一、從低速到高速
二、從宏觀到微觀、從弱引力到強(qiáng)引力
1．微觀世界
電子、質(zhì)子、中子等微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律在很多情況下不能用經(jīng)典力學(xué)來說明，而量子力學(xué)能夠正確地描述微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律．
2．經(jīng)典力學(xué)的適用范圍
經(jīng)典力學(xué)適用于低速運(yùn)動(dòng)，不適用于高速運(yùn)動(dòng)，適用于宏觀世界，不適用于微觀世界．
3．從弱引力到強(qiáng)引力
(1)1915年，愛因斯坦創(chuàng)立了廣義相對(duì)論，這是一種新的時(shí)空與引力的理論．在強(qiáng)引力的情況下，牛頓的引力理論不再適用．
(2)當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)小于光速c(3×108 m/s)時(shí)，相對(duì)論物理學(xué)與經(jīng)典物理學(xué)的結(jié)構(gòu)沒有區(qū)別．當(dāng)另一個(gè)重要常數(shù)即“普朗克常量”(6.63×10－34 J·s)可以忽略不計(jì)時(shí)，量子力學(xué)和經(jīng)典力學(xué)的結(jié)論沒有區(qū)別．
1．思考判斷(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)
(1)在經(jīng)典力學(xué)中，位移的測量與參考系的運(yùn)動(dòng)情況無關(guān)．(√)
(2)在相對(duì)論力學(xué)中，運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘和靜止的時(shí)鐘快慢相同．(×)
(3)在相對(duì)論力學(xué)中，高速運(yùn)動(dòng)的物體質(zhì)量要變?。?×)
(4)經(jīng)典力學(xué)一般不適用于微觀粒子．(√)
(5)萬有引力定律適用于中子星表面引力的計(jì)算．(×)
2．下列物體的運(yùn)動(dòng)不能用經(jīng)典力學(xué)描述的是( )
A．飛機(jī)的飛行 B．人造衛(wèi)星的運(yùn)行
C．小汽車的行駛D．光子的運(yùn)動(dòng)
D [經(jīng)典力學(xué)適用于低速宏觀的物體，A、B、C不符合題意，選項(xiàng)D符合題意．]
3．關(guān)于經(jīng)典力學(xué)的局限性，下列說法正確的是( )
A．火車提速后，有關(guān)速度問題不能用經(jīng)典力學(xué)來處理
B．由于經(jīng)典力學(xué)有局限性，所以一般力學(xué)問題都用相對(duì)論力學(xué)來解決
C．經(jīng)典力學(xué)適用于宏觀低速運(yùn)動(dòng)的物體
D．經(jīng)典力學(xué)只適用于像地球和太陽那樣大的宏觀物體
C [經(jīng)典力學(xué)是有局限性，經(jīng)典力學(xué)適用于宏觀低速運(yùn)動(dòng)的物體，但對(duì)于一般力學(xué)問題仍能用經(jīng)典力學(xué)來解決，所以即使在火車提速后，有關(guān)速度問題仍能用經(jīng)典力學(xué)來處理，故A、B錯(cuò)誤，C正確；經(jīng)典力學(xué)不僅適用于像地球和太陽那樣大的宏觀物體，也適用一般尺寸的宏觀物體，故D錯(cuò)誤．故選C.]
1．低速與高速的概念
(1)低速：遠(yuǎn)小于光速的速度為低速，通常所見物體的運(yùn)動(dòng)，如行駛的汽車、發(fā)射的導(dǎo)彈、人造地球衛(wèi)星及宇宙飛船等物體的運(yùn)動(dòng)皆為低速運(yùn)動(dòng)．
(2)高速：有些微觀粒子在一定條件下其速度可以與光速相接近，這樣的速度稱為高速．
2．速度對(duì)質(zhì)量的影響
(1)在經(jīng)典力學(xué)中，物體的質(zhì)量不隨速度而變．根據(jù)牛頓第二定律F＝ma知，物體在力F作用下做勻變速運(yùn)動(dòng)，只要時(shí)間足夠長，物體的運(yùn)動(dòng)速度就可以增加到甚至超過光速c.
(2)愛因斯坦的狹義相對(duì)論指出，物體的質(zhì)量隨速度的增大而增大，即m＝eq \f(m0,\r(1－\f(v2,c2)))，其中m0為物體靜止時(shí)的質(zhì)量，m是物體速度為v時(shí)的質(zhì)量，c是真空中的光速．在高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，質(zhì)量的測量是與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)密切相關(guān)的．
3．速度對(duì)物理規(guī)律的影響：對(duì)于低速運(yùn)動(dòng)問題，一般用經(jīng)典力學(xué)規(guī)律來處理．對(duì)于高速運(yùn)動(dòng)問題，經(jīng)典力學(xué)已不再適用，需要用狹義相對(duì)論知識(shí)來處理．
【例1】 把電子從v1＝0.9c加速到v2＝0.97c時(shí)電子的質(zhì)量增加多少？(已知電子靜止質(zhì)量m0＝9.1×10－31 kg)
[解析] 電子速度為v1時(shí)電子質(zhì)量為
m1＝eq \f(m0,\r(1－?\f(v1,c)?2))＝eq \f(m0,\r(1－0.92))
電子速度為v2時(shí)電子質(zhì)量為
m2＝eq \f(m0,\r(1－?\f(v2,c)?2))＝eq \f(m0,\r(1－0.972))
電子質(zhì)量增量為Δm＝m2－m1＝1.66×10－30 kg.
[答案] 1.66×10－30 kg
物體的質(zhì)量與速度的關(guān)系
從愛因斯坦的相對(duì)論可知：物體的速度越大，它的質(zhì)量就越大．當(dāng)物體的速度遠(yuǎn)小于光速時(shí)，其質(zhì)量的變化可以忽略；當(dāng)物體的速度接近光速時(shí)，質(zhì)量變化將很明顯，其質(zhì)量變化不可忽略．
1．(多選)對(duì)于公式m＝eq \f(m0,\r(1－\f(v2,c2)))，下列說法中正確的是( )
A．式中的m0是物體以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量
B．當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)速度v＞0時(shí)，物體的質(zhì)量m＞m0，即物體的質(zhì)量改變了，故經(jīng)典力學(xué)不再適用
C．當(dāng)物體以較小速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，質(zhì)量變化十分微小，經(jīng)典力學(xué)理論仍然適用，只有當(dāng)物體以接近光速的速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，質(zhì)量變化才明顯，故經(jīng)典力學(xué)適用于低速運(yùn)動(dòng)，而不適用于高速運(yùn)動(dòng)
D．通常由于物體的運(yùn)動(dòng)速度很小，故質(zhì)量的變化引不起我們的感覺，在分析地球上物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)，不必考慮質(zhì)量的變化
CD [公式中m0是物體的靜止質(zhì)量，m是物體以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量，選項(xiàng)A錯(cuò)誤．由公式可知，只有當(dāng)v接近光速時(shí)，物體的質(zhì)量變化才明顯，一般情況下物體的質(zhì)量變化十分微小，故經(jīng)典力學(xué)仍然適用，選項(xiàng)C、D正確，B錯(cuò)誤．]
1．區(qū)別
2.聯(lián)系
(1)當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)小于光速時(shí)，相對(duì)論物理學(xué)與經(jīng)典物理學(xué)的結(jié)論沒有區(qū)別．
(2)當(dāng)另一個(gè)重要常數(shù)即“普朗克常量”可以忽略不計(jì)時(shí)，量子力學(xué)和經(jīng)典力學(xué)的結(jié)論沒有區(qū)別．
【例2】 (多選)關(guān)于經(jīng)典力學(xué)、相對(duì)論與量子論的說法正確的是( )
A．當(dāng)物體的速度接近光速時(shí)，經(jīng)典力學(xué)就不適用了
B．相對(duì)論和量子力學(xué)的出現(xiàn)，使經(jīng)典力學(xué)失去了意義
C．量子力學(xué)能夠描述微觀粒子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律性
D．萬有引力定律也適用于強(qiáng)相互作用力
AC [經(jīng)典力學(xué)只適用于低速宏觀的物體，故A正確；相對(duì)論和量子力學(xué)的出現(xiàn)，并沒有否定經(jīng)典力學(xué)，只是說經(jīng)典力學(xué)有一定的適用范圍，故B錯(cuò)誤；量子力學(xué)描述了微觀粒子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律性，故C正確；萬有引力定律只適用于弱相互作用力，而對(duì)于強(qiáng)相互作用力是不適用的，故D錯(cuò)誤．]
2．(多選)關(guān)于經(jīng)典力學(xué)、狹義相對(duì)論和量子力學(xué)，下列說法中正確的是( )
A．狹義相對(duì)論和經(jīng)典力學(xué)是相互對(duì)立的兩種理論
B．在物體高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律服從狹義相對(duì)論理論，在低速運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律服從牛頓運(yùn)動(dòng)定律
C．經(jīng)典力學(xué)適用于宏觀物體的運(yùn)動(dòng)，量子力學(xué)適用于微觀粒子的運(yùn)動(dòng)
D．不論是宏觀物體，還是微觀粒子，經(jīng)典力學(xué)和量子力學(xué)都是適用的
BC [相對(duì)論并沒有否定經(jīng)典力學(xué)，而是認(rèn)為經(jīng)典力學(xué)是相對(duì)論理論在一定條件下的特殊情形，A錯(cuò)誤；經(jīng)典力學(xué)適用于宏觀物體的低速運(yùn)動(dòng)，對(duì)于微觀粒子的高速運(yùn)動(dòng)問題，經(jīng)典力學(xué)不再適用，但相對(duì)論、量子力學(xué)適用，選項(xiàng)B、C正確，D錯(cuò)誤．]
1．(多選)經(jīng)典力學(xué)規(guī)律適用于下列運(yùn)動(dòng)的是( )
A．子彈的飛行
B．飛船繞地球的運(yùn)行
C．列車的運(yùn)行
D．粒子接近光速的運(yùn)動(dòng)
ABC [經(jīng)典力學(xué)的適用范圍是宏觀、低速情形，子彈的飛行、飛船繞地球的運(yùn)行、列車的運(yùn)動(dòng)，經(jīng)典力學(xué)能適用，故A、B、C正確；對(duì)于微觀、高速的情形經(jīng)典力學(xué)不適用，故D錯(cuò)誤．]
2．關(guān)于經(jīng)典力學(xué)，下列說法正確的是( )
A．僅適用于微觀粒子的運(yùn)動(dòng)
B．適用于宏觀物體的低速運(yùn)動(dòng)
C．經(jīng)典力學(xué)中，物體的質(zhì)量與其運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)
D．經(jīng)典力學(xué)中，物體的長度與其運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)
B [經(jīng)典力學(xué)使用條件為：宏觀，低速．對(duì)微觀，高速度運(yùn)動(dòng)不再適用，故A錯(cuò)誤，B正確．在相對(duì)論力學(xué)中，物體的質(zhì)量、長度與其運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)；經(jīng)典力學(xué)中，物體的質(zhì)量、長度與其運(yùn)動(dòng)速度無關(guān)，故C、D錯(cuò)誤．故選B.]
3．關(guān)于經(jīng)典力學(xué)和量子力學(xué)，下列說法中正確的是( )
A．不論是對(duì)宏觀物體，還是微觀粒子，經(jīng)典力學(xué)和量子力學(xué)都是適用的
B．量子力學(xué)適用于宏觀物體的運(yùn)動(dòng)；經(jīng)典力學(xué)適用于微觀粒子的運(yùn)動(dòng)
C．經(jīng)典力學(xué)適用于宏觀物體的運(yùn)動(dòng)；量子力學(xué)適用于微觀粒子的運(yùn)動(dòng)
D．上述說法都是錯(cuò)誤的
C [經(jīng)典力學(xué)適用于低速運(yùn)動(dòng)、宏觀物體，不適用于高速、微觀粒子．量子力學(xué)不適用于宏觀物體，適用于微觀粒子，故選項(xiàng)C正確．]
4．日常生活中，我們并沒發(fā)現(xiàn)物體的質(zhì)量隨物體運(yùn)動(dòng)的速度變化而變化，其原因是( )
A．運(yùn)動(dòng)中的物體無法稱量質(zhì)量
B．物體的速度遠(yuǎn)小于光速，質(zhì)量變化極小
C．物體的質(zhì)量太大
D．物體的質(zhì)量不隨速度的變化而變化
B [根據(jù)狹義相對(duì)論質(zhì)速關(guān)系m＝eq \f(m0,\r(1－\f(v2,c2)))可知，在宏觀物體的運(yùn)動(dòng)中，v?c，所以m變化不大．而不是因?yàn)槲矬w的質(zhì)量太大或無法測量，也不是因?yàn)橘|(zhì)量不隨速度的變化而變化，正確選項(xiàng)為B.]
速度遠(yuǎn)小于光速
接近光速運(yùn)動(dòng)
物理理論
經(jīng)典力學(xué)
相對(duì)論
質(zhì)量與速度的關(guān)系
物體的質(zhì)量是不隨運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的
物體的質(zhì)量隨著物體運(yùn)動(dòng)速度的增大而增大，m＝m0/eq \r(1－\f(v2,c2))
位移、時(shí)間與參考系的關(guān)系
位移的測量、時(shí)間的測量都與參考系無關(guān)
同一過程的位移和時(shí)間的測量在不同參考系中是不同的
物體速度對(duì)質(zhì)量的影響
狹義相對(duì)論、量子理論、廣義相對(duì)論的比較
狹義相
對(duì)論
經(jīng)典力學(xué)適用于低速運(yùn)動(dòng)的物體；狹義相對(duì)論闡述物體在以接近光速運(yùn)動(dòng)時(shí)所遵循的規(guī)律
量子力學(xué)
經(jīng)典力學(xué)適用于宏觀世界；量子力學(xué)能夠正確描述微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律
廣義相
對(duì)論
經(jīng)典力學(xué)在弱引力的情況下與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合得很好；愛因斯坦的廣義相對(duì)論能夠解釋強(qiáng)引力情況下的作用規(guī)律
課 堂 小 結(jié)
1.在經(jīng)典力學(xué)中，物體的質(zhì)量是固定不變的；狹義相對(duì)論中指出質(zhì)量隨速度的變化而變化，其關(guān)系式為m＝eq \f(m0,\r(1－\f(v2,c2))).
2．經(jīng)典力學(xué)能精確地描述宏觀物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；量子力學(xué)能正確描述微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律．
3．量子力學(xué)和相對(duì)論都沒有否定過去的科學(xué)，而只認(rèn)為過去的科學(xué)是自己在一定條件下的特殊情形.
知 識(shí) 脈 絡(luò)

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