7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性 讲义-2021-2022学年人教版（2019）高中物理必修第二册

第七章万有引力与宇宙航行 第5节相对论时空观与牛顿力学的局限性 【素养目标】 1.了解经典力学的发展历程和伟大成就. 2.知道经典力学的局限性和适用范围． 3.知道速度对质量的影响及光速不变原理． 4.了解科学理论的相对性，体会科学理论是不断发展和完善的. 【必备知识】 知识点一、相对论时空观 速度远小于光速 接近光速运动 物理理论 经典力学 相对论 质量与速度的关系 物体的质量是不随运动状态改变的 物体的质量随着物体运动速度的增大而增大．m＝m0/ 位移、时间与参考系的关系 位移的测量、时间的测量都与参考系无关 同一过程的位移和时间的测量在不同参考系中是不同的 【点睛】 1．低速与高速的概念 (1)低速：远小于光速的速度为低速，通常所见物体的运动，如行驶的汽车、发射的导弹、人造地球卫星及宇宙飞船等物体的运动皆为低速运动． (2)高速：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．速度对质量的影响 (1)在经典力学中，物体的质量不随速度而变．根据牛顿第二定律F＝ma知，物体在力F作用下做匀变速运动，只要时间足够长，物体的运动速度就可以增加到甚至超过光速c. (2)爱因斯坦的狭义相对论指出，物体的质量随速度的增大而增大，即m＝，其中m0为物体静止时的质量，m是物体速度为v时的质量，c是真空中的光速．在高速运动时，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：对于低速运动问题，一般用经典力学规律来处理．对于高速运动问题，经典力学已不再适用，需要用狭义相对论知识来处理． 知识点二、牛顿力学的成就与局限性 1．微观世界 电子、质子、中子等微观粒子的运动规律在很多情况下不能用经典力学来说明，而量子力学能够正确地描述微观粒子的运动规律． 2．经典力学的适用范围 经典力学适用于低速运动，不适用于高速运动，适用于宏观世界，不适用于微观世界． 3．从弱引力到强引力 (1)1915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，牛顿的引力理论不再适用． (2)当物体的运动速度远小于光速c(3×108 m/s)时，相对论物理学与经典物理学的结构没有区别．当另一个重要常数即“普朗克常量”(6.63×10－34 J·s)可以忽略不计时，量子力学和经典力学的结论没有区别． 【探讨】 如图甲，质