人教版高中物理(必修2)课时作业：第六章 第6节 经典力学的局限性(附答案)

6.6 经典力学的局限性教学目标一、知识与技能1.了解牛顿运动定律及万有引力定律为基础的经典力学在广阔的领域里有着广泛的应用。

2.知道牛顿运动定律的适用范围。

3.知道物体的质量、长度、时间在高速运动中必须考虑它们随速度变化而变化。

4.明确相对论和量子力学跟经典力学的关系。

二、过程与方法1.通过互联网及教材对信息的收集和处理，逐步学会分析、解决问题以及提高与他人交流、合作的能力。

2.根据学习任务，能计划安排并调控自己的学习过程，有一定的自主学习能力。

三、情感态度与价值观1.培养学生交流合作、评价探究结果的初步能力。

2.培养学生对科学的好奇心与求知欲。

教学重点牛顿运动定律的适用范围。

教学难点高速运动的物体，速度和质量之间的关系。

教学过程一、引入新课教师：自从17世纪以来，以牛顿运动定律为基础的经典力学不断发展，如，在宏观、低速、弱引力的广阔领域，包括天体力学的研究中取得了巨大的成就。

经典力学在科学研究和生产技术中有了广泛的应用，如，从地面物体的运动到天体的运动，从大气的流动到地壳的变动，从拦河筑坝、修建桥梁到设计各种机械，从自行车到汽车、火车、飞机等各种交通工具，从投出的篮球到发射火箭、人造卫星、宇宙飞船……从而证明了牛顿运动定律的正确性。

但是，经典力学也不是万能的，像一切科学一样，它没有也不会穷尽一切真理，它也有自己的局限性。

它像一切科学理论一样，是一部“未完成的交响曲”。

那么经典力学在什么范围内适用呢？有怎样的局限性呢？这节课我们就来了解这方面的知识。

二、新课教学（一）从低速到高速教师：请同学们阅读教材“从低速到高速”部分。

回答低速与高速的概念、质速关系、速度合成与两个公式。

学生：低速到高速的概念，通常所见的物体的运动皆为低速运动，如行驶的汽车，发射的导弹、人造卫星及宇宙飞船等。

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。

质速关系：在经典力学中，物体的质量是不变的，但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2201c vm m -=其中m0为静止质量，m是物体速度为v时的质量，c是真空中的光速。

第6节经典力学的局限性世纪初，著名物理学家爱因斯坦建变的；狭义相对论中指出质量随速度的.动规律；量子力学能正确描述微观粒子.科学，而只认为过去的科学是自己在一一、经典力学的适用范围1.经典力学是指以牛顿三大定律为核心的矢量力学，有时也泛指描述宏观、低速物体机械运动的经典力学体系.2.经典力学适用于宏观、低速、弱引力.二、狭义相对论1.狭义相对论阐述了物体在以接近光速的速度运动时遵循的规律.2.速度的影响(1)一个物体静止时的质量为m0，当它以速度v运动时，质量为m.(2)对于时间而言，运动时钟变慢.(3)对于空间而言，运动直尺变短.一、合作探究找规律考点一从低速到高速地球绕太阳公转的速度是3×104 m/s，设在美国伊利诺伊州费米实验室的圆形粒子加速器可以把电子加速到0.999 999 999 987倍光速的速度，请思考：1.地球的公转速度在狭义相对论中属于低速还是高速？被加速器加速后的电子的速度呢？2.加速后电子的质量比电子的静止质量增大了还是减小了？答：1.地球公转速度属于低速，被加速器加速后的电子的速度属于高速.2.加速后电子的质量比电子的静止质量大.考点二从宏观到微观，从弱引力到强引力如图所示，“黑洞”是爱因斯坦广义相对论中预言的一种特殊天体.它的密度极大，对周围的物质(包括光)有极强的吸引力，在研究“黑洞”时，经典力学还适用吗？如何研究“黑洞”问题？答：不适用.经典力学适用于弱引力问题，而“黑洞”问题属于强引力问题，经典力学不再适用，可以利用爱因斯坦的广义相对论研究“黑洞”问题.二、理解概念做判断1.在经典力学中，位移的测量与参考系的运动情况无关.(√)2.牛顿定律在物体速度达到几千米每秒时就不再适用了.(×)3.光速不变原理是指在不同的惯性参考系中，测得的真空中的光速是不变的.(√)4.在狭义相对论中，物体的质量不会随物体的速度的变化而变化.(×)5.量子力学不能描述微观粒子的运动规律.(×)1.发展历程2.经典力学的伟大成就(1)经典力学和天文学相结合，建立了天体力学；经典力学和工程材料相结合，建立了各种应用力学，如流体力学、材料力学、结构力学等.(2)自然界中关于宏观物体的运动问题，都服从经典力学的规律.从行星的运动到地面上各种物体的运动，从人力车、马车的运动到汽车、火车、飞机的运动，从抛出石块到发射导弹、人造卫星，都服从经典力学的规律.3.经典力学与相对论、量子理论的关系(1)两种理论是历史发展的不同产物我们对自然界的认识过程都是从肤浅到深刻，从片面到全面，一步步深入，一步步完善的，所以理论的完善也需要一个过程.在历史发展的不同阶段，人类建立了经典力学和相对论、量子力学两套物理学理论.经典力学理论不可能穷尽一切真理，必有其局限性，现在可认为经典力学理论是狭义相对论和量子理论的特例.(2)两种理论的适用范围不同经典力学理论适用于弱引力作用下，低速运动的宏观物体.而它在强引力作用下，或高速运动或微观世界不适用.近期建立的相对论原理及量子力学是一种全新的时空与引力理论，它并没有否定经典力学理论，是在经典力学基础上加以完善，适用范围更广、更全面.(3)小船在河中顺流而下，在经典力学中，时间和空间互不相干，它们的存在和测量均与运动无关，故有v船岸＝v船水＋v水岸.但相对论认为，速度总与位移及时间间隔的测量相联系，因而上式不成立.(4)牛顿的万有引力定律认为：物体的半径减半，引力增大到原来的四倍，即符合“平方反比”规律.爱因斯坦引力理论表明：物体间的距离减小时，它们间的引力比“平方反比”规律增加得更快，距离越小，这种差别就越大.典例1(多选)以下说法正确的是()A．经典力学理论普遍适用，大到天体，小到微观粒子均适用B．经典力学理论的成立具有一定的局限性C．在经典力学中，物体的质量不随运动状态的改变而改变D．相对论与量子力学否定了经典力学理论【思路点拨】经典力学适用于宏观低速问题，而相对论主要应用于微观高速问题，但在低速问题中也同样成立，两者并不矛盾.【解析】经典力学理论只适用于宏观、低速运动的物体，具有一定的局限性，A错误，B正确；在经典力学中，物体的速度v≪c，所以物体的质量不随运动状态的改变而改变，但相对论和量子力学并不否定经典力学，认为它是在一定条件下的特殊情形，C正确，D错误.【答案】BC(多选)20世纪以来，人们发现了一些新的事实，而经典力学却无法解释.经典力学只适用于解决物体的低速运动问题，不能用来处理高速运动问题；只适用于宏观物体，一般不适用于微观粒子.这说明() A．随着认识的发展，经典力学已成了过时的理论B．人们对客观事物的具体认识，在广度上是有局限性的C．不同领域的事物各有其本质与规律D．人们应当不断地扩展认识，在更广阔的领域内掌握不同事物的本质与规律解析：人们对客观世界的认识，要受到他所处的时代的客观条件和科学水平的制约，所以形成的看法也都具有一定的局限性，人们只有不断地扩展自己的认识，才能掌握更广阔领域内的不同事物的本质与规律；新的科学的诞生，并不意味着对原来科学的全盘否定，只能认为过去的科学是新的科学在一定条件下的特殊情形，所以A错，B、C、D对.答案：BCD。

6.6 《经典力学的局限性》学案【学习目标】（1）知道牛顿运动定律的适用范围；（2）了解经典力学在科学研究和生产技术中的广泛应用；（3）知道质量与速度的关系，知道高速运动中必须考虑速度随时。

【重点难点】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。

【课前预习】1．经典力学认为，物体的质量与物体的运动状态；而狭义相对沦认为，物体的质量随着它的速度的增大而，若一个物体静止时的质量为，则当它以速度运动时，共质量m= 。

2.每一个天体都有一个引力半径，半径的大小由决定；只要天体实际半径它们的引力半径，那么由爱因斯坦和牛顿引力理论计算出的力的差异。

但当天体的实际半径接近引力半径时，这种差异。

3.19世纪末和20世纪以来，物理学的研究深入到，发现、、等微观粒子不仅有、，而且有，它们的运动规律不能用经典力学来说明。

[堂中互动][问题探究1]经典力学发展和伟大成就[教师点拨]经典力学发展经历了三个阶段：第一阶段是在伽利略、牛顿时代之前，人们对力学现象的研究大多直接反映在技术之中或完全融合在哲学之内，物理学就整体而言还没有成为独立的科学；第二阶段是从伽利略到牛顿，是经典力学从基本要领、基本定律到建成理论体系的阶段，在这一阶段有一系列的科学家为经典力学打下重要基础。

如伽利略、笛卡儿对惯性的研究发现了惯性定律和重力作用下的匀加速运动，奠定了牛顿第一定律和第二定律的基本思想，开普勒对天体运动的研究发现了行星运动三定律，为万有引力定律奠定基础，惠更斯对碰撞问题的研究等。

第三阶段是牛顿之后经典力学的新发展，后人对经典力学的表述形式和应用对象进行了拓展和完善。

经过几百年的发展和完善，经典力学取得了伟大成就：1.1687年，牛顿在前人的基础上发表了《自然哲学的数学原理》，这是一部奠定了经典力学基础的划时代的著作。

在这本书中，牛顿用数学方法证明了万有引力定律和三大运动定律，被认为是“人类智慧史上最伟大的一个成就”。

人教版高一物理必修二第六章：经典力学的局限性班级________ 姓名_______【自主学习】(1)经典力学的基础是，牛顿运动定律和万有引力定律在、、的宽广区域，包括的研讨中，经受了实际的检验，取得了庞大的成就。

(2)经典力学的适用范围：只适用于运动，不适用于运动；只适用于世界，不适用于世界。

【典型例题】1．关于经典力学的局限性，以下说法正确的选项是()A．经典力学适用于微观低速运动的物体B．由于经典力学有局限性，所以普通力学效果都用相对论力学来处置C．火车提速后，有关速度效果不能用经典力学来处置D．经典力学只适用于像地球和太阳那样大的微观物体2．以下说法正确的选项是()A．牛顿运动定律就是经典力学B．经典力学的基础是牛顿运动定律C．牛顿运动定律可以处置自然界中的一切效果D．经典力学可以处置自然界中的一切效果【针对练习】3．思索到地球自转的影响，同一物体在不同纬度的空中处所受的重力是不同的，下面说法中正确的选项是 ( )A、物体在地球的两极时所受重力最大B、物体在地球的两极时所受重力最小C、物体在地球的赤道时所受重力最大D、物体在地球的赤道时所受重力最小4．想象人类开发月球，不时把月球上的矿藏搬运到地球上，假定经过长时间开采后，地球仍可看做是平均的球体，月球仍沿开采前的圆周轨道运动．那么与开采前相比( ) A．地球与月球的万有引力将变大 B．地球与月球的万有引力将变小C．月球绕地球运动的周期将变长 D．月球绕地球运动的周期将变短5．假定太阳的一个行星绕太阳运转的轨道半径为r，周期为T，引力常量为G，可求得〔〕A、该行星的质量B、太阳的质量C、该行星的平均密度D、太阳的平均密度6．宇宙飞船绕地球做匀速圆周运动，在宇宙飞船的空间实验室里，不能运用的仪器有( )A 、密度计B 、弹簧秤C 、天平D 、水银气压计7．宇宙飞船要与盘绕地球运转的轨道空间站对接，飞船为了追上轨道空间站( )A ．只能从较高轨道上减速B ．只能从较低轨道上减速C ．只能从与空间站同一轨道上减速D ．无论在什么轨道，只需减速即可8．地球同步卫星距空中高度为h ，地球外表的重力减速度为g ，地球半径为R ，地球自转的角速度为ω，那么同步卫星绕地球转动的线速度为〔 〕A ．v =〔R +h 〕ωB ．v =)/(h R RG +C ．v =R )/(h R g +D ．v =32ωg R9．地球赤道上有一物体随地球的自转而做圆周运动，所受的向心力为F 1，向心减速度为a 1，线速度为v 1，角速度为ω1；绕地球外表左近做圆周运动的天然卫星〔高度疏忽〕所受的向心力为F 2，向心减速度为a 2，线速度为v 2，角速度为ω2;地球同步卫星所受的向心力为F 3，向心减速度为a 3，线速度为v 3，角速度为ω3；地球外表重力减速度为g ，第一宇宙速度为v ，假定三者质量相等，那么( )A ．F 1=F 2＞F 3B ．a 1=a 2=g ＞a 3C ．v 1=v 2=v ＞v 3D ．ω1=ω3＜ω210．发射同步卫星时，先将卫星发射到近地圆轨道1，然后经点火使其沿椭圆轨道2运动，最后再次点火，将卫星送入同步圆轨道3，轨道1、2相切于Q 点，轨道2、3相切于P 点，如右图所示，当卫星区分在1、2、3轨道上正常运转时，以下说法正确的选项是〔 〕A.卫星在轨道2上由Q 向P 运动的进程中速率越来越小B.卫星在轨道3上经过P 点的速率大于在轨道2上经过P 点的速率C.卫星在轨道2上经过Q 点的半径小于在轨道2上经过P 点的半径D.卫星在轨道2上经过Q 点的减速度等于在轨道1上经过Q 点的减速度【附加题】11临时观测，人们在宇宙中曾经发现了〝双星系统〞．〝双星系统〞由两颗相距较近的恒星组成，每个恒星的线度远小于两个星体之间的距离，而且双星系统普通远离其他天体，如图1所示，两颗星球组成的双星，在相互之间的万有引力作用下，绕连线上的O 点做周期相反的匀速m 2 O 图1圆周运动，而不会由于万有引力作用，使它们吸在一同〔不思索其他天体对它们的影响〕，两天体质量区分为m1和m2，相距为L，〔引力常量为G〕〔1〕求两个天体的轨道半径之比〔2〕求它们做匀速圆周运动的周期T。

2019-2020 年人教版物理必修二讲义：第 6 章 +6．经典力学的限制性及答案6. 经典力学的限制性[学习目标 ] 1.认识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合用范围． (要点 ) 3.知道速度对证量的影响及光速不变原理． (难点 ) 4. 认识科学理论的相对性，领会科学理论是不停发展和完美的．一、从低速到高速速度远小于光速靠近光速运动物理理论经典力学相对论物体的质量跟着物体运动速质量与速度的关物体的质量是不随运动状 度的增大而增大， m ＝系态改变的2m 0/ 1－v2c位移、时间与参 位移的丈量、时间的丈量 同一过程的位移和时间的测 考系的关系都与参照系没关量在不一样参照系中是不一样的二、从宏观到微观、从弱引力到强引力 1． 微观世界电子、质子、中子等微观粒子的运动规律在好多状况下不可以用经典力学来说明，而量子力学能够正确地描绘微观粒子的运动规律．2． 经典力学的合用范围经典力学合用于低速运动，不合用于高速运动，合用于宏观世界，不合用于微观世界．3． 从弱引力到强引力(1)1915 年，爱因斯坦创办了广义相对论， 这是一种新的时空与引力的理论． 在强引力的状况下，牛顿的引力理论不再合用．(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构造没有差别．当另一个重要常数即“普朗克常量” × 10－34 J ·s)能够忽略不计时，量子力学和经典力学的结论没有差别．1．思虑判断 (正确的打“√”，错误的打“×” )(1) 在经典力学中，位移的丈量与参照系的运动状况没关．( √)(2) 在相对论力学中，运动的时钟和静止的时钟快慢同样．( ×)(3) 在相对论力学中，高速运动的物体质量要变小．( ×)(4) 经典力学一般不合用于微观粒子．( √)(5) 万有引力定律合用于中子星表面引力的计算．( ×)2．以下物体的运动不可以用经典力学描绘的是()A．飞机的飞翔B．人造卫星的运转C．小汽车的行驶D．光子的运动D[经典力学合用于低速宏观的物体， A、B、C 不切合题意，选项 D 切合题意． ]3．对于经典力学的限制性，以下说法正确的选项是()A．火车加速后，有关速度问题不可以用经典力学来办理B．因为经典力学有限制性，因此一般力学识题都用相对论力学来解决C．经典力学合用于宏观低速运动的物体D．经典力学只合用于像地球和太阳那样大的宏观物体C[经典力学是有限制性，经典力学合用于宏观低速运动的物体，但对于一般力学识题还能用经典力学来解决，因此即便在火车加速后，有关速度问题还能用经典力学来办理，故 A、B 错误， C 正确；经典力学不单合用于像地球和太阳那样大的宏观物体，也合用一般尺寸的宏观物体，故 D 错误．应选 C.]物体速度对证量的影响(1)低速：远小于光速的速度为低速，往常所见物体的运动，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：有些微观粒子在必定条件下其速度能够与光速相靠近，这样的速度称为高速．2．速度对证量的影响(1)在经典力学中，物体的质量不随速度而变．依据牛顿第二定律 F ＝ma 知，物体在力 F 作用下做匀变速运动，只需时间足够长，物体的运动速度就能够增添到甚至超出光速 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＝m02，此中 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v1－2c中的光速．在高速运动时，质量的丈量是与运动状态亲密有关的．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，经典力学已不再合用，需要用狭义相对论知识来办理．【例 1】把电子从v1＝0.9c 加快到v2＝0.97c 时电子的质量增添多少？(已知－ 31电子静止质量 m0＝× 10 kg)[分析 ] 电子速度为 v 1时电子质量为m1＝m0 m0＝1－2 v 121－c电子速度为 v 2时电子质量为m2＝m0 m0＝1－2 v 221－c电子质量增量为m＝m2－ m1＝×10－30 kg.[答案 ] ×10 30 kg－物体的质量与速度的关系从爱因斯坦的相对论可知：物体的速度越大，它的质量就越大．当物体的速2019-2020 年人教版物理必修二讲义：第 6 章 +6．经典力学的限制性及答案度远小于光速时，其质量的变化能够忽视；当物体的速度靠近光速时，质量变化将很显然，其质量变化不行忽视．．多项选择对于公式m＝m0 2，以下说法中正确的选项是 ()1 ( )v1－2cA．式中的 m0是物体以速度v运动时的质量B．当物体的运动速度v ＞0时，物体的质量m＞m0，即物体的质量改变了，故经典力学不再合用C．当物体以较小速度运动时，质量变化十分细小，经典力学理论仍旧合用，只有当物体以靠近光速的速度运动时，质量变化才显然，故经典力学合用于低速运动，而不合用于高速运动D．往常因为物体的运动速度很小，故质量的变化引不起我们的感觉，在剖析地球上物体的运动时，不用考虑质量的变化CD [公式中 m0是物体的静止质量， m 是物体以速度v运动时的质量，选项A 错误．由公式可知，只有当v 靠近光速时，物体的质量变化才显然，一般状况下物体的质量变化十分细小，故经典力学仍旧合用，选项C、D 正确， B 错误． ]狭义相对论、量子理论、广义相对论的比较1．差别狭义相经典力学合用于低速运动的物体；狭义相对论论述物体在以靠近对论光速运动时所按照的规律量子力学经典力学合用于宏观世界；量子力学能够正确描绘微观粒子的运动规律广义相经典力学在弱引力的状况下与实验结果切合得很好；爱因斯坦的对论广义相对论能够解说强引力状况下的作用规律2019-2020 年人教版物理必修二讲义：第 6 章 +6．经典力学的限制性及答案(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差别．(2)当另一个重要常数即“普朗克常量”能够忽视不计时，量子力学和经典力学的结论没有差别．【例 2】(多项选择 )对于经典力学、相对论与量子论的说法正确的选项是()A．当物体的速度靠近光速时，经典力学就不合用了B．相对论和量子力学的出现，使经典力学失掉了意义C．量子力学能够描绘微观粒子运动的规律性D．万有引力定律也合用于强互相作使劲AC [经典力学只合用于低速宏观的物体，故 A 正确；相对论和量子力学的出现，并无否认经典力学，不过说经典力学有必定的合用范围，故 B 错误；量子力学描绘了微观粒子运动的规律性，故 C 正确；万有引力定律只合用于弱互相作使劲，而对于强互相作使劲是不合用的，故 D 错误．]2．(多项选择 )对于经典力学、狭义相对论和量子力学，以下说法中正确的选项是 () A．狭义相对论和经典力学是互相对峙的两种理论B．在物体高速运动时，物体的运动规律听从狭义相对论理论，在低速运动时，物体的运动规律听从牛顿运动定律C．经典力学合用于宏观物体的运动，量子力学合用于微观粒子的运动D．无论是宏观物体，仍是微观粒子，经典力学和量子力学都是合用的BC [相对论并无否认经典力学，而是以为经典力学是相对论理论在必定条件下的特别情况， A 错误；经典力学合用于宏观物体的低速运动，对于微观粒子的高速运动问题，经典力学不再合用，但相对论、量子力学合用，选项 B、C 正确，D错误． ]讲堂小结2019-2020 年人教版物理必修二讲义：第 6 章 +6．经典力学的限制性及答案1.在经典力学中，物体的质量是固定不变的；狭义相对论中指出质量随速度m0的变化而变化，其关系式为m＝v2.1－c22．经典力学能精准地描绘宏观物体的运动规律；量子力学能正确描绘微观粒子的运动规律．3．量子力学和相对论都没有否认过去的科学，而只以为过去的科学是自己在必定条件下的特别情况 .知识脉络1． (多项选择 )经典力学规律合用于以下运动的是()A．子弹的飞翔B．飞船绕地球的运转C．列车的运转D．粒子靠近光速的运动ABC [经典力学的合用范围是宏观、低速情况，子弹的飞翔、飞船绕地球的运转、列车的运动，经典力学能合用，故A、 B、C 正确；对于微观、高速的情况经典力学不合用，故 D 错误． ]2．对于经典力学，以下说法正确的选项是()A．仅合用于微观粒子的运动B．合用于宏观物体的低速运动C．经典力学中，物体的质量与其运动速度有关2019-2020 年人教版物理必修二讲义：第 6 章 +6．经典力学的限制性及答案D．经典力学中，物体的长度与其运动速度有关B [经典力学使用条件为：宏观，低速．对微观，高速度运动不再合用，故 A 错误， B 正确．在相对论力学中，物体的质量、长度与其运动速度有关；经典力学中，物体的质量、长度与其运动速度没关，故C、 D 错误．应选 B.] 3．对于经典力学和量子力学，以下说法中正确的选项是()A．无论是对宏观物体，仍是微观粒子，经典力学和量子力学都是合用的B．量子力学合用于宏观物体的运动；经典力学合用于微观粒子的运动C．经典力学合用于宏观物体的运动；量子力学合用于微观粒子的运动D．上陈述法都是错误的C[经典力学合用于低速运动、宏观物体，不合用于高速、微观粒子．量子力学不合用于宏观物体，合用于微观粒子，应选项C正确．]4．平时生活中，我们并没发现物体的质量随物体运动的速度变化而变化，其原由是()A．运动中的物体没法称量质量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B [依据狭义相对论质速关系m0 2可知，在宏观物体的运动中，v?c，m＝v1－ 2c因此 m 变化不大．而不是因为物体的质量太大或没法丈量，也不是因为质量不随速度的变化而变化，正确选项为 B.]。

6.6经典力学的局限性1．经典力学不能适用于下列哪些运动()A．火箭的发射B．宇宙飞船绕地球的运动C．“勇气号”宇宙探测器的运动D．以99%倍光速运行的电子束2．2013年6月，我国成功发射了搭载3名宇航员(其中一名女士)的“神州十号”飞船，在飞船进入圆形轨道环绕地球飞行时，它的线速度大小()A．等于7.9 km/sB．介于7.9 km/s和11.2 km/s之间C．小于7.9 km/sD．介于7.9 km/s和16.7 km/s之间3.如图所示，飞船从轨道1变轨至轨道2.若飞船在两轨道上都做匀速圆周运动，不考虑质量变化，相对于在轨道1上，飞船在轨道2上的()A．动能大B．向心加速度大C．运行周期长D．角速度小4．目前，在地球周围有许多人造地球卫星绕着它转，其中一些卫星的轨道可近似为圆，且轨道半径逐渐变小．若卫星在轨道半径逐渐变小的过程中，只受到地球引力和稀薄气体阻力的作用，则下列判断正确的是()A．卫星的动能逐渐减小B．由于地球引力做正功，引力势能一定减小C．由于气体阻力做负功，地球引力做正功，机械能保持不变D．卫星克服气体阻力做的功小于引力势能的减小5．已知地球半径为R，地球表面的重力加速度为g，某人造地球卫星在距地球表面高度等于地球半径3倍处做匀速圆周运动，求：(1)卫星的线速度；(2)卫星绕地球做匀速圆周运动的周期．6．由于通讯和广播等方面的需要，许多国家发射了地球同步轨道卫星，这些卫星的() A．质量可以不同B．轨道半径可以不同C．轨道平面可以不同D．速率可以不同7．今年4月30日，西昌卫星发射中心发射的中圆轨道卫星，其轨道半径为2.8×107 m ．它与另一颗同质量的同步轨道卫星(轨道半径为4.2×107 m)相比( ) A ．向心力较小 B ．动能较大C ．发射速度都是第一宇宙速度D ．角速度较小8．宇宙飞船和空间站在同一轨道上运动，若飞船想与前面的空间站对接，飞船为了追上轨道空间站，可采取的方法是( ) A ．飞船加速直到追上空间站，完成对接B ．飞船从原轨道减速至一个较低轨道，再加速追上空间站完成对接C ．飞船加速至一个较高轨道再减速追上空间站完成对接D ．无论飞船采取何种措施，均不能与空间站对接9．一人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，假如该卫星变轨后仍做匀速圆周运动，动能减小为原来的14，不考虑卫星质量的变化，则变轨前后卫星的( )A ．向心加速度大小之比为4∶1B ．角速度大小之比为2∶1C ．周期之比为1∶8D ．轨道半径之比为1∶210.质量为m 的人造地球卫星与地心的距离为r 时，引力势能可表示为E p ＝－GMmr ，其中G为引力常量，M 为地球质量．该卫星原来在半径为R 1的轨道上绕地球做匀速圆周运动，由于受到极稀薄空气的摩擦作用，飞行一段时间后其圆周运动的半径变为R 2，此过程中因摩擦而产生的热量为( ) A ．GMm ⎝⎛⎭⎫1R 2－1R 1B ．GMm ⎝⎛⎭⎫1R 1－1R 2C.GMm 2⎝⎛⎭⎫1R 2－1R 1 D.GMm 2⎝⎛⎭⎫1R 1－1R 2 11.如图所示，宇航员在围绕地球做匀速圆周运动的空间站中会完全失重，下列说法中错误的是( )A ．宇航员仍受万有引力的作用B．宇航员受力平衡C．宇航员受万有引力和向心力D．宇航员不受任何作用力12．当人造卫星进入轨道做匀速圆周运动后，下列叙述不．正确的是()A．在任何轨道上运动时，地球球心都在卫星的轨道平面内B．卫星运动速度一定等于7.9 km/sC．卫星内的物体仍受重力作用，并可用弹簧测力计直接测出所受重力的大小D．因卫星处于完全失重状态，所以在卫星轨道处的重力加速度等于零13．宇宙飞船正在轨道上运行，地面指挥人员发现某一火箭残体的轨道与飞船轨道有一交点，于是通知宇航员飞船有可能与火箭残体相遇．宇航员随即开动飞船上的发动机使飞船加速，脱离原轨道，最终在新轨道上稳定运行．关于飞船在此过程中的运动，下列说法不．正确的是()A．飞船高度降低B．飞船高度升高C．飞船周期变小D．飞船的向心加速度变大14．2012年6月18日，神舟九号飞船与天宫一号目标飞行器在离地面343 km的近圆形轨道上成功进行了我国首次载人空间交会对接．对接轨道所处的空间存在极其稀薄的大气．下列说法正确的是()A．为实现对接，两者运行速度的大小都应介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间B．如不加干预，在运行一段时间后，天宫一号的动能可能会增加C．如不加干预，天宫一号的轨道高度将缓慢降低D．航天员在天宫一号中处于失重状态，说明航天员不受地球引力作用15．恒星演化发展到一定阶段，可能成为恒星世界的“侏儒”——中子星．中子星的半径较小，一般在7～20 km，但它的密度大得惊人．若某中子星的半径为10 km，密度为1.2×1017 kg/m3，那么该中子星上的第一宇宙速度约为多少？16．金星的半径是地球半径的0.95倍，质量为地球质量的0.82 倍，g取10 m/s2，地球的第一宇宙速度为7.9 km/s，求：(1)金星表面的自由落体加速度是多大？(2)金星的第一宇宙速度是多大？17.我国在2007年成功发射一颗绕月球飞行的卫星，计划在2012年前后发射一颗月球软着陆器，在2017年前后发射一颗返回式月球软着陆器，进行首次月球样品自动取样并安全返回地球，设想着陆器完成了对月球表面的考察任务后，由月球表面回到围绕月球做圆周运动的轨道舱，其过程如图所示，设轨道舱的质量为m，月球表面的重力加速度为g，月球的半径为R，轨道舱到月球中心的距离为r，引力常量为G，则试求：(1)月球的质量；(2)轨道舱的速度和周期．答案1．解析：选D.经典力学在低速运动的广阔领域(包括天体力学的研究)中，经受了实践的检验，取得了巨大的成就，但在高速领域不再适用，故选项A 、B 、C 适用． 2．解析：选C.卫星在圆形轨道上运动的速度v ＝ GMr.由于r >R 地，所以v < GMR 地＝7.9 km/s ，C 正确．3.解析：选CD.由万有引力提供向心力有：GMm R 2＝mv 2R ＝ma ＝mω2R ＝m 4π2T 2R ，得环绕速度v＝GM R ，可知v 2<v 1，E k2<E k1，A 错误；由a ＝GMR2，可知a 2<a 1，B 错误；由T ＝2πR 3GM，可知T 2>T 1，C 正确；由ω＝GMR 3，可知ω2<ω1， D 正确． 4．解析：选BD.卫星半径减小时，分析各力做功情况可判断卫星能量的变化．卫星运转过程中，地球的引力提供向心力，G Mm r 2＝m v 2r ，受稀薄气体阻力的作用时，轨道半径逐渐变小，地球的引力对卫星做正功，势能逐渐减小，动能逐渐变大，由于气体阻力做负功，卫星的机械能减小，选项B 、D 正确．5．解析：设卫星绕地球做匀速圆周运动的周期为T ，根据万有引力定律和牛顿第二定律得 G Mm 4R 2＝m v 24R ，G Mm 4R 2＝m (2πT)2·4R 质量为m ′的物体在地球表面所受的重力等于万有引力的大小，即G Mm ′R 2＝m ′g联立以上三式解得v ＝12gR ，T ＝16πR g. 答案：(1)12gR (2)16πR g6．解析：选A.同步卫星运行时，万有引力提供向心力，GMm r 2＝m ⎝⎛⎭⎫2πT 2r ＝m v 2r ，故有r 3T 2＝GM 4π2，v ＝GMr，由于同步卫星运行周期与地球自转周期相同，故同步卫星的轨道半径大小是确定的，速度v 也是确定的，同步卫星的质量可以不同．要想使卫星与地球自转同步，轨道平面一定是赤道平面．故只有选项A 正确．7．解析：选B.由F 向＝F 万＝G MmR 2知，中圆轨道卫星向心力大于同步轨道卫星(G 、M 、m 相同)，故A 错误；由E k ＝12mv 2，v ＝GM R ，得E k ＝GMm2R，且由R 中<R 同知，中圆轨道卫星动能较大，故B 正确；第一宇宙速度是最小的卫星发射速度，故C 错误；由ω＝ GMR 3可知，中圆轨道卫星角速度较大，故D 错误．8．解析：选B.由于宇宙飞船做圆周运动的向心力是地球对其施加的万有引力，由牛顿第二定律有GMm R 2＝m v 2R，得v ＝GMR，想追上同轨道上的空间站，直接加速会导致飞船轨道半径增大，由上式知飞船在一个新轨道上运行时速度比空间站的速度小，无法对接，故A 错误；飞船若先减速，它的轨道半径减小，但速度增大了，故在低轨道上飞船可接近或超过空间站．当飞船运动到合适的位置后再加速，则其轨道半径增大，同时速度减小，当刚好运动到空间站所在轨道时停止加速，则飞船的速度刚好等于空间站的速度，可完成对接，故B 正确．9．解析：选C.动能(E k ＝12mv 2)减小为原来的14，则卫星的环绕速度v 变为原来的12；由v ＝GMr知r 变为原来的4倍；由ω＝GM r 3，a 向＝GMr 2，T ＝4π2r 3GM 知ω变为原来的18，a 向变为原来的116，T 变为原来的8倍，故C 正确．10.解析：选C.人造卫星绕地球做圆周运动的向心力由万有引力提供． 根据万有引力提供向心力得G Mm r 2＝m v 2r ①而动能E k ＝12mv 2②由①②式得E k ＝GMm2r ③由题意知，引力势能E p ＝－GMmr④ 由③④式得卫星的机械能E ＝E k ＋E p ＝－GMm2r由功能关系知，因摩擦而产生的热量Q ＝ΔE 减＝E 1－E 2＝GMm 2⎝⎛⎭⎫1R 2－1R 1，故选项C 正确． 11.解析：选BCD.在绕地球做匀速圆周运动的空间站中，宇航员仍受万有引力作用，万有引力充当向心力，对支持物不再有压力，对悬挂物不再有拉力，处于完全失重状态，所以此时宇航员受且只受万有引力的作用，A 项正确，B 、C 、D 项错误．12．解析：选BCD.由于地球对卫星的万有引力提供向心力，所以球心必然是卫星轨道的圆心，A 正确．只有贴近地面做匀速圆周运动的卫星的速度才等于7.9 m/s ，其他卫星的线速度小于7.9 km/s ，B 错误．卫星绕地球做匀速圆周运动，其内部的物体处于完全失重状态，弹簧测力计无法测出其重力，地球在卫星轨道处产生的重力加速度等于其向心加速度，并不等于零，C 、D 错误．13．解析：选ACD.飞船加速，做离心运动，高度升高，故A 错误B 正确；轨道半径变大，周期变大，万有引力变小，向心加速度变小，故C 、D 错误．14．解析：选BC.本题虽为天体运动问题，但题中特别指出存在稀薄大气，所以应从变轨角度入手．第一宇宙速度和第二宇宙速度为发射速度，天体运动的速度为环绕速度，均小于第一宇宙速度，选项A 错误；天体运动过程中由于大气阻力，速度减小，导致需要的向心力F n ＝mv 2r 减小，做向心运动，向心运动过程中，轨道高度降低，且万有引力做正功，势能减小，动能增加，选项B 、C 正确； 航天员在太空中受地球引力，地球引力全部提供航天员做圆周运动的向心力，选项D 错误．15．解析：中子星上的第一宇宙速度即为它表面的环绕速度，由G Mm r 2＝m v 2r 得v ＝GMr又由M ＝ρV ＝43ρπr 3代入上式得v ＝2rπG ρ3＝5. 8×104 km/s. 答案：5. 8×104 km/s16．解析：(1)星球表面的物体所受重力近似等于万有引力，即mg ＝GMm R 2，g ＝GM R 2因此g 金g 地＝GM 金R 2金·R 2地GM 地＝0.82×(10.95)2≈0.909故g 金≈9.09 m/s 2.(2)绕星球做匀速圆周运动的物体，万有引力提供向心力，GMm r 2＝m v 2r ，v ＝GMr，当r 为星球半径时，v 为第一宇宙速度，地球第一宇宙速度v 地＝7.9 km/s. 因此v 金v 地＝GM 金R 金·R 地GM 地＝ 0.820.95≈0.93 则v 金≈7.34 km/s.答案：(1)9.09 m/s 2 (2)7.34 km/s17.解析：(1)设月球质量为M ，轨道舱绕月球表面做圆周运动时有：G MmR 2＝mg ①解得M ＝gR 2G.(2)轨道舱距月球中心为r ，绕月球做圆周运动，周期为T ，速度为v ，由牛顿第二定律得 G Mm r 2＝m v 2r ② 联立①②式得 v ＝RgrT ＝2πr v ＝2πr Rr g. 答案：(1)gR 2G(2)Rg r 2πr Rrg。

第六章曲线运动第6节经典力学的局限性(时间：45分钟满分：100分)一、选择题(本题共20小题，每小题4分，共80分．有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确，把正确选项前的字母填在题后的括号内)1．关于经典力学的局限性，下列说法正确的是（）A．经典力学没有局限性B．经典力学的应用受到物体运动速度的限制，当物体运动的速度接近于真空中的光速时，经典力学就不适用了C．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D．经典力学认为时间和空间是分离的，没有关系2．下列说法正确的是A．不论是对宏观物体，还是微观粒子，经典力学和量子力学都是适用的B．当物体运动速度很大(接近光速)时，经典力学理论所得的结果与实际结果之间出现了较大的偏差C．在经典力学中，物体的质量是不变的，在狹义相对论中，物体的质量随物体速度增大而减小D．牛顿的引力理论不能用于中子星表面3．20世纪以来，人们发现了一些新的事实，而经典力学却无法解释．经典力学只适用于解决物体的低速运动问题，不能用来处理高速运动问题，只适用于宏观物体，一般不适用于微观粒子．这说明( ) A．随着认识的发展，经典力学已成了过时的理论B．人们对客观事物的具体认识在广度上是有局限性的C．不同领域的事物各有其本质与规律D．人们应当不断扩展认识，在更广阔的领域内掌握不同事物的本质与规律4．关于经典力学、狭义相对论和量子力学，下面说法中正确的是()A．狭义相对论和经典力学是相互对立，互不相容的两种理论B．在物体高速运动时，物体的运动规律服从狭义相对论理论，在低速运动时，物体的运动服从牛顿定律C．经典力学适用于宏观物体的运动，量子力学适用于微观粒子的运动D．不论是宏观物体，还是微观粒子，经典力学和量子力学都是适用的5．爱因斯坦相对论的提出是物理学领域的一场重大革命，主要是因为()A．否定了经典力学的绝对时空观B．揭示了时间、空间并非绝对不变的本质属性C．打破了经典力学体系的局限性D．使人类对客观世界的认识开始从宏观世界深入到微观世界6．下列现象中能用牛顿的经典力学解释的是()A．高速公路上行驶的汽车B．空气中下落的雨滴C．原子核外电子绕核的转动D．空气中漂浮的肥皂泡7．关于质量和长度下列说法中正确的是()A．物体的质量与位置、运动状态无任何关系，是物质本身的属性B．物体的质量与位置、运动状态有关，只是在速度较低的情况下，变化忽略不计C．物体的长度与运动状态无关，是物质本身的属性D．物体的长度与运动状态有关，只是在速度较低的情况下，变化忽略不计8．下列情境中，经典力学不适用的是A．小朋友坐滑梯下滑B．轮船在大海上航行C．宇宙粒子接近光速运动D．子弹在空中飞行9．经典力学不能适用下列哪些运动()A．火箭的发射B．微观粒子的波动性C．“勇气号”宇宙探测器在太空的运动D．宇宙飞船绕地球的运动10．美国科学家2016年2月11日宣布，他们探测到引力波的存在。