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应用创新演练
第 6
节

经典力学的局限性
理解教材新知
考向一
考向二
随堂基础巩固
第
六章

万有引力与航天
知识点一
知识点二
(1)经典力学的基础是 ，牛顿运动定律和万有引力定律在 、 、 的广阔区域，包括
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 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 的，而狭义相对论指出，质量要随物体运动速度的增大而 。
牛顿运动定律
宏观
低速
弱引力
天体力学
不变
增大
光
位移
时间
位移
时间
[重点诠释]
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．速度对质量测量的影响
在高速运动中，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，经典力学不再适用，需要用相对论知识来处理。
[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。
1．经典力学不能适用于下列哪些运动 (　　)
A．火箭的发射
B．宇宙飞船绕地球的运动
C．“勇气号”宇宙探测器的运动
D．以99%倍光速运行的电子束
解析：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，故选项A、B、C适用。
答案：D
(1)经典力学能够很精确地描述宏观物体的运动规律，但对微观粒子的波粒二象性无能为力， 能够正确地描述微观粒子运动的规律性。
(2)经典力学的适用范围：只适用于 运动，不适用于 运动；只适用于 世界，不适用于微观世界。
量子力学
低速
高速
宏观
(3)从弱引力到强引力：
①每一个天体都有一个 ，半径的大小由天体的 。当天体间的距离远 引力半径时，它们间的引力是 ；当天体间的距离 引力半径时，它们间的引力就是 。“引力半径”是爱因斯坦引力理论中天体表面引力场强度趋于无穷大时对应的天体半径。
②1915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，牛顿引力理论
。
质量决定
大于
强引力
弱引力
小于
不再
适用
引力半径
(4)当物体的运动速度 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， 和经典力学的结论没有区别。
远小于
量子力学
[重点诠释]
经典力学与相对论、量子理论的关系
(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)两种理论的适用范围不同。
经典力学理论适用于弱引力作用下，低速运动的宏观物体。而它在强引力作用下，或高速运动或微观世界不适用。
近期建立的相对论原理及量子力学是一种全新的时空与引力理论，它并没有否定经典力学理论，是在经典力学基础上加以完善，适用范围更广、更全面。
(3)小船在河中顺流而下，在经典力学中，时间和空间互不相干，它们的存在和测量均与运动无关，故有v船岸＝ v船水＋v水岸。但相对论认为，速度总与位移及时间间隔的测量相联系，因而上式不成立。
(4)牛顿的万有引力定律认为：物体的半径减半，引力增到原来的四倍，即符合“平方反比”规律。爱因斯坦引力理论表明：物体间的距离减小时，它们间的引力比“平方反比”规律增加得更快，距离越小，这种差别就越大。
2．继哥白尼提出“太阳中心说”、开普勒提出行星运动三定
律后，牛顿站在前人的肩膀上，创立了经典力学，揭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，人不可能获得正确的认识
解析：发现总是来自于认识的过程，爱因斯坦的相对理论并没有否定经典力学，而是对牛顿力学理论的发展和深化，但也有人正在向爱因斯坦理论挑战，故A、D错误，B、C正确。
答案：BC
[例1]　地球以3×104 m/s的速度绕太阳公转时，它的质量增大到静止质量的多少倍？
[思路点拨]　本题应依据相对论中质量随速度的变化规律求解。
[答案]　1.000 000 005倍
1．在日常生活中，我们并没有发现物体的质量随着物体运
动速度的变化而变化，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
答案：B
[例2]　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
[思路点拨]　人们对客观世界的认识总是不断完善的。
[解析]　人们对客观世界的认识要受到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。
[答案]　BCD
[借题发挥]　
人们认识发现自然规律都要经过一个曲折的过程，新的理论的出现并不一定是对已知理论的全盘否定，如经典力学是狭义相对论力学在低速宏观情况下的近似。
2．下列说法正确的是 (　　)
A．经典力学能够说明微观粒子的规律性
B．经典力学适用于宏观物体的低速运动问题，不适用于
高速运动的物体
C．相对论与量子力学的出现，说明经典力学已失去意义
D．对于宏观物体的高速运动问题，经典力学仍适用
解析：经典力学适用于宏观、低速物体，新的学说的出现，是一种完善和拓展，经典力学并没有失去其存在的意义。
答案：B
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