第8.1节 牛顿力学的局限性-【帮课堂】2023-2024学年高一物理同步学与练（沪科版2020上海必修第二册）

第八章 牛顿力学的局限性与相对论初步 8.1 牛顿力学的局限性 🧭目标导航 知识要点 难易度 1. 牛顿力学不能解释：不能超过c、以太不存在、电子能级、强引力场 2. 牛顿力学适用范围：宏观、低速、弱引力场 3. 相对论没有完全否定牛顿力学 ★★ ★ ★ 📚知识精讲 一、牛顿力学局限性 1.牛顿力学无法解释的现象 (1)粒子加速不可能超过光速 按牛顿力学计算，质子质量为1.67×10-27kg，当把一个质子能量加速到1.6×10-10J时， 速度=1.46c > c，这和实验观察不相符。 通常用γ因子来描述高速粒子的性质： 当粒子的速度很小时，γ≈1； 当粒子的速度接近光速时，伽马因子会趋近于无穷大，说明质量无限增加。 (2)以太不存在 按牛顿力学，光的传播需要一种叫以太的介质，充满宇宙空间，但迈克耳孙莫雷实验证明不存在。 (3)电子的能级 电子在原子核正电荷的库仑力作用下绕核运转，其轨道半径是连续的； 无法解释电子轨道能级量子化，原子光谱，激光等。 (4)强引力场的天体运动 一个质量为m，半径为R的天体，其引力场的强弱通常用引力常数，引力常数越小引力场越弱。 地球的引力常数约为10-9，太阳引力常数约为10-6，而对于中子星，这个值约为10-1，黑洞则接近于1。 牛顿力学在弱引力场天体运动方面取得了很大的成功，但无法正确描述强引力场天体的运动。 2.牛顿力学局限性：牛顿力学的适用范围是低速宏观物体。 (1)低速运动。当物体以接近光速运动时，有些与牛顿力学的结论不相同。 (2)宏观物体的运动。电子、质子、中子等微观粒子的运动不能用牛顿力学来说明。 (3)弱引力场。中子星、黑洞不能用牛顿力学描述。 3.牛顿力学没有被相对论完全否定，当物体运动的速度远小于光速c时，相对论与牛顿力学没有区别。 例1. 下列关于经典力学的说法正确的是(　　) A.经典力学适用于宏观、低速(远小于光速)运动的物体 B.经典力学适用于微观、高速(接近光速)运动的粒子 C.相对论和量子力学的出现，表明经典力学已被完全否定了 D.经典力学在理论和实践上取得了巨大的成功，从地面到天体的运动都服从经典力学的规律，因此任何情况下都适用 ✏️巩固练习 1.下列运动中不能用经典力学规律描述的是(　　) A.子弹的飞行 B.和谐号从深圳向广州飞驰 C.人造卫星绕地球运动 D.粒子接近光速的运动 2. 下列物理现象中，哪些可以在牛顿力学的框架下得到解释？哪些不能在牛顿力学的框架下得到解释？ 试简述理由。 (1)地球绕太阳公转； (2)量子通信； (3)引力波； (4)加速器中高能粒子的运动； (5)激光； (6)电子的轨道运动： (7)水星的轨道进动； (8)黑体辐射的能量分布 3. (多选)下列运动中经典力学规律适用的是(　　) A.子弹的飞行 B.飞船绕地球的运行 C.列车的运行 D.粒子接近光速的运动 4. 计算下表中物体运动速度的γ因子： 运动 物体 步行的人 奔跑中的运动员 高铁 卫星 从地球逃逸的卫星 加速器中的 高能粒子 速度 5 km/h 10 m/s 300 km/h 3.08 km/s 11.2 km/s 0.9999c 5. 北京正负电子对撞机是我国第一台高能加速器，可以将电子能量加速到 3.52×10-10J(2.2 GeV)。按照牛顿力学，这个电子的速度是多大？这种情况下，牛顿力学是否适用？为什么？ 6. 对于质量为 1.4 倍太阳质量、半径与地球相同的白矮星，计算它的引力常数，牛顿力学可以正确描写白矮星的运动吗？简述理由。(太阳质量 m=1.989×1030kg，引力常量G=6.67×10-11N·m2/kg2，地球半径 R地=6.371×106m，光速c=3.0×108m/s) 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第八章 牛顿力学的局限性与相对论初步 8.1 牛顿力学的局限性 🧭目标导航 知识要点 难易度 1. 牛顿力学不能解释：不能超过c、以太不存在、电子能级、强引力场 2. 牛顿力学适用范围：宏观、低速、弱引力场 3. 相对论没有完全否定牛顿力学 ★★ ★ ★ 📚知识精讲 一、牛顿力学局限性 1.牛顿力学无法解释的现象 (1)粒子加速不可能超过光速 按牛顿力学计算，质子质量为1.67×10-27kg，当把一个质子能量加速到1.6×10-10J时， 速度=1.46c > c，这和实验观察不相符。 通常用γ因子来描述高速粒子的性质： 当粒子的速度很小时，γ≈1； 当粒子的速度接近光速时，伽马因子会趋近于无穷大，说明质量