1、经典力学的局限性（预习案）【预习目标】1.查阅资料了解经典力学在科学研究和生产技术中的广泛应用。2.知道质量与速度的关系，知道高速运动中必须考虑速度对质量的影响。【预习内容】1相对论给出了物体在 状态下所遵循的规律，量子力学给出了 世界所遵循的规律，爱因斯坦引力理论解决了 作用下的相关问题，而经典力学只适用于 ，不适用于 。2在经典力学中，物体质量不随 而改变，而在狭义相对论中，质量要随物体 。【预习自测】120 世纪初，著名物理学家爱因斯坦提出了 ，改变了经典力学的一些结论在经典力学中，物体的质量是 的，而相对论指出质量随着速度变化而 。220 世纪初期，建立了 ，它能够正确地描述微观粒子的
2、运动规律。3经典力学只适用于解决 问题，不能用来处理 问题。【我的疑惑】【知识链接】（1）狭义相对论1905 年，爱因斯坦发表了他的狭义相对论。物 质 在 相 互 作 用 中 作 永 恒 的 运 动 ， 没 有 不 运 动 的 物 质 ， 也 没 有 无 物 质 的 运 动 ， 由 于物 质 是 在 相 互 联 系 ， 相 互 作 用 中 运 动 的 ， 因 此 ， 必 须 在 物 质 的 相 互 关 系 中 描 述 运 动 ， 而不 可 能 孤 立 的 描 述 运 动 。 也 就 是 说 ， 运 动 必 须 有 一 个 参 考 物 ， 即 必 须 在 某 一 个 参 考 系 下描 述 运 动
3、 。 伽 利 略 曾 经 指 出 ， 运 动 的 船 与 静 止 的 船 上 的 运 动 不 可 区 分 ， 也 就 是 说 ， 当 你 在 封 闭的 船 舱 里 ， 与 外 界 完 全 隔 绝 ， 那 么 即 使 你 拥 有 最 发 达 的 头 脑 ， 最 先 进 的 仪 器 ， 也 无 从 感知 你 的 船 是 匀 速 运 动 ， 还 是 静 止 。 更 无 从 感 知 速 度 的 大 小 ， 因 为 没 有 参 考 。 比 如 ， 不 知道 整 个 宇 宙 的 整 体 运 动 状 态 ， 因 为 宇 宙 是 封 闭 的 。 爱 因 斯 坦 将 其 引 用 ， 作 为 狭 义 相 对 论的
4、 第 一 个 基 本 原 理 ： 狭 义 相 对 性 原 理 。 其 内 容 是 ： 惯 性 系 之 间 完 全 等 价 ， 不 可 区 分 。 著 名 的 麦 克 尔 逊 -莫 雷 实 验 彻 底 否 定 了 光 的 以 太 学 说 ， 得 出 了 光 与 参 考 系 无 关 的结 论 。 也 就 是 说 ， 无 论 你 站 在 地 上 ， 还 是 站 在 飞 奔 的 火 车 上 ， 测 得 的 光 速 都 是 一 样 的 。这 就 是 狭 义 相 对 论 的 第 二 个 基 本 原 理 ， 光 速 不 变 原 理 。 由 这 两 条 基 本 原 理 可 以 直 接 推 导 出 相 对 论
5、的 坐 标 变 换 式 ， 速 度 变 换 式 等 所 有 的 狭 义相 对 论 内 容 。 比 如 速 度 变 换 ， 与 传 统 的 法 则 相 矛 盾 ， 但 实 践 证 明 是 正 确 的 ， 比 如 一 辆 火车 速 度 是 10m/s， 一 个 人 在 车 上 相 对 车 的 速 度 也 是 10m/s， 地 面 上 的 人 看 到 车 上 的 人的 速 度 不 是 20m/s， 而 是 (20-10-15)m/s 左 右 。 在 通 常 情 况 下 ， 这 种 相 对 论 效 应 完 全可 以 忽 略 ， 但 在 接 近 光 速 时 ， 这 种 效 应 明 显 增 大 ， 比 如
6、 ， 火 车 速 度 是 0.99 倍 光 速 ，人 的 速 度 也 是 0.99 倍 光 速 ， 那 么 地 面 观 测 者 的 结 论 不 是 1.98 倍 光 速 ， 而 是0.999949 倍 光 速 。 车 上 的 人 看 到 后 面 的 射 来 的 光 也 没 有 变 慢 ， 对 他 来 说 也 是 光 速 。 因此 ， 从 这 个 意 义 上 说 ， 光 速 是 不 可 超 越 的 ， 因 为 无 论 在 那 个 参 考 系 ， 光 速 都 是 不 变 的 。速 度 变 换 已 经 被 粒 子 物 理 学 的 无 数 实 验 证 明 。 正 因 为 光 的 这 一 独 特 性 质
7、 ， 因 此 被 选 为 四维 时 空 的 唯 一 标 尺 。（ 2） 广 义 相 对 论1915 年，爱因斯坦发表了他的广义相对论。他解释了引力作用和加速度作用没有差别的原因。他还解释了引力是如何和时空弯曲联系起来的，利用数学，爱因斯坦指出物体使周围空间、时间弯曲，在物体具有很大的相对质量（例如一颗恒星）时，这种弯曲可使从它旁边经过的任何其它事物(即使是光线)改变路径。广义相对论指出，时空曲率将产生引力。当光线经过一些大质量的天体时，它的路线是弯曲的，这源于它沿着大质量物体所形成的时空曲率。因为黑洞是极大的质量的浓缩，它周围的时空非常弯曲，即使是光线也无法逃逸。（3）虫洞 理论上，虫洞是一个
8、黑洞，它的质量非常大，把时空弯曲进了它自身之中，它的口开向宇宙的另一个空间及时间，或者也许完全进入另一个宇宙空间。也许能够利用虫洞建立一个时间旅行机器，但许多科学家们指出这个机器不可能重返到它自身被创建的时间之前。探究案【学习目标】1. 牛顿运动定律的适用范围。2. 高速运动的物体，速度和质量之间的关系。【学习重点】牛顿运动定律的适用范围。【学习难点】高速运动的物体，速度和质量之间的关系。【方法指导】自主阅读、合作探究。【自主探究】一 、从低速到高速1 物体的质量与运动速度有关在经典力学中，物体的质量是不随运动状态改变的。但是，按照爱因斯坦建立的狭义相对论，质量要随物体运动速度的增大而增大。物
9、体的质量与运动速度的关系是 式中 m0 是物体 质量，m 是物体 时的质量，c 是 。可见，当 vc 时，mm 0；当 v 趋近于 c 时，m 趋近于无穷大。因此，当物体的速度 ，经典力学完全适用；当物体的速度 ，经典力学就不适用了。例 1 地球以 3104m/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？如果物体的速度达到 0.8c (c 为真空中的光速)，它的质量增大到静止质量的多少倍？2 经典力学中速度叠加原理不再成立一条河流中的水以相对河岸的速度 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，船相对于岸的速度即为 v 船岸 =v 船水 +v 水岸
10、 。经验告诉我们，这简直是天经地义的但是，仔细一看，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在牛顿看来，位移和时间的测量与参考系无关，正是在这种时空的观念下，上式才成立然而，相对论认为，同一过程的位移和时间的测量在不同的参考系中是不同的，因而上式不能成立，经典力学也就不再适用了。二、从宏观到微观问题 1：同学们阅读教材“从宏观到微观”部分，并思考经典力学是适用于宏观物体还是微观物体？问题 2：相对论和量子力学的出现，是否表示经典力学失去了意义?三、从弱引力到强引力问题 1：实际的天文观测，行星的运行轨道并不是严格闭合的，它们的近日点在不断地旋进经
11、典力学的解释令人满意吗?用什么理论来圆满地进行了解释?问题 2：历史上的科学成就与新的科学成就的关系是什么?总结：牛顿运动定律的适用范围？【课后作业】 1.认真阅读教材，认识到物理中的结论和规律一般都有其适用范围，认识知识的变化性和无穷性，培养献身于科学的时代精神。2.请完成教材 P53 页第 1、2 题。训练案1.关于经典力学和狭义相对论，下列说法中正确的是（ ）A经典力学只适用于低速运动，不适用于与高速运动（速度接近于真空中的光速） B狭义相对论只适用于高速运动（速度接近于真空中的光速） ，不适用于低速运动C经典力学既适用于低速运动，也适用与高速运动（速度接近于真空中的光速）D狭义相对论既
12、适用于高速运动（速度接近于真空中的光速） ，也适用于低速运动2.相对论告诉我们，物体运动时的质量与其静止时的质量相比：（ ）A.运动时的质量比静止时的质量大 B.运动时的质量比静止时的质量小C.运动时的质量与静止时的质量相等 D.是两个不同的概念无法比较3. 经典力学不能适用下列哪些运动（ ）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 D.微观粒子的波动性4.日常生活我们并没发现物体的质量随物体的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5.以下关于物体的质量的说法中正确的是（ ）A质量是物体固有的属性，其大小与物体运动的速度无关B只有当物体运动的速度远小于光速时，才可以认为质量不变C只有当物体运动的速度远小于光速时，物体的质量才增大D物体速度大，说明受力大，同时物体的质量也增大6相对论给出了物体在 状态下所遵循的规律，量子力学给出了 世界所遵循的规律，爱因斯坦引力理论解决了 作用下的相关问题，而经典力学只适用于 ，不适用于 。7. 如果真空中的光速为 c310 8m/s，当一个物体的运动速度为 v12.410 8 m/s 时，质量为 3kg，当它的速度为 v21.810 8m/s 时，质量为多少？
