66經(jīng)典力學(xué)的局限性

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1、 蘭州新區(qū)永登縣第五中學(xué)導(dǎo)學(xué)案------高一物理（必修2） 我主動(dòng) 我參與 我體驗(yàn) 我成功 6.6經(jīng)典力學(xué)的局限性 班級(jí) 姓名 小組 得分 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1.知道以牛頓運(yùn)動(dòng)定律為基礎(chǔ)的經(jīng)典力學(xué)的使用范圍. 2

2、.知道相對(duì)論、量子力學(xué)與經(jīng)典力學(xué)的關(guān)系. 重點(diǎn)：了解經(jīng)典力學(xué)的局限性. 難點(diǎn)：相對(duì)論、量子力學(xué)與經(jīng)典力學(xué)的關(guān)系. 學(xué)習(xí)過(guò)程 閱讀課文，交流、討論、回答下面問(wèn)題 1. 經(jīng)典力學(xué)的成就有哪些？ 1． 從低速到高速 1.在經(jīng)典力學(xué)和狹義相對(duì)論中，物體的質(zhì)量有何不同？ 2. 狹義相對(duì)論中物體的質(zhì)量表達(dá)式是怎樣的？ 3.在經(jīng)典力學(xué)和狹義相對(duì)論中，位移和時(shí)間的測(cè)量有何區(qū)別？ 2． 從宏觀(guān)到微觀(guān) 1.經(jīng)典力學(xué)的適用范圍是什么？ 3． 從弱引力到強(qiáng)引力 1.經(jīng)典力學(xué)與行星軌道的矛盾是什么？ 2. 由經(jīng)典力學(xué)與行星軌道的矛盾說(shuō)明了什么？ 3.

3、 歸納牛頓萬(wàn)有引力定律與愛(ài)因斯坦引力理論的主要差異. 4. 經(jīng)典力學(xué)與相對(duì)論量子力學(xué)的關(guān)系如何？ 自學(xué)檢測(cè) 1．下列說(shuō)法正確的是(　　) A．牛頓定律就是經(jīng)典力學(xué) B．經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)是牛頓運(yùn)動(dòng)定律 C．牛頓運(yùn)動(dòng)定律可以解決自然界中所有的問(wèn)題 D．經(jīng)典力學(xué)可以解決自然界中所有的問(wèn)題 2．以下說(shuō)法正確的是(　　) A．經(jīng)典力學(xué)理論普遍適用，大到天體，小到微觀(guān)粒子均適用 B．經(jīng)典力學(xué)理論的成立具有一定的局限性 C．在經(jīng)典力學(xué)中，物體的質(zhì)量不隨運(yùn)動(dòng)狀態(tài)而改變 D．相對(duì)論與量子力學(xué)否定了經(jīng)典力學(xué)理論 3．在物理學(xué)發(fā)展的過(guò)程中，許多物理學(xué)家的科

4、學(xué)發(fā)現(xiàn)推動(dòng)了人類(lèi)歷史的進(jìn)步．在對(duì)以下 幾位物理學(xué)家所作科學(xué)貢獻(xiàn)的敘述中，正確的說(shuō)法是(　　) A．愛(ài)因斯坦創(chuàng)立了“日心說(shuō)” B．哥白尼提出了“地心說(shuō)” C．伽利略發(fā)現(xiàn)了行星運(yùn)動(dòng)定律 D．牛頓總結(jié)出了萬(wàn)有引力定律 4．下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．愛(ài)因斯坦的狹義相對(duì)論研究的是物體在低速運(yùn)動(dòng)時(shí)所遵循的規(guī)律 B．愛(ài)因斯坦的狹義相對(duì)論研究了物體在高速運(yùn)動(dòng)時(shí)所遵循的規(guī)律 C．牛頓物理學(xué)的運(yùn)動(dòng)定律研究的是物體在低速運(yùn)動(dòng)時(shí)所遵循的規(guī)律 D．牛頓物理學(xué)的運(yùn)動(dòng)定律研究的是物體在高速運(yùn)動(dòng)時(shí)所遵循的規(guī)律 鞏固練習(xí) 5．對(duì)于公式m＝，下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．

5、式中的m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 適用，所以是不正確的 C．當(dāng)物體以較小速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，質(zhì)量變化非常小，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)物體 D．通常由于物體的運(yùn)動(dòng)速度太小，故質(zhì)量的變化引不起我們的感覺(jué)，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 6．關(guān)于經(jīng)典力學(xué)、狹義相對(duì)論和量子力學(xué)，下面說(shuō)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，互不相容的兩種理論 B．在物體高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)

6、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)服從牛頓定律 C．經(jīng)典力學(xué)適用于宏觀(guān)物體的運(yùn)動(dòng)，量子力學(xué)適用于微觀(guān)粒子的運(yùn)動(dòng) D．不論是宏觀(guān)物體，還是微觀(guān)粒子，經(jīng)典力學(xué)和量子力學(xué)都是適用的 7．下列說(shuō)法正確的是(　　) A．在經(jīng)典力學(xué)中，物體的質(zhì)量不隨運(yùn)動(dòng)狀態(tài)而改變，在狹義相對(duì)論中，物體的質(zhì)量也 不隨運(yùn)動(dòng)狀態(tài)而改變 B．在經(jīng)典力學(xué)中，物體的質(zhì)量隨運(yùn)動(dòng)速度的增加而減小，在狹義相對(duì)論中，物體的質(zhì) 量隨物體速度的增大而增大 C．在經(jīng)典力學(xué)中，物體的質(zhì)量是不變的，在狹義相對(duì)論中，物體的質(zhì)量隨物體速度的 增大而增大 D．上述說(shuō)法都是錯(cuò)誤的 8．物理學(xué)的發(fā)展豐富了人類(lèi)對(duì)物質(zhì)世界的認(rèn)

7、識(shí)，推動(dòng)了科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新和革命，促進(jìn)了 物質(zhì)生產(chǎn)的繁榮與人類(lèi)文明的進(jìn)步，下列表述正確的是(　　) A．牛頓發(fā)現(xiàn)了萬(wàn)有引力定律 B．牛頓通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了萬(wàn)有引力定律 C．相對(duì)論的創(chuàng)立表明經(jīng)典力學(xué)已不再適用 D．愛(ài)因斯坦建立了狹義相對(duì)論，把物理學(xué)推到高速領(lǐng)域 6．5 宇宙航行 班級(jí) 姓名 小組 得分 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1．了解人造地球衛(wèi)星的有關(guān)知識(shí)； 2．知道三個(gè)宇宙速度的含義和數(shù)值，會(huì)推導(dǎo)第一宇宙速度。 重點(diǎn)：會(huì)推導(dǎo)第一宇宙速度，了解第二、第三宇宙速度。 難

8、點(diǎn)：運(yùn)行速率與軌道半徑之間的關(guān)系。 學(xué)習(xí)過(guò)程 一、溫故互查 萬(wàn)有引力定律： 二、設(shè)問(wèn)導(dǎo)讀 1、牛頓的設(shè)想 （1）牛頓對(duì)人造衛(wèi)星原理的描繪。 設(shè)想在高山上有一門(mén)大炮，水平發(fā)射炮彈，初速度越大，水平射程就越大，可以想象當(dāng)初速度足夠大時(shí)，這顆炮彈將不會(huì)落到地面，將和月球一樣成為地球的一顆衛(wèi)星。 （2）人造衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的動(dòng)力學(xué)原因。 人造衛(wèi)星在繞地球運(yùn)行時(shí)，只受到地球?qū)λ娜f(wàn)有引力作用，人造衛(wèi)星作圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由萬(wàn)有引力提供。 （3）人造衛(wèi)星的運(yùn)行速度 設(shè)地球質(zhì)量為M，衛(wèi)星質(zhì)量為m，軌道半徑為r，由于萬(wàn)有引力提供向心力，則， ∴，可見(jiàn)：高軌道上

9、運(yùn)行的衛(wèi)星，線(xiàn)速度小。 思考1：角速度和周期與軌道半徑的關(guān)系呢？ 思考2：高軌道上運(yùn)行的衛(wèi)星速度小，是否發(fā)射也容易呢？ 2、 宇宙速度 問(wèn)題：（1）什么是第一宇宙速度、第二宇宙速度、第三宇宙速度？ （2）第一宇宙速度是如何推導(dǎo)出來(lái)的？ 資料庫(kù)：以地球?yàn)槔?，三個(gè)宇宙速度和相應(yīng)軌道間的關(guān)系如圖所示。當(dāng)衛(wèi)星在地面附近做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，其運(yùn)行速度即為第一宇宙速度7．9km/s，當(dāng)衛(wèi)星到達(dá)地面附近時(shí)，其速度介于7．9km/s——11．2 km/s之間，則衛(wèi)星沿橢圓軌道繞地球運(yùn)動(dòng)；當(dāng)衛(wèi)星到達(dá)地面附近時(shí)，其速度介于11．2km/s——16．7 km/s之間，則

10、衛(wèi)星沿橢圓軌道飛離地球，成為繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的“衛(wèi)星”；當(dāng)衛(wèi)星在地面附近時(shí)，其速度超過(guò)16．7 km/s，則衛(wèi)星能飛出太陽(yáng)系成為太陽(yáng)系外的衛(wèi)星。 地球同步衛(wèi)星的周期為24小時(shí)，離地高度約3．6104km，運(yùn)行速度為3．1 km/s，其軌道位于地球赤道正上方，所有通訊衛(wèi)星都是地球同步衛(wèi)星； 近地衛(wèi)星運(yùn)行半徑約等于地球半徑，r=R，運(yùn)行周期最小約T=85分鐘，運(yùn)行速度最大為v=7．9km/s（稱(chēng)為第一宇宙速度）。 自學(xué)檢測(cè) 5. 有兩顆人造衛(wèi)星，都繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，已知他們的軌道半徑之比為4：1，求這兩顆衛(wèi)星的：（1）線(xiàn)速度之比; (2)角速度之比; (3) 周期之比； (4)

11、向心加速度之比 2．關(guān)于第一宇宙速度，下列說(shuō)法正確的是( ) A．它是人造地球衛(wèi)星繞地球飛行的最小速度 B．它是近地圓軌道上人造地球衛(wèi)星的運(yùn)行速度 C．它是使衛(wèi)星進(jìn)入近地圓軌道的最小發(fā)射速度 D．它是衛(wèi)星在橢圓軌道上運(yùn)行時(shí)在遠(yuǎn)地點(diǎn)的速度 鞏固練習(xí) 3．假如一做圓周運(yùn)動(dòng)的人造地球衛(wèi)星的軌道半徑增大到原來(lái)的2倍仍做圓周運(yùn)動(dòng)，則（ ） A．根據(jù)公式v=ωr，可知衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的線(xiàn)速度增大到原來(lái)的2倍 B．根據(jù)公式，可知衛(wèi)星所需的向心力將減小到原來(lái)的 C．根據(jù)公式，可知地球提供的向心力將減小到原來(lái)的 D．根據(jù)上述B和C中給出的公式，可知衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的線(xiàn)速度減小到原來(lái)的

12、拓展延伸 4．已知地球同步衛(wèi)星離地面的高度約為地球半徑的6倍．若某行星的平均密度為地球平 均密度的一半，它的同步衛(wèi)星距其表面的高度是其半徑的2.5倍，則該行星的自轉(zhuǎn)周期 約為(　　) A．6小時(shí) B．12小時(shí) C．24小時(shí) D．36小時(shí) 5.1990年3月，中國(guó)紫金山天文臺(tái)將1965年9月20日發(fā)現(xiàn)的第753號(hào)小行星命名為吳 健雄星，其直徑為32 km.如果該小行星的密度和地球相同，求該小行星的第一宇宙速 度．(已知地球半徑R0＝6 400 km，地球的第一宇宙速度v0取8 km/s.) 答案 1．B　[經(jīng)典力學(xué)并

13、不等于牛頓運(yùn)動(dòng)定律，牛頓運(yùn)動(dòng)定律只是經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)；經(jīng)典力學(xué)并非萬(wàn)能，也有其適用范圍，并不能解決自然界中所有的問(wèn)題．因此只有搞清牛頓運(yùn)動(dòng)定律和經(jīng)典力學(xué)的隸屬關(guān)系，明確經(jīng)典力學(xué)的適用范圍，才能正確解答此類(lèi)問(wèn)題．] 方法總結(jié)　經(jīng)典力學(xué)不能用來(lái)解決微觀(guān)世界和高速運(yùn)動(dòng)中的一些問(wèn)題． 2．BC　[經(jīng)典力學(xué)理論只適用于宏觀(guān)、低速的物體，A錯(cuò)，B對(duì)．在經(jīng)典力學(xué)中，物體的速度v?c，所以物體的質(zhì)量不隨運(yùn)動(dòng)狀態(tài)而改變，但相對(duì)論和量子力學(xué)并不否定經(jīng)典力學(xué)理論，認(rèn)為它是在一定條件下的特殊情形，C正確，D錯(cuò)誤．] 3．D　[“日心說(shuō)”由哥白尼提出，愛(ài)因斯坦創(chuàng)立了相對(duì)論理論，A、B錯(cuò)．行星運(yùn)動(dòng)定律是開(kāi)普勒發(fā)現(xiàn)的，

14、C錯(cuò)．萬(wàn)有引力定律是牛頓總結(jié)提出的，D對(duì)．] 4．BC　[牛頓經(jīng)典力學(xué)適用于宏觀(guān)物體的低速運(yùn)動(dòng)；愛(ài)因斯坦的狹義相對(duì)論適用于微觀(guān)粒子的高速運(yùn)動(dòng)，在低速時(shí)得出的結(jié)論與經(jīng)典力學(xué)基本一致．] 5．ACD　[根據(jù)公式可得A正確；由公式可知，v?c時(shí)，物體質(zhì)量基本不變，只有當(dāng)v接近c(diǎn)時(shí)，質(zhì)量才發(fā)生較大變化，故B錯(cuò)誤，C、D正確．] 6．BC　[相對(duì)論并沒(méi)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況，A錯(cuò)．經(jīng)典力學(xué)適用于宏觀(guān)物體的低速運(yùn)動(dòng)，對(duì)于微觀(guān)粒子的高速運(yùn)動(dòng)問(wèn)題經(jīng)典力學(xué)不再適用 ，但相對(duì)論、量子力學(xué)適用，故B、C對(duì)，D錯(cuò)．] 7．C 8．AD　[萬(wàn)有引力定律是牛頓發(fā)現(xiàn)的，但在實(shí)驗(yàn)室里加以驗(yàn)證是卡文迪許進(jìn)行的，A對(duì)、B錯(cuò)．相對(duì)論并沒(méi)有否定經(jīng)典力學(xué)，經(jīng)典力學(xué)對(duì)于低速、宏觀(guān)運(yùn)動(dòng)仍適用，C錯(cuò)．狹義相對(duì)論的建立，是人類(lèi)取得的重大成就，從而把物理學(xué)推到更高領(lǐng)域，D對(duì)．]