高中物理第6章经典力学与现代物理6

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[学习目标] 1.了解经典力学的发展历程和伟大成就.2.认识经典力学的局限性和适用范围.3.初步了解微观和高速世界中的奇妙现象.4.知道相对论、量子力学和经典力学的关系.

一、经典力学的巨大成就

1.经典力学

经典力学通常叫牛顿力学，主要研究宏观物体机械运动的规律.

2.经典力学的巨大成就

(1)把天体的运动与地上物体的运动统一起来.

(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的应用.

(3)力学和热力学的发展及其与生产的结合引发了第一次工业革命.

(4)由牛顿力学定律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.

(5)相对论和量子力学的形成都受到经典力学的影响.

二、经典力学方法论的意义

1.两种典型研究方法

(1)伽利略：“自然数学化”的方法，开创了将实验、逻辑(数学)相结合的方法.

(2)牛顿：归纳—演绎法，大量运用数学方法系统地整理物理学理论的方法.其演绎的结果必须通过实验验证.

2.意义

伽利略和牛顿的科学方法是经典力学方法的典型，影响深远，并不断得到发展和完善，逐渐成为一种传统，甚至作为社会科学和哲学的方法论，意义很大.

三、经典力学的局限性和适用范围

1.经典力学的局限性和适用范围：对于宏观、低速(相对光速)物体的运动经典力学仍然适用.

2.经典力学的局限性

(1)经典力学的应用受到物体运动速率的限制，当物体运动速率接近于真空中的光速时，经典力学的许多观念将发生重大变化.

(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.

四、经典时空观与相对论时空观

1.经典时空观

(1)经典时空观(绝对时空观)：时间永远均匀地流逝，与任何外界无关；空间与任何外界事物无关，从不运动，永远不变.

(2)惯性系与非惯性系：

①惯性系：凡是牛顿运动定律成立的参考系，相对于惯性系静止或做匀速直线运动的参考系都是惯性系.

②非惯性系：牛顿运动定律不成立的参考系，相对于惯性系做变速运动的参考系是非惯性系.

(3)伽利略相对性原理：对于所有的惯性系，力学规律都是相同的，或者说，一切惯性系都是等价的.

(4)经典时空观的几个具体结论：

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；

④物体质量恒定不变，即它们与参考系的选择(或观察者的运动状态)无关.

2.相对论时空观

(1)光速不变与经典物理学的矛盾：观察和实验事实表明：无论光源和观察者如何运动，光速只能是c，这与经典力学的速度合成法则相矛盾.

(2)狭义相对论的两条基本假设：

①相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的.

②光速不变原理：在一切惯性系中，光在真空中传播的速度都等于c，跟光源的运动无关.

(3)相对论时空观

①同时的相对性：在一个参考系中同时发生的两个事件，在另一个参考系看来是不同时的.

②运动的时钟变慢：时钟相对于观察者静止时，走得快；相对于观察者运动时，走得慢.运动速度越快，效果越明显.

③运动的尺子缩短：一个物体相对于观察者静止时，它的长度测量值最大；相对于观察者运动时，观察者在运动方向上观测，它的长度要缩短，速度越快，缩得越短.

④物体质量随速度的增加而增大.

[即学即用]

1.判断下列说法的正误.

(1)牛顿运动定律适用于任何参考系.(×)

(2)经典时空观认为时间是绝对的.(√)

(3)经典时空观认为物体的质量是绝对的.(√)

(4)不论是宏观物体，还是微观粒子，经典力学和相对论都是适用的.(×)

2.(多选)下列服从经典力学规律的是( )

A.自行车、汽车、火车、飞机等交通工具的运动

B.发射导弹、人造卫星、宇宙飞船

C.物体运动的速率接近于真空中的光速

D.能量的不连续现象

答案AB

解析经典力学只适用于宏观、低速运动的物体，所以A、B正确，C 错误；能量的不连续现象不适合用经典力学来解释，所以选项D错误.

一、经典力学与相对论的比较

[导学探究] 如图1甲，质子束被加速到接近光速；如图乙，中子星是质量、密度非常大的星体.请思考：

图1

(1)经典力学是否适用于质子束的运动规律？如何研究质子束的运动规律？

(2)经典力学是否适用于中子星的引力规律？如何研究中子星的引力规律？

答案(1)质子束的运动属于高速、微观范畴，经典力学不再适用，应该应用狭义相对论、量子力学进行研究.

(2)中子星的引力属于引力范畴，经典力学不再适用，应该应用广义相对论进行研究.

[知识深化]

1.区别：

比较项经典力学相对论

形成时期物理学形成的初期阶段，受历史

发展限制，理论较肤浅、片面

形成于物理学充分发展的现代

，理论较完善、科学

适用范围低速运动，宏观世界，弱引力作

用

任何情况都适用

速度对质量的影响物体的质量不随其速度的变化而

变化

物体的质量随其速度的增加而

增大

速度的合

成

时间与空间互不相干速度与位移、时间的测量有关

2.联系：

(1)当物体的运动速度远小于光速时，相对论物理学与经典物理学的结论没有区别.

(2)相对论并没有否定经典力学，经典力学是相对论在一定条件下的特殊情形.