子物理的建立向我们表明了经典力学在处 理微观粒子问题的时候是不适用的！
量子物理的建立
M 0 (,T )
黑体的实验曲线
可见光
5000
K4000 K
在一定温度下，曲线有一极大值，对应的波长称为
峰值波长λm 。 各种单色辐出度随温度的升高而增加。
经典力学的解释及困难
维恩位移定律 当黑体的热力学温度升高时，峰值波长向短波方向移 动。
式中 b 2.8971，0为3 m常 K数。
经典力学的局限性
经典力学
经典力学的概念
经典力学
运动学：描述物体怎样运动 静力学：研究静止物体的受力 动力学：研究物体为什么这样运动
经典力学
经 典
牛顿
力
笛卡尔、胡
学
克、哈雷等
金
字
开普勒
塔
的
建
伽利略、第谷
立
哥白尼、亚里士多德
经典力学
1、牛顿运动定律是经典力学的 基础；就像经典力学大厦的 “地基”一样！
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(长春三校09～10学年高一联考)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 种理论 B．在物体高速运动时，物体的运动规律服从狭义相 ( )
A．狭义相对论和经典力学是相对立，互不相容的两
对论理论，在低速运动时，物体的运动服从牛顿定律
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
2.
(3)经典力学只适用于低速运动，不适用于高速运 动．
特别提醒： 物体的质量是它的固有属性，是相对不变的．这一结
论成立的前提是物体做低速运动，在高速运动中物体的质
量要随运动速度的增大而增大．
对于公式m＝
m0
，下列说法中正确的是( v2 1－ 2 c
)
A．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，物体的质量为m>m0，即 物体质量改变了，故经典力学不适用，是不正确的
经典力学是相对论及量子力学在一定条件下的特例，
它包含于相对论和量子力学之中，相对论和量子力学的建
立并没有否定经典力学．
20世纪以来，人们发现了一些事实，而经典力学却无 法解释，经典力学只适用于解决物体的________问题，不
能用来处理________运动问题，只适用于________物体，
一般不适用于________粒子．这说明人们对客观事物的具 体认识在广度上是有________的，人们应当________．
解析：人们对客观世界的认识要受到他所处的时代客
观条件和科学水平的制约，所以形成的看法也都具有一定 的局限性，人们只有不断扩展自己的认识，才能掌握更广 阔领域内的不同事物的本质与规律；新的科学诞生并不意 味着对原来科学的全盘否定，只能认为过去的科学是新的
科学在一定条件下的特殊情形．
答案：低速运动 高速 宏观 微观 局限性 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 点评：历史的科学成就不会被新的科学成就所否定， 它只能是新的科学在一定条件下的特殊情形．
2．低速运动 3．没有
高速运动
白矮星
中子星
(1)实现了人类对自然界认识的第一次理论大综合． (2)界定了自然科学应有的基本特征．
(3)将“实验和数学”相结合的方法推广到物理学的各
个分支上，形成了完整的经典力学体系.
(1)高速的概念 所谓高速，就是指运动速度接近于真空中的光速． (2)在经典力学中，物体的质量m是不随运动状态改 变的，而狭义相对论指出，质量要随着物体运动速度的 增大而增大．即m＝ m0 v 1－ 2 c
答案：BC 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，A错，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B、 C对，D错.
一个原来静止的电子，经电压加速后，获得的速度为
v＝6×106m/s.问电子的质量增大了还是减小了？改变了百
* 了解经典力学的适用范围 * 了解相对论和量子力学理论 认识到知识的变化性与无穷性，培养献 * 身于科学的时代精神
经典力学在人类活动的“正常”范围内是非常准确
的．所谓“正常”范围是指：其中遇到的速度远小于光速， 尺寸远大于分子但又不比银河系大很多倍，引力也不比地 球引力大很多倍．在这个范围之外，牛顿物理学的结论就 与观测结果不一致了．(如下图所示)
点评：(1)一切科学的发现都是人们主动认识世界的结
果，而每个人的研究又都是建立在前人研究的基础上，通 过自己的努力去发展和提高． (2)科学的成就总是在某些条件下的局部情形，在新的 科学成就形成后，它将被包括在其中．
(3)爱因斯坦的相对论理论并没有否定牛顿力学的理论，
而是把它看成是在一定条件下的特殊情形． (4)目前有人对“光速不变原理”提出了挑战．
(1)经典力学与行星轨道的矛盾 按牛顿的万有引力理论，行星应该沿着一些椭圆或圆 做周期性运动，而天文观测表明，行星的轨道并不是严格 闭合的，它们的近日点在不断地旋进，如水星的运动．
实际观测到的水星的运动情况与爱因斯坦广义相对论
的计算结果吻合的很好． (2)经典力学只适用于弱引力，而不适用于强引力.
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
分之几？
解析：根据爱因斯坦的狭义相对论m＝
m0
v 1－ 2 c
2 得运
动后的质量增大了． m＝ m0 v 1－ 2 c
2＝
m0 2 6×2＝1.0002m0. 6 ×10 1－ 2 × 3 ×108 2
m－m0 所以改变的百分比为 ×100%＝0.02%.. m0
答案：增大了
0.02%
点评：在这种情况下体的运动状 态
________；而狭义相对论认为，物体的质量随着它的速度 的增大而________，若一个物体静止时的质量为m0，则当 它以速度v运动时，其质量m＝__________________. 2．经典力学的适用范围是：只适用于________，不
适 用 于 ________ ； 只 适 用 于 ________ ， 不 适 用 于
________．
3．在太阳或者行星的引力场中，由爱因斯坦或牛顿
的理论得出的引力________很大的差别．但是宇宙中有一 些天体，例如________、________的密度很大，这些天体 表面的引力比我们常见的引力________，牛顿的引力理论 已经________了．
答案
1.无关
增大
m0 v2 1－ 2 c 宏观世界 强得多 微观世界 不适用
19世纪 末 和 20世 纪 初以来 ， 物理学 的 研究深入 到 ________，发现________、________、________等微观粒
子不仅有、________，而且有________，它们的运动规律
不能用经典力学来说明． 答案：微观世界 性 电子 质子 中子 粒子性 波动
继哥白尼提出“太阳中心说”、开普勒提出行星运动 三定律后，牛顿站在世人的肩膀上，创立了经典力学，揭
确的认识
解析：发现总是来自于认识过程，观点总是为解释发
现而提出的，主动认识世界，积极思考问题，追求解决(解 释)问题，这是科学研究的基本轨迹． 任何一个人对客观世界的认识都要受当时的客观条件 和科学水平的制约，所以所形成的“正确理论”都有一定
的局限性，爱因斯坦的相对论理论是对牛顿力学的理论的
发展和深化，但也有人正在向爱因斯坦理论挑战 答案：BC
B．这个人是一个瘦高个子 C．这个人矮但不胖 D．这个人瘦但不高 答案：D
C．当物体以较小的速度运动时，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
答案：CD
解析：公式中m0 是静止质量，m是物体以速度v运动
质量的改变，经典力学理论仍然适用，而宏观物体的运动
速度一般都很小(相比于光速)，所以经典力学解决宏观物 体的动力学问题是适用的．
(福建厦门六中08～09学年高一下学期月考)假设地面 上有一火车以接近光速的速度运行，其内站立着一个中等 身材的人，站在路旁的人观察车里的人，观察的结果是 ( )
A．这个人是一个矮胖子
时的质量，A不对．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，故B不对，C、D正确.
(1)宏观世界粒子的运动特点 粒子具有确定的运动轨迹，根据质点的运动规律，应
用牛顿力学可以准确地预测质点在某时刻的位置．
(2)微观粒子的运动特点 就单个粒子来说，运动没有确定的运动轨迹，微观粒 子既有粒子性，又有波动性． (3)经典力学只适用于宏观世界不适用于微观世界.