高中物理必修二经典力学的局限性

《7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性》教学设计参考系中大小都是相同的，两个事件在一个参考系中是同时的，在另一个参考系中不一定也是同时的。

例如：假设一列火车沿平直轨道飞快地匀速行驶。

车厢中央的光源发出了一个闪光，闪光照到了车厢的前壁和后壁。

（1）车上的观察者以车厢为参考系，闪光到达前后两壁的时间相同吗？（1）车下的观察者来说，以地面为参考系，闪光到达前后两壁的时间相同吗？甲参考答案：（1）如图甲所示：因为车厢是个惯性系，闪光向前、后传播的速率相同，光源又在车厢的中央，闪光当然会同时到达前后两壁。

根据爱因斯坦的假设：真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的，所以他以地面为参考系，闪光向前、后传播的速率对地面也是相同的。

在闪光飞向两壁的过程中，车厢向前行进了一段距离，所以向前的光传播的路程长些即：闪光先到达后壁，后到达前壁因此，这两个事件不是同时发生的。

3、时间延缓效应如果相当于地面以v 运动的惯性参考系上的人观察到与其一起运动的物体完成某个动作的时间间隔为Δτ，地面上的人观察到该物体在同一地点完成这个动作的时间间隔为Δt ，则由于1－<1，所以总有Δt>Δτ，此种情况称为时间延缓效应。

4、长度收缩效应如果与杆相对静止的人测得杆长是l 0，沿着杆的方向，以v 相对杆运动的人测得杆长是l ，那么两者之间的关系是由于1－<1，所以总有l <l 0，此种情况称为长度收缩效应。

（1）式和（2）式表明：运动物体的长度（空间距离）和物理过程的快慢（时间进程）都跟物体的运动状态有关。

这个结论具有革命性的意义，它所反映的时空观称作相对论时空观。

爱尔兰物理学家佛兹杰拉德提出，物质会在运动的方向上收缩（缩小），这意味着根据一个静止观察者的观点，一枚以接近光线运行的火箭所表现出的长度会比它静止时更短，尽管乘坐火箭的2)cv (2)cv(人看来并没有什么两样。

爱因斯坦指出，任何物体以光速运动时，其长度将会缩短为零。

【高中物理】高中物理知识点：经典力学的局限性
经典力学的局限性:
1、从低速到高速――狭义相对论：当物体运动的速度比真空中的光速小得多时，质量、时间和长度的变化很小，可以忽略，经典力学完全适用。

但如果物体运动速度可以和
光速相比较时，质量、时间和长度的变化就很大，经典力学就不再适用，狭义相对论阐述
了物体在以接近光速运动时所遵循的规律。

2、从宏观到微观――量子力学：物理学研究深入到微观世界，发现微观粒子不但具
有粒子的性质，还能产生干涉、衍射现象。

干涉和衍射是波所特有的性质。

也就是说微观
粒子具有波动性。

这是牛顿经典力学无法解释的。

正是在这种情形下，量子力学应运而生，量子力学能够很好地解释微观粒子的运动规律。

3、从弱引力到强引力――广义相对论：天文观测发现行星的轨道并不严格闭合，它
们的近日点在不断地旋进。

这种现象称为行星的轨道旋进。

这是用牛顿万有引力定律无法
得到满意解释的。

爱因斯坦创立了广义相对论，根据广义相对论计算出的水星近日点的旋
进与天文观测能很好地吻合, 爱因斯坦创立的广义相对论是一种新的时空引力理论，爱因
斯坦还根据广义相对论预言了光线在经过大质量星体附近时会发生偏转，这也是被天文观
测所证实的。

感谢您的阅读，祝您生活愉快。

第四、五章测评(时间:75分钟满分:100分)一、单项选择题(本题共7小题,每小题4分,共28分。

在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的)1.下列描述的运动,牛顿运动定律不适用的是( A )A.研究原子中电子的运动B.研究“神舟十四号”飞船的高速发射C.研究地球绕太阳的运动D.研究飞机从北京飞往纽约的航线,并注意到低速和高速的标准是相对于光速,可判定牛顿运动定律适用于B、C、D中描述的运动,故选A。

2.(山东德州高一期末)如图所示,一质量为m的小滑块(可视为质点)从斜面上的P点由静止下滑,在水平面上滑行至Q点停止运动。

已知P点离水平面高度为h,小滑块经过斜面与水平面连接处时无机械能损失,重力加速度为g。

为使小滑块由Q点静止出发沿原路返回到达P点,需对小滑块施加一个始终与运动方向相同的拉力,则拉力至少对小滑块做功为( B )A.mghB.2mghC.2.5mghD.3mgh,设小滑块由P点到Q点,摩擦力做功为W,由动能定理有mgh+W=0,设小滑块由Q点到P点,拉力做功为W1,由动能定理有W1+W-mgh=0,联立解得W1=2mgh,故选B。

3.有一把长为L的尺子竖直放置,现让这把尺子沿水平方向以接近光的速度运行,运行过程中尺子始终保持竖直,那么我们此时再测量该尺子的长度将( C )A.大于LB.小于LC.等于LD.无法测量的,现在尺子在竖直方向没发生高速运动,由此可知它的长度将不变,故选项C正确。

4.(江苏淮安高一期末)如图所示,两个完全相同的小球P、Q分别与轻弹簧两端固定连接,开始时弹簧处于压缩状态。

某时刻将P、Q从距地面高h 处同时释放,下落到地面时P、Q间的距离等于释放时的距离,不计空气阻力,重力加速度为g,则( D )A.下落过程中P的机械能保持不变B.下落过程中P、Q的总机械能保持不变C.小球P落至地面时的速度v<√2ghD.当小球P的加速度最大时,P、Q的总机械能最小,P、Q组成的系统仅受到竖直向下的重力和弹力作用,系统机械能守恒;小球P除受重力外,还受弹簧弹力作用,所以下落过程中P的机械能不守恒,故A错误。

高中物理必修二知识点总结物理知识来源于实践，特别是来源于观察和实验。

要认真观察物理现象，分析物理现象产生的条件和原因。

今天小编在这给大家整理了高中物理必修二知识点总结，接下来随着小编一起来看看吧!高中物理必修二知识点总结一.曲线运动1.曲线运动的位移：平面直角坐标系通常设位移方向与x轴夹角为α2.曲线运动的速度：①质点在某一点的速度，沿曲线在这一点的切线方向②速度在平面直角坐标系中可分解为水平速度Vx及竖直速度Vy，V2=Vx2+Vy23.曲线运动是变速运动(速度是矢量，方向或大小任一的改变都会造成速度的变化，曲线运动中，速度的方向一定改变)4.物体做曲线运动的条件：物体所受合力的方向与它的速度方向不在同一直线上二.平抛运动(曲线运动特例)1.定义：以一定的速度将物体抛出，如果物体只受重力的作用，这时的运动叫做抛体运动，抛体运动开始时的速度叫做初速度。

如果初速度是沿水平方向的，这个运动叫做平抛运动2.平抛运动的速度：①水平方向做匀速直线运动初速度V0即为Vx一直保持不变②竖直方向做自由落体运动 Vy=gt③合速度：V2=Vx2+Vy2=V02+(gt)2 方向:与X轴的夹角为θ tanθ=Vy/V0=gt/V03.平抛运动的位移：①水平方向 X=V0t②竖直方向y=1/2gt2 ③合位移S2=x2+y2=(V0t)2+(1/2gt2 )2 方向：与X轴夹角为α tanα=y/x=V0t/?gt2=2V0/gt三.圆周运动1.线速度V：①圆周运动的快慢可以用物体通过的弧长与所用时间的比值来量度该比值即为线速度②V=Δs/Δt 单位：m/s③匀速圆周运动：物体沿着圆周运动，并且线速度的大小处处相等(tips:方向时时改变)2.角速度ω：①物体做圆周运动的快慢还可以用它与圆心连线扫过角度的快慢来描述，即角速度② 公式ω=Δθ/Δt (角度使用弧度制) ω的单位是rad/s3.转速r：物体单位时间转过的圈数单位：转每秒或转每分4.周期T：做匀速圆周运动的物体，转过一周所用的时间单位：秒S5.关系式：V=ωr(r为半径) ω=2π/T6.向心加速度①定义：任何做匀速圆周运动的物体的加速度都指向圆心，这个加速度叫做向心加速度②表达式a=V2/r=ω2r=(4π2/T2)r=4π2f2r=4π2n2r(n指转过的圈数)方向：指向圆心7.向心力F=mV2/r=mω2r=m(4π2/T2)r=4π2f2mr=4π2n2mr 方向：指向圆心8.生活中的圆周运动①铁路的弯道：②拱形桥：(1)凹形：F向=FN-G 向心加速度的方向竖直向上(2)凸形：F向=G-FN 向心加速度的方向竖直向下③航天器失重：航天员受到地球引力与飞船座舱的支持力，合力提供绕地球做匀速圆周运动的所需的向心力mg-FN=mv2/R v=√gR 时FN=0 航天员处于失重状态④离心运动(逐渐远离圆心)：(1)做圆周运动的物体，由于惯性，总有沿切线方向飞去的倾向。

高中物理学习材料（灿若寒星**整理制作）6.6 经典力学的局限性【学业达标训练】1.(2010·福州高一检测)在物理学发展的过程中,许多物理学家的科学发现推动了人类历史的进步.在对以下几位物理学家所作科学贡献的叙述中,正确的说法是( )A.爱因斯坦创立了“日心说”B.哥白尼提出了“地心说”C.伽利略发现了行星运动定律D.牛顿总结出了万有引力定律【解析】选D.“日心说”由哥白尼提出,爱因斯坦创立了相对论理论,A、B错.行星运动定律是开普勒发现的,C错.万有引力定律是牛顿总结提出的,D对.2.下列说法正确的是（）A.在经典力学中,物体的质量不随运动状态而改变,在狭义相对论中,物体的质量也不随运动状态而改变B.在经典力学中,物体的质量随运动速度的增加而减小,在狭义相对论中,物体的质量随物体速度的增大而增大C.在经典力学中,物体的质量是不变的,在狭义相对论中,物体的质量随物体速度的增大而增大D.上述说法都是错误的【解析】选C.在经典力学中,物体的质量是不变的,在狭义相对论中,物体的质量随物体速度的增大而增大,二者在速度远小于光速时是统一的,故只有C正确.3.下列说法中正确的是（）A.经典力学适用于任何情况下的任何物体B.狭义相对论否定了经典力学C.量子力学能够描述微观粒子运动的规律性D.万有引力定律也适用于强相互作用力【解析】选C.经典力学只适用于宏观、低速、弱引力的情况,A是错误的;狭义相对论没有否定经典力学,在宏观低速情况下,相对论的结论与经典力学没有区别，B是错误的;量子力学更正确地描述了微观粒子运动的规律性,C是正确的;万有引力定律只适用于弱相互作用力.而对于强相互作用力是不适用的，D是错误的.4.下列说法正确的是（）①爱因斯坦的狭义相对论研究的是物体在低速运动时所遵循的规律②爱因斯坦的狭义相对论研究的是物体在高速运动时所遵循的规律③牛顿力学的运动定律研究的是物体在低速运动时所遵循的规律④牛顿力学的运动定律研究的是物体在高速运动时所遵循的规律A.①③B.②④C.①④D.②③【解析】选 D.牛顿力学运动规律为经典力学，它研究的是低速宏观物体运动.狭义相对论适用于高速的微观物体的运动.5.下列说法中正确的是（）A.经典力学是以牛顿的三大定律为基础的B.经典力学在任何情况下都适用C.当物体的速度接近光速时,经典力学就不适用了D.相对论和量子力学的出现,使经典力学失去了意义【解析】选A、C.牛顿运动定律是经典力学的基础,A正确.经典力学只适用于低速宏观的物体,B错误.C正确.相对论和量子力学的出现,并没有否定经典力学,只是说经典力学有一定的适用范围,D错误.【素能综合检测】一、选择题（本题包括6小题，每小题5分，共30分.至少一个选项正确）1.下列说法正确的是（）A.牛顿定律就是经典力学B.经典力学的基础是牛顿运动定律C.牛顿运动定律可以解决自然界中所有的问题D.经典力学可以解决自然界中所有的问题【解析】选B.经典力学并不等于牛顿定律,牛顿运动定律只是经典力学的基础;经典力学并非万能,也有其适用范围,并不能解决自然界中所有的问题,没有哪个理论可以解决自然界中所有问题.因此只有B项正确.2.在日常生活中我们并没有发现物体的质量随物体的运动的变化而变化,其原因是（）A.运动物体无法称质量B.物体的速度远小于光速,质量变化极小C.物体质量太大D.物体质量不随速度变化而变化3.(2010·广州高一检测)物理学的发展丰富了人类对物质世界的认识,推动了科学技术的创新和革命,促进了物质生产的繁荣与人类文明的进步,下列表述正确的是（）A.牛顿发现了万有引力定律B.牛顿通过实验证实了万有引力定律C.相对论的创立表明经典力学已不再适用D.爱因斯坦建立了狭义相对论,把物理学推进到高速领域【解析】选A、D.万有引力定律是牛顿发现的,但在实验室里加以验证是卡文迪许进行的,A对、B错.相对论并没有否定经典力学,经典力学对于低速、宏观运动仍适用,C错.狭义相对论的建立,是人类取得的重大成就,从而把物理学推到更高领域,D对.4.下面说法中正确的是( )①根据牛顿的万有引力定律可以知道,当星球质量不变,半径变为原来的1/2时,引力将变为原来的4倍;②按照广义相对论可以知道,当星球质量不变,半径变为原来的1/2 时,引力将大于原来的4倍;③在天体的实际半径远大于引力半径时,根据爱因斯坦的引力理论和牛顿的引力理论计算出的力差异很大;④在天体的实际半径接近引力半径时,根据爱因斯坦的引力理论和牛顿的引力理论计算出的力差异不大.A.①②B.③④C.①③D.②④【解析】选A.由前面“拓展”中论述可知：只要天体的实际半径远大于它们的引力半径，那么由爱因斯坦和牛顿引力理论计算出的力的差异并不很大；但当天体的实际半径接近引力半径时，这种差异将急剧增大.故答案为A.5.牛顿定律不适用于下列哪些情况（）A.研究原子中电子的运动B.研究“神舟”五号飞船的高速发射C.研究地球绕太阳的运动D.研究飞机从北京飞往纽约的航线【解析】选A.牛顿力学属于经典力学的研究范畴,适用于宏观、低速运动的物体,并注意到低速和高速的标准是相对于光速,可判定牛顿定律适用于B、C、D中描述的运动，而A不适用.6.下面说法中正确的是（）①当物体运动速度远小于光速时,相对论物理学和经典物理学的结论没有区别;②当物体运动速度接近光速时,相对论物理学和经典物理学的结论没有区别;③当普朗克常量h(6.63×10-34J·s)可以忽略不计时,量子力学和经典力学的结论没有区别;④当普朗克常量h(6.63×10-34J·s)不能忽略不计时,量子力学和经典力学的结论没有区别.A.①③B.②④C.①④D.②③【解析】选A.经典力学可以认为是相对论物理学在低速、宏观状态下的特例,因此正确的选项为A项.二、非选择题（本题包括2小题，共20分.有必要的文字叙述）7.(思维拓展题)（8分）在粒子对撞机中,有一个电子经过高压加速,速度达到光速的0.5倍.试求此时电子的质量变为静止时的多少倍?［探究·创新］8.（12分）根据爱因斯坦的狭义相对论,质量要随着物体运动速度的增大而增大,即m= .请讨论:(1)如果你使一个物体加速、加速、再加速,它的速度会增加到等于光速甚至大于光速吗?为什么?(2)光有静止质量吗?如果有,情况将会怎样?【解析】(1)由m= 知:当v=c时,m应是无穷大.随着质量的不断增大,产生加速度的力会随着不断增大.使加速越来越困难.因此一个物体不管怎样加速,它的速度不会等于甚至超过光速.(2)光没有静止质量.若光有静止质量.当光传播时速度为c,由m= ,它传播时的质量会无穷大,光照射到物体上，如同一质量无穷大的物体以光速砸到被照物体上.后果不堪设想.。

6.6 经典力学的局限性学习目标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.感受人类对客观世界不断探究的精神和情感。

知识梳理1.经典力学:经典力学的基础是①牛顿运动定律,在②低速、③宏观、弱引力的广阔区域,经典力学取得了巨大的成就。

2.狭义相对论阐述物体以接近④光的速度运动时所遵从的规律。

3.在经典力学中,物体的质量是⑤不随运动状态而改变的;而狭义相对论指出,物体质量是随着运动速度增大而⑥增大的,即存在公式m=⑦。

4.经典力学认为位移和时间的测量与参考系⑧无关,相对论认为,同一过程的位移和时间的测量与参考系⑨有关,在不同的参考系中不同。

5.经典力学的适用范围:只适用于⑩低速运动,不适用于高速运动;只适用于宏观世界,不适用于微观世界。

6.20世纪20年代,建立了量子力学,它正确描述了微观粒子(填“宏观粒子”或“微观粒子”)的运动规律,并在现代科学技术中发挥了重要作用;爱因斯坦的广义相对论说明,在强引力(填“强引力”或“弱引力”)的作用下,牛顿的引力理论将不再适用;相对论和量子力学都没有否定经典力学,而是认为经典力学是自己在一定条件下的特殊情形。

重点难点探究主题1:经典力学的局限性问题:阅读课本“经典力学的局限性”的内容,回答下列问题。

(1)总结经典力学有哪些局限性,它的适用范围是什么?(2)以牛顿运动定律为基础的经典力学,在科学研究和生产技术中有哪些应用?主题2:爱因斯坦的狭义相对论问题:根据爱因斯坦的狭义相对论知,质量要随着物体的速度增大而增大,即m=。

请讨论:如果你使一个物体不断地加速,它的速度会增大到等于光速甚至大于光速吗?为什么?达标检测1.下列说法正确的是( )。

A.经典力学适用于任何情况下的任何物体B.狭义相对论否定了经典力学C.量子力学能够描述微观粒子运动的规律性D.万有引力定律也适用于强相互作用力2.关于经典力学和相对论,下列说法正确的是( )。

《经典力学》札记本文写作，有点模仿梅凤翔老先生的《分析力学及理论力学札记》的味道。

他的文章在一些刊物上发表，我不这么做。

这些短小的讨论，又类似周国平的著作。

他的散文有个特点，即都是一些短小的类似格言一样的刊物。

我写这些片段式讨论和总结，尽量做到言之有物。

我希望这些可以作为经典力学教材的补充和总结。

我的主要参考教材是Landau的《力学》和Arnold的《经典力学的数学方法》。

札记指的是读书时摘记的要点和心得，故取名札记，是很合适的。

01经典力学的重要性经典力学是理论力学或者理论物理的第一门课，学好经典力学是学好物理的关键。

理论力学的思想——最小作用量原理等，会用在后续几乎所有的物理课程中。

这门课有一条非常清晰的主线，即这个原理，理清这根脉络，是学好理论力学的根本。

如果学好了，这门课的所有内容可以写在半页纸上。

但是这门课学起来会非常困难，有几个原因：第一，大二学生刚学完微积分和微分方程，但不熟练；第二，大量的近似，让人眼花缭乱；第三，大量的抽象的公式推导，很多公式的物理意义也难以理解（或缺乏明确的图像）。

那么，如何才能学好呢？两个建议。

第一，多证明一些基本的结论，多推导；第二，多用Mathematica 的 NDSolve 和 Plot 等（也可以用其它软件）做数值模拟，碰到不懂的，就先模拟画图看看。

这样可以对这些问题积累第一手的感觉，对提高自己的理解力和直觉能力有很大帮助。

物理图像很重要。

在物理中，每个公式应该都有明确的物理意义和图像。

在讲课的时候，我会尽量注意这些细节。

学生们在学习的时候也要做到这一点。

第一个作业题是数值模拟双摆 (double pendulum) 的运动过程。

学生需要用Mathematica 求解其运动方程，并观察简谐振动和混沌过程。

这个摆是最简单的混沌摆。

在WSU物理系门口，就有这样的一个混沌摆，我以前每次进楼，都会摇一下它并观察其复杂的运动过程。

积累一些生活经验对于理解物理的运动会非常有帮助。

《高中物理必修2》教材分析本文试就教科版《高中物理必修2》的编写修订作简要说明，并逐节对教材进行分析，希望对实际教学有所帮助。

一、整体结构《课程标准》指出：在必修2模块中，“学生将通过机械能、曲线运动的规律和万有引力等内容的学习，进一步了解物理学的核心内容，体会高中物理课的特点和学习方法，为以后进一步学习打好基础，为后续模块的选择做准备。

”为此，教科版《必修2》将该模块的教学内容分为以下五章来展开：第一章“抛体运动”；第二章“匀速圆周运动”；第三章“万有引力定律”；第四章“机械能和能源”；第五章“经典力学的成就与局限性”。

作出上述安排，主要是出于以下考虑：1．将“抛体运动”、“圆周运动”与“万有引力”前移，有利于体现教材的逻辑联系。

对照《课程标准》必修2的内容安排：一、“机械能和能源”；二、“抛体运动与圆周运动”；三、“经典力学的成功与局限性”（含“万有引力”）。

教科版《必修2》是将“抛体运动”、“圆周运动”与“万有引力”放在了“机械能和能源”之前。

《必修1》模块主要是两块内容：运动的描述、相互作用与运动规律，研究的内容主要是质点运动的基本规律以及力与物质运动的关系。

从学生思维发展的角度和知识内在的逻辑联系来看，中间插入能量再回到曲线运动，显得比较生硬，而且学生在《必修1》中刚刚学习了力的分解与合成，这方面的基础有利于理解抛体运动中的运动合成与分解。

而万有引力定律也涉及了力与运动的问题，又与曲线运动相关。

学完了运动，对各种不同运动中速度的理解，又将丰富和深化对机械能的理解。

2．将“经典力学的成就与局限性”后移，有利于教学内容的总结拓展。

对照人教版《必修2》：第五章“曲线运动”；第六章“万有引力与航天”（含“经典力学的局限性”）；第七章“机械能及其守恒定律”。

教科版《必修2》是将“经典力学的成就与局限性”单独列为一章，而且放在了教材的最后。

最后以“经典力学的成就与局限性”作为高中物理必修1和必修2模块全部内容的一个总结，也是对力学内容学习的一个总结，可以让学生站在更高的角度来审视经典力学。